Kamis, 18 Agustus 2011

MATLAB Virtual Reality


PEMBUATAN INTERFACE VIRTUAL REALITY

Interface virtual reality merupakan interface yang akan digunakan untuk melihat simulasi pergerakan wearable actuator robot dalam layar komputer.. Interface virtual reality yang dibuat dalam tugas akhir ini menggunakan batuan software Catia V5R14, Solidworks 2007 2007 yang didalamnya sudah di add-ins software SimMechanics translator, dan menggunakan software matlab/simulink 2008b. Masing-masing software tersebut mempunyai peranan masing-masing dalam pembuatan simulasi interface wearable actuator robot.

           Pembuatan Model Dengan Bantuan Software Catia V5R14
        Software Catia V5R14 merupakan software design CAD 3D,  catia V5R14 digunakan untuk menggambar part yang akan digunakan sebagai interface virtual reality, semua part yang akan digunakan untuk simulasi terlebih dahulu digambar didalam software catia V5R14. 

 Gambar Jendela software catia V5R14


Gambar Bagian tubuh manusia upper limb dan lower limb

Jumlah part yang akan digambar didalam software catia V5R14 ini tergantung dari jumlah pergerakan yang akan diinginkan dalam simulasi. Semakin banyak gerakan yang dinginkan dalam simulasi maka semakin banyak juga jumlah part yang digambar dalam software catia V5R14 ini. Simulasi wearable actuator robot dalam tugas akhir ini mempunyai 4 DOF, maka jumlah part yang digambar adalah lima part, satu part sebagai base/parent yang tidak bergerak, sedangkan empat part yang lain sebagai children. Part yang berfungsi sebagai base untuk simulasi wearable actuator robot dalam tugas akhir ini adalah badan dari tubuh manusia. Part yang akan bergerak adalah tangan dan kaki.

 
Gambar Part catia V5R14

            Export  Model Kedalam Format .*Igs
Proses yang selanjutnya dilakukan setelah selesai melakukan design semua  part yang diperlukan dalam simulasi virtual reality  didalam software catia V5R14 adalah melakukan export part catia V5R14 kedalam format “*.Igs”, format gambar ini merupakan bahasa export yang nantinya dapat dibaca oleh software solidworks 2007. Part yang ada dalam software catia V5R14 harus terlebih dahulu diexport kedalam format file “.*Igs “ , karena  software catia V5R14 tidak mempunyai fasilitas untuk merubah file gambar menjadi format “.*Xml”, yang merupakan bahasa model SimMechanics.

Gambar Proses exsport part catia V5R14 menjadi format .*Igs
          
            Assembly Part Dalam Software Solidworks 2007
Part yang telah diubah kedalam format “.*Igs”, kemudian dibuka mengguakan software solidworks 2007 utuk dilakukan proses assembly.

 
Gambar Jendela solidworks 2007 membuka file format .*Igs

Software solidworks  yang sudah telah di add-ins software SimMechanics translator didalamnya mampu merubah format gambar menjadi “.*Xml.” Semua part yang akan diubah kedalam format “.*Xml” harus terlebih dahulu disassembly dialam  softaware solidworks 2007, dan  proses assembly inilah yang akan menentukan jenis joint setelah di eksport kedalam SimMechanics. Jumlah dan jenis mate yang digunakan dalam assembly disolidworks 2007 sangant menentukan jenis joint didalam SimMechanics. Dalam tugas akhir ini hanya terdapat satu jenis join yaitu revolute joint, maka mate yang diperlukan untuk membentuk joint ini dalam solidworks 2007 adalah coincidence mate dan concentric mate.
 Semua part yang hasil eksport menjadi  format .*Igs kemudian dilakukan assembly, semuanya berupa revolute joint. Pada base part format assembly harus diubah menjadi fix karena base merupakan parent dari semua part yang akan digunakan dalam simulasi dan base tidak melakukan pergerakan.

 
Gambar  Base part kondisi fix

part yang akan mengalami pergerakan dalam format float dan semua pergerakan menggunakan bentuk revolute joint.

 
Gambar Revolute part kondisi  float

            Exsport Model Kedalam Format .*Xml
SimMechanics merupakan salah satu fasilitas simulasi yang dimiliki oleh software matlab/simulink 2008b. Dalam SimMechanics semua part yang digunakan dalam simulasi harus dianggan sebagai part yang rigid. Dalam penelitian wearable actuator robot ini menggunakan bantuan software solidworks 2007. Solidwoks yang telah di ad-ins software Cad Tanslator didalamnya dapat digunakan untuk merubah part assembly dalam solidworks 2007 kedalam SimMechanics. Gambar assembly dalam solidworks 2007 tersebut diubah kelalam format .*Xml.

Gambar Exsport assembly model kedalam format .*Xml


            PROSES MAPPING SIMMECHANICS UNTUK PEMBUATAN MODEL SIMULASI 

Proses yang akan dilakukan selanjutnya adalah proses mapping block SimMechanics hasil ekport dari software solidworks 2007 2007. SimMechanics merupakan salah satu fitur software yang dimiliki oleh matlab/simulink 2008b.

 
Gambar  Jendela software matlab/simulink 2008b

Setelah kita mempunyai file dalam bentuk .*Xml yang merupakan file bahasa SimMechanics, tahapan selanjutnya adalah membuka file dalam format .*Xml tersebut melalui command window dalam software matlab/simulink. Dengan command import_physmod (‘nama file.xml’). 

 
Gambar Import file .*Xml

Setelah file dengan format .*xml tersebut dubuka dengan menggunakan software matlab/simulink 2008bmaka secra otomatis akan tersusun blok-blok SimMechanics.

 
Gambar Mapping SimMechanics hasil import file .*Xml

Blok-blok hasil export dari solidworks 2007 tersebut masih beupa block-block dasar yatu basebody sebagai part yang tidak bergerak, block revolute  joint, dan block body yang dapat bergerak. Untuk digunakan sebagai interface virtual reality harus ditambahkan blok-blok pendukung, baik blok SimMechanics maupun simulink. Blok yang digunakan untuk menampilkan interface virtual reality adalah block dari toolbox matlab yaitu virtual reality toolbox. Blok virtual reality toolbox tersebut dapat menampilkan gambar simulasi dengan format gambar .*Wrl.

            Proses Editing Gambar .*Wrl Dalam Vrbuilder
Simulasi yang akan dibuat adalah menggunakan bantuan program Vrbuilder, semua part yang telah digambar kita simpan dalam format .*Wrl, dalam tugas akhir ini  menggunakan bantuan software solidworks 2007 2007. Sebenarnya software catia V5R14 sudah dilengkapi dengan fitur untuk menyimpan file dalam bentuk .*Wrl, namun setelah dibuka dalam vrbuider untuk dilakukan editing partnya terbagi menjadi banyak mess sehingga sulit untuk dibuat simulasi.

 
Gambar Save file dalam format .*wrl

Part yang sudah tersimpan dalam format .*Wrl kemudian dilakukan editing menggunakan bantuan software Vrbuider untuk melakukan editing kesesuain antara parent dan children dari simulasi pergerakan yang akan diinginkan maupun jenis pergerakan.

 
Gambar Jendela Vrbuilder

Part dengan format .*Wrl dari hasil eksport dari software solidworks 2007 semunya merupakan inline part, sehngga lebih ringan utuk digunakan simulasi. Untuk digunakan simulasi maka harus ditambahkan transform antara parent dan chidren. Body sebagai parent, tangan dan kaki merupakan children.

Gambar  Jendela Vrbuilder dengan part yang akan disimulasi

Agar gerakan dari part sesuai dengan axis dari gerakan yang diinginkan kita harus mengganti nilai center transform dari part yang diedit didalam software Vrbuilder sesuai dengan nilai coordinat system (CS) yang ada didalam blok SimMechanics tersebut. Nilai CS yang digunakan dalam hal ini adalah CS yang berhubungan langsung dengan body yang lain.

 
Gambar Parameter CS dalam block SimMechanics

Gambar Editing nilai center sesuai dengan CS block SimMechanics

Setelah semua editing selesai sesuai dengan parent maupun children yang ada dalam software vrbuider kita kembali ke dalam software matlab simulink dengan mapping SimMechanics yang telah kita buat sebelumnya. Kita melakukan tambahan block toolbox virtual reality yang nantinya digunkan sebagai simulasi pergerakan wearable actuator robot. Dan kita menambahkan block joystick yang berfungsi sebagai komunikasi dengan hardware. Joystick digunakan sebagai input signal yang dapat membaca signal analog yang dibawa oleh potensiometer.

 
Gambar SimMechanics dengan mapping full virtual reality

Virtual reality adalah salah satu cara yang digunakan untuk memfisualisasikan suatu objek dengan melakukan integrasi antara software dengan hardware. Untuk tugas akhir ini software yang digunakan adalah matlab/simulink 2008b. Sedangkan hardware sebagai inputnya menggunakan joystick.
Joystick merupakan salah satu hardware yang langsung dapat terintegrasi dengan software matlab/simulink.  Joystick mengeluarkan signal analog dan signal digital, pada wearable ini yang akan dimanfaatkan adalah signal analog, karena sebagai input pergerakan pada virtual reality adalah rotasi yang continue, sehingga memerlukan input signal yang continue pula. Signal analog adalah signal continue yaitu antara -1 sampai +1. Sehingga sebagai input gerakan rotasi yang continue dari signal analog tersebut tinggal melakukan tambahan pengali.

Gambar  Jendela interface virtual reality

Tampilan tersebut yang nantinya akan mengikuti pergerakan tubuh dari pasien saat dilakukan proses terapi menggenakan wearable actuator robot. Sehingga pasien yang sedang diterapi dapat melihat pergerakan dari bagian tubuh yang digerakkan menggunakam wearable actuator robot melalui interface virtual reality dalam layar monitor.

           WEARABLE ACTUATOR
Wearable actuator merupakan system mekanika gerak dari suatu system link-join-link. Wearable actuator robot merupakan robot yang langsung dipakai pada bagian tubuh manusia. Untuk wearable actuator pada penelitian ini dibuat wearable actuator yang dipakai pada bagian kaki dan tangan manusia. Wearable actuator robot digunakan untuk membantu menggerakkan bagian tubuh manusia yang seharusnya dapat bergerak, namun akibat disfungsi syaraf motorik organ tubuh tersebut tidak dapat bergerak. Wearable actuator ini yang digunakan pengganti therapis untuk membatu terapi penyakit stroke, sehingga bergerak dengan continue dan teratur. Dengan dikembangkanya wearable actuator ini penderita stroke dapat lebih cepat dalam peyembuhan.
Wearable actuator robot yang sebelumnya banyak dikembangkan adalah hanya ditekankan pada upper limb  atau lower limb. Belum ada yang gabungan antara lower limb dan upper limb. Untuk wearable actuator robot dalam tugas akhir ini merupakan pengembangan dari penelitian Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, yang sudah membuat wearable actuator robot yang kombinasi antara lower limb dan upper limb. Untuk penelitian dari Fakultas Teknik Universitas diponegoro hanya terdiri dari 2 DOF, sedangkan dala tugas akhir ini dikembangkan menjadi 4 DOF.


Gambar Wearable actuator robot hasil penelitian Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

           DESIGN
Wearable actuator robot ini digunakan pada bagian lengan dan bagian kaki. Dalam tugas akhir ini, wearable actuator yang dibuat digunakan untuk organ tubuh bagian kanan. Wearable actuator ini terdapat 2 DOF (Degree Of Feedom) pada bagian tangan dan 2 DOF pada bagian kaki. Sebagai driver penggerak yang digunakan adalah memanfaatkan Worm gear DC motor pada kendaraan, dengan alasan mempunyai bentuk yang ramping, membutuhkan tegangan relative kecil yaitu 12 Volt DC, namun mempunya torsi yang besar dan sudah dilengkapi dengan worm gear didalamnya. 


Gambar        a) Wearable actuator untuk bagian tangan CAD model
                                                   b) Wearable actuator untuk bagian tangan 

Rangka actuator yang digunakan adalah menggunakan bahan boxeshape aluminium dengan tujuan material aluminium ringan. Worm gear DC motor dipasangkan pada actuator yang tidak mengalami pergerakan, yatu untuk actuator tangan dipasang pada actuator yang menempel pada bagian bahu tangan, sedangkan untuk actuator kaki Worm gear DC motor dipasangkan pada bagian paha. Pemasangan Worm gear DC motor pada bagian actuator yang tidak mengalami pergerakan bertujuan utuk mengurangi beban gaya yang ditimbulkan akibat massa tangan dan massa kaki. 

 
Gambar   a)  Wearable actuator untuk bagian kaki CAD model
                                                              b)  Wearable actuator untuk bagian kaki

Wearable actuator pada kaki dapat menyesuaikan panjang pendeknya kaki bawah  pasien, untuk batas terpendek dari kaki pasien yang bisa menggunakan wearable actuator ini adalah 40 cm dan kaki bawah  terpanjang pasien yang bisa menggunakan wearable actuator ini adalah 55 cm. Pengaturan panjang pendeknya kaki yang menggunakan wearable actuator ini adanya slider linear yang dapat memanjang dan memendek
Untuk bagian controller pemasangan potensiometer dibuat slider untuk menyesuaikan panjang pendeknya tangan dan kaki therapist, Sehingga apabila tangan therapist panjang tinggal memanjangkan link dari controller. Untuk penggabungan antar link controller menggunakan knop potensiometer yang sudah dilobangi bagian sampingnya sehingga mudah untuk dilepas dan digeser. Dari segi kenyamanan dalam pemakaian controller permukaan dalamnya dilapisi dengan busa halus sehinnga nyaman untuk dipakai.


Gambar   a)  Wearable actuator design CAD model assembly
                                                           b)  Wearable actuator  assembly

              Cara Kerja Wearable Actuator
Wearable actuator robot yang dirancang dan dibuat ini menggunakan prinsip kerja semi-autonomous. Pergerakan wearable actuator robot ini digolongkan kedalam semi-autonomous karena dapat bergerak dengan sendirinya tanpa adanya input dari luar, pergerakanya hanya sesuai dengan fungsi-fungsi logika saja yang sudah dimasukkan kedalam microcontroller. Selain pergerakan sesuai dengan gerakan yang ada didalam program microcontroller, wearable actuator ini dapat digerakkan menggunakan input dari luar, input dari luar ini yang dinamakan sebagai controller. Pergerakan wearable actuator ini akan mengikuti pergerakan dari controller

Gambar Wearable actuator  controller

Tiap sendi dalam wearable actuator terdapat dua buah potensiometer yang mempunyai fungsi yang bebeda. Potensiometer yang satu digunakan sebagai sensor posisi. Posisi ini akan dikonversi menjadi sudut acuan dari pergerakan worm gear DC motor yang merupakan penggerak dari wearable actuator robot. Sedangkan potensiometer yang lainya merupakan input yang digunakan untuk simulasi virtual reality

 
Potensiometer dihubungkan dengan joystick yang merupakan salah satu hardware yang compatible dengan software matlab/simulink 2008b. Dengan adanya dua potensiometer pada tiap-tiap sendi dari wearable actuator ini maka peregerakan dari wearable actuator ini akan sesuai dengan peregerakan dari interface virtual reality.
Fungsi controller dalam wearable actuator robol ini mempunyai fungsi ganda yaitu sebagai controller pergeakan dari wearable actuator robot dan untuk input virtual reality saja. Pemanfaatan sebagai input virtual reality ini bertujuan untuk mengetahui perkembangan dari pasien yang dilakukan proses terapi. Controller ini akan dipakai oleh pasien dan pergerakan dari pasien akan dipantau menggunakan virtual reality.


1 komentar:

Mechanical Nature Mania mengatakan...

terimakasih blog ini sangat membantu semoga suksesss salam suksesss

Poskan Komentar