bab iii metodelogi perancangan - eprints.umm.ac.id
TRANSCRIPT
36
BAB III
METODELOGI PERANCANGAN
3.1 Flowchart
Metodelogi perancangan dalam perancangan prosthetic kaki bionic atas
lutut bagi penyandang disabiltas dengan jenis endoskeletal dijelaskan pada
gambar 3.1.
Gambar 3.1 Flowchart Metodelogi Perancangan
37
Pada gambar 3.1 telah dijelaskan langkah yang digunakan dalam perancangan
prosthetic kaki bionic. Uraian penjelasan metodelogi perancangan dijelaskan tahap
demi tahap dalam sub bab di bawah ini.
3.2 Tahapan Persiapan
Tahapan persiapan untuk mengidentifikasi data pada perancangan ini
dijelaskan, sebagai berikut:
3.2.1 Studi Pustaka
Studi pustaka disebut juga tahapan study literatur. Tahapan study
literatur ini dilakukan untuk mencari informasi tentang teori-teori
yang mendukung untuk tahapan pengambilan data, tahapan ini
biasanya menggunakan sumber berupa buku, patent, jurnal, penelitian
terdahulu atau literatur – literatur dari internet yang berkaitan tentang
prosthetic kaki bionic.
3.2.2 Pengambilan Data
Setelah melakukan observasi terhadap literatur, maka tahapan
selanjutnya melakukan pengambilan data berdasarkan literatur yang
digunakan untuk mendukung perancangan prosthetic kaki bionic.
3.2.3 Pengumpulan Data
Tahapan pengumpulan data merupakan tahapan mengumpulkan
sejumlah data yang akan digunakan yang telah diambil pada buku,
patent, jurnal, penelitian terdahulu atau literatur – literatur dari
internet yang berkaitan tentang prosthetic kaki bionic. Pada
pengumpulan data prosthetic dibutuhkan data Anthropometri
amputee, Dimensi prosthetic, massa prosthetic, posisi sudut sendi dan
massa tubuh manusia yang menggunakan prosthetic kaki bionic.
3.3 Tahapan Proses
Tahapan proses adalah tahapan dalam pembuatan perancangan prosthetic kaki
bionic ini dijelaskan, sebagai berikut:
38
3.3.1 Konsep Desain
Setelah dilaksanakan Pengumpulan data dan pengelolahan data
dilanjutkan dengan Konsep. Konsep digunakan untul menjabarkan
pengembangan prosthetic kaki yang akan dibuat. Konsep pada
perancangan ini adalah, Customizable, Mudah digunakan, Nyaman saat
dipakai,Canggih,lightweight dan memiliki estetika untuk menambah
kepercayaan diri penyandang disabilitas.
3.3.2 Pembuatan Desain Sketsa Prosthetic
Setelah mendapatkan konsep untuk desain Prosthetic kaki bionic
maka di imajinasikan dengan desai sketsa prosthetic kaki bionic dengan
menggambarnya di kertas. Tahapan ini untuk menunjang ke tahapan 3
D modeling yang akan menerapkan part-part dari sebuah prosthetic yang
akan dirancang sehingga mempermudah menentukan part-part dalam
prosthetic kaki bionic.
3.3.3 Pembuatan Model Prosthetic kaki bionic dengan Autodesk Inventor
Setelah sudah di sketsa pada kertas kita dapat menentukan bagian-
bagian part yang akan digunakan untuk mendesain 3D di Autodesk
Inventor . Pembuatan model prosthetic di awali dengan membuat setiap
part-part pada prosthetic kaki hingga proses Assembly prosthetic kaki
bionic.
3.3.4 Simulasi dan Pengujian Desain Prosthetic dengan Autodesk Inventor
Model 3 Dimensi prosthetic kaki bionic sudah di dapatkan, maka
tahapan ini akan mensimulasikan pergerakan prosthetic kaki bionic
yang akan digunakan dan pengujian material yang digunakan pada
prosthetic kaki bionic apakah kuat dan layak digunakan pada
penyandang disabilitas. Pengujian dilakukan untuk mendapatkan
material yang layak digunakan untuk prosthetic kaki bionic agar aman
dan nyaman saat digunakan penyandang disabilitas.
39
3.3.5 Evaluasi Model Prosthetic kaki bionic
Dari hasil simulasi dan pengujian apakah sesuai konsep dan
perhitungan. Jika tidak sesuai maka perlu evaluasi dari hasil model
prosthetic kaki bionic, jika sesuai maka ini Final desain dari Prosthetic
kaki bionic yang digunakan.
3.4 Tahapan Hasil
Tahapan hasil merupakan hasil dari Desain Prosthetic kaki bionic yang
telah di evaluasi dan mendapatkan final desain dari prosthetic kaki bionic
dengan mempertimbangkan keamanan dan kenyamanan dari pengguna
prosthetic kaki bionic.
3.5 Perancangan Prosthetic kaki bionic
Perancangan prosthetic kaki bionic hanya dilakukan menggunakan
software. Software yang digunakan adalah Autodesk Inventor 2020.
Perancangan dibagi menjadi 2 tahapan, yaitu perancangan masing-masing
part yang dibutuhkan dalam pembuatan prosthetic kaki bionic dan tahapan
assembly part prosthetic kaki bionic. Perancangan prosthetic perlu
memperhatikan massa bagian tubuh yang mengalami amputasi. Desain
prosthetic diharuskan memiliki massa lebih rendah dari bagian kaki yang
mengalami amputasi, yaitu memiliki berat 5,7% dari berat manusia. Dari nilai
tersebut maka dapat di hitung berat maksimal prosthetic senilai:
Massa prosthetic maksimal = 5,7% x massa tubuh
= 5,7% x 75 kg
= 4,275 kg
Berdasarkan perhitungan di atas maka berat prosthetic harus berada di
bawah 4,275 kg, sehingga tidak akan membebani penggunannya. Massa tubuh
diambil dari data berat rata-rata orang Indonesia yang telah diperoleh yaitu
seberat 75 kg. Pembuatan desain prosthetic kaki bionic ini merupakan
40
pengembangan dari desain yang telah ada. Terdapat perbaikan pada bagian
foot,shank,socket dan sistem penggerak pada lutut sehingga dapat
meyusuaikan antropometri orang Indonesia dengan ketinggian antara 150
sampai 180 cm.
Pengembangan yang paling menonjol terdapat pada bagian lutut. Pada
bagian ini terdapat bagian lutut yang diberikan sentuhan modern yang akan
menggunakan teknlogi untuk mengontrol gerakan dari sendi lutut yang
bertujuan untuk mempermudah gerak dari penyandang disabilitas agar
penyandang disabilitas mudah bergerak seperti kaki normal kembali.
3.6 Fungsi Produk
Tahap selanjutnya konsep produk dikembangkan menjadi perancangan
produk dengan pendekatan “black-box” dikembangkan suatu transformasi
energi untuk merealisasikan produk yang telah didefinisikan diatas.
Selanjutnya dari diagram blok fungsi dibuat matriks morfologi sebagai
susunan alternatif fungsi yang merealisasikan perubahan transformasi energi
tersebut.
3.6.1 Blok Fungsi
Fungsi dapat dideskripsikan sebagai aliran energi aliran material dan
aliran informasi, yang digambarkan sebagai blok fungsi dengan aliran
masuk dan aliran keluar. Jenis energi dapat berupa mekanik, listrik, kinetik,
maupun termal. Ketika energi tersebut dialirkan maka dapat disimpan,
ditarnsformasikan, dialihkan dan lain-lain. Aliran informasi dapat berupa
sinyal, baik sinyal mekanis maupun sinyal listrik atau software. Biasanya
sinyal tersebut dipergunakan sebagai alat kendali automatik atau sebagai
interface dengan manusia. Sub-fungsi biasanya disebut sebagai tingkat atau
level kedua, sub-sub fungsi tingkt ketiga dan seterusnya.
Pada alat Prosthetik kaki bionic, yang akan dirancang, energi masuk
berupa energi mekanik. Sistem penggerak untuk mentransformasikan energi
ke sistem penggerak. Keluarnya berupa tenaga penggerak untuk
menggerakkan kaki yang di amputasi. Dimana penggeraknya menggunakan
41
motor servo DC yang akan di control dengan mikrokontroler Arduino mega
2560. Diharapkan menghasilkan output yang sesuai dengan kaki normal.
Gambar 3.2 Blok Fungsi.
3.6.2 Diagram blok perancangan
Pada tahap ini akan dibuat secara umum kinerja dari setiap komponen
melalui diagram blok seperti dibawah ini.
Gambar 3.3 Diagram Blok Fungsi
Dari diagram blok fungsi di atas dapat dilihat dimana fungsi
terlebih dahulu didefinisikan sebagai fungsi keseluruhan, kemudian
dikembangkan menjadi sub-fungsi yang akan dilakukan pada produk yang
akan dikembangkan nantinya. Fungsi utama dari produk alat Prosthetik
kaki bionic adalah menghasilkan suatu keseimbangan yang dapat
membantu disabilitas yang kakinya diamputasi untuk tetap bisa berjala
layaknya orang normal.
42
Langkah kedua yang akan dilakukan adalah menguraikan fungsi
menjadi sub-fungsi dan selanjutnya menguraikan sub-fungsi menjadi sub-
sub fungsi dan begitu seterusnya.
3.6.3 Matriks Morfologi
Sub-fungsi pada diagram blok fungsi merupakan fungsi tingkat
kedua. Untuk setiap sub-fungsi ini akan dicari solusi-solusi yang dapat
memenuhi setiap sub-fungsi. Solusi-solusi yang memenuhi sub-fungsi
dan sub-sub fungsi belumlah konsep produk, tetapi baru konsep elemen.
Kombinasi konsep elemen barulah merupakan konsep produk.
Tabel 1.1 Fungsi dan Sub-fungsi untuk Prosthetic kaki Bionic.
Fungsi dan sub fungsi
A
Material Socket
Rubber (A1)
Silicon (A2)
Glass Reinforce Plastic (A3)
Alumunium (A4)
B
Pengait Socket
Strap (B1)
Sabu ( B2)
Pengunci (B3)
Tanpa Pengait (B4)
C Design
Endoskeletal (C1)
Exoskeletal (C2)
Kombinasi (C3)
D Jenis Knee Joint
C-Leg ( Komputerisasi) (D1)
Sidebar stainless (D2)
Fourbar Linkage (D3)
Single Axis (D4)
Double Axis (D5)
E
Mekanisme
Penyeimbang
Engsel (E1)
Pegas (E2)
43
Hidrolik (E3)
Poros Putar (E4)
F
Material Shank Tube
Alumunium (F1)
Stainless Steel (F2)
Glass Reinforce Plastic (F3)
Polypropylene (F4)
G Mekanisme
Pergelangan Kaki
Single axis Foot (G1)
SACH foot Rubber (G2)
Sendi Solid (G3)
H Sistem Penggerak
Mekanik (H1)
Manual (H2)
Motor kontrol (H3)
Motor Kontrol + Sensor (H4)
Tabel 3.2 Matriks Morfologi untuk Prosthetic kaki Bionic.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A4 A1 A2 A4 A3 A4 A1 A4 A3 A3
B2 B4 B4 B1 B1 B3 B4 B3 B2 B1
C2 C1 C3 C1 C1 C2 C1 C1 C1 C1
D1 D4 D4 D3 D5 D5 D1 D2 D5 D5
E3 E4 E1 E2 E3 E3 E3 E1 E3 E3
F1 F3 F2 F4 F4 F1 F2 F1 F4 F4
G1 G3 G2 G3 G3 G1 G1 G2 G1 G1
H1 H2 H2 H1 H3 H3 H4 H2 H4 H1
Berikut ini akan ditampilkan matriks morfologi dimana akan dapat
disusun beberapa varian konsep produk yang mungkin dibuat.
Dari tabel A2 diatas maka dapat disusun alternatif konsep varian produk
sebagai berikut :
Konsep 1 : A4+B3+C1+D4+E1+F4+G1+H2
Konsep 2 : A3+B4+C1+D5+E3+F1+G2+H4
Konsep 3 : A2+B4+C1+D3+E4+F1+G2+H2
Konsep 4 : A4+B2+C1+D5+E3+F2+G1+H1
Konsep 5 : A3+B4+C2+D2+E1+F3+G2+H2
44
Dari kelima konsep tersebut akan dibuat model sketsa yang dibuat pada
fase perancangan konsep produk.
3.7 Konsep Produk
Konsep-Konsep produk yang telah di peroleh dari morfologi diatas, yaitu
konsep produk yang munkin di buat, akan di kembangkqn dalam bentuk
sketsa. Diharapkan dengan membuat sketsa dari konsep konsep produk
tersebut maka dapat di analisa konsep produk yang paling baik untuk
dikembangkan baik dari segi teknologi maupun dari segi biaya
pembuatannya.
45
3.7.1 Pengembangan produk konsep pertama
Sketsa dari konsep Prosthetic kaki bionic yang pertama dapat dilihat
dari gambar sketsa berikut :
Keterangan :
Konsep ini menggunakan engsel sebagai gerak lututnya dengan
design yang mirip dengan kaki normal menggunakan material
polypropylene sehingga kuat dan aman digunakan. Dan menggunkan
mekanisme pergelangan single axis foot agar mempermudah dalam
berjalan.
Gambar 3.4 Sketsa Konsep produk pertama Prosthetic kaki bionic.
46
Gambar 3.5 Sketsa Konsep produk kedua Prosthetic kaki bionic.
3.7.2 Pengembangan konsep produk kedua
Sketsa dari konsep Prosthetic kaki,bionic yang kedua dapat dilihat dari
gambar sketsa berikut :
Keterangan :
Konsep ini menggunakan engsel sebagai gerak lututnya dan
hidrolik untuk mekanisme penyeimbangnya dengan design yang mirip
dengan kaki normal. Menggunakan material alumunium shank tube
sehingga kuat dan aman digunakan. Dan menggunkan mekanisme
pergelangan single axis foot agar mempermudah dalam berjalan. Socket
terbuat dari Glass Reinforce Rubber sehingga nyaman digunakan.
47
3.7.3 Pengembangan konsep ketiga
Sketsa dari konsep Prosthetic kaki bionic yang ketiga dapat dilihat dari
gambar sketsa berikut :
Keterangan :
Konsep ini menggunakan poros putar untuk sendi lututnya dan
engsel untuk mekanisme penyeimbangnya, dengan design yang mirip
dengan kaki normal. Menggunakan material Alumunium pada shank
tubenya sehingga kuat dan aman digunakan. Dan menggunkan
mekanisme pergelangan single axis foot agar mempermudah dalam
berjalan. Socket terbuat dari Glass Reinforce Rubber sehingga nyaman
digunakan.
Gambar 3.6 Sketsa Konsep produk Ketiga Prosthetic kaki bionic.
48
3.7.4 Pengembangan konsep produk keempat
Sketsa dari dari konsep Prosthetic kaki bionic yang keempat dapat
dilihat dari gambar sketsa berikut:
Keterangan :
Konsep ini menggunakan engsel sebagai gerak lututnya dan
mekanisme penyeimbangnya menggunakan hidrolik dengan design yang
mirip dengan kaki normal menggunakan material Stainless steel sehingga
kuat dan aman digunakan. Dan menggunkan mekanisme pergelangan
single axis foot agar mempermudah dalam berjalan
Gambar 3.7 Sketsa Konsep produk KeempatProsthetic kaki bionic.
49
3.7.5 Pengembangan konsep produk kelima
Sketsa dari konsep Prosthetic kaki bionic yang kelima dapat dilihat dari
gambar sketsa berikut:
Keterangan :
Konsep ini menggunakan engsel sebagai gerak lututnya dengan
design yang mirip dengan kaki normal menggunakan material Glass
Reinforce Rubber sehingga kuat dan aman digunakan. Dan menggunkan
mekanisme pergelangan SACH Rubber foot.
Gambar 3.8 Sketsa Konsep produk Kelima Prosthetic kaki bionic.
50
3.8 Pemilihan Konsep Produk
Metode pemilihan keputusan yang juga dikenal dengan metode Pugh,
terbukti dapat digunakan dengan mudah dan efektif. Konsep produk
dibandingkan berdasarkan keinginan-keinginan pengguna.
Pada tahap evaluasi ini konsep produk dibandingkan satu sama lain, satu
persatu Secara berpasangan dalm hal kemampuan memenuhi keinginan
pengguna dan kemudian memberi skor pada hasil perbandingan untuk setiap
keinginan pengguna dan, kemudian menjumlah skor yang diperoleh untuk
setiap konsep produk. Konsep produk dengan skor yang tertinggi adalah yang
terbaik. Matrik pengambilan keputusan digambarkan sebagai berikut :
Langkah 1 : menyusun kriteria untuk membandingkan konsep produk satu sama
lainnya.
Kriteria perbandingan ini disusun berdasarkan data keinginan – keinginan
pengguna, dimana keinginan pengguna ini dibagi dua yakni keinginan yang
harus dipenuhi dan keingiinan yang lain, yang disusun berdasarkan prioritasnya
untuk konsep produk yang dikembangkan atau dirancang.
Untuk Prosthetic kaki bionic maka kriteria perbandingan disusun sebagai
berikut :
1. Kuat dan tahan lama : diharapkan produk dapat bertahan lama dalam waktu
yang lama sehingga dapat mengurangi biaya perbaikan.
2. Dimensi alat : diharapkan alat yang dibuat tidak memiliki bentuk yang tidak
begitu besar sehingga dapat dioperasikan secara mudah.
3. Stabilitas : diharapkan memiliki tingkat keselarasan yang tinggi untuk
memberikan kenyamanan.
4. Biaya pembuatan : diharapkan biaya yang dikeluarkan untuk memproduksi
alat harus seminimal mungkin.
5. Ringan : alat yang dibuat tidak terlalu berat sehingga tidak menyulitkan
pengguna dalam pengoprasian.
6. Pengoprasian mudah : diharapkan pengoprasiannya semudah mungkin oleh
pengguna.
7. Pemeliharaan mudah : diharapkan perawatannya tidak begitu sulit agar alat
tetep bekerja dengan baik.
Kriteria untuk perbandingan
(langkah 1) Bobot Pemberian skor (langkah3)
Menjumlahkan skor (langkah 4)
Konsep-konsep produk yang
dipertimbangkan (langkah 2)
Gambar 3.9 Diagram langkah metode pengambilan keputusan
51
8. Kehandalan : prosthetic kaki bionic harus memiliki kehandalan yang baik
sehingga dapat digunakan pada saat diperlukan.
Langkah 2 : pemilihan konsep konsep produk yang dibandingkan
Dari matriks morfologi telah didapat lima buah konsep produk yang
mungkin dibuat, kelima konsep produk. Kelima konsep inilah yang akan saling
dibandingkan
Langkah 3 : Pemberian skor
Sebelum memberi skor maka terlebih dahulu harus ditetapkan produk
referensi dari konsep produk. Kemudian dibandingkan, jika dapat memenuhi
keinginan pengguna lebih baik maka diberi skor lebih dari 70, jika
kemampuannya sama dinilai skornya juga sama, dan jika lebih buruk diberi skor
dibawah 70.
Langkah 4 : Menjumlahkan skor
Setelah setiap kriteria diberi skor untuk tiap tiap konsep produk maka skor-
skor tersebut dijumlahkan.
Berikut ini ditampilkan matriks pengambil keputusan berdasarkan
metode yang diterangkan diatas untuk Prosthetic kaki Bionic.
Tabel 3.3 Matriks pengambil keputusan untuk alat Prosthetik kaki bionic.
No. Bobot K1 K2 K3 K4 K5
1. 10 10 10 10 10 8
2. 10 7 9 8 8 5
3. 10 8 10 10 8 7
4. 10 8 8 8 9 10
5. 10 8 7 7 8 9
6. 10 8 10 5 6 9
7. 10 7 10 8 7 4
8. 10 9 10 9 9 8
80 66 74 65 65 60
3.9 Perancangan produk / pemberian bentuk pada konsep
produk terpilih
Setelah fase perancangan konsep produk maka akan dilanjutkan
dengan fase perancangan produk. Konsep produk yang masih berupa sketsa
diberi bentuk ole sebab itulah fase ini juga disebut sebagai Pemberian
bentuk. Dari pemilihan konsep produk telah dipilih konsep 2 yang
selanjutnya akan dieri bentuk menjadi pembuatan produk alat Prosthetic
kaki bionic. Berikut ini ditampilkan permodelan solid dari produk yang akan
ditampilkan pada akhir laporan ini. Permodelan ini dilakukan dengan
menggunakan software Autodesk inventor.