ALAT BANTU TERAPI PASCA STROKE BAGIAN KAKI

ALAT BANTU TERAPI PASCA STROKE BAGIAN KAKI

Andreas Dwi Putra

1)

, Intan Oktaviani

2)

, Putri Madona, S.S.T., M.T

3)

,

Elva Susianti, S.S.T., M.T

4)

1) Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: andreas14te@mahasiswa.pcr.ac.id

2) Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: intan14te@mahasiswa.pcr.ac.id

3) Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: dhona@pcr.ac.id 4) Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email: elva@pcr.ac.id

Abstrak -Stroke adalah kondisi yang terjadi ketika pasokan darah ke otak terputus akibat penyumbatan atau pecahnya pembuluh darah, sehingga terjadi kematian pada sebagian area di otak. Banyaknya pasien penderita stroke menyebabkan menumpuknya antrian untuk melakukan terapi secara rutin di rumah sakit , selain itu faktor biaya juga menjadi kendala keluarga pasien dalam proses rehabilitasi karena biaya terapi yang mahal, alat terapi mandiri yang dijual dengan harga mahal, tidak sinkron-nya jadwal terapi pasien dengan jadwal aktivitas keluarga pasien. Alat ini digunakan untuk mempermudah penderita stroke dalam melakukan rehabilitasi di rumah. Kontroler utama yang digunakan adalah Arduino Mega.Pengaturan kecepatan motor menggunakan metode PWM (pulse with modulation). Saat tanpa beban kecepatan yang didapat pada PWM penuh adalah 197.3 dan PWM 200 adalah 159.6 rpm. Ketika dibebani rata-rata kecepatan saat PWM penuh 190 rpm dan PWM 200 menghasilkan kecepatan 150 rpm. Hal ini menandakan motor Power Window adalah motor yang cocok karena kecepatan motor stabil. Pada pergelangan kaki, motor servo dapat menggerakkan engkel kaki pengguna dengan sudut refleksi 90̊ sampai 110̊.

Kata kunci: Stroke, Terapi, PWM, Arduino Mega, Motor Power Window, Motor Servo

Abstract - Stroke is a condition that occurs when blood supply to the brain is cut off due to blockage or rupture of blood vessels, resulting in death in some areas of the brain. The large number of stroke patients leads to queuing of queues for routine therapy at hospitals, in addition to the cost factors also being a constraint of the patient's family in the rehabilitation process because of the cost of expensive therapy, self-treated therapy devices sold at high prices, the synchronization of patient therapy schedules with the patient's family activity schedule. This tool is used to facilitate stroke patients in doing rehabilitation at home. The main controller used is Arduino Mega. The speed setting of the motor uses the PWM (pulse with modulation) method. At no load the speed obtained at full PWM is 197.3 and PWM 200 is 159.6 rpm. When loaded the average speed when PWM full 190 rpm and PWM 200 produce speed 150 rpm. This indicates that the motor Power Window is a suitable motor because the motor speed is stable. At the ankle, the servo motor can move the user's axle with a 90̊ to 110̊ reflection angle.

Keywords: Stroke, Therapy ,PWM, Arduino Mega, Motor Power Window, Servo Motor 1. Pendahuluan

Stroke merupakan suatu penyakit yang menyebabkan pecahnya pembuluh darah di otak. Penderita stroke dianjurkan untuk melakukan suatu rehabilitasi. Rehabilitasi merupakan suatu program yang dilakukan untuk memberi kemampuan kepada penderita yang mengalami disabilitas fisik ataupun penyakit agar mereka hidup atau bekerja sepenuhnya sesuai dengan kapasitasnya [1].

Proses rehabilitasi pada umumnya dilakukan di rumah sakit. Biasanya, proses menuju rehabilitasi tersebut terdapat beberapa kendala. Adapun kendala yang berkaitan pada proses menuju rehabilitasi di rumah sakit adalah sebagai berikut: Semakin banyaknya pasien penderita stroke, sehingga untuk melakukan terapi membutuhkan waktu dua atau

tiga minggu setelah proses pendaftaran; dan Biaya terapi yang relatif mahal.

Seorang mahasiswa Ohio State University yang bernama Erin M. Parsons pernah membuat alat terapi pasca stroke bagian kaki dengan judul “Control System Design for A Continuous Passive Motion Machine”. Alat ini menggunakan motor servo sebagai penggerak dan dikontrol oleh National Instruments PCI-7340 [2].

Seorang mahasiswa yang berasal dari Universitas Gadjah Mada (UGM) bernama Muhammad Firdan Ashari pernah membuat alat terapi untuk bagian pergelangan kaki dan tangan yang berjudul “Desain Dan Manufaktur Robot Rehabilitasi Pergelangan Tangan Dan Kaki Untuk Pasien Pasca Stroke”. Alat terapi tersebut

menggunakan motor servo dynamixel MX-64 sebagai aktuator sedangkan untuk kontrolernya menggunakan CM-530 [3].

Sementara itu pada penelitian ini, alat terapi berfungsi untuk menerapi bagian lutut dan pergelangan kaki. Pergerakan terapi bagian lutut menggunakan penggerak motor DC berupa power window. Sedangkan pergerakan pergelangan kaki (engkel kaki) menggunakan motor servo dengan tipe RDS3135MG. Kedua penggerak di atas dikontrol menggunakan mikrokontroler berupa Arduino.

2. Landasan Teori

A. Pergerakan yang Dianjurkan Sesuai dengan Aturan National Stroke Association

Berikut merupakan beberapa pergerakan yang dianjurkan dalam proses terapi pada penderita pasca stroke [4].

1. Mengontrol pergerakan sendi lutut.

Gambar 2. 1 Pergerakan Sendi Lutut [4]. 2. Gerakan memutar pergelangan kaki [5]

Gambar 2.2 Gerakan Memutar Pergelangan Kaki [5] B. Motor Power Window

Power Window banyak digunakan kerena memiliki torsi yang tinggi dengan tegangan input yang rendah. Tegangan input dikatakan rendah karena hanya membutuhkan tegangan sebesar 12-24vdc. Selain itu, Power Window mempunyai rate current 9A, torque 3 N.m dan No load speed 90 rpm (80-100).

Gambar 2. 3 Power Window

C. Motor Servo

Servo terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol.

Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo, sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Dunia robotika, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagian bagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar [7].

Gambar 2. 4 Servo D. Arduino

Arduino merupakan sebuah pengendali mikrokontroler. Arduino Mega mempunyai 54 pin Input/Output, 14 pin PWM, 16 pin Analog, 4 UARTs, sebuah kristal osilator 16MHz, sebuah konektor USB, power jack, ICSP dan tombol reset [8].

Gambar 2. 5 Arduino Mega E. LeadScrew

LeadScrew adalah poros berulir yang berfungsi mengubah gerakan dengan memanfaatkan gaya tekan akibat perputaran ulir sehingga menjadi gerakan linier. Prinsip kerja dari LeadScrew sebenarnya sama seperti pasangan mur dan baut, ketika mur diputar, maka akan didapatkan pergerakan linier dari bautnya. Ketika LeadScrew berputar, maka slider akan bergerak linear maju dan mundur sesuai arah putaran[9].

Gambar 2.6 Lead Screw

F. PWM

Pulse Width Modulation (PWM) adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dalam bentuk pulsa dalam satu periode. Dalam satu periode bisa dihitung nilai dari lebar pulsa-nya. Berikut merupakan gambar lebar pulsa yang bervariasi [10].

Gambar 2. 7 Variasi Duty Cycle

Duty cycle 100% itu artinya sinyal tegangan pengaturan motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu daya 12v, maka motor akan mendapatkan tegangan 12v. Pada Duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya 50% dari total tegangan yang ada. Untuk mengetahui nilai dari periode dan duty cycle dari suatu pulsa adalah sebagai berikut.

𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑇𝑜𝑛 + 𝑇𝑜𝑓𝑓 (2.1)

𝐷 = x 100% (2.2)

Keterangan :

Ton = Waktu pulsa “High”. Toff = Waktu pulsa “Low”. D = Duty cycle atau lebar pulsa. 3. Perancangan

3.1 Blok Diagram Sistem

Blok diagram sistem ini terdiri dari satu buah mode yangterdapat pada Gambar 3.1.

Gambar 3. 1 Blok Diagram Sistem 3.2 Flowchart Sistem

Gambar 3. 2 Mode Start

Gambar 3. 3 Mode Reset

Gambar 3. 5 Flowchart Mode 2 3.3 Desain Mekanik

Gambar 3.6 Desain Mekanik 4. Pengujian dan Analisis

4.1 Hasil Alat Setelah Dirakit

Gambar 4.1 Hasil Alat Setelah di Rakit

4.2 Output Pulsa Pada Setiap Mode Pergerakan

Gambar 4.2 Output Pulsa Mode 1

Gambar 4.3 Output Pulsa Mode 2

4.3 Duty Cycle Output Pulsa PWM 255 dan PWM 200

Gambar 4.4 Output Pulsa PWM 255

𝐷 = x 100%

𝐷 =

x 100% = 100%

Gambar 4.5 Output Pulsa PWM 200

𝐷 = x 100%

𝐷 =

x 100% = 80%

Tabel 4. 1 Data Hasil PWM, Duty Cycle, dan RPM.

NO PWM Duty Cycle Rata-rata Kecepatan Ton Toff CW (rpm) CCW (rpm) 1 255 100% 0% 190.45 188.91 2 200 80% 20% 152.04 150.88

4.4 Pengujian Tegangan, Arus, dan Kecepatan Putar Motor Power Window

Tabel 4. 2 Pengujian Tegangan, Arus, dan Kecepatan Motor Power Window PWM=255 Berat Kaki (Kg) 0 2.86 12 3. 22 3. 47 3. 4.73 5.12 Tegangan Motor Maju (V) 23.78 23.79 23.75 23.78 23.74 23.69 23.76 Tegangan Motor Mundur (V) 23.69 23.69 23.71 23.70 23.72 23.69 23.70 Arus Motor Maju (A) 1.0 25 1.146 1.247 1.337 1.376 1.389 1.402 Arus Motor Mundur (A) 1.0 37 1.1 71 1.2 13 1.3 21 1.3 43 1.3 51 1.4 04 Kecepatan Maju (rpm) 191.2 190.7 190.7 190.5 190.2 190.1 189.8 Kecepatan Mundur (rpm) 189 .4 189.2 189.2 189.1 188.8 188.6 188.2

Berdasarkan tabel 4.2 dan 4.3, dapat dianalisa bahwa pada mode satu nilai tegangan maju dan tegangan mundur tidak berbeda jauh dan stabil berkisar sekitar 23 volt. Nilai arus yang tercatat mengalami kenaikan ketika beban yang diberikan semakin berat seperti pada saat berat kaki 2.86 kg nilai arusnya adalah 1,025 A sedangkan berat kaki 5.12 kg nilai arusnya adalah 1,402 A. Ketika mode dua nilai tegangan dan arus berubah drastis. Hal ini disebabkan PWM yang diberikan lebih kecil yaitu 200. Nilai tegangan berubah menjadi kisaran 18 volt. Arus yang tercatat tidak jauh berbeda dibandingkan dengan mode satu, namun arus tetap semakin besar saat beban yang diberikan semakin berat.

Tabel hasil pengujian tegangan dan arus tersebut menampilkan nilai tegangan dan arus yang negatif. Hal itu terjadi karena perubahan polaritas dari motor yang diatur dari driver motor. Terdapat dua arah, CW (Clock Wise) dan CCW (Counter Clock Wise).

Tabel 4. 3 Pengujian Tegangan, Arus, dan Kecepatan Motor Power Window PWM=200

Berdasarkan data kecepatan dari kedua tabel di atas, dapat dianalisa bahwa pada mode satu dimana PWM yang diberikan sebesar 255 menghasilkan kecepatan motor yang stabil dengan rata rata kecepatan yaitu saat maju 190 rpm dan saat mundur 188 rpm. Pada mode dua dan menghasilkan kecepatan motor yang stabil juga dengan kecepatan rata-rata motor yaitu saat maju 152 rpm dan saat mundur 150 rpm. Kecepatan mundur lebih lambat dikarena beban lebih berat ketika pergerakan mundur.

4.5 Pengujian Sudut Refleksi

Pengujian sudut ini bertujuan untuk mengukur berapa sudut yang dihasilkan dari alat terapi ini. Dari hasil pengukuran didapat bahwa saat posisi kaki lurus sudut refleksinya adalah 180̊ sedangkan saat posisi tekuk didapat 110̊.

Gambar 4.6 Sudut Posisi Kaki Lurus Berat Kaki 0 2.8 6 12 3. 22 3. 47 3. 4.73 5.12 Tegangan Motor Maju (V) 18.16 18.18 18.13 18.18 18.17 18.18 18.16 Tegangan Motor Mundur (V) 18.14 18.13 18.15 18.18 18.17 18.17 18.18 Arus Motor Maju (A) 1.0 37 1.254 1.279 1.324 1.367 1.385 1.401 Arus Motor Mundur (A) 1.0 65 1.242 1.289 1.317 1.349 1.362 1.408 Kecepatan Maju (rpm) 191.2 190.7 190.7 190.5 190.2 190.1 189.8 Kecepatan Mundur (rpm) 152 .5 152.2 152.0 152.1 152.1 151.8 151.6

Gambar 4.7 Sudut Posisi Kaki Menekuk Pada proses terapi pergelangan kaki tidak ada ketentuan sudut yang mengatur, sehingga pada proses ini motor servo diasumsikan bergerak dengan range 20̊. Sudut refleksi yang kami tentukan adalah 90̊ – 110̊ . Penentuan sudut ini dilakukan berdasarkan percobaan yang telah dilakukan.

Gambar 4.8 Posisi Minimum Motor Servo

Gambar 4.9 Posisi Maksimum Motor Servo 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

1. Kecepatan motor stabil saat dibebani karena kecepatan rata-rata yang dihasilkan dengan PWM penuh adalah 190 rpm sedangkan saat pmw 200 kecepatan rata-ratanya 150 rpm, 2. Besarnya PWM mempengaruhi kecepatan dan

tegangan pada motor dimana saat tanpa 255 nilai kecepatannya adalah 190 rpm dan tegangan 23V sedangkan saat PWM 200 kecepatannya 150 rpm dan tegangan 18V. 3. Urutan pergerakan sudah sesuai dengan aturan

panduan rehabilitasi pasca stroke, yaitu pergerakan lutut dan dilanjutan dengan pergerakan engkel kaki.

5.1 Saran

Adapun saran untuk kedepannya adalah sebagai berikut.

1. Menambahkan pergerakan yang belum ada sesuai dengan panduan rehabilitasi pasca stroke. 2. Membuat mekanik yang lebih simple sehingga

mudah dibawa bepergian.

DAFTAR REFERENSI

[1] Okti Sri Purwanti, & Arina Maliya. 2008. Rehabilitasi Klien Pasca Stroke. Berita Ilmu Keperawatan: 1, 43-46.

[2] Parsons, Erin. (2010). Control system design for a continuous passive motion machine [online].Tersedia : https://kb.osu.edu/dspace/handle/1811/45477?mode=full [3] Ashari, Muhammad Firdan. (2015). Desain Dan Manufaktur

Robot Rehabilitasi Pergelangan Tangan Dan Kaki Untuk

Pasien Pasca Stroke [online]. Tersedia :

http://etd.repository.ugm.ac.id/index.php?mod=penelitian_d etail&sub=PenelitianDetail&act=view&typ=html&buku_id =78889&obyek_id=4

[4] National Stroke Association. Information Rehabilitasi Prevention Self Advocacy Recovery. [Online]. Tersedia: www.stroke.org. Diakses pada tanggal 12 Februari 2017. [5] Sterno.(2009). Latihan Stroke [online]. Tersedia :

http://catatan-fisioterapi.blogspot.co.id/2009/12/latihan-stroke.html

[6] Dhanang Rahmanopo, & Fandy Azhar F. (2014). Makalah

Tentang Sistem Power Window pada Mobil. Politeknik

Negri Malang. Indonesia Computer university. [Online]. Tersedia:

http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/710/jbptunikompp-gdl-dahlanperm35496-7-unikomd-2.pdf. Diakses pada tanggal 12 Februari 2017.

[7] Iqbal Maulana, & Kharisma Nur H. (2014). Motro Servo DC. [Online]. Tersedia:

https://www.academia.edu/8572405/Motor_Servo. Diakses pada tanggal 10 Agustus 2017.

[8] Arduino. (2017). Arduino Mega. [Online]. Tersedia: https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega. Diakses pada tanggal 27 Agustus 2017.

[9] Muhammad Bimo Cp. 2017. Perancangan LeadScrew pada

alat tambal ban press. [Online]. Tersedia:

https://www.academia.edu/8479157/Perancangan_Leadscre w_pada_alat_tambal_ban_press. Diakses pada tanggal 27 Agustus 2017.

[10]Mukh Yasin nur Supriyadi. 2014. PWM (Pulse Width Modulation), PID (Proposrtional Integral Derivative), USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver and

Transmitter).[Onilne].Tersedia:https://www.academia.edu/9 662105/PWM_Pulse_Width_Modulation_PID_Propotional_ Integral_Derivative_USART_Universal_Synchronous_Asyn chronous_Receiver_and_Transmitter_. Diakses pada tanggal 27 Agustus 2017.