ISSN (e): 2459-9638
Perancangan Alat Ukur Sudut Tekuk Lutut Wireless menggunakan Sensor Gyroscope berbasis ATMega 328 dan ATMega 2560
TEGUH PERKASA, HENDI HANDIAN RACHMAT Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Nasional Email : tghperkasa@gmail.com

## ABSTRAK
Pada  penelitian  ini,  sensor  Gyroscope  digunakan  sebagai  alat  pengukur  sudut lutut. Pengukuran sudut ini dilakukan untuk mendiagnosis penyakit pada pasien yang  mengalami  gangguan  atau  cedera  lutut  dan  evaluasi  pola  jalan  manusia. Alat pengukur sudut ini terdiri dari 3 sistem yaitu sistem tungkai bawah, sistem tungkai atas dan sistem komunikasi data. Media komunikasi data yang digunakan adalah radio frekuensi 2,4 GHz untuk mentransfer data sudut lutut antar sistem secara  wireless.  Sensor  Gyroscope  ditempelkan  pada  suatu  divais  mekanik berbahan  acrylic  sebagai  representasi  sistem  tungkai  kaki  bawah  dan  sistem tungkai kaki atas. Kedua sensor tersebut digunakan untuk mengukur percepatan sudut dari kedua sistem tungkai kaki. Kemudian data tersebut diolah menjadi nilai sudut  lutut  menggunakan  kontroler  berbasis  Arduino.  Pengujian  alat  ini mencakup  pengujian  sistem  tungkai  bawah,  sistem  tungkai  atas  dan  sistem komunikasi data. Dari hasil pengujian diperoleh nilai error sebesar 3 derajat untuk sistem  tungkai  bawah  dan  2  derajat  untuk  sistem  tungkai  atas  terhadap  hasil pengukuran  dengan  goniometer  yang  biasa  digunakan  untuk  mengukur  sudut lutut  oleh  tenaga  medis.  Sistem  komunikasi  data  wireless  juga  telah  berhasil mengirimkan data sudut secara utuh.
Kata Kunci: Arduino, Gyroscope, Radio Frekuensi, Sudut lutut, Wireless.

## ABSTRACT
Gyroscope sensor was used to measure a knee angle. The angle measurement is useful  to  diagnose  an  early  symptom  of  some  patient  with  disorders  or  knee injuries  as  well  as  to  evaluation  of  gait  analysis.  The  device  consist  of  three system i.e. lower limb system, upper limb system and communication. The radio frequency of 2.4 GHz was used to transfer knee angle data between two systems. Gyroscope sensor were affixed on upper and lower part of the mechanical hinge device that built from acrylic. These device device was representative of the knee joint. Both sensors were used to measure the angular acceleration between the upper  part  and  lower  part  of  leg.  The  data  is  then  processed  into  value-based knee angle using Arduino controller. All three system were tested to measure the lower limb angle and the upper limb angel. The results showed that error angle measurment  of  the  lower  limb  and  upper  limb  are  3  degrees  and  2  degrees, respectively, relative to a goniometer measurement as a standard non electronics tool  to  measure  the  knee  angle.  In  addition,  the  data  was  also  successfully transferred wirelessly.
Keywords: Arduino, Gyroscope, Radio Frequency, Knee angle, Wireless.

## 1. PENDAHULUAN
Pengukuran mekanika sendi tulang tubuh manusia seperti sendi lutut merupakan salah satu parameter  yang  digunakan  oleh  tenaga  medis  untuk  mendiagnosa  kondisi  pasien  yang memiliki keluhan nyeri atau cedera lutut. Biasanya pengukuran ini tanpa menggunakan alat khusus, tetapi hanya estimasi saja.
Sebenarnya,  informasi  ini  perlu  diukur  secara  lebih  tepat  karena  dapat  menjadi  informasi yang sangat berguna bagi tenaga medis seperti dokter spesialis ortopedi dan traumatology dalam mendiagnosa cedera dan memberikan terapi bagi pasien secara tepat. Dari penelitian yang  telah  dilakukan  diperoleh  bahwa  sudut  tekuk  lutut  pasien  yang  memiliki  penyakit Osteoarthritis  (OA)  memiliki  sudut  yang  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  pasien  normal dilihat dari cara berdiri ( stance) dan pada posisi berjalan (swing) (McCarthy, dkk, 2013).
Data sudut tekuk lutut yang diukur ketika seseorang berjalan dengan lambat atau cepat dan berlari  pada  suatu  rentang  waktu  tertentu,  dapat  digunakan  untuk  menganalisa  pola  jalan ( gait  analysis).  Pola  jalan  merupakan  suatu  gerakan  yang  melibatkan  koordinasi  akurat berbagai  organ  tubuh  yang  dikontrol  oleh  susunan  saraf  pusat,  dimana  di  dalamnya mengandung  karakteristik  ritme,  irama,  langkah,  jarak  langkah  dan  kecepatan  (Faried, 2012). Dengan menganalisis cara berjalan pasien maka dapat diketahui juga adanya cedera pada  lutut  pasien.  Dari  hasil  penelitian  Kaufman  dan  rekan  diperoleh  bahwa  pola  jalan seorang  pasien  yang  mengalami  cedera  akan  berbeda  (berubah)  dikarenakan  untuk menahan rasa sakit akibat cederanya (Kaufman, dkk, 2001).
Selain itu, ukuran sudut tekuk lutut ini diperlukan juga bagi pasien untuk melakukan proses terapi  lutut  pasca  melakukan  pembedahan  atau  pengobatan  lainya.  Proses  terapi  ini dilakukan  dengan  melatih  kaki  pasien  dengan  cara  menekuk  dan  meluruskan  sendi  lutut secara bertahap dan berkesinambungan yang dimulai dari sudut fleksi lutut terkecil. Biasanya hal ini dilakukan dengan bantuan seorang perawat atau ahli terapis. Namun, proses terapi ini masih dilakukan secara manual dan tanpa alat ukur lutut yang dapat melakukan pengukuran secara kontinyu atau kaki pasien dalam kondisi bergerak. Tenaga medis atau terapis masih mengukur  sudut  tekuk  lutut  menggunakan Goniometer,  dimana  pengukuran  hanya  dapat dilakukan  oleh  alat  ini  dengan  mengharuskan  kaki  pasien  dalam  posisi  diam.  Hal  ini  tentu saja  menjadi  sulit  untuk  memperoleh  data  kemampuan  pergerakan  lutut  pasien  dalam kondisi  melakukan  pergerakan  seperti  jongkok-berdiri,  duduk-berdiri  atau  berjalan.  Dengan melihat  kondisi  ini,  maka  dianggap  perlu  untuk  mendesain  suatu  alat  ukur  yang  dapat mengukur dan merekam sudut tekuk lutut secara kontinyu.
Pada  penelitian  sebelumnya  telah  diimplementasikan  alat  ukur  sudut  tekuk  lutut  dengan menggunakan  sensor Inertial  Measurement  Unit  (IMU)  dengan  ketelitian  10  derajat  dan pengiriman  data  masih  menggunakan  media  kabel  (Derry,  2016).  Dari  penelitian  ini diketahui  bahwa  penggunaan  media  kabel  untuk  mengirimkan  data  mempengaruhi pergerakan lutut pasien dan ketelitian hasil pengukuran masih dapat lebih ditingkatkan. Dari hasil penelitian tersebut, maka penelitian saat ini ditujukan untuk melakukan pengembangan alat  ukur  sudut  tekuk  lutut  dengan  ketelitian  5  derajat  dan  dapat  mengirimkan  hasil pengukuran ke dalam suatu kontroler secara wireless. Ketelitian 5 derajat ini menyesuaikan dengan  proses  pengujian  sistem  terhadap  skala  yang  mudah  dibaca  pada  alat  ukur Goniometer sebagai alat ukur referensi.

## 2. METODOLOGI DAN PERANCANGAN ALAT

## 2.1  Metodologi Penelitian
Untuk  mengimplementasikan  sistem  alat  ukur  sudut  tekuk  lutut wireless  ini  terdapat beberapa tahapan yang harus dilaksanakan. Gambar 1 memperlihatkan tahapan yang akan dipaparkan.  Tahapan  yang  akan  dilakukan  dalam  penelitian  ini  seperti  ditunjukkan  pada Gambar  1,  diawali  dengan  studi  literatur  untuk  mencari  sistem  yang  paling  tepat  untuk diimplementasikan,  sampai  pada  pengambilan  keputusan  apakah  alat  ini  sudah  sesuai dengan spesifikasi dan fungsi yang diinginkan.
Gambar 1. Metodologi penelitian sistem alat ukur sudut tekuk lutut wireless

## 2.2  Deskripsi dan Spesfikasi Sistem
Diagram  blok  sistem  alat  ukur  sudut  tekuk  lutut wireless  yang  diimplementasikan  pada penelitian  ini  ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Sistem  ini  terdiri  dari  sejumlah  modul  perangkat keras  dan  perangkat  lunak.  Modul  perangkat  keras  sistem  ini  terdiri  dari  dua  buah  sensor Gyroscope  GY-521,  tiga  buah  kontroler  berbasis  Arduino  Nano  dengan  chip  Atmega  328, sebuah  kontroler  sistem receiver  berbasis  Arduino  Mega  dengan  chip  Atmega  2560  dan empat  buah  modul  komunikasi  NRf24l01  sebagai  komunikasi wireless  menggunakan  radio frekuensi 2,4 GHz. Semua perangkat lunak diimplementasikan pada setiap kontroler dan PC ( Personal Computer).
Studi literatur Mengintegrasikan gyroscope Arduino nano Perancangan software dan hardware alat ukur sudut tekuk lutut Kesimpulan dan Saran Sesuai dengan tujuan TIDAK YA Perancangan alat ukur sudut tekuk lutut Perakitan alat ukur sudut tekuk lutut Analisa Sistem Pengujian perangkat hardware dan software serta pengambilan data

## Gambar 2. Blok diagram sistem alat ukur sudut tekuk lutut
Secara sederhana sistem ini memiliki cara kerja sebagai berikut: data percepatan sudut dari sensor Gyroscope  1  (sistem  tungkai  bawah)  yang  terhubung  dengan  kontroler  1  diolah menjadi  data  sudut  tungkai  bawah  ( θtungkai  bawah)  dan  kemudian  dikirimkan  menuju kontroler 2 melalui modul komunikasi 1 dan modul komunikasi 2. Data percepatan sudut dari sensor Gyroscope  2 diolah  menjadi  data  sudut tungkai  atas  (θtungkai  atas)  di kontroler  2. Data  sudut  dari  tungkai  bawah  dan  tungkai  atas  kemudian  dihitung  di  kontroler  2  untuk mendapatkan sudut lutut dengan menggunakan persamaan (1) sebagai berikut:
𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑙𝑢𝑡𝑢𝑡 = 180° − (𝜃𝑡𝑢𝑛𝑔𝑘𝑎𝑖 𝑎𝑡𝑎𝑠 +  𝜃𝑡𝑢𝑛𝑔𝑘𝑎𝑖 𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ) (1) Data  sudut  lutut  yang  telah  dihtiung  di  kontroler  2  selanjutnya  dikirimkan  ke  kontroler  3 melalui  sistem  komunikasi  UART  ( Universal  Asyncrhonous  Receiver  Transmitter).  Kemudian data dari kontroler 3 dikirimkan ke kontroler receiver melalui modul komunikasi 3 dan modul komunikasi receiver. Data sudut lutut yang telah diterima oleh kontroler receiver selanjutnya ditampilkan  pada  monitor  PC  menggunakan  fasilitas  serial  monitor  yang  terdapat  pada software  arduino  IDE.  Komunikasi  data  antara  kontroler  receiver  dengan  PC  menggunakan fasilitas USB to Serial.
Adapun  spesifikasi  alat  yang  akan  diimplementasikan  pada  penelitian  ini  adalah  sebagai berikut:
a) Modul Gyroscope  yang  digunakan  sebagai  sensor  untuk  mengukur  sudut  adalah sensor tipe GY-21 dengan chip MPU6050.
b) Nilai  yang  diambil  dari  sensor  adalah  nilai percepatan  sudut  pada  sumbu  Y  sebagai sumbu  rotasi  (Gambar  3),  kemudian  diubah  menjadi  nilai Pitch  pada  kontroler Arduino .
Gambar 3. Sumbu–sumbu rotasi pada sensor inertial chip MPU-6050 (Taryana dkk, 2015)
c) Kontroler berbasis Arduino Nano dan Arduino Mega digunakan untuk mengolah data dari Gyroscope.
d) Modul komunikasi NRf24l01 digunakan untuk mengirimkan data sudut menggunakan frekuensi radio 2,4 GHz.
e) Catu daya untuk sistem adalah 9 volt.
f) Nilai presisi kurang dari 2 derajat simpangan .
g) Ketelitian alat 5 derajat.
h) Range sudut pada penelitian antara 180(posisi kaki tegak) – 55 derajat.

## 2.3  Metoda Perancangan dan Realisasi Alat
Metoda perancangan ini terdiri dari metoda perancangan dan realisasi perangkat keras dan perangkat lunak.

## 2.3.1  Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras
Pada perancangan perangkat keras terdiri dari tiga sistem yaitu sistem tungkai bawah, sistem tungkai atas dan sistem receiver. Hal ini dilakukan karena pada penelitian ini digunakan 2 buah sudut acuan untuk menghitung sudut tekuk lutut yaitu sudut yang dibentuk paha terhadap lutut dan  sudut  yang  dibentuk  tungkai  bawah  terhadap  lutut.  Sistem receiver  berfungsi  untuk menampilkan data sudut lutut pada layar monitor secara wireless.

## 2.3.1.1 Realisasi Sistem Tungkai Bawah
Sistem  tungkai  bawah  terdiri  dari  satu  sensor Gyroscope  GY-521,  satu  buah  kontroler berbasis  Arduino  Nano  (kontroler  1),  modul  komunikasi  NRf24l01  dan  sebuah  catu  daya  9 volt.  Sistem  ini  berfungsi  untuk  membaca  sudut  dari  tungkai  bawah  terhadap  lutut.  Data sudut  lalu  dikirim  menuju  sistem  tungkai  atas.  Dimensi  sistem  dibuat  seminimum  mungkin untuk diletakan di tungkai bawah agar tidak mempengaruhi ayunan kaki pada swing phase. Skematik diagram sistem tungkai bawah diperlihatkan pada Gambar 4.

## Gambar 4. Skematik diagram sistem tungkai bawah
Komunikasi  I2C  ( Inter-Integrated  Circuit)  digunakan  untuk  memperoleh  data  percepatan sudut dari Gyroscope 1 dengan menghubungkan pin SDA(Serial Data) dan SCL(Serial Clock) pada Gyroscope ke pin A4 dan A5 pada Arduino Nano. Lalu data percepatan sudut yang telah diterima  oleh  kontroler  1  diolah  menjadi  data  sudut  tungkai  bawah.  Kemudian  untuk mengirimkan data sudut tungkai bawah melalui NRf24l01 digunakan komunikasi SPI ( Serial Peripheral  Interface)  yaitu  dengan  menghubungkan  secara  berurutan  pin  CE(Chip  Enable), CS( Chip Select), MOSI(Master Output Slave Input), MISO(Master Input Slave Output) pada modul  NRf24l01  ke  pin  D9,  D10,  D11,  D12,  D13  pada  pin  Arduino  Nano.  Pada  Gambar  5 ditunjukan hasil realisasi dari sistem tungkai bawah.

## Gambar 5. Realisasi sistem tungkai bawah

## 2.3.1.2 Perancangan dan Realisasi Sistem Tungkai Atas
Sistem  tungkai  atas  adalah  sistem  yang  dipasang  pada  bagian  tungkai  atas  kaki  (paha) dimana  sistem  ini  menghitung  sudut  antara  tungkai  atas  dengan  lutut  dengan  Persamaan (1).  Sistem  ini  juga  berfungsi  untuk  menerima  data  sudut  dari  sistem  tungkai  bawah  dan menghitung  sudut  lutut  dengan  persamaan  (1),  lalu  mengirimkannya  ke  sistem receiver
gyroscope Modul komunikasi kontroler
melalui  modul  komunikasi  3  dan  modul  komunikasi receiver.  Data  percepatan  sudut  yang diterima  oleh  kontroler  diambil  dari  sensor Gyroscope  GY-521  dengan  komunikasi  I2C kemudian diolah menjadi data sudut tungkai atas.
Pada sistem tungkai atas digunakan dua buah kontroler Arduino Nano. Kontroler kedua untuk menerima  data  dari  sistem  tungkai  bawah  dan  kontroler  pertama  untuk  mengirim  data  ke receiver yang sudah terhubung ke PC. Hal ini dilakukan agar data yang dikirim ke  receiver hanya  satu  data,  karena  dapat  terjadi collision  apabila  receiver  menerima  data  dari  sistem tungkai  atas  dan  sistem  tungkai  bawah  secara  bersamaan,  sehingga  data  yang  diterima ditampilkan  secara  acak.  Hal  ini  mengakibatkan  kesalahan  dalam  perhitungan  dalam Persamaan (1).
Data  Sudut  tungkai  bawah  yang  dikirim  melalui  modul  komunikasi  1  diterima  oleh  modul komunikasi  2  kemudian  dikirimkan  ke  kontroler  2  melalui  komunikasi  SPI  dengan menghubungkan secara berurutan pin CE, CS, MOSI, MISO pada modul komunikasi 2 ke pin D9, D10,  D11,  D12,  D13  pada  kontroler 2.  Kemudian  untuk  mendapatkan  data  percepatan sudut dari Gyroscope 1 digunakan komunikasi I2C dengan menghubungkan pin SDA dan SCL pada Gyroscope  1  dengan  pin  A4  dan  A5  pada  kontroler  2.  Selanjutnya  data  percepatan sudut diolah menjadi data sudut tungkai atas oleh kontroler 2. Kemudian data sudut tungkai atas  dan  data  sudut  tungkai  bawah  diolah  menjadi  data  sudut  lutut  pada  kontroler  2 menggunakan Persamaan (1).
Kemudian  data  sudut  lutut  dikirim  ke  kontroler  3  menggunakan  komunikasi  UART  dengan menghubungkan secara berturut-turut pin D0 (Tx), D1 (Rx), GND pada kontroler 2 ke pin D1 (Rx),  D0  (Tx),  GND  pada  kontroler  3  (Gambar  6).  Selanjutnya  data  sudut  lutut  dikirimkan menuju  sistem receiver  melalui  modul  komunikasi  3  secara  wireless  dengan  menggunakan frekuensi radio 2,4 GHz.

## Gambar 6. Wiring diagram UART
Skematik diagram dan realisasi sistem tungkai atas ditunjukkan pada Gambar 7 dan Gambar 8. Sistem ini dipilih untuk tungkai atas karena memiliki bobot yang lebih berat dan dimensi yang lebih besar sehingga apabila dipasang pada sistem tungkai bawah akan mempengaruhi pada swing  phase.  Penempatan  sensor  Gyroscope  harus  tegak  lurus  dengan  penempatan sensor Gyroscope tungkai bawah agar tidak terjadi kesalahan pada penghitungan sudut lutut.
Gambar 7. Skematik diagram sistem tungkai atas
Gambar 8. Realisasi sistem tungkai atas
gyroscope Modul komunikasi kontroler

## 2.3.1.3 Perancangan Sistem Receiver
Sistem receiver  ini  berfungsi  menerima  data  dari  sistem  tungkai  atas  lalu  menampilkanya pada  layar  monitor.  Sistem  ini  terdiri  dari  modul  komunikasi  NRf24l01,  kontroler  Arduino Mega dengan chip Atmega 2560 lalu dihubungkan ke PC menggunakan USB port. Skematik diagram dan realisasi dari sistem ini dapat dilihat pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Data sudut lutut yang dikirim oleh modul komunikasi 3 (sistem tungkai atas) diterima oleh modul komunikasi receiver  untuk diteruskan ke kontroler receiver menggunakan metoda SPI dengan menghubungkan secara berturut – turut pin CE,CS,MISO,MOSI dan SCK pada modul komunikasi receiver ke pin D9, D10, D50, D51 dan D52 pad kontroler  receiver . Lalu data kemudian  dikirimkan  menuju  PC  dengan  menggunakan  fasilitas  USB  to  TTL  ( Transistor- Transistor Logic).
Gambar 9. Skematik diagram sistem receiver
Gambar 10. Realisasi sistem receiver

## 2.3.1.4 Perancangan Perangkat Lunak
Pada sistem ini, perancangan perangkat lunak diimplementasikan pada setiap kontroler dan pada PC. Perancangan perangkat lunak pada PC  menggunakan  aplikasi  Arduino IDE Serial Monitor  yang  akan  digunakan  sebagai display  dari  hasil  pengukuran.  Perancangan perangkat lunak,  pada  mikrokontroler  menggunakan  bahasa pemrograman campuran  C++ dan C  menggunakan  aplikasi  IDE  ( Integrated Development Enviroment) dari Arduino.
vcc GND CE CS MOSI MISO SCK USB GND 3v3 D9 D10 D50 D51 D52 USB PORT Kontroler receiver Arduino Mega Komunikasi Receiver NRf24l01 kontrol er Modul komunikasi
Diagram  alir  dari  proses  -  proses  tersebut  dapat  dilihat  pada  Gambar  11.  Secara  umum terdapat  4  (empat)  proses  komputasi  yang  dilakukan  pada  sistem  ini.  Proses  –proses tersebut adalah:
1. Initiating  sistem  melakukan  inisiasi  protokol  komunikasi,  konfigurasi  sensor  dan menentukan faktor kalibrasi.
2. Reading sensor measurement adalah  membaca  data  hasil  pengukuran  Gyroscope.
3. Processing  sensor  measurement into  angle  adalah  melakukan  perhitungan  matematis untuk mendapatkan data sudut lutut.
4. Display  adalah menampilkan data sudut lutut  pada komputer.
Proses  yang  pertama  hingga  proses  yang  ketiga  terjadi  di  dalam  mikrokontroler  Arduino Mega ADK (ATmega 2560) lalu data ditampilkan di layar monitor.
Gambar 11. Flowchart program secara umum

## 2.4  Realisasi Seluruh Sistem
Setelah merealisasikan seluruh sistem selanjutnya kedua sistem (sistem tungkai bawah dan sistem  tungkai  atas)  tersebut  ditempelkan  pada Goniometer  sebagai  sudut  aktualnya  dan ditempelkan  pada  acrylic  sebagai  alat  untuk  mensimulasikan  pergerakan  lutut.  Realisasi keseluruhan sistem alat ukur ditampilkan pada Gambar 12.
Initiating system Start Reading Sensor Measurment Processing sensor
into angle Display

## Gambar 12. Realisasi seluruh sistem

## 2.5  Metodologi Pengujian Sistem
Pengujian  dilakukan  dengan  menempelkan  kedua  sistem  ke Goniometer  yang  ditempelkan pada  akrilik  sebagai  ilustrasi  dari  pergerakan  sudut  lutut.  Kemudian  pengujian  dilakukan terhadap  kedua  sistem  secara  bergantian  dengan  cara  memutar  tungkai  dari  180  derajat sampai 50 derajat dengan perubahan 5 derajat ke arah CCW ( Counter Clock Wise) setelah itu ke arah CW ( Clock Wise) untuk tungkai atas dengan kondisi tungkai bawah pada posisi tegak lurus dan CW lalu CCW untuk tungkai bawah dengan posisi tungkai atas tegak lurus. Ilustrasi pengujian ditunjukkan pada Gambar 13.
(a) (b)
Gambar 13. (a) Pengujian sistem tungkai atas; (b) Pengujian sistem tungkai bawah
Tungkai atas Tungkai bawah kontroler Sistem receiver Modul komunikasi Tungkai atas Tungkai bawah Tungkai atas Tungkai bawah
Pengambilan data diambil dengan cara membandingkan nilai sudut yang tertera pada layar monitor dan nilai yang tertera pada Goniometer, kemudian data diolah menjadi nilai akurasi dan presisi dengan persamaan-persamaan matematis sebagai berikut:
𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = ∑ (𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛(𝑥)𝑐𝑐𝑤+𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛(𝑥)𝑐𝑤) 3 𝑥=1 6 (2)
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎) − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 (3) 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝑒𝑟𝑜𝑟 Σ𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 (4)
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑖 = ∑ (|𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 (𝑥)𝑐𝑐𝑤−( 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎)|+|𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 (𝑥)𝑐𝑤−(𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎)|) 3 𝑥=1 6 (5)
𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑖 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑖 Σ𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 (6)
Untuk menguji kehandalan alat maka dicari nilai histerisis sebagai berikut
ℎ𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑖𝑠 = ∑ (|𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛(𝑥)𝑐𝑐𝑤−𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛(𝑥)𝑐𝑤|) 3 𝑥=1 6 (7)
𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 ℎ𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑖𝑠 = ℎ𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑖𝑠 Σ𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 (8)
Pengujian  juga  dilakukan  terhadap  komunikasi wireless  untuk  melihat  persentase keberhasilan sistem receiver menerima data yang dikirimkan oleh sistem tungkai atas. Pada penelitian  ini  sistem receiver  hanya  mencuplik  setengah  dari data  yang dikirim  oleh  sistem tungkai atas untuk mendapatkan data yang tidak terlalu besar. Pengujian dilakukan dengan cara  mengirimkan  sembarang  data  sudut  dengan  aplikasi  terminal  dan  menghitung  data yang diterima oleh receiver dengan aplikasi Docklight v2 (Gambar 14).
Gambar 14. Pengujian sistem receiver
Data sudut  yang  diterima  dari sistem  tungkai atas kemudian  dihitung  persentasenya untuk mendapatkan persentase data yang diterima dengan menggunakan Persamaan (9).
𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎 = 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑘𝑖𝑟𝑖𝑚 × 100% (9)

## 3. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS

## 3.1  Pengujian Sistem Tungkai Bawah
Hasil dari pengukuran sudut tungkai bawah berdasarkan metoda pengujian disajikan dalam Tabel 1.

## Tabel 1. Tabel pengujian bagian sistem tungkai bawah
Sistem Tungkai Bawah Aktual (°) 1 2 3 rata- rata ( ° ) Error ( ° ) Ccw ( ° ) Cw ( ° ) Ccw ( ° ) Cw ( ° ) Ccw ( ° ) Cw ( ° ) 180 179 179 179 180 179 179 179 1 175 173 172 173 173 174 173 173 2 170 170 169 168 169 169 168 169 1 165 164 162 162 164 163 164 163 2 160 161 159 158 159 160 159 159 1 155 154 154 154 154 155 154 154 1 150 150 149 149 149 150 149 149 1 145 144 144 144 145 144 144 144 1 140 140 139 139 140 140 139 140 1 135 134 135 135 135 135 135 135 0 130 129 130 129 129 131 131 130 0 125 126 126 125 125 126 127 126 1 120 122 121 121 121 121 123 122 2 115 117 117 117 118 116 117 117 2 110 113 112 110 113 111 113 112 2 105 109 109 108 108 107 109 108 3 100 107 104 103 106 104 106 105 5 95 104 106 102 104 101 104 104 9 90 103 105 102 103 99 102 102 12 85 75 79 78 78 75 75 77 8 80 73 74 74 75 74 73 74 6 75 68 69 69 70 70 70 69 6 70 64 65 65 68 65 66 66 5 65 61 61 62 62 61 62 62 4 60 57 57 57 57 56 57 57 3 55 52 54 53 53 52 52 53 2 50 49 49 48 48 48 48 48 2
Untuk melihat perbandingan nilai rata-rata pengukuran sudut tungkai bawah dan nilai aktual maka data tersebut disajikan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 14.

## Gambar 15. Grafik perbandingan nilai aktual dan nilai rata-rata tungkai bawah
Terlihat dalam Gambar 15 bahwa nilai aktual dan nilai rata-rata sudut tungkai bawah yang terukur  cukup  berhimpit.  Nilai  rata  –  rata  tungkai  bawah  mulai  tidak  sesuai  dengan  nilai aktual  yang  terukur  pada  saat  pengukuran  sudut  95  derajat  –  85  derajat.  Untuk  melihat distribusi nilai error pada pengukuran setiap sudut maka data nilai error terhadap sudut lutut disajikan dalam bentuk grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 16.
Gambar 16. Nilai Error Pada Tiap Sudut Tungkai Bawah
Nilai error  paling  besar  terjadi  ketika  alat  mengukur  sudut  90  derajat  yakni  sebesar  12 derajat,  nilai error  yang  melebihi  5  derajat  terjadi  pada  saat  pengukuran  95  –  75  derajat. Berdasarkan rumus yang terdapat dalam metoda pengujian sistem dan data yang diperoleh maka sistem tungkai bawah mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
1. Rata-rata error = 3º
2. Rata-rata presisi = 1º
3. Rata-rata Histerisis = 0.9
Error  pada  saat  pengukuran  terjadi  karena  sensor  Gyroscope  sangat  sensitive  terhadap getaran yang terjadi di sekitar lokasi pengujian sistem sehingga nilai yang ditampilkan dalam sistem receiver tidak stabil. Error pada saat pengukuran sudut 100 – 75 derajat diakibatkan perubahan  nilai  percepatan  sudut  sumbu  y  ( Pitch)  dari  positif  menjadi  negatif  pada  saat sudut  tungkai  bawah  mendekati  90  derajat  sehingga  terjadi  kesalahan  perhitungan. Kesalahan dalam membaca Goniometer juga mempengaruhi nilai error, presisi dan histerisis.

## 3.2  Pengujian Sistem Tungkai Atas
Dari  hasil  pengujian  sistem  tungkai  atas  seperti  pada  metode  pengujian,  didapatkan  hasil sebagai berikut yang ditampilkan dalam Tabel 2.

## Tabel 2. Tabel hasil pengujian sistem tungkai atas

## Sistem Tungkai Atas
Aktual (°) Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 rata- rata (°) Error (°) Ccw ( ° ) Cw ( ° ) Ccw ( ° ) Cw ( ° ) Ccw ( ° ) Cw ( ° ) 180 181 181 181 181 181 180 181 1 175 175 176 175 176 176 175 176 1 170 170 170 170 170 171 170 170 0 165 166 165 166 166 165 166 166 1 160 161 160 160 161 160 161 161 1 155 156 155 155 155 155 157 156 1 150 151 151 151 150 151 150 151 1 145 146 145 145 146 145 146 146 1 140 141 140 141 140 140 141 141 1 135 136 134 135 135 135 136 135 0 130 130 130 130 131 130 131 130 0 125 125 126 125 125 124 126 125 0 120 120 120 120 120 120 120 120 0 115 116 115 115 115 115 116 115 0 110 110 111 110 110 111 110 110 0 105 106 106 106 106 106 106 106 1 100 102 100 100 102 103 101 101 1 95 97 97 97 97 100 100 98 3 90 92 95 93 85 83 97 91 1 85 80 82 86 81 80 80 82 4 80 76 76 75 76 75 75 76 5 75 71 71 71 71 70 72 71 4 70 66 67 66 67 66 67 67 4 65 59 61 62 62 63 64 62 3 60 55 55 56 58 57 58 57 4 55 51 51 51 50 52 52 51 4 50 46 46 46 46 47 47 46 4
Untuk melihat kesesuaian nilai aktual dan nilai rata-rata pengukuran sudut tungkai atas maka untuk  nilai  rata-rata  pengukuran  dibandingkan  dengan  nilai  aktual  dalam  bentuk  grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 17. Grafik perbandingan nilai aktual dan nilai rata-rata sistem tungkai atas
Perbandingan nilai rata-rata pengukuran dan nilai aktual pada pengujian sistem tungkai atas cukup berhimpit. Dengan demikian pengukuran sudut tungkai atas mendekati nilai aktualnya. Untuk  mengetahui  distribusi  nilai error,  data  nilai  error  disajikan  dalam  bentuk  grafik pada Gambar 18. Nilai error pada tiap sudut diplot untuk mengetahui persebaran nilai error pada tiap sudut sistem tungkai atas.
Gambar 18. Grafik nilai error pada tiap sudut tungkai atas
Nilai error paling besar terjadi ketika alat mengukur sudut 80 derajat yaitu sebesar 4 derajat. Akan  tetapi,  pada  keseluruhan  pengukuran  sudut  tungkai  atas,  nilai error  tidak  melebihi  5 derajat.  Berdasarkan  persamaan  yang  terdapat  dalam  metoda  pengujian  sistem  dan  data yang diperoleh, maka sistem tungkai atas mempunyai
1. Rata-rata error = 2º
2. Rata-rata presisi = 1º
3. Rata-rata Histerisis = 1
Error  yang  terjadi  pada  saat  pengukuran  sistem  ini  diakibatkan  kesalahan  pembacaan Goniometer dan getaran yang terjadi di sekitar lokasi pengujian. Error pada saat pengukuran sudut  95  sampai  50  derajat  dikarenakan  perubahan  nilai  percepatan  sudut  pada  sumbu  y ( Pitch)yang berubah dari positif ke negatif pada saat sudut tungkai atas mendekati nilai 90 derajat sehingga mempengaruhi nilai sudut tungkai atas.

## 3.3  Pengujian Sistem Receiver
Hasil  pengujian  sistem receiver  ditampilkan  pada  Tabel  3.  Dari  hasil  pengujian  terhadap sistem receiver  didapatkan  hasil  data  yang  diterima  rata-rata  51%  sesuai  dengan  yang diharapkan  pada  penelitian  yaitu  setengah  dari  data  yang  dikirimkan.  Hal  ini  dikarenakan sistem receiver  dirancang  hanya  mencuplik  setengah  dari  data  yang  dikirim  oleh  bagian transmitter.
( ° ) ( ° ) ( ° )
Tabel 3. Tabel pengujian sistem receiver Jumlah data yang dikirim Jumlah data yang diterima Persentase data yang diterima (%) 109 57 52 101 54 53 104 53 50 Rata-rata persentase data yangditerima 51
Pengujian  dilakukan  pada  jarak  1  meter indoor  antara  bagian  transmitter  dan  bagian receiver.  Maksimum  jarak  jangkauan  tanpa  antena  eksternal  yang  dimiliki  oleh  modul komunikasi  ini  adalah  sejauh  30  meter indoor  100  meter  outdoor  (Fajriansyah,  dkk, 2016). Pencuplikan data sudut lutut yang diterima dilakukan dengan mengubah nilai delay time pada kontroler receiver sehingga data sudut lutut yang diterima tidak stabil.

## 4.  KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1   Kesimpulan
Dari  hasil  perhitungan  dan  pengujian  terhadap  alat  ukur  sudut  tekuk  lutut  dapat  diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Simpangan  rata-rata  hasil  pengukuran  alat  adalah  2  derajat  untuk  tungkai  atas  dan  3 derajat untuk tungkai bawah.
2. Pada sistem tungkai atas, nilai error paling besar terjadi pada sudut 90 derajat dan sudut 80 derajat.
3. Sistem  tungkai  bawah  memiliki error  lebih  besar  dari  5  derajat  pada  saat  pengukuran sudut 100 derajat sampai dengan 75 derajat.
4. Sistem tungkai atas tidak memiliki simpangan yang lebih besar dari 5 derajat.
5. Sistem  alat  ukur  sudut  yang  telah  diimplementasikan  mampu  mengukur  sudut  dari  180 derajat (posisi kaki tegak lurus) sampai sudut 55 derajat.
6. Komunikasi wireless untuk pengiriman data sudut dapat digunakan dengan baik ditandai dengan hasil pengiriman data yang menunjukkan 51% paket data diterima telah diterima dengan baik sesuai dengan metoda pencuplikan data yang dirancang.

## 4.2  Saran
Adapun saran untuk pengembangan lebih lanjut sebagai berikut :
1. Untuk  mengurangi error  pada  saat  transisi  pengukuran  perlu  diambil  data  percepatan sudut pada sumbu y sebagai referensi agar tepat pada nilai 90 derajat.
2. Untuk mendapatkan nilai sudut disarankan untuk menggunakan nilai Yaw.
3. Agar dilakukan pengujian di tempat yang memiliki getaran yang kecil.
4. Letak kedua sensor Gyroscope harus sejajar agar lebih tepat dalam pengukuran.
5. Pada  pengujian  selanjutnya  perlu  dilakukan  pengujian  dengan  menggerakan  kedua tungkai kaki untuk mengukur sudut lutut.

## DAFTAR RUJUKAN
Derry.  (2016). Study  on  Inertial  Measurement  Unit  Sensor  for  Knee  Angle  Measurement. Bachelor Thesis. Tangerang : Swiss German University (SGU) Indonesia.
Faried. (2012). Pengaruh Ostheoporosis Terhadap Pola Jalan (Gait) Pada Usia 65-70 Tahun. UMSU.
Fajriansyah,  B.,  Ichwan,  M.,  Susana,  R.  (2016). Evaluasi  Karakteristik  XBee  Pro  dan nRF24L01+ sebagai Transceiver Nirkabel. Jurnal Elkomika. 4(1): 83-97.
Kaufman, K.R., Hughes, C., Morrey, B.F., M., An, K-N. (2001). Gait characteristics of patients with knee osteoarthritis. Journal of Biomechanics 34:907-915.
McCarthy,  I,  Hodgins,  D.,  Mor,  A.,  Elbaz,  A.,  Segal,  G.  (2013 ).  Analysis  of  knee  flexion characteristics  and  how  they  alter  with  the  onset  of  knee  osteoarthritis:  a  case  control study. BMC Musculoskelet. Disord. 14. 169.
Taryana, N., Nataliana, D., Ananda, A. R.. (2015). Pendeteksi Sikap pada Model Wahana Terbang menggunakan Inertial Measurement Unit. Jurnal Elkomika. 3(1):16-37.