## RANCANG BANGUN MEKANIK ROBOT PHYSIO TERAPY UNTUK PENDERITA KELUMPUHAN PADA LENGAN
Ahmad Yani 1) Joni Kasmara 2)
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Trunajaya Bontang. 1,2)
Jl. Jend. A. Yani No. 55 Telp/Faks. (0548) 3035920, 5116443 Bontang - Kaltim Email: yanibima@gmail.com
Abstrak  : Robot  physio  terapy  adalah  merupakan  alat  bantu  dalam  kedokteran  yang  difungsikan  untuk membantu  memulihkan  kembali  -  organ  tubuh  penderita  kelumpuhan  yang  diakibatkan kecelakaan atau penyakit strook yang  mengakibatkan  terjadinya  disfungsi motorik pada otak sehingga anggota badan seperti tangan dan kaki tidak dapat digerakan lagi. Terapy fisik (physio terapy)  pada  pasien  biasanya  dilakukan  secara  manual,  dengan  cara  memijit  atau  menggerak- gerakkan sendi, oleh karena itu dibutuhkan tenaga ahli yang selalu mendapingi pasien pada saat terapy. Sehingga membutuhkan banyak tenaga, waktu, dan biaya untuk perawatan.
Jumlah pasien yang kecelakaan atau terkena penyakit strook sangat banyak sehingga dibutuhkan tenaga  perawat  yang  super  extra  untuk  menanggani  pasien,  untuk mengatasi  kendala  tersebut maka   kita  merancang alat bantu physio terapy untuk  membantu paramedis dalam  menangani terapy pada pasien.
Kata Kunci : Physio terapy, Lengan tangan.

## I. PENDAHULUAN
Terapy fisik (physio terapy) pada pasien biasanya dilakukan secara manual, dengan cara  memijit  atau  menggerak-gerakkan sendi,  oleh  karena  itu  dibutuhkan  tenaga ahli  yang  selalu  mendapingi  pasien  pada saat  theraphy.  Sehingga  membutuhkan banyak  tenaga,  waktu,  dan  biaya  untuk perawatan.  Adapun  beberapa  jenis  alat physiotheraphy  yang  digunakan  dalam dunia  medis  untuk  proses  penyembuhan kelumpuhan  maupun  cedera  yang  dialami oleh  lengan  bawah  dan  lengan  atas  telah banyak  diciptakan,  Tetapi  kebanyakan desain  masih  rumit,  mahal  dan  dimensi besar  sehingga  sulit  dipindah-pindahkan. (www.thephysioshop.com)
Hal  yang  mendorong  penelitian  ini dilakukan  adalah  minimnya  peralatan terapy  fisik  yang  ada  di  rumah  sakit Indonesia  dan  Minimnya  jumlah  perawat dibandingkan  jumlah  pasien  yang  harus ditangani,  sehingga  menyebabkan  antrian pasien  yang  panjang  dan  lama.  Dengan adanya  kasus  seperti  ini  perlu  dirancang Robot physio terapy yang bisa dioperasikan
sendiri  (atas  petunjuk  Dokter),  portable (mudah  dipindahkan),  bisa  digunakan berbagai umur (adjustable), programmable).  Rancangan  alat  memiliki beberapa  aspek  yang  mendukung  fungsi utamanya, antara lain: mudah dioperasikan, aman  bagi  pasien,  ergonomis  (human- machine  interface),  mudah  perawatan, harga  relatif  murah,  tidak  mudah  rusak, dekoratif.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
Robotika  merupakan  sebuah  teknologi yang  merupakan  gabungan  dari  berbagai macam disiplin ilmu. Untuk bisa mengetahui  kompleksitas  aplikasi  dari teknologi ini diperlukan ilmu pengetahuan yang  didapat  dari  berbagai  disiplin  ilmu. Hingga  saat  ini  telah  berkembang  tiga generasi  robot,  dimana  generasi  pertama adalah  robot  yang  melakukan  gerakan secara  berulang-ulang  dengan  perintah yang diprogramkan sebelum mulai dioperasikan. Generasi kedua adalah robot yang  dilengkapi  sensor  dengan  program computer sehingga dapat bereaksi terhadap lingkungan. Generasi terakhir adalah robot
yang dilengkapi dengan sensor-sensor yang beragam untuk identifikasi informasi secara lebih tepat yang kemudian diolah kedalam supercomputer  yang  mampu  mengambil keputusan  sendiri  dalam  menentukan langkah geraknya sehingga sanggup menghadapi  permasalahan  yang  lebih variatif.
Jenis gerakan sendi pada lengan tangan:
1. Meluncur : gerakan satu permukaan pada  permukaan  lain  seperti  pada sendi datar.
2. Fleksi :  gerakan  pengecilan  sudut sendi, misalnya melipat siku.
3. Ekstensi :  gerakan  pembesaran sudut  sendi,  misalnya  meluruskan siku.
4. Abduksi :  gerakan  bagian  tubuh menjauhi  garis  tengah,  misalnya mengangkat lengan ke sisi tubuh.
5. Adduksi :  gerkan  bagian  tubuh menekati  garis  tengah,  misalnya mendekatkan lengan ke sisi tubuh.
6. Pronasi :  gerakan  rotasi  medial lengan bawah dan tangan sehingga telapak  tangan  menghadap  ke belakang
7. Supinasi :  gerakan  rotasi  lateral lengan bawah dan tangan sehingga telapak  tangan  menghadap  ke depan.
8. Rotasi :  gerakan  bagian  tubuh berputar pada sumbu longitudinalnya,  misalnya  gerakan telapak  tangan  ke  depan  dan  ke belakang dengan lengan diekstensikan penuh dicapai dengan rotasi pada sendi bahu.
Sirkumduksi : kombinasi fleksi, abduksi, ekstensi, dan adduksi pada satu  gerakan,  misalnya  mengayun lengan  yang  terekstensi  berputar dalam satu lingkaran .
Gambar 1 : Gerakan pada lengan tangan (keith l. moore,  Anatomi klinis dasar)
Gambar 2: Gerakan pada lengan tangan (keith l. moore,  Anatomi klinis dasar)
Untuk  sudut  maksimum  gerakan  pada bagian-bagian tubuh terutama tangan untuk gerak rotasi lengan bawah maksimum 180°' sedang untuk gerak vertikalnya maksimum 150°
Gambar 3: Gerakan siku pada lengan tangan. (keith l. moore,  Anatomi klinis dasar)

## Prinsip Dasar Dinamika
Secara umum dinamika menyangkut gaya- gaya  yang  bekerja  pada  benda-benda bergerak  dengan  menggunal\kan  istilah- istilah  “usaha,  energy,dan  daya.  Yang terpenting dari pada kuantitas dinamika dan satuan satuanya adalah ;
 massa m adalah kuantitas dasar
 Gaya (gaya grafitasi) F
Gaya F adalah  hasil  perkalian  massa mdengan percepatan a
F = m.a Gaya grafitasi W adalah gaya yang bekerja pada suatu massa m karna adanya percepatan bumi g;
W = m.g
 Usaha W Usaha mekanis adalah hasil perkalian gaya F dengan jarak s. Dimana  gaya  konstan F bekerja pada  sebuah  benda  dalam  gerakan linier  ke  suatu  arah  yang  sejajar dengan jangkauan jarak s
W = F.s  Daya P
Daya  P  adalah  kelanjutan  usaha yang  berkaitan  dengan  waktu. Apabila  usaha  (energi)  meningkat atau  menurun  secara  linier  dengan waktu,  maka  daya  adalah  hasil pembagian usaha dengan waktu.

## P = W/t
Untuk  gerak  melingkar  beraturan maka
P = F . 2.π.r.n
Dalam persamaan ini kita temukan F.r ,bahwa sama dengan momen M sehingga dapat ditulis : P = M .2.π.n Factor 2.π.n  adalah kecepatan sudut ω sehingga dapat ditulis P = M .ω
III. METODE PENELITIAN

## Tempat dan  Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium  Teknik  Mesin  Fakultas Teknik    Universitas  Muhammadiyah Malang  dan  waktu  penelitian  mulai  bulan Januari sampai Mei 2009.

## Variabel Penelitian
1. Variabel  Bebas:  Panjang  alat  (rangka lengan  atas):  1000  mm  dan  Lebar  alat (rangka lengan atas): 220 mm,  Panjang alat (rangka lengan bawah): 500 mm dan Lebar  alat  (rangka  lengan  bawah):  120 mm. Jarak sumbu lengan bawah dengan penyangganya: 45 mm,
2. Variabel  terikat:  desain  alat  dan  daya motor penggerak.
3. Variabel  kontrol:  Derajat  maksimum putaran  90 o untuk  gerak  rotasi (Dari data medis), Derajat maksimum putaran 90 o untuk  gerak  Elevation-Depression ( (Dari data medis)

## Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian:
Motor DC berjumlah 4 unit.
Roda  gigi,  besi  plat  siku  berlubang,  poros berulir,  pully,  V-belt,  baut,  mur  dan  Rell penyangga lengan bawah.

## Instalasi Alat Penelitian
Gambar 4. Instalasi Penelitin.
Keterangan gambar  instalasi penelitian 1. Roda gigi penggerak pergelangan 2. Penyangga lengan dalam 3. Rell penyangga lengan bawah
4. Poros lengan bawah
5. Rangka lengan bawah
6. Motor penggerak lengan siku
7. Poros penyambung antara lengan atas dan  lengan bawah 8. Motor penggerak lengan atas rotasi
9. Rell lengan atas
10. Rangka lengan atas 11. Poros berulir 12. Motor penggerak lengan atas rotasi
13. Motor penggerak lengan atas vertikal 14. V-Belt 15. Rangka penyangga motor 16. Pully

## Prosedur Penelitian
1. Mendesain  alat  physio  terapy  sesuai dengan  data  medis  gerakan  lengan tangan.
2. Menyiapkan semua bahan dan peralatan yang dibutuhkan.
3. Membuat prototype alat physio terapy.
4. Mencoba  alat  physio  terapy  dengan menggunakan motor dan battery sebagai penggeraknya. 5. Menarik kesimpulan dari hasil
penelitian yang dilakukan.

## Sistem Kerja Robot
Gerak  utama  dari  alat  ini  adalah berdasarkan  putaran  motor.  Untuk  motor yang pertama yaitu berfungsi menggerakan pergelangan  (gerak  pronasi  dan  supinasi). putaran  motor  dihubungkan  oleh  poros  ke roda gigi 1  kemudian memutar roda gigi 2 yang  disambung  pada  penyangga  lengan dalam, Sehingga bagian ini berputar sesuai dengan  kemiringan  yang  diinginkan  tetapi penyangga  luarnya  tetap  diam.  Sedangkan untuk  Motor  yang  kedua    yang  bersumbu diporos (siku lengan) berfungsi
menggerakkan rangka yang telah dirangkai
dengan penyangga lengan dalam, dan luar, serta  roda  gigi  yang  di  sambung  dengan baut pengunci   sehingga bergerak vertical naik  turun  (  gerak  Fleksi  dan  Ekstensi) sesuai  dengan  kemiringan  sudut  yang diinginkan.
Untuk  motor  yang  ketiga  putaran motor di hubungkan oleh poros ke roda gigi 1  kemudian  memutar  roda  gigi  2  yang disambung pada poros transmisi  sehingga bagian  poros  ini  berputar  sesuai  dengan sudut  yang  diinginkan  (gerak  horizontal). Sedangkan motor yang ke empat  bergerak dengan melaluli sabuk  dan pully  sebagai reduksi  untuk  memutar  poros  ulir    yang telah dirangakai dengan  rangka rel, rangka poros  transmisi  serta  yang  di  sambung dengan  poros  ulir    sehingga  bergerak vertical naik turun sesuai dengan batas yang diinginkan.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  perancangan  dan  pembuatan  alat ini  mekanismenya  harus  diperhitungkan agar  bisa  menentukan  ukuran  yang ditetapkan sebagai desain dari perancangan sehingga ukuran-ukuran yang ada kuat dan aman untuk pemakainya.

## Data Perencanaan Lengan bawah
 Beban  maksimum  lengan  bawah  + Resistensi dari otot-otot struktur:10 Kg
 Jarak sumbu lengan dengan penyangganya: 45 mm
 Panjang alat: 500 mm
 Lebar alat: 120 mm
 Derajat  maksimum  putaran  150 o untuk  gerak  fleksi (Dari  data medis)
 Derajat  maksimum  putaran  90 o untuk  gerak  pronasi (Dari  data medis)
 Kecepatan sudut: 8,7222 rad/s
 Percepatan sudut: 2,1805 rad/s 2
Data Perencanaan Lengan Atas
 Beban  maksimum  lengan  atas  + Resistensi dari otot-otot struktur : 20 Kg
 Panjang alat  : 1000 mm
 Lebar alat : 220 mm
 Derajat  maksimum  putaran  90 o untuk  gerak  rotasi (Dari  data medis)
 Derajat maksimum putaran 90 o
untuk gerak Elevation-Depression
( (Dari data medis)
 Kecepatan sudut : 8,7222 rad/s
 Percepatan sudut : 2,1805 rad/s 2
Gaya  yang  terjadi  dan  Daya  yang diperlukan pada sistem.
a. Motor Satu
Pada  system  yang  ke  petamay  ini diambil pada kondisi 90 o
Karena           I  =  ƒdm. r 2
(A.R. Holowenko: Dinamika permesinan)
=  r 2 ƒdm =  r 2 . m = 0,062 2 . 5 = 0,0192 kg. m 2
Maka torsi yang didapat adalah : T  = I. 
(A.R. Holowenko Dinamika permesinan) = 0,0192  x 2,1805
= 0,042  N.m
 Daya yang diperlukan Dari hasil yang diperoleh maka Daya  yang  dibutuhkan  untuk motor satu sebesar:
P = T . 
=  0,042  x 8,7222
= 0,3663 Watt.
Maka daya motor yang dipilih untuk gerak rotasi pada sendi siku sebesar  5 Watt.

## b. Motor kedua
Pada sistem  yang ke dua ini diambil pada kondisi 90 o
Karena   I    =  ƒdm. r 2
(A.R. Holowenko: Dinamika permesinan)
=  r 2 ƒdm =  r 2 . m = 0,4 2 . 10 = 1,6 kg. m 2 Maka torsi yang didapat adalah :
T  = I.  (A.R. Holowenko: Dinamika permesinan) =  1,6  x 2,1805 = 3,4888 N.m
 Daya yang diperlukan
Dari hasil yang diperoleh maka Daya yang  dibutuhkan  untuk  motor  satu sebesar: P = T .  = 3,4888  x 8,7222 = 30,4300 Watt.
Maka daya motor yang dipilih untuk gerak  rotasi  pada  sendi  siku  sebesar 40 Watt.

## c. Motor Ketiga
Karena   I  =   ƒdm.r 2
(A.R.Holowenko:Dinamika permesinan)
=   r 2 ƒdm =   r 2 . m = 0,4 2 . 15 = 2,4 kg. m 2
Maka torsi yang didapat adalah: T  = I.  Dinami
ka permesinan)
=  2,4 x 2,1805
= 5,2332 N.m

##  Daya yang diperlukan
Dari hasil yang diperoleh maka
Daya  yang  dibutuhkan  untuk motor ke tiga sebesar:
P = T .  = 5,2332 x 8,7222 = 45,64501 Watt.
Maka daya motor yang di pilih untuk gerak  rotasi  pada  siku  sebesar    75 Watt.
d. Motor keempat
Karena   I  =  ƒdm. r 2 (A.R. Holowenko: Dinamika permesinan) =  r 2 ƒdm =  r 2 . m = 0,4 2 . 20 = 3,2 kg. m 2
Maka torsi yang di dapat adalah :
T  = I. 
Holowenko: Dinamika permesinan)
=  3,2 x 2,1805 = 6,9776 N.m

##  Daya yang diperlukan
Dari  hasil  yang  diperoleh  maka Daya yang dibutuhkan untuk motor ke empat sebesar: P = T . 
= 6,9776 x 8,7222
= 60,8600 Watt.
Maka  daya  motor  yang dipilih  untuk  gerak  rotasi pada siku sebesar  100 Watt.

## V. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dapat  diambil kesimpulan bahwa:
 Secara kinematik, gerakan robot physio terapy (terapy fisik) ini sesuai dengan data medis gerak tulang lengan.
 Untuk gerak Fleksi dan Ekstensi maksimum kemiringan 150 o
 Untuk gerak pronasi dan supinasi maksimum kemiringan 90 o
 Untuk  gerak  aduksi  dan  abduksi( rotasi) maksimum kemiringan 90 o  untuk gerak Elevation dan Depression  maksimum  kemiringan 90 o
 Motor yang digunakan :
Motor  pertama : Untuk menggerakan pergelangan
 Jenis Motor  : DC Geared
Motor
 Daya Motor  : 5 Watt
 Tegangan :  24 Volt Motor kedua : Untuk mengerakan sendi siku
 Jenis  Motor  : DC Geared
Motor
 Daya Motor  :  40 Watt
 Tegangan :  24 Volt
Motor ketiga : Untuk menggerakan sendi bahu berputar  Jenis Motor : DC Geared
Motor  Daya Motor  : 75 Watt
 Tegangan :  24 Volt
Motor keempat: Untuk menggerakan sendi bahu vertikal  Jenis Motor : DC Geared
Motor
 Daya Motor  :  100 Watt
 Tegangan :  24 Volt

## DAFTAR PUSTAKA
A.R. Holowenko, 1996. Dinamika Permesinan , Erlangga Jakarta
ARMin Robot, Patient Cooperative Robot
Aided habitation for upper extrimities , 2006, ETH Zurich
Budiono,  2005. Robotika  Universitas Muhammadiyah Malang .
Evelyn  C.  Pearce, Anatomi  &  Fisiologi untuk paramedis . Gramedia Jakarta
John  gibson, Fisiologi  &  anatomi  modern untuk perawat . Gramedia Jakarta
Hidayat,  R.  2003, Simulasi  perhitungan torsi  motor  penggerak  lengan robot  4-Dof  Kapasitas  500  GR , Skripsi, UMM
http:// www.thephysioshop.com keith  l.  moore,  Anne  m.  r.  agur, Anatomi klinis dasar. Gramedia jakatra
Sularso, Kiyokatsu  Suga,  1997.  Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin . Pradya pramita.
Lubos  Bernhard,  1995, Terapy  appliance for  stimulating  arm  and  hand , patent DE4445374, esp@cenet