ANALISIS KINEMATIKA BALIK PADA KENDALI ROBOT LENGAN DENTAL LIGHT BERBASIS PENGOLAHAN CITRA DIGITAL BERDASARKAN ISYARAT TANGAN

SAPRINDO HARUN P, Dr. Agus Harjoko, M.Sc.

2013 | Skripsi | ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

Pemanfaatan kemajuan teknologi dalam bidang rekayasa robot manipulator dan pengolahan citra diterapkan dalam penelitian ini. Robot lengan dengan enam DOF atau sendi digunakan dalam membantu tindakan medis dokter dengan mengautomatisasi gerakan dari lampu sorotnya atau disebut dental light berdasarkan isyarat jari tangan dari dokter sebagai user. Pengenalan isyarat jari tangan ke arah atas-bawah dan kanan-kiri menggunakan pendekatan pengolahan citra (dengan bantuan library OpenCV) untuk kemudian digunakan sebagai instruksi pengendali gerakan dari robot lengan. Instruksi tersebut diolah menjadi koordinat kartesian untuk kemudian digunakan mencari sudut dari sendi-sendi manipulator sehingga bergerak memosisikan end-effector-nya pada lokasi yang diinginkan. Proses pencarian sudut dengan input koordinat kartesian menggunakan algoritma kinematika balik dengan dua pendekatan pemodelan, yaitu metode analisis aljabar dan metode geometrik. Pada implementasi dipilih metode analisis aljabar yang lebih fleksibel. Penggunaan metode ini diawali dengan menentukan notasi Denavit-Hartenberg dari manipulator dilanjutkan dengan pencarian matriks transformasi homogen tiap sendinya. Untuk mempermudah pengendalian ditambahkan satu subsistem focus pedal yang digunakan untuk mengendalikan gerak dari dua sendi terakhir bagian end-effector. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah integrasi antara tiga subsistem pengenal isyarat jari tangan, focus pedal, dan kendali robot lengan. Uji coba sistem dilakukan dengan pengujian terhadap kinerja algoritma kinematika balik dengan hasil selisih antara kedua metode yang digunakan mencapai yang menunjukkan keakuratan dari algoritma. Pengujian algoritma secara hardware juga menunjukkan performansi yang baik dengan selisih antara nilai input sumbu dengan nilai sumbu uji berada pada range -1 sampai 2 mm. Waktu yang dibutuhkan untuk sekali eksekusi algoritma kinematika balik berada pada range 207-208 ms sedangkan untuk eksekusi instruksi subsistem focus pedal berada pada range 36-38 ms. Komunikasi pengiriman instruksi dari subsistem focus pedal berjalan baik pada range 1 meter sampai 3.5 meter. Sedangkan variasi arah gerakan jari tangan sebagai input instruksi utama seluruhnya berhasil dibaca dan dieksekusi oleh subsistem kendali robot lengan.

The use of technological advances in the field of robot manipulator engineering and image processing was applied in this study. Robotic arm with six DOF or joints is used for helping dental procedures by automatizing the movement of the lamp used which is known as dental light based on hand gesture of a dentist as user. The introduction of up-down and right-left hand gesture uses image processing (with the help of OpenCV library) for later use as an instruction to control the movement of the robotic arm. The instruction is processed as cartesian coordinate which used to find the angle of the manipulator joints so that it can move and place its end-effector at desired position. The process of finding the angle with Cartesian coordinate input uses inverse kinematics algorithm with two modeling approaches, which are algebraic analysis method and geometric method. For the implementation, algebraic analysis method is chosen for its flexibility. The use of this method begins by determining Denavit-Hartenberg notation from the manipulator followed by searching of homogenous transformation matrix of each joint. For easier control, one focus pedal sub system was added to control the movement of the last two joints of the end-effector. The result of this study is integration of hand gestures recognition sub system, focus pedal and robotic arm control. System testing was done by testing the performance of inverse kinematics algorithm. The difference of those two methods is only which shows the accuracy of the algorithm. Algorithm testing by hardware shows the good performance too with the difference between axis input value and axis testing value was in -1 to 2 mm range. The time needed for one execution of inverse kinematics algorithm was in 207-208 ms range and the execution of focus pedal instruction was in 36-38 ms range. Communication of instruction form focus pedal sub system ran well in the range of 1 metre to 3.5 metre and all the variations of hand gesture as the main instruction input were read successfully and executed by robotic arm control sub system.

Kata Kunci : pengolahan citra digital, OpenCV, robot lengan, manipulator, DOF, end-effector, algoritma kinematika balik, metode analisis aljabar, Denavit-Hartenberg, matriks transformasi homogen