BAB V ANALISIS Pada bab ini membahas mengenai analisis yang dilakukan berdasarkan hasil pengolahan data pada bab sebelumnya. Adapun analisis yang akan dibahas yaitu analisis kebutuhan desain, analisis detil desain tangan prosthetic UNS LPPD dan analisis hasil verifikasi 5.1
Analisis Kebutuhan Desain Penentuan kebutuhan desain ditinjau dari 3 sudut pandang yaitu peninjauan
ulang dari konsep penelitian-penelitian sebelumnya, studi literatur tentang kriteriakriteria tangan prosthetic menurut Poonekar (1992) beserta tangan prosthetic lainnya yang memiliki konsep low-cost, dan kriteria yang ditentukan dengan pertimbangan peneliti dalam mendesain tangan prosthetic. Kebutuhan ini akan digunakan sebagai acuan untuk menentukan kebutuhan teknis (technical requirement) dan spesifikasi desain (design specification). Dengan mengintegerasikan ketiga aspek penelitian ini, diharapkan dapat menghasilkan prosthetic hand yang unggul pada kriteria low-cost (aspek biaya) ditambah unggul pada kriteria fungsionalitasnya juga. Analisis yang akan dilakukan yaitu mengkonfirmasi hasil pengolahan data yang telah dilakukan dengan kebutuhan desain yang ditetapkan. Tahapan analisis dilakukan dengan mengkonfirmasi spesifikasi desain kemudian menuju technical requirements selanjutnya menuju kebutuhan desain tangan prosthetic kaitannya dengan ketercapaian hasil pengolahan data yang dilakukan. Analisis ketercapaian dimulai dengan mengkonfirmasi atribut spesifikasi desain yaitu berat, kecepatan, kemampuan, kinematik, aktuator dan kebutuhan daya. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Belter dkk. (2013) menjelaskan bahwa tangan prosthetic harus memiliki bobot kurang dari 450 gr kaitannya dengan kenyamanan pengguna tangan prosthetic. Pada penelitian ini, berat jari dan berat actuator digunakan sebagai representatif berat keseluruhan tangan prosthetic. Informasi fisik desain dapat diperoleh dengan mencetak report pada software CAD/CAE Autodesk Inventor yang kemudian menghasilkan data berat jari pada masing-masing jari.
V-1
Tabel 5.1 Kondisi Fisik Desain Jari Jari Mass Area Volume
Telunjuk 4.45531 gr 6439.98 mm^2
Tengah 4.83066 gr 6979.09 mm^2
Manis 4.65537 gr 6726.25 mm^2
Kelingking 3.66727 gr 5579.14 mm^2
2939.87 mm^3
3207.98 mm^3
3082.77 mm^3
2485.29 mm^3
Data pada tabel 5.1 menujukkan bawa komponen jari memiliki bobot yang sangat ringan jika dibandingkan dengan kriteria yang ditetapkan pada spesifikasi desain. Untuk total keempat jari memiliki bobot 17.60861 gr atau jika dibandingkan hanya 3.9% dari berat total tangan prosthetic yang ditentukan sebelumnya 450 gr. Jika ditambah komponen sistem penggerak yaitu motor yang memiliki berat total untuk ketiga motor yaitu 51 gr sehingga menjadikan berat total untuk jari dan motor adalah 15.25%. Selanjutnya kecepatan gerak pengenggaman jari tangan prosthetic harus dapat tercapai dalam waktu 1 detik atau kurang, baik dari posisi fixed ke extended dan sebaliknya. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kriteria ini yaitu kecepatan gerak motor, sistem leadscrew dan sturuktur jari ketika melakukan gerakan pengenggaman. Sumber penggerak menggunakan Motor DC standard dari Mabuchi Motor Co., Ltd. jenis FA-130 RA 18100 dengan kecepatan putar 12.300 rpm tanpa pembebanan dan 9710 rpm pada pembebanan efisien serta torsi 0.74 mN m. Dengan spesifikasi ini kriteria dapat tercapai dengan aktuator Motor DC. Atribut selanjutnya yaitu kekuatan angkat, parameter yang digunakan yaitu tangan mampu mengangkat beban 23 kg dengan aman sehingga tidak menyebabkan kerusakan pada struktur jari. Pada pengolahan data, disebutkan bahwa nilai safety factor minimum masih berada dibawah nilai 1ul, hanya saja nilai ini terletak pada komponen pin/joint pada jari. Peneliti kemudian menghilangkan komponen pin dalam verifikasi kekuatan sehingga angka minimum yang artinya titik kritis naik menjadi 1.56 ul. Hal ini menyatakan bahwa untuk struktur jari masih aman dalam mengangkat beban 23kg.
V-2
Gambar 5.1 Nilai Safety Factor pada titik kritis Pada kriteria kinematik, semua parameter dapat terpenuhi yaitu jari berjumlah 5, memiliki satu jari yang memiliki arak gerak berlawanan dengan jari lainnya yaitu ibu jari yang dapat diubah posisinya untuk melakukan gerakan pengenggaman, Memiliki total degree of freedom 6 dengan total aktuator berjumlah 3 buah. Pada gambar 5.2 menunjukkan contoh gerakan-gerakan yang dapat dilakukan oleh desain mekanis tangan prosthetic antara lain hook, syilindrical dan tip menggunakan analisis dynamic motion untuk menguji sistem gerak pada desain tangan prosthetic. Hal ini menunjukkan bahwa kinematik jari dan sistem gerak desain tangan prosthetic ini mampu melakukan tipe gerakan yang telah ditentukan oleh penelitian Putranto dkk. (2014) dalam melakukan 5 dari 6 tipe gerakan. Selanjutnya, dalam melakukan tipe gerakan, ibu jari harus mampu diubah posisinya. Adapun gambar 5.3 menunjukkan gerakan ibu jari dari posisi flexion-extension ke posisi abduction-adduction.
V-3
Gambar 5.2 Contoh gerakan pengenggaaman yang dapat dilakukan
Gambar 5.3 Gerakan perubahan posisi ibu jari
Selanjutnya yaitu mengkonfirmasi technical requirement dengan hasil pengolahan data. Adapun atribut yang dikonfirmasi berjumlah 26 atribut dengan 8 kebutuhan desain. Pada kebutuhan desain memenuhi aspek anthropomorphic, atribut no 1, 2, 3, 4 dan 5 telah tercapai. Hal ini menunjukkan bahwa kebutuhan akan aspek anthropomorphic telah tercapai. Namun untuk beberapa kebutuhan terdapat atribut yang belum tercapai yaitu atribut nomor 2 pada kekuatan konstruksi yaitu hasil verifikasi menunjukkan nilai safety factor minimum 4 ul, adapun pada desain ini, nilai
V-4
safety factor minimum yaitu 1.56 ul. Adapun atribut nomor 1 dan 4 pada kekuatan konstruksi belum dapat diketahui yaitu kemampuan untuk mengenggam benda kecil/besar dengan aman dan jari kuat menahan beban impact. Hal ini belum dapat diketahui dikarenakan pada penelitian ini masih berupa prototype visual dalam software CAD sehingga atribut tersebut belum dapat diketahui. Begitu halnya dengan atribut nomor 3 pada kebutuhan konsumsi energi minimum dan atribut nomor 2 pada kebutuhan tangan prosthetic tahan lama (durable). Adapun untuk atribut yang lain dijabarkan pada tabel 5.2 yang menunjukkan ketercapaian desain dengan technical requirement yang ditentukan. Tabel 5.2 Daftar ketercapaian kebutuhan desain No
Kebutuhan Rancangan Tangan Prosthetic
1
Tangan prosthetic memenuhi aspek anthropomorphic
2
Tangan prosthetic ringan
3
Tangan prosthetic memiliki kekuatan konstruksi
4
Orisinalitas desain tangan prosthetic
5
Konsumsi energi minimum
6
Mudah di produksi
No 1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3
V-5
Ketercapaian Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Belum dapat Diketahui Belum Tercapai Tercapai Belum dapat Diketahui Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Tercapai Belum dapat Diketahui Tercapai Tercapai Tercapai
No
Kebutuhan Rancangan Tangan Prosthetic
7
Tangan prosthetic tahan lama (durable)
8
Tangan prosthetic murah (low-cost)
5.2
No 1 2 3 1 2
Ketercapaian Tercapai Belum dapat Diketahui Tercapai Tercapai Tercapai
Analisis Detil Desain Tangan Prosthetic UNS LPPD Proses pendetilan desain bertujuan untuk memperoleh dokumentasi desain
berupa gambar rancangan (drawings) dan daftar komponen penyusun tangan prosthetic (lists of separated components). Tahap ini dilakukan menggunakan software CAD/CAE Autodesk Inventor. Pada tahap ini kebutuhan desain diterjemahkan dengan menggabungkan konsep penelitian-penelitian sebelumnya menjadi dimensi dan geometri tangan prosthetic. Pada geometri jari tangan dijelaskan mengenai justifikasi atau alasan dari bentuk jari yang di desain. Dari keseluruhan proses pendetilan tersebut diperoleh hasil akhir berupa dokumentasi desain berupa drawings dan lists of separated components. Desain keseluruhan memiliki 64 komponen berbeda belum termasuk 38 komponen pin sebagai joint. Desain jari, ibu jari dan metakarpal memiliki bentuk yang unik ditambah dimensi yang kecil membuat desain ini sedikit rumit ketika masuk ketahap prototyping/ pembuatan prototype. Adapun proses perakitan membutuhkan ketelitian dan kesabaran dikarenakan ukuran komponen yang kecil sehingga proses pembuatan dan perakitan harus dilakukan dengan hati-hati dan teliti untuk menghasilkan produk tangan prosthetic yang baik, dalam segi bentuk dan kegunaan. Hasil visualisasi detil desain berupa drawings dalam bentuk 3D dan 2D mengandung informasi yang cukup dan detil sehingga dokumen ini layak untuk dilanjutkan ke tahap produksi.
V-6
5.3
Analisis Verifikasi Desain Verifikasi konsep desain menunjukkan kekuatan konstruksi pada masing-
masing jari. Parameter simulasi yang digunakan yaitu dan Safety Factor dan Displacement. Pada desin jari tangan dapat dikatakan aman ketika menerima gaya akibat pembebanan simulasi. Hal ini menunjukkan bahwa sistem konstruksi, mekanisme dan struktur pada jari sudah kuat dan tidak perlu dilakukan proses redesign atau proses desain ulang. Pada verifikasi ini, beban yang digunakan merupakan beban statis dengan gaya tunggal vertikal kebawah, hal ini yang membatasi hasil verifikasi pada penelitian ini. Pada kenyataannya, gaya yang akan diterima oleh jari tidak terbatas pada gaya dengan satu axis, namun sangat memungkinkan terjadi dalam multi-axis. Sedangkan gaya statis artinya beban yang diterima oleh objek yang diuji diterima secara statis/perlahan-lahan, bukan gaya kejut/impact, sehingga perlu dilakukan kajian lebih mendalam mengenai model statika yang hampir meyerupai keadaan nyata di lapangan. Perlu dikaji dan ditemukan kemungkinan gaya-gaya dan beban yang diterima oleh tangan ketika melakukan pekerjaan. Hal ini perlu dilakukan untuk menghasilkan desain
dengan
hasil
verifikasi
seakurat
mungkin
sehingga
dapat
dipertanggungjawabkan. Pada posisi penempatan gaya diletakkan pada ujung distal dikarenakan bagian ini merupakan titik yang paling ekstrim pada sistem konstruksi jari sehingga apabila bagian ini mampu menahan beban, maka jika beban diletakkan pada titik lain maka sistem konstruksi tentu saja dapat menahan beban tersebut. Tahap penentuan meshing merupakan tahapan yang juga menentukan hasil verifikasi, adapaun untuk verifikasi ini besar elemen rata-rata/mesh yang digunakan adalah 0.1 mm, nilai ini merupakan angka standar dalam melakukan pengujian. Untuk meningkatkan akurasi, nilai besar elemen rata-rata bisa diperkecil menjadi 0.05 hingga 0.01 dan memberikan nilai verifikasi yang berbeda, hanya saja hasil verifikasi tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan sehingga nilai 0.1 tetap digunakan. Hal ini dikarenakan ukuran dimensi objek pengujian kecil sehingga ukuran mesh tidak memberikan perbedaan yang mencolok.
V-7
Dari data safety factor dan displacement dilihat bahwa terjadi hubungan yang linier antara volume benda yang disimulasi dengan hasil simulasi, kecuali pada jari manis yang sedikit berbeda. Tabel 5.3 menunjukkan data hasil verifikasi selanjutnya gambar 5.2 merupakan diagram yang menggambarkan hubungan antara hasil verifikasi dengan massa masing-masing jari. Hasil pencitraan dengan grafik menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara massa yang dimiliki oleh jari dengan kekuatan konstruksinya, semakin besar massanya maka semakin kuat konstruksi jari prosthetic. Tabel 5.3 Data hasil verifikasi Jari Mass Safety factor Displacement
Telunjuk Tengah Manis Kelingking 4.45531 4.83066 4.65537 3.66727 0.356781 0.359957 0.32462 0.37261 2.47048 2.83525 2.34519 1.86663
Gambar 5.3 Hubungan hasil Verifikasi dengan Masssa Jari
V-8
