Abstrak—Kelumpuhan otot atau paralisis merupakan fenomena yang sering terjadi di masyarakat khususnya pada pasien pasca stroke dan spinal cord injury (SCI). Penderita kelumpuhan akan mengalami  kesulitan  saat  berkegiatan,  sehingga  dibutuhkan alat  untuk  membantu  menunjang  mobilitas  sehari-hari  yaitu kursi  roda. Dalam  penelitian  kali  ini  akan  dilakukan pengembangan rangkaian instrumentasi surface electromyogram. Penggunaan metode ini akan mengolah sinyal myoelectric dari otot flexor carpi radialis dan palmaris longus. Instrumentasi EMG digunakan untuk membaca dan merekam sinyal  EMG.  Pada  pengujian  instrumentasi  didapatkan  tiap blok rangkaian hasilnya sesuai dengan nilai cut-off  yang telah ditentukan  masing-masing  filter,  sebesar  HPF  20  Hz,  BSF  50 Hz, LPF 500 Hz dan LPF 2 Hz. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan  diketahui  bahwa  amplitudo  tertinggi  rangkaian EMG ini berada pada angka 65 mV. Nilai amplitudo maksimum dan minimum dari pengujian pada 5 subjek yang terekam oleh instrumentasi EMG  masing-masing adalah sebesar 65 mV dan 0  mV,  dengan  rata-rata  amplitudo  maksimal  sebesar  64±1,00 mV.  Perlu  dilakukannya  pengembangan  rangkaian  surface electromyogram  lebih  lanjut  agar  dapat  menghasilkan  nilai amplitudo yang lebih besar dan stabil.
Kata  Kunci—EMG,  Kursi  Roda  Elektrik,  Klasifikasi, Multichannel EMG, Otot.

## I. PENDAHULUAN
ELUMPUHAN otot atau paralisis merupakan fenomena yang sering terjadi di masyarakat khususnya pada pasien pasca stroke dan spinal cord injury (SCI). Identifikasi tingkat kekakuan  di  daerah  persediaan  anggota  gerak  atau  fungsi motorik  pada  seorang  pasien pasca  stroke dan spinal  cord injury melalui  pengukuran  secara  mekanis  dan  EMG, menunjukan tingkat kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan orang normal [1].
Otot  berperan  penting  dalam  mengendalikan  setiap gerakan  tubuh  manusia.  Dalam  menggerakkan  tubuh,  otot bekerja sama dengan tulang, saraf, dan jaringan penghubung antara  otot,  saraf,  dan  tulang.  Ketika  salah  satu  jaringan tersebut  mengalami  gangguan,  maka  kelumpuhan  dapat terjadi.
Seseorang  yang  menderita  kelumpuhan  akan  mengalami kesulitan ketika mereka akan melakukan kegiatan, sehingga mereka  membutuhkan  sesuatu  alat  yang  dapat  membantu menunjang mobilitas dalam melakukan kegiatan sehari-hari. Alat bantu mobilitas untuk para penderita kelumpuhan yang umum digunakan adalah kursi roda.
Untuk  mengatasi  permasalahan  tersebut  perlu  dilakukan penelitian mengenai instrumentasi yang menggunakan sinyal otot sebagai kendali gerakan kursi  roda elektrik. Dalam hal ini  dilakukan  pengembangan  terhadap  instrumentasi  untuk
surface  electromyogram,  hal  ini  ditujukan  agar  dapat dimanfaatkan sebagai control perintah gerak pada kursi roda elektrik..

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Kursi Roda Elektrik
Untuk menggerakkan kursi roda ini, terdapat beberapa pin kontrol  yang  harus  dihubungkan  dengan  PWM  dari mikrokontroler.  Pin  ground  pada  kursi  roda  elektrik  harus dijadikan  satu  dengan  pin  ground  dari  mikrokontroler  yang menghasilkan  PWM.  Gambar  1  merupakan  kursi  roda elektrik yang akan digunakan pada penelitian ini [2].
Untuk  memberikan  PWM  dari  mikrokontroler  ke  kursi roda elektrik maka diperlukan langkah-langkah:
1. Sambungkan semua pin PWM mikrokontroler pada pin kursi roda elektrik yang digunakan
2. Aktifkan  atau  sambungkan  mikrokontroler  dengan laptop  lalu  berikan  nilai  PWM  dengan  nilai  tegangan sebesar 2,5 Volt pada tiap-tiap pin kursi roda elektrik.
3. Setelah  itu  sambungkan  ground  dari  mikrokontroler  ke ground kursi roda elektrik.

## B. Multichannel EMG
Generasi  electromyogram  permukaan  (sEMG)  dijelaskan sehubungan  dengan  sifat-sifat  potensial  aksi  serat  otot tunggal  sebagai  sumber,  aspek  fisik  pada  konduksi  volume

## K

## Pengembangan Instrumentasi Surface Electromyogram untuk Pemanfaatan Sistem Kendali Kursi Roda Elektrik
Novia Anantya Nugroho, Achmad Arifin, Muhammad Hilman Fatoni Departemen Teknik Biomedik, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail :  arifin@bme.its.ac.id
Gambar 1. Kursi roda elektrik.
dan  konfigurasi  perekaman,  serta  sifat-sifat  dan  pola pembangkitan untuk unit motor (MU). Pengukuran terhadap electromyogram  selalu  membutuhkan  multichannel  karen setiap gerakan akan melibatkan sekelompok otot. Dalam hal ini meningkatkan jumlah elektroda pada surface EMG adalah untuk meningkatkan  jumlah  posisi  perekaman  sinyal  EMG. Dengan  cara  ini,  informasi  topografi  mengenai  distribusi EMG melalui aktivitas otot atau hubungan waktu antara otot yang berbeda sehingga menjadi dapat diakses. Multichannel sEMG  direalisasikan  lebih  mudah  daripada  menggunakan teknik multichannel EMG jarum [3]. Ketika electromyogram terdeteksi  setelah  otot  aktif  dan  berkontraksi,  perangkat wearable  dibutuhkan  karena  beberapa  gerakan  akan dilibatkan  selama  pengukuran  dilakukan.  Gambar  2 menunjukkan contoh multichannel EMG.

## III. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  dipilih  beberpa  subjek  sehat  tanpa riwayat  kelumpuhan  ataupun  penyakit  serius  lainnya.  Usia subjek  21  –  23  tahun  berjenis  kelamin  laki  –  laki  dan
perempuan.  Secara  umum  diagram  fungsional    sistem penelitian kali ini ditunjukkan pada ilustrasi di Gambar 3.

## A.  Rangkaian Instrumentasi EMG
Rangkaian  Instrumentasi  EMG  ini  didesain  dengan berbagai macam filter dan parameter agar dapat dimunculkan sinyal yang sesuai dengan tujuan penelitian. Pada rangkaian ini digunakan sebuah surface electromyogram sebagai input sinyal  masuk  yang  ditempelkan  pada  bagian Palmaris Longus serta Flexor  Carpi  Radialis sedangkan grounding diletakan  di  siku.  Gambar  4  menunjukkan  posisi  peletakan elektroda pada tangan.
Sinyal  yang  telah  masuk  kemudian  akan  dikuatkan menggunakan amplifier INA128P  kemudian  akan  melalui tahapan filter antara lain yaitu HPF, BSF, dan LPF. Setelah semua  sinyal  melalui  tahap  filter  lalu  dilanjutkan  ke rangkaian adder untuk  kemudian  dapat  dilakukan  proses ADC pada komputer. Gambar 5 mengilustrasikan bagaimana rangkaian instrumentasi ini bekerja.
Pada  blok amplifier akan  dilakukan  proses  penguatan sinyal dikarenakan sinyal input yang didapat nilainya sangat
Gambar 2. Multichannel EMG.
Gambar 3. Diagram fungsional sistem.
kecil  sehingga  sulit  untuk  diidentifikasi  dan  diklasifikasi. Dalam rangkaian penguat terdiri atas tiga buah op-amp yang mana  bagian  op-amp  pertama  dan  kedua  digunakan  untuk menguatkan  sinyal input pada  kedua  op-amp.  Konfigurasi penguatan dari kedua op-amp adalah non-inverting, keluaran dari kedua op-amp tersebut akan menjadi masukan untuk op- amp  ketiga  yang  berfungsi  sebagai differential  amplifier . Blok amplifier dapat dilihat pada Gambar 6.
Rangkaian HPF 20 Hz digunakan untuk mereduksi sinyal noise atau  sinyal  yang  menyimpang  yang  mempunyai frekuensi  rendah.    Rentang  sinyal  EMG  sendiri  frekuensi terendahnya adalah 20 Hz.
Rangkaian  BSF  50  Hz  digunakan  untuk  mereduksi tegangan jala-jala PLN sekitar 50 hz umumnya di Indonesia, karena  sinyal  tersebut  akan  sangat  mempengaruhi pendeteksian sinyal EMG yang bisa menjadi noise. Lebar pita pada filter BSF adalah 10.
Rangkaian  LPF  500  Hz  digunakan  untuk  meloloskan sinyal  EMG  yang  sesuai  dengan  frekuensi  tertingginya sekitar  500  Hz  pada  otot  lengan  bawah  selain  itu  untuk
mereduksi  sinyal  interferensi  gelombang  RF  dan  untuk menghindari antialiasing pada saat di sampling .

## B. Rancangan Perangkat Lunak
Pada  penelitian  ini  digunakan  mikrokontroller  jenis Arduino  Uno  untuk  proses  akuisisi  data  sinyal input dari Surface  Electromyogram .  Proses  pengolahan  sinyal  yang dilakukan  di  mikrokontroler  ini  adalah Analog  to  Digital Converter  (ADC)  Channel dengan  nilai  0  sampai  dengan 1023 dan bertegangan maksimum sebesar 3,3 V.
Sinyal input didapatkan dari surface electromyogram yang ditempelkan pada bagian Palmaris Longus dan Flexor Carpi Radialis. Sinyal  kemudian  diproses  oleh  rangkaian instrumentasi  EMG  akan  dibaca  sebagai  sinyal  analog  dan mampu  ditangkap  oleh  system  untuk  selanjutnya  dilakukan proses ADC sinyal.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Rangkaian Instrumentasi EMG
Pada rangkaian instrumentasi EMG yang digunakan akan dilakukan  pengujian  pada  5  blok  yaitu  rangkaian amplifier ,
Gambar 8. Respon frekuensi HPF 20 Hz.
Gambar 9. Respon frekuensi BSF 50 Hz.
Gambar 10. Respon frekuensi LPF 500 Hz.
Gambar 4. Posisi peletakan elektroda.
Gambar 5. Diagram fungsional system rangkaian instrumentasi EMG.
Gambar 6. Penguatan sinyal pada rangkaian amplifier.
Gambar 7. Gain amplifier.
HPF, BSF, LPF dan adder . Setiap pengujian diberikan sebuah sinyal sinus dengan frekuensi yang bervariasi.

## 1) Penguat Instrumentasi
Pengujian dilakukan dengan memberikan masukan berupa sinyal  sinus  menggunakan function  generato r  sebesar  260 mV  dengan  frekuensi  sebesar  50  Hz  ke  rangkaian  penguat Gambar  7  memvisualisasikan  hasil  pembacaan amplifier pada  rangkaian.  Sehingga  didapat  sinyal input bernilai  260 mV  dengan output bernilai  2,08V.  Hal  tersebut  akan mendapatkan gain pada rangkaian sebesar 10 kali.

## 2) Rangkaian Filter
Pada  pengujian  blok  rangkaian  filter  HPF,  BSF  dan  LPF digunakan Vpp Input yang sama yaitu 1,16 volt. Perbedaan dari pengujian ketiga rangkaian tersebut terletak pada variasi frekuensi yang digunakan sebagai input dengan menyesuaikan  frekuensi cut-off pada  masing-masing  filter. Hasil  pengujian  dari  keempat  filter  sesuai  dengan  teori  hal tersebut dapat dilihat pada respon frekuensi yang ditunjukkan pada Gambar 8, Gambar 9, Gambar 10, dan Gambar 11.

## 3) Rangkaian Adder
Rangkaian adder ditujukan  untuk  meningkatkan  level tegangan  pada  sinyal  sebelum  melewati  proses  ADC.  Pada Gambar 12 dapat dilihat bahwa Vpp output yang dihasilkan oleh rangkaian adder mengalami kenaikan level menjadi 2,06 V. hal ini membuktikan bahwa rangkaian telah sesuai dengan yang dibutuhkan.

## B. ADC Sinyal
Rangkaian  Instrumentasi  EMG  yang  telah  berhasil menghasilkan output sinyal  berbentuk linear  envelope selanjutnya  akan  dilakukaan  proses Analog  to  Digital Converter (ADC).  Proses  ADC  ini  berfungsi  untuk  me ngonversikan besaran analog sinyal menjadi sebuah besaran digital yang mampu untuk diolah dalam bahasa mesin. Dari hasil  sinyal  yang  telah  diuji  coba  didapati  bahwa  bentuk sinyal seperti ditunjukkan pada Gambar 13.

## C. Hasil Pembacaan Sinyal EMG
Dilakukan pengukuran terhadap 5 subjek yang terdiri dari 4 laki-laki dan 1 perempuan, rata-rata usia subjek 24 tahunm masing-masing diminta untuk melakukan kontraksi pada otot lengan. Elektroda diletakkan sesuai dengan pada Gambar 14 tepatnya pada otot flexor carpi radialis.
Subjek  diminta  melakukan  kontraksi  otot  dengan melakukan gerakan tangan menggenggam, melepas genggaman,  fleksi  dan  relaksasi.  Didapatkan  hasil pengukuran  sinyal  EMG  untuk  Subjek  1  yang  ditampilkan pada  Gambar  15.  Dan  hasil  pengukuran  sinyal  EMG  untuk Subjek 2 yang ditampilkan pada Gambar 16.
Pada  pengujian  yang  dilakukan  terhadap  Subjek  1 didapatkan  amplitudo  maksimum  sebesar  63,0  mV  dengan amplitudo minimal sebesar 0 mV . Pada Subjek 2 amplitudo maksimum  sebesar  63,0  mV  dengan  amplitudo  minimal sebesar  0  mV.  Data  pengujian  amplitude  maksimum  dan minimum pada kelima subjek ditampilkan pada Tabel 1. Nilai amplitudo  maksimum  dan  minimum  yang  terekam  oleh instrumentasi  EMG  masing-masing  adalah  sebesar  65  mV dan  0  mV,  dengan  rata-rata  amplitudo  maksimal  sebesar 64±1,00 mV.
Gambar 11. Respon frekuensi LPF 2 Hz.
Gambar 12. Hasil pengujian rangkaian adder.
Gambar 13. Hasil ADC sinyal EMG.
Gambar 14. Posisi penempatan elektroda pada subjek.
Tabel 1. Hasil percobaan pada subjek Amplitudo Maksimal (mV) Ampliduto Minimal (mV) Subjek 1 63 0 Subjek 2 63 0 Subjek 3 64 0 Subjek 4 65 0 Subjek 5 65 0 Rata-rata 64 0 Standar Deviasi 1 0

## V. KESIMPULAN
Instrumentasi EMG dapat bekerja sesuai dengan frekuensi cut-off pada rangkaian HPF 20 Hz sinyal dapat teredam pada kondisi frekuensi input kurang dari 20 Hz, BSF 50 Hz dapat meredam interferensi jala listrik dengan bandwidth 10 pada frekuensi  44-54  Hz,  LPF  500  Hz  sinyal  pada  kondisi frekuesni input yang melebihi 500 Hz dapat teredam, LPF 2 Hz dapat meredam frekuensi input dibawah 2 Hz, rangkaian adder  yang  menunjukkan  beda  fase  dan  dapat  melakukan penguatan  hingga  2,08  V.  Dari  hasil  5  kali  pengujian  yang terekam  oleh  instrumentasi  EMG  terhadap  subjek  yang berbeda, didapatkan amplitudo maksimal sebesar 65 mV dan amplitudo minimal sebesar 0 mV, dengan rata-rata amplitudo maksimal  sebesar  64±1,00  mV.  Dalam  pengukuran  ini terdapat  interferensi  yang  disesbabkan  oleh  pemasangan elektroda  yang  kurang  sesuai  sehingga  terkadang  tidak
menempel  dengan  baik.  Oleh  karena  itu  penempatan  dan pemilihan elektroda yang digunakan dalam merekam sinyal EMG perlu dipertimbangkan dan diperhatikan sehingga tidak akan menjadi masalah pada saat perekaman. Pengaturan pada saat  memutar  multiturn  atau  resistor  variabel  juga  perlu diperhitungkan karena mempengaruhi pada penguatan sinyal yang  terbaca  saat  dilakukan  pengukuran,  hal  tersebut dikarenakan  sinyal  EMG  ini  memiliki  amplitudo  tegangan yang sangatlah kecil sehingga diperlukan banyak amplifikasi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  M. Hubli, M. Bolliger, E. Limacher, A. R. Luft, and V. Dietz, “Spinal neuronal dysfunction after stroke,” Exp. Neurol. , vol. 234, no. 1, pp. 153--160, 2012.
[2]  I.  Pradivta,  “Desain  Perintah  Myoelectric  Control  Sebagai  Perintah Kursi  Roda  Elektrik  Untuk  Mobilitas  Penyandang  Disabilitas,” Departemen Teknik Biomedik: Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2019.
Gambar 15. Hasil pengukuran sinyal EMG Subjek 1.
Gambar 16. Hasil pengukuran sinyal EMG Subjek 2.
[3]  M. J. Zwarts and D. F. Stegeman, “Multichannel surface EMG: basic aspects  and  clinical  utility,” Muscle  &  Nerve  Off.  J.  Am.  Assoc.
Electrodiagn. Med. , vol. 28, no. 1, pp. 1--17, 2003.