Abstrak— Setelah mengalami stroke, sebagian besar penderita stroke masih mengalami kelumpuhan baik kelumpuhan kecil, sedang, hingga kelumpuhan total. Untuk membantu pemulihan penderita pasca stroke maka dalam penelitian ini, sepeda pasca stroke dirancang sebagai salah satu alternatif alat fisioterapi sekaligus sebagai alat mobilitas. Penelitian dimulai dengan studi pustaka selanjutnya penyebaran kuisoner kepada penderita pasca stroke, perawat, dan tempat pemulihan sakit stroke. Rekapitulasi kuisoner dipakai sebagai masukkan untuk merancang sepeda pasca stroke. Dari hasil rekapitulasi kuisoner dibuat dua buah konsep dengan bantuan software CATIA V5R20. Dari analisa kekuatan rangka secara manual dengan faktor keamanan 3 pada konsep 1 didapatkan tegangan maksimum sebesar 23,6 x 106 N/m2,, sedangkan pada konsep 2 tegangan maksimumnya sebesar 23,5 x 106 N/m2. Kedua konsep memiliki tegangan geser maksimum yang lebih kecil dari teganagn ijin material sebesar 123 x 106 N/m2.. Sehingga rangka untuk kedua konsep dinyatakan aman. Sedangkan dari hasil analisa kekuatan rangka dengan bantuan software CATIA pada konsep satu memiliki tegangan maksimum sebesar 1,04369 x 108 N/m2, sedangkan pada konsep 2 memiliki tegangan maksimum sebesar 7,6 107 N/m2 lebih kecil dari tegangan ijin material sebesar 1,23 x 108 N/m2 sehingga dari analisa dengan bantuan software CATIA kedua konsep dinyatakan aman. Analisa kesetabilan pada konsep 1 memiliki radius belok (Rack) sebesar 3 meter dengan keceptan maksimum agar tidak guling adalah 26 km/jam sedangkan pada konsep 2 memiliki radius belok (Rack) sebesar 2,36 meter dengan keceptan maksimum agar tidak guling adalah 24 km/jam.Nilai tingkat resiko cedera tubuh pengendara pada kedua konsep adalah berkisar antara 2-3 artinya sepeda masih dalam kategori nyaman untuk digunakan. Dengan perbandingan kedua konsep berdasarkan kriteria tersebut maka dapat ditentukan konsep yang paling sesuai adalah konsep 1, yaitu sepeda roda tiga dengan penggerak roda belakang.
Kata Kunci— sepeda, stroke, resiko cedera, ergonomis, stabil I. PENDAHULUAN
Stroke merupakan penyakit mematikan yang menduduki posisi ke tiga setelah kanker dan jantung, Penyakit stroke menyerang pembuluh darah otak dan dapat mengakibatkan penderita meninggal dunia atau mengalami cacat permanen (lumpuh). Yayasan Stroke Indonesia melansir data yang menunjukkan bahwa jumlah penderita stroke di Indonesia terbesar di Asia, dengan jumlah penderita sebesar 500.000 pada tahun 2004 di mana ur utan kedua untuk penderita diatas usia 60 tahun, dan urutan ke lima untuk penderita di bawah usia 60 t ahun. Sepertiga jumlah penderita stroke tersebut sembuh normal seperti semula, sepertiganya hanya mengalami gangguan fungsional ringan hingga sedang, dan
sepertiganya mengalami gangguan funsional berat sehingga mengharuskan penderita menggunakan alat bantu berjalan karena cacat permanen atau kelumpuhan total..
Selama ini, kebijakan-kebijakan menyangkut para penyandang cacat (disabled persons) dalam beraktifitas, tampaknya sebagian besar masih sebatas wacana. Di dalam Undang-Undang Nomor 4 Tahun 1997, pasal 1 (ayat 1) dan Peraturan Pemerintah Nomor 43 Tahun 1998, khususnya pasal 1 (ayat 1) dengan tegas menyatakan bahwa, sebagaimana warga masyarakat lainnya, penyandang cacat “berhak mempunyai kesamaan kedudukan, hak dan kewajiban dalam berperan dan berintegrasi secara total sesuai dengan kemampuannya dalam segala aspek kehidupan dan penghidupannya”.
Namun di dalam implementasinya, tidak banyak masyarakat sekitar menyadari betapa pentingnya menyediakan prasarana dan sarana aksesabilitas standar bagi para penyandang cacat fisik terutama akibat stroke. Namun demikian, alat transportasi dipergunakan oleh para penyandang cacat telah banyak dikembangkan, mulai dari kursi roda hingga sepeda motor, tetapi hanya ada sepeda statis khusus untuk membantu terapi insan pasca stroke. Insan pasca stroke atau IPS yakni sebutan dalam Yayasan Stroke Indonesia bagi penderita stoke yang dalam proses pemulihan setelah mengalami stroke. Desain sepeda statis memiliki kekurangan yakni tidak dapat bergerak bebas sebagaimana sepeda pada umumnya karena memang didesain untuk diam ditempat.
Dari permasalahan tersebut di atas, maka pada penelitian ini dirancang sebuah sepeda pasca stroke yang dapat digunakan oleh penderita pasca stroke untuk terapi fisik dan berpindah tempat sebagaimana orang normal bersepeda pada umumnya. Alat tersebut digunakan sebagai media untuk melatih gerak dan syaraf penderita pasca stroke, dengan harapan penderita dapat sembuh kembali seperti semula.
II. URAIANPENELITIAN
Dalam studi ini, kuisoner yang telah dibuat disebarkan kepada penderita stroke, perawat, dan tempat pemulihan penyakit stroke. Hasil rekapitulasi kuisoner digunakan untuk menyusun daftar kebutuhan dalam merancang sepeda pasca stroke sebagaimana dapat dilihat pada tabel 1.
Langkah selanjutnya adalah membuat dua buah konsep sepeda pasca stroke berdasarkan daftar kebutuhan. Kedua konsep dibuat dengan bantuan software CATIA V5R20. Konsep 1 adalah sebuah sepeda yang memiliki satu roda di depan dan dua roda di belakang dengan penggerak roda belakang sebagaimana tampak pada gambar 1. Sedangkan Konsep 2
PERANCANGAN SEPEDA PASCA STROKE
Joko Pambudianto, I Made Londen Batan
Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
adalah sepeda pasca stroke yang memiliki satu roda di
depan
Tabel 1. Daftar Kebutuhan Keterangan : S = Syarat
H = Harapan
dan dua roda di belakang dengan penggerak roda depan. Secara umum konsep 2 dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 1. Konsep 1
Gambar 2. Konsep 2
Tahapan selanjutnya yaitu pemilihan dari dua buah konsep untuk dikembangkan. Dalam pemilihan konsep digunakan kriteria fungsi, operasional, stabilitas (belok) dan tingkat
kenyamanan (ergonomi).
Kekuat; Analisa kekuatan dilakukan agar sepeda yang dibuat kuat, tidak mudah rusak dan sanggup menerima beban pengendara. Rangka utama sepeda harus memiliki desain dan material yang mampu menahan beban maksimal yang timbul akibat pembebanan. Tegangan yang terjadi harus lebih kecil dari tegangan ijin material yang telah ditentukan, apabila melebihi tegangan ijin maka rangka sepeda akan mengalami kegagalan atau rusak. Apabila desain yang dibuat belum memenuhi kriteria kekuatan maka harus dilakukan desain ulang atau perbaikan.
Kestabilan; Rancangan sepeda pasca stroke yang dibuat harus dilakukan analisa kesetabilan analisa guling agar tetap stabil dan mudah dikendalikan saat berbelok.
Ergonomi; Agar sepeda nyaman digunakan maka harus dilakuakn analisa resiko cedera terhadap pengendara dengan metode RULA (Rapid Upper Limb Assessment). Dengan analisa ini didapatkan posisi tubuh yang tepat sehingga memiliki tingkat resiko cedera yang rendah. Dalam analisa ini konsep yang dipilih adalah konsep yang memiliki nilai RULA tidak lebih dari 3 pada setiap posisi tubuh. Artinya posisi tubuh yang dilakukan masih dalam kategori nyaman. Apabila konsep yang dibuat memiliki nilai RULA lebih dari 3 maka dilakukan evaluasi desain spsksh perlu diperbaiki atau diubah.
III. HASILDANDISKUSI
Sepeda pasca stroke sebagai alat transportasi penderita pasca stroke dan sebagai alat fisioterapis. K edua konsep yang diajukan harus memenuhi fungsi yang telah ditetapkan yaitu sepeda pasca stroke dapat digerakkan (dikayuh) dengan kaki maupun tangan. Gerakan tangan yang dilakukan bertujuan untuk melatih otot tangan, sehingga merangsang p enyembuhan syaraf yang berkaitan. Demikan juga gerakan kayuh kaki bertujuan untuk meltih otot dan syaraf kaki menjadi normal kembali.
Dengan mekanisme penggerak yang dibuat pada konsep 1, apabila bagian tangan yang lumpuh dan hanya bagian kaki yang dapat mengayuh maka tangan akan secara otomatis ikut bergerak secara linear. Demikian pula jika bagian kaki yang lumpuh maka tangan yang mendorong tuas kemudi secara liner, dan secara otomatis menggerakan kaki secara rotasi sehingga baik otot mauapun syaraf tangan dan kaki dapat ikut bergerak dan terlatih.
Pada konsep 2, mekanisme yang dibuat pada gerak kayuh tangan secara rotasi terhubung dengan gerak kayuh kaki. Apabila bagian tangan yang lumpuh dan hanya bagian kaki yang dapat mengayuh maka tangan akan secara otomatis ikut bergerak secara rotasi. Demikian pula jika bagian kaki yang lumpuh, maka tangan yang mengayuh kemudi secara rotasi dan secara otomatis pedal menggerakan kaki secara rotasi sehingga baik otot mauapun syaraf tangan dan kaki dapat ikut bergerak dan terlatih.
Analisa kekuatan rangka dilakukan dengan dua cara pada kedua konsep, yaitu analisa kekuatan rangka dengan perhitungan manual dan analisa kekuatan rangka dengan
Teknik Mesin FTI-ITS
Halam an 1 dari 1 Lab. P3
ITS Daftar kebutuhan produk Sepeda Pasca Stroke Perubah an S/H Uraian Kebutuhan Penan ggu ng jaw ab S Fungsi:
a.Sepeda digerakkan dengan tangan dan kaki
b. Sepeda dapat berbelok ( stabil )
S
Ergonomis :
a. Nyaman digunakan b. Resiko cedera tubuh kecil Posisi mengayuh duduk normal S c. Dilengkapi rem
H Memiliki keranjang
H Dilengkapi dengan bell listrik S
Kuat dan Aman:
a. kuat menahan beban sepeda dan pengendara
b.tidak mudah rusak Teknik Mesin FTI-ITS
Halam an 1 dari 1 Lab. P3
ITS Daftar kebutuhan Sepeda Pasca Stroke Perubah an S/H Uraian Kebutuhan Penan ggu ng jaw ab S Fungsi:
a.Sepeda dapat digerakkan dengan tangan dan kaki b. Sepeda dapat berbelok dan
stabil S
Ergonomis :
a. Nyaman digunakan b. Resiko cedera tubuh kecil Posisi mengayuh duduk normal S c. Dilengkapi rem
H Memiliki keranjang H Dilengkapi dengan bell S
Kuat dan Aman:
a. kuat menahan beban sepeda dan pengendara
b.tidak mudah rusak
Tampak samping Tampak Depan
bantuan software CATIA.
• Analisa Kekuatan Rangka Dengan Perhitungan Manual
Perhitungan kekuatan rangka dilakukan untuk mengetahui kemampuan rangka sepeda pasca stroke d alam menahan beban pengendara dan rangka sepeda sendiri. Beban pengendara diasumsikan sebesar 1 00 kg at au 9 81 N. Rangka sepeda dinyatakan aman jika beban yang diterima lebih kecil dari tegangan material yang diijinkan. Material St. 37 memiliki kekuatan tarik maksimumnya sebesar 370 x106 N/mm2 sampai dengan 450x106 N/mm2.
Untuk menganalisa kekuatan rangka, maka kedua konsep sepeda dibuat dua bentuk free body diagram, seperti terlihat pada gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Free Body Diagram Konsep 1
Gambar 4. Free Body Diagram Konsep 2
Berdasarkan perhitungan manual metode djoin dengan free body diagram yang tampak pada gambar 3 da n 4 dapat diketahui tegangan maksimal yang terjadi pada kedua konsep. Pada konsep 1 maupun konsep 2 tegangan terbesar terjadipada batang B6 sebesar 23,6 x 106 N/m2. Sedangkan
dari material yang digunakan yaitu material St37 diketahui sifat mekanik bahan rangka yitu:
Sy = 3,7 x 108 N/m2
σt = 23,6 x 106 N/m2
N = 3 (Safety Factor untuk Mild Shock )
Dengan menggunakan metode Maximum Normal Stress Theory (MNST). Perhitungan kekuatan material dengan mempertimbangkan faktor keamanan adalah sebagai berikut :
Tegangan Ijin Material : N S y= ut σ 8 2 ,123108 / 2 3 / 10 7 , 3 m N x m N x y= = σ jika tegangan ijin material di bandingkan dengan tegangn
maksimal yang terjadi pada batang maka dapat diketahui bahwa tegangan maksimum (σt max) yang terjadilebih kecil dari pada tegangan ijin material (Sut), sehingga perancangan ini aman.
• Analisa Kekuatan Rangka Dengan Bantuan Software CATIA V5R20
Untuk melakukan verifikasi hasil analisis perhitungan secara manual, manka diminta untuk menganalisis kekuatan rangka dengan bantuan software CATIA.
Gambar 5. letak tegangan terbesar yang terjadipada rangka akibat pembebanan pada konsep 1
Gambar 6. letak tegangan terbesar yang terjadipada rangka akibat pembebanan pada konsep 2
Hasil simulasi dengan menggunakan software CATIA, diketahui tegangan maksimum yang terjadi pada r angka konsep 1 sebesar 1,04369 x 108 N/m2. Tegangan terbesar
terletak pada posisi sebagaimana ditunjukkan pada gambar 5, yakni didaerah sambungan pedal dan batang dengan sepeda. Dari hasil simulasi dapat diketahui bahwa tegangan maksimal yang terjadi lebih kecil dari tegangan maksimum material yakni sebesar 1,23 x 108 N/m2. Dengan demikian
dapat disimpulkan bahwa rangka aman untuk digunakan. W2 FBx
y
x
FBy FA T1 T2 T3 T4 T9 T8 T7 T6 T5 A B C D E G F F1 T10 70° W1 F2 W2 FBx FBy FA T1 T2 T3 T4 T8 T7 T6 T5 A B C D E F F1 70° W1 F2y
x
W3 W3Sedangkan pada konsep 2 hasil simulasi dengan menggunakan software CATIA tegangan maksimum yang terjadipada rangka sebesar 7,6x 107 N/m2, lebih kecil dari
tegangan maksimum material yakni sebesar 1 ,23 x 108 N/m2. dengan demikian dapat disimpulkan bahwa rangka
aman untuk digunakan. Namun demikian , selain rangka, maka sambungan (las-lasan) perlu dianalisis agar rangka menjadi satu kesatuan yang utuh.
* Proses pengelasan dengan SMAW, elektroda yang digunakan untuk mengelas berdasarkan standar sistem AWS ( American Welding Society ) yaitu E 6013 dengan diameter 2.6 mm, dengan faktor keamanan 7. Berdasarkan AWS. A5.1 tegangan ijinnya adalah 60.000 Psi ≈ 413 N/m2. Dengan perhitungan berdasarkan hukum Hooke maka dapat diketahui bahwa tebal las adalah 2 mm.
•
Analisa KestabilanAnalisa kestabilan dilakukan untuk mengetahui kecepatan belok. Untuk menghitung kecepatan maksimum agar sepeda tidak guling saat berbelok dapat menggunakan persamaan berikut: h Vg 2 R.g.t max =
Dari hasil perhitungan didapatkan bahwa pada kosep 1 mempunyai kecepatan maksimum agar sepeda tidak terguling yaitu sebesar 126 km/jam sedangkan konsep 2 sebesar 24 km /jam, dari kedua hasil tersebut untuk kestabilan maka konsep yang d ipilih adalah konsep 1, karena memiliki kecepatan maksimum agar tidak guling paling besar yakni 26 km/jam.
•
Analisa Ergonomi (Kenyamanan)Rancangan konsep sepeda pasca stroke harus nyaman dan ergonomis digunakan baik saat dikayuh dengan mengunakan tangan maupun dengan kaki secara berulang, tidak menimbulkan ced era tubuh p ada p engendara . Karena itu dilakukan analisa ergonomi dengan menentukan nilai tingkat resiko cedera tubuh pengendara pada kedua konsep. Analisa tingkat resiko cedera tubuh yang digunkan memanfaatkan metode RULA ( Rapid Upper Limb Asessment) dengan bantuan software CATIA V5R20. Analisa resiko cedera tubuh dilakukan pada beberapa posisi tubuh dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Nilai resiko cedera tubuh
Kenyamanan (RULA) Konsep 1 Konsep 2
- Kayuh tangan dibelakang - Kayuh tangan
didepan
- Kayuh kaki posisi pedal mendatar - Kayuh kaki posisi
pedal mendatar - Gerakan belok pada
tangan kanan - Gerakan belok
pada tangan kiri
2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3
Dari hasil penilaian analisa resiko cedera tubuh dapat diketahui, bahwa konsep 1 l ebih ergonomis (ditunjukkan oleh nilai resiko cedera tubuh) lebih kecil daripada konsep 2.
• Perbandingan Konsep
Dari analisa yang sudah dilakukan d ibuat tabel perbandingan konsep 1 da n 2 da lam s ebuah tabel perbandingan, dari perbandingan tersebut akan dipilih satu konsep sebagai konsep terpilih untuk dijadikan sebagai desain akhir sepeda pasca stroke. Uraian perbandingan dapat dilihat pada tabel 3.
Dari hasil analisa kedua konsep yakni berdasarkan kriteria fungsi, kemudahan operasi, stabilitas saat belok dan kenyamanan maka dipilih konsep 1 sebagai desain akhir karena konsep tersebut paling sesuai dengan kebutuhan akhir sepeda pasca stroke.
• Rancangan Akhir Sepeda
Sebagai bagian akhir dari langkah perancangan selanjutnya dari hasil analisa terhadap konsep 1 terpilih dibuat gambar teknik detail. Gambar teknik dibuat dengan bantuan software CATIA V5R20, dimana gambar umumnya seperti terlihat pada gambar 7. Keterangan nomor dan nama bagian gambar dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 3. Penetapan Konsep Terpilih No Kriteria Konsep 1 Konsep 2 Keterangan
1 Fungsi Baik Baik Kedua
konsep dapat memenuh i fungsi 2 Pengoprasian Mudah Sulit Konsep 2
mengala mi kesulitan ketika berbelok 3 Stabilitas saat belok 26 km/ja m 24 km/j am 4 Kenyamanan (RULA) -kayuh tangan dibelakang -kayuh tangan didepan -kayuh kaki posisi pedal mendatar -kayuh kaki posisi pedal mendatar -Gerakan belok pada tangan kanan -Gerakan b elok pada tangan kiri
2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 Dari analisa RULA konsep 1 lebih nyaman daripada konsep kedua
Gambar 7. Detail Gambar Teknik
Tabel 4 Keterangan Gambar
IV. KESIMPULAN
Dari perbandingan kedua konsep yang dibuat d itetapkan konsep 1, yaitu sepeda roda tiga dengan penggerak roda belakang . Hal tersebut disebabkan karena relatif memenuhi syarat kekuatan, konsep tersebut juga :
1. Stabil, yaitu pada radius belok 3 meter mempunyai kecepatan maksimal agar tidak terguling sebesar 26 km/jam.
2. Nilai resiko cedera ( RULA) antara 2-3.
UCAPANTERIMAKASIH
Penulis J.P. mengucapkan terima kasih Prof. Dr. –Ing. Ir. I Made Londen Batan, M.Eng. atas bimbinganya sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan baik dan lancar.
DAFTARPUSTAKA
[1] Batan, I Made L. ( 2012 ), “Desain Produk, Edisi Pertama”, Guna Widya, Surabaya.
[2] Guyton, Arthur C. (2007). “Buku ajar fisiologi kedokteran”, Jakarta : EGC.
[3] Mawarti, Herin dan Farid. (2012), “Pengaruh Latihan ROM (Range Of Motion) Pasif Terhadap Peningkatan Kekuatan Otot Pada Pasien Stroke Dengan Hemiparase:”. Universitas Darul Ulum, Jombang.
[4] McAtamney, Lynn and Corlett, E Nigel. ( 1993), “ RULA : A Survey Method For Investigation Of Work-related Upper Limb Disorders”, Applied Ergonomics, Vol. 24 No.2, p.91-99.
[5] Nurmianto, E. ( 2004 ) , “Ergonomi Konsep Dasar Dan Aplikasinya”, Guna Widya,Surabaya.
[6] Sanyoto, Budi Luwar. (2009), “Sepeda Untuk Orang Cacat Dengan Penggerak Motor Pemotong Rumput”. Surabaya.
No Nama Komponen Jumlah Keterangan
1 Kemudi 1
2 Rem 1
3 Tuas engkol 1
4 Roda depan 1 Ukuran 20’
5 Bearing 4 Ukuran roda 20’
6 Sproket eksentrik 1
7 Rangka 1
8 Sadel 1
9 Roda Belakang 2 Ukuran 20’
10 Gear 1
11 Pedal 1 Ukuran roda 20’
2 4 5 11 10 9 6 7 8 9 3 1
[7] Soeharto. (1999 ),” Mekanika Patahan”, ITS Press, Surabaya.
[8] Susan (1996) “physiologi for nursing practice edisi 2”, London : philadelphia toronto Sydney.
[9] Sutantra, Nyoman. (2009), “Teknologi Otomotif”, Andi, Surabaya.
[10] The Internet Stroke Center 2013, What is a stroke?,
http://www.strokecenter.org/patients/about-stroke/what-is-a-stroke/, (diakses 15 Mei 2013).
[11] Wirawan, R.P. (2009) “ Rehabilitasi Stroke Pada Pelayanan Kesehatan Primer”, Majalah Kedokteran Indonesia, vol.59.
[12] Yayasan stroke Indonesia. 2013, Sekilas TentangStroke,http://www.yastroki.or.id/read.php?id=361, (diakses 20 Mei 2013).
