Abstrak —  Salah  satu  alat  yang  dapat  digunakan  untuk membantu pergerakan tubuh manusia adalah dengan menggunakan sendi exoskeleton . Tujuan dari penelitian ini adalah untuk  mengaplikasikan Fuzzy  Logic  Controller (FLC)  dengan menggunakan  C#  dalam  pengaturan  besar  torsi  yang  telah ditentukan  dan  arah  putaran  motor  ke driver motor,  serta mengubah sinyal input berupa sudut fase berjalan menggunakan metode Fuzzy  Logic  Clasification .  Berdasarkan  hasil  penelitian yang  telah  dilakukan  diperoleh  kesimpulan  bahwa  dengan mengontrol arus yang diberikan sebesar 2215  mA  menghasilkan variasi  dari  tiap  fase  gaya  berjalan  sehingga  diketahui  pola pergerakan manusia. Berdasarkan panjang lengan beban sebesar 40 cm didapatkan gaya sebesar 5,53 N.
Kata kunci: Sensor Intertial Measurement Unit (IMU), Arduino, Motor DC Brushless , FLC

## I. P ENDAHULUAN
Berjalan  merupakan  Aktivitas  gerak  tubuh  yang  dilakukan manusia  sehari-hari.  Jika  aktivitas  tersebut  terus  dilakukan misalnya  ketika  seseorang  sibuk  bekerja  maka  akan menimbulkan  kelelahan  pada  sendi-sendi exoskeleton. Berdasarkan  hal  tersebut  maka  untuk  mengurangi  rasa  lelah tersebut  dibutuhkan  alat  berupa  prototipe exoskeleton . Penerapan exoskeleton dalam  dunia  industri  bertujuan  untuk membantu  manusia  dalam  melakukan  aktivitas  yang membutuhkan  tenaga  yang  besar,  yang  pada  dasarnya  diluar kemampuan  manusia  seperti  mengangkat  benda  dan memindahkan benda yang berat. Sedangkan dalam dunia medis penerapan exoskeleton digunakan  untuk  membantu  manusia karena  kondisi  tertentu  tidak  mampu  melakukan  aktivitas layaknya manusia normal.
Exoskeleton ini  berbentuk  prototype  ringan  yang  dapat dikendalikan    menggunakan    motor  listrik  serta  sensor  dari pergerakan  otot  manusia  [1].  Terdapat  penelitian  tentang exoskeleton mulai dari struktur dan analisis exoskeleton melalui pemodelan sampai dengan  pengontrolan  manual  pada  sistem sendi exoskeleton [2].  Selain  dari  itu,  beberapa  penelitian yang    telah    dilakukan    diperoleh   suatu informasi bahwa exoskeleton berupa  prototipe memiliki manfaat bagi  manusia sehingga  tentu  diperlukan  suatu  penelitian  lanjut  mengenai
gerak  berjalan  pada  manusia  [3].  Dalam    melakukan    gerak berjalan  manusia  pada hip exoskeleton ,  tentunya diperlukan suatu sistem  yang  berguna  untuk  mengontrol  arus  dan  arah putaran  pada  motor.  Motor yang  digunakan  berfungsi  untuk menggerakkan  sendi exoskeleton tersebut.  Oleh sebab  itu, diperlukaan    penelitian    yang    khusus    mengenai  sendi exoskeleton yang dapat  diaplikasikan  pada manusia  normal. Dengan  metode Fuzzy  Logic  Controller (FLC)  maka  akan didapatkan fase-fase berbeda pada saat berjalan, dimana fase ini terdiri  atas  7  fase  yang  meliputi  fasa-fasa  sebagai  berikut loading response, mid stance, terminal stance, pre swing, mid swing, terminal swing, dan heel strike yang disebut Gait Cycle [4].  Metode  FLC  memiliki  kelebihan  dibandingkan  dengan beberapa metode lainnya yaitu mampu menyesuaikan   sistem kendali exoskeleton dengan  pola  berpikir  manusia,  dapat mengendalikan  arah  putaran  dan    nilai    arus    sehingga  dapat menghasilkan  nilai  torsi  yang  diinginkan [5].

## II. M ETODE P ENELITIAN
Perancangan  sistem  pembuatan  alat  terbagi  atas  2  bagian pokok,  yaitu  perancangan  perangkat  keras  dan  perancangan perangkat lunak.

## A. Perancangan Perangkat Keras
Dalam  perancangan  perangkat  keras,  sistem  kendali  sendi exoskeleton ini  meliputi  3  pembagian,  yaitu  masukan  ( input ), proses ( process ), dan keluaran ( output ). Untuk perangkat keras yang  digunakan  adalah  menggunakan  bahan  dasar  dari aluminium.  Alat  penggerak  yang  digunakan  adalah  motor Brushless  Direct  Current (BLDC).  Gambar  1  adalah  diagram blok  sistem  kerja  alat  kendali  robot  exoskeleton.  Penjelasan diagram blok sistem kerja alat adalah sebagai berikut:
1) Input Input pada  alat  ini  Sensor  IMU  memiliki  fungsi  untuk mendeteksi  pergerakan  berjalan  dan  mengatur  nilai  torsi yang diinginkan pada motor.

## Analisis Sistem Kendali Sendi Exoskeleton Robotik untuk Pola Pergerakan Manusia Normal
Nova Silvia, T. Jhon Warif Hasibuan, Rony Harjon Lumbantobing, Budiana*
Politeknik Negeri Batam, Batam, Indonesia
* Email: budiana@polibatam.ac.id
Gambar. 1.  Blok sistem kerja alat
Gambar. 2. Flowchart sistem kendali robot exoskeleton bagian hip

## 2) Proses
Pada proses ini yang bekerja adalah Peronal Computer (PC) yang  berfungsi  untuk  mengolah  data  dengan  metode  FLC yang  dikirimkan  ke  layar  monitor  PC.  Sinyal  sensor  fase berjalan kemudian diolah dan dikirim ke driver motor untuk mengatur arah dan besar torsi motor.

## 3) Output
Output pada  alat  ini  adalah  berupa  arus  yang  berfungsi untuk  mengatur  arah  dan  mendapatkan  besar  torsi  pada motor BLDC. Dengan  metode  Fuzzy,  fase berjalan dibagi menjadi 7 fase yaitu: loading response, mid stance, terminal stance,  pre  swing,  mid  swing,  terminal  swing, dan heel strike.

## B. Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan  perangkat  lunak  menggunakan  C#,  yang digunakan  untuk  melihat  hasil  dari  nilai  torsi  dan  arah putaran  motor  dengan  bentuk  tabel.  Pengguna  dapat mengetahui  grafik  dan  nilai  tekanan  dari  alat  sehingga, pergerakan  motor  menunjukkan  nilai  besar  torsi  dan  arah putaran  motor  dari  alat  tersebut.  Gambar  2  menjelaskan sistem kendali robot exoskeleton bagian hip.

## C. Pengujian Motor
Graphical User Interfaces (GUI) yang digunakan di C# dan pengambilan data dalam menentukan fase gaya berjalan dengan pengujian  sudut  masing-masing  motor  ditampilkan  pada Gambar 2 dan Gambar 4. Interface ini adalah tempat pengguna mengontrol dan  memberikan  perintah ke alat (lihat Gambar 3 dan Gambar 5) melalui tombol-tombol yang telah di sediakan. Tampilannya  didesain  sederhana  agar  setiap  orang  dapat dengan mudah memahami dan menggunakan interface ini.
Gambar. 2.  Tampilan C# dengan sudut 0°
Gambar. 3.  Tampilan posisi rotor BLDC dengan sudut 0°
Gambar. 4.  Tampilan pada C# dengan sudut 90°
Gambar. 5.  Tampilan posisi rotor BLDC dengan sudut 90°

## III. HASIL DAN P EMBAHASAN
Berdasarkan langkah  yang dilakukan dengan  menggunakan percobaan  pada  Fuzzy,  klasifikasi  yang  telah  dilakukan  akan menghasilkan  respon  yang  berbeda-beda.  Respon  yang dihasilkan dari pengujian adalah frame gaya berjalan manusia dan arus  yang dikontrol pada  motor  dapat  menghasilkan torsi sebagai berikut:
A . Frame Gaya Berjalan Berdasarkan Metode Fuzzy
Pada percobaan analisis gaya  berjalan menggunakan  Fuzzy klasifikasi diperoleh hasil frame yang memiliki sudut berbeda- beda dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar. 6. Frame klasifikasi gaya berjalan
Dapat dilihat pada Gambar 6 bahwa frame terdiri dari 7 fase yaitu Terminal  Stance  ,  Pre-swing,  ,  Mid  Stance,  Loading Resoponse, Mid Swing, Terminal Swing, dan Heel Strike . Tabel I menyajikan data yang dihasilkan dari klasifikasi Fuzzy frame gaya berjalan.
TABLE I K LASIFIKASI FRAME GAYA BERJALAN MANUSIA Sudut Posisi Kiri Sudut Posisi Kanan Fase Berjalan Kaki Kiri Fase Berjalan Kaki Kanan 2,91 6,44 Loading Response Loading Response 2,7 19,93 Loading Response Loading Response -11,13 -7,49 Mid Swing Mid Stance 0,34 -7,98 Terminal Swing Mid Stance 22,69 -6,52 Mid Swing Mid Stance 28,61 -0,32 Loading Response Mid Stance 28,55 11,44 Terminal Stance Mid Stance 27,95 23,46 Pre Swing Loading Response 28,48 5,19 Pre Swing Mid Swing 27,73 -2,85 Pre Swing Mid Swing 26,15 -18,31 Pre Swing Mid Swing -5,97 -28,32 Pre Swing Loading Response -16,29 -31,72 Terminal Stance Mid Stance -29,83 -32,61 Mid Swing Pre-Swing -30,23 -33,13 Mid Swing Pre-Swing 5,47 -32,68 Heel Strike Pre-Swing 9,9 -30,16 Heel Strike Pre-Swing 5,73 1,37 Mid Stance Pre-Swing 10,55 1,91 Mid Stance Pre-Swing 14,42 0,15 Mid Stance Loading Response 32,02 1,39 Pre Swing Loading Response 31,35 -0,33 Pre Swing Loading Response -11,78 0,49 Mid Swing Loading Response 10,44 27,03 Loading Response Loading Response
Gambar. 7.  Respon motor dengan arus  2215 mA pada motor kiri

## Gambar. 8.  Respon motor dengan arus 2215 mA pada motor kanan

## B. Pengontrolan Motor untuk Mendapatkan Besar Torsi
Untuk  mengetahui  besar  torsi,  maka  dilakukan  percobaan pada  kendali  arus  motor  BLDC  dengan  arus  maksimal  4430 mA. Dari data yang dihasilkan, kita dapat menghitung jumlah torsi yang digunakan pada proses berjalan dengan identifikasi persamaan (1). Pengujian motor BLDC dengan arus 2215 mA, dihasilkan data pada Gambar 7 dan Gambar 8.
𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖 = 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡_𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑎𝑟𝑢𝑠_𝑚𝑎𝑥⁡_𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑜𝑢𝑠 ⁡ × 𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖_𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 (1)
Dengan referensi pada Motor DC Brushless  yang  memiliki arus  maximum  sebesar  4430mA  dan  nilai  torsi  maximum sebesar 227 mNm, maka dapat dilakukan perhitungan dengan hasil yang dapat dilihat pada Tabel II.
Perhitungan  gaya  yang  diberikan  untuk  pola  pergerakan manusia  normal  dapat  diketahui  melaui  perhitungan  rumus torsi. Jika besaran torsi yang diberikan ( 𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖 ) adalah sebagai 2215 mNm dan panjang lengan hip exoskeleteon ( 𝑟 ) sebesar 40 cm,  maka  didapatkan  hasil  analisa  gaya  pola  pergerakkan manusia  sebesar  5.53  N.  Perhitungannya  adalah  sebagai berikut:
𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖 = 𝐹 × 𝑟 2,215 = 𝐹 × 0,4

## 𝐹 = 5,53⁡𝑁

## IV. K ESIMPULAN
Perancangan alat menggunakan metode FLC yang dirancang mampu menampilkan klasifikasi frame gaya berjalan dengan 7 pola  berjalan  manusia.  Nilai  Maksimum  torsi  kaki  kiri    yang dihasilkan  adalah  sebesar  129,11  mNm  sedangkan  nilai  torsi kaki kanan adalah sebesar 193, 83 mNm.  Gaya yang dihasilkan adalah  sebesar  5,53  N,  yang  diperoleh  dengan  menggunakan panjang  lengan  40  cm  dan  arus  yang  dikontrol  bernilai  2215 mA.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Ucapan  terima  kasih  diberikan  kepada  Kementerian  Riset, Teknologi  dan  Pendidikan  Tinggi  Republik  Indonesia  yang telah  memberikan  dukungan  finansial  melalui  Program
Kreativitas  Mahasiswa  Penelitian  (PKM-P),  juga  kepada Hendawan Soebakti, M.T., Susanto, M.Sc., dan Daniel Sutopo Pamungkas, Ph.D.
TABLE II H ASIL PENGONTROLAN ARUS 2215 M A Arus Kaki Kiri (mA) Arus Kaki Kanan (mA) Torsi Kaki Kiri (mNm) Torsi Kaki Kanan (mNm) -1946,8 -1946,8 126,92 -151,00 2096,28 2096,28 -192,94 158,66 -952 -952 128,68 -100,02 -923,2 -923,2 128,68 -98,55 -996,8 -996,8 107,50 -102,32 -1012,8 -1012,8 107,50 -103,14 -908,4 -908,4 -193,46 -97,79 -908,4 -908,4 -143,43 -97,79 2063,72 2063,72 -157,99 208,23 1782,62 1782,62 -157,99 193,83 1782,62 1782,62 -161,19 193,83 -1410 -1410 -176,61 -174,73 -1194 -1194 -197,87 -112,42 -1093,2 -1093,2 129,11 -107,26 -1449,2 -449,2 129,11 -176,74 -1644,4 -1644,4 129,11 -186,74 -1644,4 -1644,4 129,11 -186,74 -1644,4 -1644,4 129,11 -186,74 -1644,4 -1644,4 -214,31 -186,74 -1644,4 -1644,4 -214,25 -186,74 -1644,4 -1644,4 -196,43 -186,74 -1644,4 -1644,4 -196,43 -186,74 -946,8 -946,8 -200,08 -151,00 -444 -444 100,04 -176,48

## R EFERENSI
[1]    Zheng,    E.  et    al.2017‘ Gait    phase    estimation    based    on noncontact    capacitive  sensing      and      adaptive    oscillators’, IEEE      Transactions      on      Biomedical  Engineering ,  64(10) ,2419–2430.
[2] Sado F, Y. H. 2018 ' Exoskeleton robot control for synchronous walking  assistance  in  repetitive  manual  handling  works  based on  dual  unscented  Kalman  filter'.  Department  of  Mechanical Engineering,  Faculity  of  Engineering,  University  of  Malaysia , Kuala Lumpur, Malaysia, 13(7) 1-36.
[3] Gopura,    R.    A.  2009  ' Development   and   Control   of   Upper- Limb    Exoskeleton  Robots'.  A  dissertation  submitted  in  partial fulfillment of the requirements for the   Doctor   of   Philosophy degree   in   Robotics   and   Intelligent Systems, Department  of Advanced  Systems  Control  Engineering,  Graduate  School  of Science  and  Engineering,  Saga  University,  Japan (September), 3-79.
[4]   Aguirre-Ollinger,    G.,Nagarajan,  U.,    and  Goswami,    A. 2016‘ An    admittance  shaping    controller    for    exoskeleton assistance    of    the    lower    extremities’,  Autonomous  Robots , 40(4), 701–728.
[5] Yulianta, A. D., Hadi, S. P. and Suharyanto 2015‘Pengendalian Kecepatan  Motor Brushless dc  Menggunakan  Metode  Logika Fuzzy ’, Jurnal  Sains,  Teknologi dan Industri, 8(1), 1–9.