MENGUKUR KECEPATAN DAN PERCEPATAN GERAK KAKI MANUSIA MENGGUNAKAN MULTIMEDIA

MENGUKUR KECEPATAN DAN PERCEPATAN GERAK KAKI MANUSIA MENGGUNAKAN MULTIMEDIA Adi Wahyu Christianto 2108100151 Dosen Pembimbing : Ir. Yusuf Kaelani, MSc., E.

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2013

Sumber: http:www.cdc.gov (2005)

Kerusakan Sendi Lutut

Rheumatoid

Osteoarthritis Post-Trauma Arthritis

femur

Pergerakan Femur relative terhadapTibial Gesekan

Pengujian Biomekanik tibial

Sendi Lutut Buatan

Latar Belakang LAJU KEAUSAN PADA (UHMWPE) DENGAN STAINLESS STEEL SEBAGAI SENDI LUTUT BUATAN (KNEE REPLACEMENT PROSTHESIS) variasi kecepatan 0,13 m/s dan 0,23 m/s

Moch. Solikin(2012)

Rancang Bangun Software Untuk Mengukur Kecepatan Dan Percepatan Sebuah Partikel Dengan Online Web Camera

Wong Windra(2009)

Latar Belakang Mengukur besarnya kecepatan relatif tibial terhadap femural pada gerakan sendi lutut manusia saat melakukan aktivitas; 1. berjalan, 2. berlari, 3. menaiki dan 4. menuruni tangga

Rumusan Masalah

Kamera digital

Kecepatan gerak lutut

Tujuan Mengukur besarnya kecepatan dan percepatan gerakan sendi lutut Mendapatkan kecepatan sudut pada tiap titik persendian kaki

Batasan Masalah 1. Objek yang digunakan adalah titik yang diberikan pada persendian kaki.

2. Kamera digital dalam keadaan tidak bergerak

3. Pengambilan gambar dilakukan secara tegak lurus terhadap objek

4. Jarak kamera digital dengan objek sama.

Dasar Teori Rancang Bangun Software Untuk Mengukur Kecepatan Dan Percepatan Sebuah Partikel Dengan Online Web Camera

Sumber:(Wong Windra ,2009)

Dasar Teori Analysis of different uncertainties in the inverse dynamic analysis of human gait

Sumber:(Pàmies-Vilà, Rosa. Josep M. Font-Llagunes, Javier Cuadrado, F. Javier Alonso, 2012)

Dasar Teori PERGERAKAN SENDI LUTUT

Fleksi

Ekstensi

Dasar Teori VEKTOR DALAM KOORDINAT KARTESIUS

Dasar Teori VEKTOR DALAM KOORDINAT KARTESIUS

𝑉

𝑟′ − 𝑟 ∆𝑟 = = ∆𝑡 ∆𝑡

Dasar Teori VEKTOR DALAM KOORDINAT KARTESIUS Kecepatan dan Percepatan sudut

∆𝑣 𝑑𝑣 𝑎 = lim = ∆𝑡→0 ∆𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝜃 𝑑𝜔 𝑑 𝑑𝑡 𝑑2𝜃 𝛼= = = 2 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡

Dasar Teori imajiner

P

Yp

Xp

Koordinat kompleks

real

Dasar Teori imajiner

A

R2

𝑟𝑎 + 𝑟2 + 𝑟3 = 𝑟𝑐

B

𝑑 𝑑 𝑖𝜃 2 𝑅2 𝑒 + 𝑅3 𝑒 𝑖𝜃3 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑎 𝑑𝑡 𝑑𝑡

R3

Ra

𝑖𝑅2 𝜔𝑒 𝑖𝜃2 + 𝑖𝑅3 𝜔𝑒 𝑖𝜃3 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑎

C

Real Rc

−𝑅2 𝜔2 sin 𝜃2 − 𝑅3 𝜔3 sin 𝜃3 = 𝑉𝑐𝑥 − 𝑉𝑎𝑥

real

Imajiner

𝑅2 𝜔2 cos 𝜃2 + 𝑅3 𝜔3 cos 𝜃3 = 𝑉𝑐𝑦 − 𝑉𝑎𝑦

Dasar Teori imajiner

𝑖𝑅2 𝜔2 𝑒 𝑖𝜃2 + 𝑖𝑅3 𝜔3 𝑒 𝑖𝜃3 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐴

A

R2

𝑑 𝑑 𝑅2 𝜔2 𝑒 𝑖𝜃2 + 𝑅3 𝜔3 𝑒 𝑖𝜃3 𝑑𝑡 𝑑𝑡

B

𝑅2 𝜔2 𝑒 𝑖𝜃2 + 𝛼2 𝑅2 𝑒 𝑖𝜃2 + 𝑖𝑅2 𝜔22 𝑒 𝑖𝜃2

R3

Ra

= 𝑎𝐶 − 𝑎𝐴

Real

C

−𝛼2 𝑅2 sin 𝜃2 − 𝑅2 𝜔22 cos 𝜃2 − 𝛼3 𝑅3 sin 𝜃3 − 𝑅3 𝜔32 cos 𝜃3 = 𝑎𝐶𝑥 − 𝑎𝐴𝑥

Rc

Imajiner 𝛼2 𝑅2 cos 𝜃2 −𝑅2 𝜔22 sin 𝜃2 + 𝛼3 𝑅3 cos 𝜃3 −𝑅3 𝜔32 sin 𝜃3 = 𝑎𝐶𝑌 − 𝑎𝐴𝑌

real

Metodologi

Metodologi 1. Menyiapkan obyek pengukuran. 2. Memberi tanda titik pada kaki manusia.

3. Penentuan terhadap objek. Kamera digital

jarak

kamera

Objek

L

h

4. Menempatkan kamera pada bidang yang tidak bergerak.

5. Pengaturan kecepatan treadmill.

•Tinggi kamera (H) = 64 cm •Jarak kamera-objek (L) = 125 cm

Metodologi 1.

Variabel.

Berjalan dengan kecepatan 2 Km/jam Berlari dengan kecepatan 4 Km/jam Menaiki Tangga MenuruniTangga

MenuruniTangga dengan Berlari Menaiki Tangga dengan Berlari 2. Penyimpanan Gambar

File.avi

Metodologi 3. Extract

File.avi

Image .jpg

Video pengambilan data Spesifikasi kamera : 30 fps

Hasil Ekstrak Berupa Image

Metodologi 4. Koordinat

∆XC = XC2− XC1 ∆YC = YC2− YC1

(XC1,YC1)

(XC2,YC2)

Scalling

Ujung 1 Ujung 2

Penggaris

Panjang penggaris = 30 cm

Metodologi 4. Converting

Frame

Xa 1 2 3 4 5 6 7

430 405 380 362 342 320 299

Ya 110 109 112 110 107 96 85

Xb 334 334 330 329 326 324 308

Yb 266 280 289 292 289 282 268

Xc 373 376 379 380 379 377 366

Yc 388 403 408 409 408 402 388

∆Xa(cm)

∆Ya(cm)

∆Xb(cm)

∆Yb(cm)

∆Xc(cm) ∆Yc(cm)

-6,248928 -0,2499571 0 3,56350144 0,756712 -6,248928 0,7498714 -1,01814327 2,29082235 0,756712 -4,499228 -0,4999143 -0,25453582 0,76360745 0,2522373 -4,999142 -0,7498714 -0,76360745 -0,7636074 -0,252237 -5,499057 -2,7495286 -0,50907163 -1,7817507 -0,504475 -5,2491 -2,7495286 -4,07257307 -3,5635014 -2,774611 -4,749187 -3,4994 -6,1088596 -2,7998939 -3,531323

3,7835599 1,2611866 0,2522373 -0,252237 -1,513424 -3,531322 -3,783559

Pembahasan Berjalan dengan 2 km/h Kecepatan Kumulatif

200

V a V b V c

100 50 0 1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Frame

Kecepatan Sudut

12

Percepatan Sudut 400

8

300

4

200

0 -4

1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

-8

100

rad/s2

rad/s

cm/s

150

0 -100

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

-200

-12

-300

-16 ω2

Frame

ω3

-400 α2

Frame

α3

Pembahasan Berlari dengan 4 km/h Kecepatan Kumulatif 200

cm/s

150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Frame Va

Vb

Vc

6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6

Percepatan Sudut 200 150

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Axis Title

rad/s

Kecepatan Sudut

100 50 0 -50

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

-100 -150

Frame ω2

ω3

Frame α2

α3

Pembahasan Menaiki tangga Kecepatan Kumulatif 250 150 100 50

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Frame Va

6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4

Vb

Vc

Kecepatan Sudut

Percepatan Sudut

200 150 100

rad/s2

Rad/s

cm/s

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

50 0

-50

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

-100 -150

ω2

Frame

-200

Frame

ω3 α2

α3

Pembahasan

cm/s

Menuruni tangga

Kecepatan Kumulatif

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Frame Va

Vb

Percepatan Sudut

Vc 150

Kecepatan Sudut

6

100

Axis Title

Axis Title

4 2 0 -2

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

0 -50

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

-100

-4 -6

50

-150

Frame ω3

ω2

Frame α2

α3

Pembahasan Manaiki tangga dengan berlari Kecepatan Kumulatif 250

cm/s

200 150 100

50 0 1

2

3

4

5

6

7

Frame Va

Vb

Vc

Percepatan sudut

Kecepatan Sudut

8

200

150

6

rad/s2

100

4 2

50 0 -50

1

2

3

4

-100

0 1

2

3

4

-2 ω2

Frame

5 ω3

6

7

-150

Frame α2

α3

5

6

Pembahasan Menuruni tangga dengan berlari

Kecepatan Kumulatif 250

cm/s

200 150 100

50 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Frame Va

Vb

Percepatan Sudut

Vc 400

Kecepatan Sudut

6

300 200

rad/s2

4

rad/s

2 0 -2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

100 0 -100

1

2

3

4

5

-200 -300

-4

-400

Frame

-6 -8 ω2

Frame

α2 ω3

α3

6

7

8

Kesimpulan Berjalan kecepatan kumulatif C(mata kaki) = 161,4746 cm/s , kecepatan sudut femural(ω2) = 10,20328615 rad/s , tibial(ω3)= -12,22137814 rad/s, percepatan sudut femur (α2) = 265,4767496 rad/s2 pada tibial (α3) = -230,8496829 rad/s2.

Berlari kecepatan kecepatan kumulatif kumulatif C(mata C(mata kaki) kaki) == 175,9529 175,9529 cm/s cm/s ,, kecepatan kecepatan sudut sudut femural(ω femural(ω222)) == 5,293015 5,293015 rad/s rad/s ,, tibial(ω tibial(ω333)= )= 4,839496 4,839496 rad/s, rad/s, percepatan percepatan sudut sudut femural(α femural(α222)) == -111,325 -111,325 rad/s rad/s222 pada pada tibial tibial (α (α333)) == 145,7794 145,7794 rad/s rad/s222..

Menaiki Tangga kecepatan kumulatif B(lutut) = 209,8193 cm/s , kecepatan sudut femural(ω2) = 5,131501612 rad/s , tibial(ω3)= -

3,542130153 rad/s, percepatan sudut femural(α2) = 137,4093267 rad/s2 (α3) = -164,8340734 rad/s2.

Menuruni Tangga kecepatan kumulatif titik B(lutut) = 191,4505 cm/s , kecepatan sudut femural(ω2) = -4,828 rad/s , tibial(ω3)= 4,352276 rad/s, percepatan sudut femural(α2) = -62,3801 rad/s2 tibial (α3) = 92,12551 rad/s2

Kesimpulan Menaiki tangga dengan berlari kecepatan kumulatif B(lutut) = 201,5582 cm/s , kecepatan sudut femural(ω2) = 3,042869 rad/s , tibial(ω3)= 6,692248 rad/s, percepatan sudut femural(α2) = 156,0391 rad/s2 tibial (α3) = -126,335 rad/s2.

Menuruni tangga dengan berlari kecepatan kumulatif titik B(lutut) = 219,6246 cm/s , kecepatan sudut femural(ω2) = -4,63862 rad/s , tibial(ω3)= 3,710738 rad/s, percepatan femural(α2) = -239,398 rad/s2 tibial (α3) = -327,7021 rad/s2.

Saran Dalam pengambilan gambar sebaiknya dilakukan dengan cahaya yang cukup sehingga mengurangi efek blur.

Sebaiknya digunakan kamera highspeed agar tidak menghasilkan buram pada gambar yang ditangkap saat bergerak.

Penggaris untuk proses scaling sebaiknya diletakkan sesejajar mungkin dengan objek yang diamati agar dapat meminimalisir terjadinya error.

Kajian Pustaka Brault, M. 2005.47.5 Million U.S. Adults Report a Disability; Arthritis Remains Most Common Cause, Solichin, Moch. 2012. Studi Eksperimental Laju Keausan (Specific Wear Rate) Antara Ultra High Molecular Weight Polyethylene (Uhmwpe) Dengan Stainless Steel Sebagai Sendi Lutut Buatan (Total Knee Replacement Prosthesis) Manusia. Surabaya. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin ITS. Gunawan, Wong Windra. 2009. Rancang Bangun Software Untuk Mengukur Kecepatan Dan Percepatan Sebuah Partikel Dengan Online Web Camera. Surabaya. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin ITS. Pàmies-Vilà, Rosa. Josep M. Font-Llagunes, Javier Cuadrado, F. Javier Alonso., Sept 2012. “Analysis of different uncertainties in the inverse dynamic analysis of human gait”. Mechanism and Machine Theory 58 (2012) 153–164 Holowenko, A.R.1984. Dinamika Permesinan.Diterjemahkan oleh Cendy Prapto. Surabaya: Penerbit Erlangga. W Bohannon, Richard., 1997. “Comfortable and Maximum Walking Speed of Adults Aged 20-27 Years: Reference Values and Determinants”. Age and Ageing 26 (1997) 15–19

Sekian dan Terima Kasih Mohon Saran dan Kritik untuk Kemajuan Tugas Akhir Ini