Analisa Workspace Berdasarkan Inverse Condition Number Pada Mekanisme Hybrid 3RPS-3PRP Dan 3PRP-3RPS

Reinaldo, Christopher (2021) Analisa Workspace Berdasarkan Inverse Condition Number Pada Mekanisme Hybrid 3RPS-3PRP Dan 3PRP-3RPS. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111740000099-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2023. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Tulang paha atau yang disebut juga Femur adalah tulang yang paling keras dan panjang di dalam tubuh manusia. Jika tulang ini patah karena suatu hal seperti kecelakaan, dibutuhkan pula gaya yang besar untuk memosisikan ulang patahan tulang dengan tepat. Karena gaya yang besar ini overshoot ketika pemosisian ulang oleh tenaga medis menjadi rentan terjadi, oleh karena itu dikembangkan metode untuk pemosisian ulang secara presisi. Pemosisian ulang dilakukan dengan bantuan sinar X untuk melihat dan mengkoreksi posisi tulang. Paparan sinar X yang berlebihan tidak baik bagi kesehatan tenaga medis maupun pasien sendiri, oleh karena itu dikembangkan mekanisme untuk pemosisian patahan tulang. Base dan end effector dari mekanisme ini dipasangkan kepada kedua patahan tulang. Berbagai mekanisme telah dikembangkan seperti Ilizarov apparatus, ortho-SUV, Taylor Spatial Frame, dan sebagainya. Sejak tahun 2019, National Central University (NCU) Taiwan mekanisme hybrid 3RPS-3PRP dan 3PRP-3RPS yang sekarang sedang dikembangkan bersama dengan Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) dengan harapan dapat menghasilkan mekanisme yang lebih baik daripada pendahulunya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mengevaluasi karakteristik workspace mekanisme hybrid 3RPS-3PRP dan 3PRP-3RPS berdasarkan inverse condition index dan untuk memvisualisasikan parasitic motion yang terjadi dalam workspace mekanisme mekanisme hybrid 3RPS-3PRP dan 3PRP-3RPS. Penelitian diawali dengan perumusan masalah yang akan dibahas kemudian dilakukan studi literatur yang berkaitan dengan masalah yang dibahas. Matriks transformasi yang didapat dalam bentuk dual quaternion harus diubah lagi menjadi euler angle sebelum dapat dilakukan perhitungan lebih lanjut. Selain dengan matriks transformasi, matriks Jacobian yang didapatkan dengan menghitung inverse kinematic dengan matriks transformasi kemudian diturunkan. Matriks Jacobian ini dibutuhkan untuk dapat menghitung inverse condition number dari mekanisme. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa nilai Inverse condition number pada mekanisme 3PRP-3RPS dan mekanisme 3RPS-3PRP tidak dipengaruhi oleh ketinggian operasi moving platform, tetapi hanya dipengaruhi oleh perbandingan ukuran moving platform terhadap base platform. Rendahnya nilai inverse condition number yang dihasilkan bisa dikarenakan tidak konsistennya dimensi Jacobian Matrix karena mekanisme memiliki Degree of Freedom yang kompleks (kombinasi translasi dan rotasi), dan juga dapat ditemukan Parasitic motion pada kedua mekanisme 3PRP-3RPS dan mekanisme 3RPS-3PRP. Parasitic motion yang terjadi berupa gerakan translasi pada bidang xy oleh moving platform yang disertai tilting. Berdasarkan global condition number masing-masing mekanisme dapat disimpulkan juga bahwa semakin kecil ukuran moving platform terhadap base platform semakin tinggi nilai global condition number mekanisme, perbandingan jari-jari base platform dan moving platform r_a:r_c=1:1 akan menghasilkan GCI sebesar 0.15 pada mekanisme 3PRP-3RPS dan 0.095 pada 3RPS-3PRP sedangkan perbandingan r_a:r_c=2:1 akan menghasilkan GCI sebesar 0.19 pada mekanisme 3PRP-3RPS dan 0.11 pada mekanisme 3RPS-3PRP. Selain itu, mekanisme 3PRP-3RPS juga memiliki nilai global condition number yang secara keseluruhan lebih baik dibandingkan mekanisme 3RPS-3PRP.
================================================================================================
Thigh bone also known as femoral bone is the hardest and longest bone in human body. If for some reason this bone is fractured such as caused by accident, it’ll require a large amount of force to correct its position accurately. Due to large amount of required force, overshooting tends to happen during the surgery. Such repositioning is done with the help of X-Ray to be able to precisely observe and correct the bone fractures. Prolonged X-Ray exposure, however, isn’t good for the health of the patient and the medical staff due to the radiation emitted. To alleviate the problem, mechanisms to reposition the bone fractures are developed such as Ilizarov Apparatus, Ortho-SUV, Taylor Spatial Frame, and many more. A base and an end effector of the mechanism are attached to the bone fractures. Since 2019, National Central University (NCU) Taiwan is developing hybrid mechanisms 3RPS-3PRP and 3PRP-3RPS which is now developed together with Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya, hoping to develop a better mechanism than its predecessor. This paper aims to analyze and evaluate the characteristic of hybrid mechanism 3RPS-3PRP and 3PRP-3RPS based on the inverse condition index and to visualize parasitic motion happened within the 3RPS-3PRP and 3PRP-3RPS mechanisms’ workspace. The Research initiated with problem acknowledgement and then followed by appropriate literature study. Transformation Matrix which in dual-quaternion form first must be transformed into Euler angle before further calculation can be done. Other than the Transformation matrix, Jacobian Matrix needs to be derived from inverse kinematic. Jacobian Matrix is needed to calculate the inverse condition numbers for both mechanisms. After conducting the research, it can be concluded that the inverse condition number on both 3PRP-3RPS and 3RPS-3PRP mechanisms are not affected by the height in which the moving platform operates, but they are affected by the dimension ratio of the moving platform and the base platform. The low value of inverse condition index may be caused by the dimensional inconsistency within Jacobian matrix because the mechanisms have complex degree of freedom (combination of translation and rotation). Parasitic motion can also be found in both mechanisms as they need to tilt to as they are moving translationally in the xy-plane. Based on global condition number for each mechanism, it can also be concluded that smaller moving platform with respect to base platform will result in better global condition number, base to moving platform ratio of r_a:r_c=1:1 will produce GCI of 0.15 on 3PRP-3RPS mechanism and 0.095 on 3RPS-3PRP while base to moving platform ratio of r_a:r_c=2:1 will produce GCI of 0.19 on 3PRP-3RPS mechanism and 0.11 on 3RPS-3PRP. The 3PRP-3RPS Mechanism also has an overall better global condition number than the 3RPS-3PRP.

Item Type:	Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords:	Workspace, Parasitic Motion, Condition Number
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ211 Robotics. T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ211.4 Robot motion
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Christopher Reinaldo
Date Deposited:	19 Aug 2021 20:16
Last Modified:	19 Aug 2021 20:16
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/87686

Actions (login required)

View Item