BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di dalam dunia kedokteran gigi, dikenal suatu teknologi yang dinamakan dental unit. Dental unit digunakan sebagai tempat periksa untuk pasien dokter gigi yang telah dilengkapi beberapa peralatan medis. Dental unit sendiri terdiri dari dental chair, dental light, assistant s unit, dan instrument delivery system. Dental unit biasanya ditunjang oleh fasilitas listrik, gas, kompresor udara, aliran air, dan saluran pembuangan yang diletakkan pada cuspidor. Salah satu bagian penting dari dental unit adalah dental light. Dental light merupakan bagian yang digunakan untuk menyorot atau menerangi bagian mulut pasien yang sedang diperiksa. Dental light dengan ujung berupa bohlam lampu bermika ditopang oleh lengan berbahan metal dengan beberapa sendi yang memungkinkannya melakukan beberapa gerakan untuk mengakomodir fokus cahaya. Pada kedua sisi dental light dilengkapi pula pegangan tangan membujur vertikal. Dalam penggunaannya, dental light digerakkan menggunakan tangan sampai fokus cahayanya dirasa sesuai dengan posisi periksa yang diperlukan dokter. Cara pengaturan konvensional seperti ini dirasakan cukup merepotkan dan mengurangi kesterilan tangan dokter karena harus menyentuh langsung pegangan dari dental light. Selain itu tidak semua dokter gigi didampingi perawat sebagai asisten, padahal dalam melakukan praktiknya tangan dokter haruslah selalu steril. Teknologi image processing, sebagai salah satu bidang riset pionir dalam pengolahan citra digital, berkembang pesat beberapa tahun belakangan. Kemunculan metode-metode dalam pengenalan pola dan bentuk benda telah dimanfaatkan pada beragam aplikasi kehidupan. Salah satu di antaranya adalah aplikasi pendeteksian jari. Aplikasi ini pada umumnya memanfaatkan gerakan dan atau pola tangan dari variasi posisi jari sebagai input yang kemudian diproses. 1
2 Output dari sistem kemudian dapat diumpankan ke sistem yang lain yang menerima hasil perintah dari terjemahan aplikasi pendeteksi jari. Teknologi robot khususnya bidang kendali perangkat keras mengikuti jejak bidang teknologi lainnya dengan perkembangannya yang pesat. Berbagai macam actuator seperti halnya motor DC, motor servo, pneumatic, sampai hidrolik telah dapat dikontrol dengan berbagai metode kendali. Salah satunya menggunakan metode gerak kinematika terbalik atau sering disebut inverse kinematics. Menggunakan metode ini algoritma menjadi lebih sukar untuk pengguna namun memberikan hasil yang lebih presisi karena gerakan dari sistem, misal robot lengan, fokus berdasarkan titik akhir yang diminta. Kaitannya dengan alat dental unit adalah keberadaan lengan metal bersendi yang menopang bagian dental light dapat disubstitusi menggunakan robot lengan yang dilengkapi dengan derajat kebebasan atau DOF sesuai dengan kebutuhan. Dengan menggunakan aplikasi pendeteksi jari sebagai perintah masukan kemudian diumpankan pada sistem kendali robot lengan untuk mengontrol posisi dental light, akan memudahkan dokter gigi dalam bekerja dan akan tetap menjaga kesterilan tangan dokter. Hal inilah yang melatarbelakangi penelitian ini. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan, maka dapat dirumuskan masalah penelitian sebagai berikut : Bagaimana membuat sebuah sistem kendali gerakan dari robot lengan dental light dengan masukan berupa isyarat jari tanpa sentuhan langsung. 1.3 Batasan Masalah Dalam pembuatan dan uji coba sistem ini, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut : - Kamera dan sistem proses dari isyarat tangan menggunakan kamera webcam dan unit PC dengan komunikasi menggunakan serial USB. - Sistem digunakan di dalam ruangan.
3 - Dimensi dari robot lengan dental light menyesuaikan dengan kebutuhan dan hardware. - Aktuator dari robot lengan menggunakan jenis motor servo dipadu dengan gearbox untuk mengakomodir kebutuhan torsi. - Robot lengan dental light dikendalikan melalui mikrokontroller utama mbed sebagai master dengan slave pertama servo controller dan slave kedua mikrokontroller ATMega 2560. - Kendali gerak robot lengan menggunakan algoritma kinematika balik diterapkan pada empat DOF utama, khusus dua DOF terakhir yang digunakan untuk mengatur fokus cahaya menggunakan algoritma kinematika maju. - Arah isyarat tangan yang dipakai dibatasi pada arah atas-bawah dan kanan-kiri dengan jumlah jari yang menunjuk hanya satu jari. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan mengimplementasikan integrasi kendali robot lengan berdasarkan pengolahan citra digital (OpenCV) terhadap isyarat tangan pada alat dental light yang mampu menggerakkan alat dental light lewat instruksi isyarat jari. Juga melakukan pengujian terhadap mekanik rangka robot, desain penempatan aktuator, waktu respon lengan untuk bergerak, dan ketepatan dari gerakan robot lengan. 1.5 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang akan dilakukan meliputi beberapa hal yang ditunjukkan pada Gambar 1.1.
4 Identifikasi Masalah Perancangan Sistem Tinjauan Pustaka Penerapan Rancangan dan Pengujian Uji Coba dan Pembahasan Luaran yang Diinginkan Gambar 1.1 Diagram alir metodologi penelitian Berikut di bawah ini adalah penjelasan dari Gambar 1.1 : - Identifikasi Masalah Identifikasi masalah-masalah berisi faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja dari robot lengan untuk bergerak pada posisi yang diinginkan dan bekerja membantu fokus dari perangkat lampu dental light. Serta kinerja dari sistem input berupa perangkat webcam yang digunakan untuk mengenali dan mengambil kesimpulan mengenai arah isyarat tangan yang diberikan. - Perancangan Sistem Pada tahap ini, sistem robot lengan dirancang dengan berdasar pada tinjauan pustaka yang dilakukan begitu juga dengan sistem pengenal pada webcam. Perancangan sistem untuk robot sebagian besar berhubungan dengan perangkat lunak dan perangkat keras robot. - Rancangan dan Pengujian Setelah perancangan dilakukan, kemudian diterapkan dengan membangun robot menggunakan kombinasi enam buah motor servo berikut dengan hardware penunjang lainnya. Sedangkan perancangan perangkat lunak untuk pengenal gambar juga dihubungkan sebagai inputan untuk aksi dari robot. Lalu dilakukan pengujian terhadap gerak dari robot dan kesesuaiannya dengan pengenal dari webcam.
5 - Uji Coba dan Pembahasan Tahapan uji coba dan pembahasan akan menghasilkan nilainilai dari hasil pengujian dan kemudian dianalisa apakah nilai-nilai tersebut sudah sesuai dengan luaran yang diinginkan. Jika sudah sesuai, maka sistem robot dan sistem pengenal gambar sudah dapat digunakan dengan baik, jika belum maka penerapan rancangan diulang dengan perubahan dari hasil pengujian dan evaluasi. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika dari penulisan laporan ini yaitu : - BAB I : PENDAHULUAN Berisi pemaparan tentang latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metodologi penelitian serta sistematika penulisan. - BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Dalam bab ini dipaparkan hasil penelitian terdahulu atau teknologi yang mempunyai keterkaitan dengan penelitian yang dilakukan oleh penulis. Yaitu mengenai robot lengan dan kendalinya serta pemrosesan citra untuk identifikasi gambar. - BAB III : DASAR TEORI Berisi penjelasan dan teori mengenai komponen-komponen yang digunakan pada subsistem, baik subsistem pengenal gambar maupun subsistem kendali gerak robot lengan. Yaitu komponen yang digunakan pada perangkat keras dan perangkat lunak. - BAB IV : PERANCANGAN SISTEM Berisi penjelasan tentang perancangan sistem yang dibuat, meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. - BAB V : IMPLEMENTASI SISTEM Berisikan tentang implementasi dari perancangan dalam bentuk nyata terhadap kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Mengenai
6 kinerja kendali gerak terhadap posisi robot lengan terhadap masukan koordinat dalam beberapa kondisi. - BAB VI : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Berisikan tentang hasil pengujian sistem yang dilakukan oleh penulis meliputi pengamatan atas kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Hasil pengujian kemudian dianalisis dan dibahas hasil dan kinerjanya. - BAB VII : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran-saran sehingga sistem ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan perancangan dan metode yang lebih baik.