JURNAL FLYWHEEL.
September 2023.
Vol 14 .
, 29-35
E-ISSN: 2745-7435
P-ISSN: 1979-5858
Sepeda Roda Tiga Tanpa Pedal Untuk Melatih Keseimbangan Dan Koordinasi Tubuh Pasien Pascastroke Rosadila Febritasari1.
Febi Rahmadianto1.
Gerald Adityo Pohan1.
Tito Arif Sutrisno1.
Alfa Arkenxiou Lowu1, .
Dhoni Kurniawan1.
I Kadek Adi S.
N1.
Yoga Saputra1.
Alvit Almafudin1.
Agus Dwi Korawan2 Teknik Mesin.
Institut Teknologi Nasional Malang.
Indonesia Teknik Mesin.
Sekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe Cepu.
Indonesia Email: rosadila@lecturer.
ABSTRAK
Tidak semua alat rehabilitasi dapat digunakan oleh pasien pascastroke yang baru saja sembuh dari serangan stroke bahkan mereka belum dianjurkan menggunakan media rehabilitasi dan hanya melakukan terapi dengan gerakan-gerakan sederhana dikarenakan keseimbangan tubuh mereka belum baik, kurangnya koordinasi anggota gerak tubuh, memiliki kelemahan otot dan masih memerlukan alat bantu gerak seperti tongkat dan kursi roda.
Tujuan dari penelitian adalah merancang sepeda roda tiga tanpa pedal yang didesain sesuai kebutuhan pasien pasca stroke untuk proses rehabilitasi.
Metode yang dilakukan adalah membuat pemodelan tiga dimensi dan dilakukan simulasi secara numerik dengan metode elemen hingga.
Hasil perancangan adalah sepeda ini dirancang dengan ground clearance 153 mm agar pasien pasca stroke mampu mengangkat kakinya.
Pasien dapat mengendarai sepeda dengan mengayunkan kaki selayaknya berjalan untuk melatih anggota gerak bawah seperti paha, lutut, dan kaki.
Hasil simulasi metode elemen hingga pada rangka sepeda menunjukkan bahwa terjadinya tegangan maksimum sebesar 38,806 Mpa pada daerah sambungan seat tube dan down tube serta deformasi maksimum terjadi pada daerah sadel yaitu 0.
399 mm.
Berdasarkan analisa ergonomis, sepeda
ini memiliki kenyamanan dan mampu meminimalisir adanya risiko cidera baik saat dikendarai di jalan lurus maupun Kata Kunci Rangka sepeda, pasca stroke, rehabilitasi, metode elemen hingga Paper type Research paper
PENDAHULUAN
Kesulitan berjalan akibat gangguan neurologis sering dialami oleh orang yang terserang stroke .
Sebanyak 70% pasien stroke sering terjatuh di dalam rumah karena kehilangan keseimbangan tubuh saat berjalan .
Terdapat 67% pasien stroke dinyatakan mengalami penurunan kesehatan secara fisik dan mental .
Dengan kata lain mereka tidak bisa melakukan kegiatan sehari-hari dan memerlukan bantuan orang terdekat atau alat bantu berjalan seperti tongkat dan kursi Oleh karena itu, kualitas hidup mereka menjadi rendah sehingga tidak bisa membaur dengan masyarakat karena keterbatasan gerak .
Berbagai macam rehabilitasi seperti aktivitas fisik dengan intensitas ringan telah diteliti dan dibuktikan keefektifannya dalam meningkatkan keseimbangan tubuh .
Pasien stroke perlu melakukan rehabilitasi untuk memulihkan kembali fungsi otot minimal 48 jam setelah sembuh dari serangan stroke .
Menurut Jyrgensen, pasien dengan serangan stroke ringan, cukup melakukan pemulihan selama 2 bulan.
Pasien dengan serangan stroke sedang membutuhkan 3 bulan.
Pasien dengan serangan stroke parah sekitar 4 bulan.
Dan pasien dengan serangan stroke paling parah setidaknya membutuhkan 5 bulan recovery .
Peralatan rehabilitasi untuk pasien pasca stroke masih sangat minim.
Bila ada, media rehabilitasi tersebut hanya diperuntukkan kepada pasien pasca stroke yang sudah mampu berjalan secara mandiri ataupun mampu berdiri tanpa bantuan orang lain atau tongkat.
Sedangkan pasien yang baru saja sembuh dari serangan stroke tidak dianjurkan menggunakan media rehabilitasi tersebut dan hanya melakukan terapi dengan gerakan-gerakan sederhana dikarenakan keseimbangan tubuh mereka belum baik dan selalu menggunakan kursi roda .
Beberapa peneliti telah mengembangkan media rehabilitasi bagi pasien pascastroke seperti sepeda roda tiga pascastroke .
dan prosedur rehabilitasinya .
hingga otot mereka tidak kaku setelah melakukan gerakan mengayuh selama 10 menit dalam kurun waktu 1 bulan.
Namun, sepeda roda tiga ini hanya diperuntukkan kepada pasien pascastroke yang memiliki skor kekuatan otot lebih dari 3 berdasarkan Postural Assessment Scale for Stroke dengan kata lain mereka yang mampu berdiri tanpa alat bantu .
Sepeda roda tiga tipe tadpole .
dan delta .
telah dirancang khusus untuk penderita stroke dan telah diuji di Rumah sakit Haji Surabaya .
, menunjukan adanya peningkatan kebugaran dan fungsi motorik pada pasien pasca stroke .
The Alinker walking bike, sepeda roda tiga tipe tadpole tanpa pedal yang didesain oleh Alinker Company, telah menginovasi media rehabilitasi bagi orang penyandang disabilitas, parkinson.
Cerebral Palsy, dan stroke untuk menerapkan budaya aktif bergerak dan mendukung proses pemulihan otot .
City walking aid bike adalah sepeda roda dua tanpa pedal yang dirancang oleh VanRaam Company dan terbukti manfaatnya dalam membantu orang yang Rosadila Febritasari.
Febi Rahmadianto.
Gerald Adityo Pohan.
Tito Arif Sutrisno.
Alfa Arkenxiou Lowu, .
Dhoni Kurniawan.
I Kadek Adi S.
Yoga Saputra.
Alvit Almafudin.
Agus Dwi Korawan mengalami kesulitan berjalan setelah operasi atau lanjut usia .
Sepeda roda tiga elektrik juga dapat digunakan untuk berolahraga dengan intensitas ringan dan sangat cocok bagi orang penyandang disabilitas dan penyakit kronis sehingga mereka dapat tetap aktif bergerak dibandingkan hanya berdiam diri .
Seat walker telah banyak digunakan bagi orang yang memiliki permasalahan mobilitas, karena mempermudah mereka berdiri dan berjalan, mampu menjaga keseimbangan tubuh dan mengurangi beban pada kaki yang lemah .
Selain itu, mereka merasakan keamanan saat berjalan tanpa takut terjatuh.
Namun, penggunaan seat walker tidak baik untuk anggota gerak atas karena dalam pemakaian jangka panjang bisa terjadi stress-fracture pada tangan, siku, dan pundak yang telah dialami oleh 64% dari pengguna .
sehingga perlu memperbaiki desainnya untuk keamanan dan mobilitas yang efektif .
Oleh karena itu, perlu adanya sebuah alat bantu untuk mendukung proses rehabilitasi pasien pascastroke bagi mereka yang memiliki kelemahan fungsi motorik, kekakuan otot, dan ketidaksinkronan pergerakan otot sesaat setelah sembuh dari serangan stroke.
Sepeda roda tiga tanpa pedal dapat menjadi alternatif media rehabilitasi pascastroke.
Sepeda ini dapat melatih keseimbangan dan koordinasi tubuh pasien dengan mengandalkan pergerakan anggota gerak Rangka sepeda dibuat pendek supaya pengendara dapat menapakkan kaki di tanah, kemudian sepeda dijalankan dengan kedua kaki sambil duduk di atas saddle selayaknya berjalan dan tangan menggerakkan stang lurus atau berbelok.
Penelitian ini berfokus pada perancangan sepeda roda tiga tanpa pedal dan mengaplikasikan ilmu perancangan dan pengembangan produk .
, pemodelan sepeda dalam bentuk 3D dan analisa kekuatan material pada rangka dengan CAD software opensource.
METODE
Perancangan sepeda roda tiga tanpa pedal dilakukan dalam beberapa langkah.
Pertama, daftar kebutuhan akan sebuah produk diobservasi berdasarkan kebutuhan penderita stroke.
Kedua, perhitungan tenaga dorong yang diperlukan untuk menjalankan sepeda.
Ketiga, perancangan dan penyeleksian konsep sepeda.
Keempat, kekuatan material pada rangka dianalisa untuk mengetahui keamaan rangka.
Dan terakhir, dilakukan analisa ergonomis pada pengendara.
Kedua analisa ini dilakukan menggunakan CAD Software opensource yaitu Ansys dan Catia.
Penyusunan Daftar Kebutuhan Daftar kebutuhan penderita stroke terhadap sepeda roda tiga disusun untuk perancangan dan pengembangan desain ditunjukkan pada tabel 1.
TABLE I.
Aspek kebutuhan Fungsi Keamanan Geometri dan Dimensi Sistem Operasional Manufaktur Perawatan DAFTAR KEBUTUHAN Uraian Kebutuhan Sepeda roda tiga tanpa pedal Sepeda digerakkan oleh kaki, tanpa pedal Pengendara dapat menopang tubuhnya dan duduk di atas sadel Kaki menapak di atas tanah Ketinggian sadel dan stang dapat diatur Berat pengendara maksimal 100 kg Sistem pengereman roda depan dan roda belakang Sepeda memiliki tiga roda dengan konsep delta Rangka sepeda menyerupai sepeda feminim Berat rangka sepeda tidak melebihi 15 kg Tinggi total tidak mencapai 800 cm Berat aksesoris sepeda tidak melebihi 10 kg Mudah dan nyaman dikendarai Mudah dijalankan dengan bantuan kaki Rangka sepeda dapat dimanufaktur Komponen sepeda dapat dirakit dengan alat/ tools standar Mudah dibersihkan dan dirawat Perancangan Rangka Sepeda Massa seluruh komponen sepeda yang perlu dipertimbangkan dalam perhitungan tenaga dorong dapat dilihat pada tabel TABLE II.
DAFTAR KEBUTUHAN
Komponen Massa .
Keterangan Pengendara/ pasien Berat maksimal pengendara untuk menaiki sepeda Rangka dan aksesoris Bobot sepeda tidak lebih dari 25 kg Total mass Sepeda Roda Tiga Tanpa Pedal Untuk Melatih Keseimbangan Dan Koordinasi Tubuh Pasien Pascastroke Rangka sepeda didesain menggunakan software CAD opensource seperti gambar 1.
Rangka diatur ground clearance serendah mungkin yaitu 153 mm agar pasien pasca stroke mampu mengangkat kakinya.
Sepeda dirancang tanpa menggunakan pedal maka tidak ada bottom bracket.
Dimensi dari rancangan rangka sepeda ini dapat dilihat pada Gambar 1 Dimensi Rancangan Rangka sepeda roda tiga elektrik Rangka sepeda tersusun atas 2 bagian, yaitu Sub Perakitan Rangka Depan (SRD) dan Sub Perakitan Rangka Belakang (SRB).
Setelah itu rangka depan dan rangka belakang digabungkan dengan proses las.
Rangka Depan Rangka depan tersusun atas beberapa pipa diantaranya head tube berdiameter dalam 2.
5 cm dan panjang 18 cm, down tube berprofil rectangular berdimensi 7 cm dan 2.
8 cm, bottom tube berdimensi 2.
8 cm dan 2.
8 cm, seat tube berdiameter dalam 2.
54 cm dan panjang 38.
2 cm, serta seat stay tube berdiamter 2.
8 cm.
Sub Perakitan Rangka Depan (SRD) tersusun atas 5 pipa, yaitu SRD-1.
SRD-2.
SRD-3.
SRD-4.
SRD-5.
Selengkapnya dapat dilihat pada gambar 2 berikut ini.
Rangka Belakang Sub Perakitan Rangka Belakang (SRB) dirancang menggunakan 2 ukuran pipa yang berbeda, yaitu, chain stay tube (SRB-.
berdiamter 3 cm, dan rear shaft tube (SRB-.
3 cm.
Selengkapnya dapat dilihat pada gambar 2 berikut ini.
SRD-1
SRD-2
SRD-4
SRD-5
SRD-3
SRB-1
SRB-2
Gambar 2 Sub Perakitan Rangka Depan dan belakang Rosadila Febritasari.
Febi Rahmadianto.
Gerald Adityo Pohan.
Tito Arif Sutrisno.
Alfa Arkenxiou Lowu, .
Dhoni Kurniawan.
I Kadek Adi S.
Yoga Saputra.
Alvit Almafudin.
Agus Dwi Korawan Simulasi dan hasil analisis Setelah ukuran dan bentuk rangka telah didesain, rangka sepeda dilakukan analisa struktur untuk mengetahui pengaruh pemberian beban pada rangka yang mana merepresentasikan kondisi sebenarnya.
Meshing dilakukan pada rangka sepeda dengan element size sebesar 1,8 mm dengan jenis mesh tetra dan hex.
Meshing rangka sepeda dapat dilihat pada gambar 3.
Detail mesh Jenis mesh Ukuran mesh Jumlah nodes Jumlah elements Skewness Nilai Tetra & Hex mesh 1,8 mm 0,42034 Gambar 3 Mesh rangka sepeda Material rangka sepeda roda tiga tanpa pedal adalah AISI alumunium 6061.
Pembebanan/load diberikan pada rangka berdasarkan segment massa pada tubuh manusia .
Dalam simulasi ini terdapat 4 gaya dan berat pengendara sebesar W=100 kg, sebagai berikut.
Gaya adalah gaya berat pengendara pada head tube dan dikenai gaya total arm .
0505W 0 .
Gaya adalah gaya berat pengendara pada seat post dan dikenai gaya head, neck and torso .
5940W - 2 .
ditambah dengan upper arm .
0274W - 0 .
Pembebanan/load yang diberikan pada rangka dapat dilihat pada gambar 5.
Gaya sedangkan gaya dan front fork.
diletakkan pada head tube pada seat post.
Fixed boundary conditions diberikan pada rangka yang bersentuhan dengan rear axle Gambar 4 Free Body Diagram Rangka Sepeda roda tiga elektrik Sepeda Roda Tiga Tanpa Pedal Untuk Melatih Keseimbangan Dan Koordinasi Tubuh Pasien Pascastroke Pengujian von misses telah dilakukan pada rangka sepeda untuk melihat respon maximum tensile strength yang mampu diterima oleh rangka sebelum terjadinya patah/ fracture.
Respon total deformation dicari untuk menentukan seberapa besar deformasi yang dialami oleh rangka sepeda jika mendapatkan pembebanan maksimum.
Dan safety factor untuk mengetahui nilai keamanan dari rangka sepeda.
Hasil simulasi ditunjukkan pada gambar 6, 7 dan 8.
Gambar 5 Hasil simulasi: maximum tensile Gambar 6 Hasil simulasi: total deformation Gambar 7 Hasil simulasi: safety factor Gambar 6 menunjukkan kontur distribusi pembebanan vertikal setelah diberikan gaya F1 dan F2 pada rangka sepeda menggunakan pengujian von-mises stress.
The maximum tensile strength sebesar 38,806 Mpa terjadi pada daerah sambungan seat tube dan down tube menimbulkan penekanan ke arah sumbu y negatif.
Deformasi terbesar terjadi pada area saddle yaitu 0.
399 mm yang ditandai dengan warna merah pada gambar 7.
Gambar 8 menunjukkan Safety factor sebesar 11,031.
Penelitian serupa terkait analisa FEA pada rangka sepeda gunung dengan material Alumunium 6061-T6 dilakukan oleh Sarath P .
Pembebanan sebesar 2250 N diberikan pada rangka sepeda gunung secara vertikal menunjukkan terjadinya tegangan maksimum pada intersection seat tube dan bottom bracket sebesar 33.
72 Mpa dan deformasi maksimum terjadi di area saddle sebesar 0.
52604 mm.
Analisa finite element pada rangka sepeda dilakukan oleh Derek Covill menunjukkan bahwa terjadinya displacement maksimum sebesar 0.
342 mm pada seat tube .
Tidak ada pertimbangan yang diberikan terkait persyaratan kekuatan dari rangka sepeda baik itu menggunakan material seperti alumunium, titanium, dan carbon fiber .
Sepeda dilengkapi dengan stang, saddle dengan backrest, rem di kedua tangan, dan tiga roda untuk memberikan keseimbangan pada sepeda.
Desain Sepeda ini memiliki panjang 1478 mm, tinggi 732 mm, dan lebar 358 mm.
Gambar 8 rancangan rangka sepeda roda tiga tanpa pedal Analisis RULA pada desain sepeda elektrik dilakukan di software CATIA V5 dan simulasi menggunakan manekin untuk mengetahui nilai RULA dari posisi pengendara saat menggunakan sepeda.
Manekin yang digunakan memiliki jenis kelamin laki-laki dan tinggi badan 165 cm.
sepeda roda tiga elektrik ini disimulasikan dengan 2 keadaan yaitu ketika jalan lurus dan jalan berbelok.
Dari hasil simulasi didapat hasil sebagai berikut.
Rosadila Febritasari.
Febi Rahmadianto.
Gerald Adityo Pohan.
Tito Arif Sutrisno.
Alfa Arkenxiou Lowu, .
Dhoni Kurniawan.
I Kadek Adi S.
Yoga Saputra.
Alvit Almafudin.
Agus Dwi Korawan Gambar 9 Analisis RULA keadaan ketika jalan lurus Pada saat sepeda elektrik berjalan lurus, skor RULA adalah 2, artinya rancangan aktivitas termasuk nyaman tanpa risiko Dengan kata lain, perancangan sepeda elektrik tidak menimbulkan risiko cedera akibat kesalahan posisi duduk atau posisi mengemudi bagi pengendara ketika dikendarai di jalan lurus.
Gambar 10 Analisis RULA keadaan ketika berbelok Pada saat sepeda berbelok, nilai RULA berada di skor 3 untuk sisi kanan, artinya dibutuhkan investigasi dan perubahan jenis gerakan.
Sedangkan sisi kiri memperoleh skor 2 artinya rancangan aktivitas termasuk nyaman tanpa risiko cedera.
Keadaan ini masih wajar dan tidak perlu dilakukan perubahan desain sepeda.
KESIMPULAN
Perancangan sepeda roda tiga tanpa pedal untuk rehabilitasi pasca stroke telah didesain sesuai kebutuhan pasien pasien pasca stroke yang memiliki kelemahan otot, ketidakseimbangan tubuh, dan kurangnya koordinasi anggota gerak tubuh.
Sepeda ini dirancang dengan ground clearance 153 mm agar pasien pasca stroke mampu mengangkat kakinya.
Analisa finite element pada rangka sepeda menunjukkan bahwa terjadinya tegangan maksimum sebesar 38,806 Mpa pada daerah sambungan seat tube dan down tube menimbulkan penekanan ke arah sumbu y negatif.
Deformasi terbesar terjadi pada area saddle yaitu 0.
399 mm.
Berdasarkan analisa ergonomis, sepeda ini memiliki kenyamanan tanpa adanya risiko cidera baik saat dikendarai di jalan lurus maupun berbelok.
DAFTAR PUSTAKA