commit to user
IV-21 Berdasarkan tabel 4.6 di atas dapat diketahui lokasi titik pusat massa yang
terdapat pada masing-masing segmen tubuh. Misalnya untuk segmen betis kaki normal, titik pusat massanya terletak di 21,55 cm dari pangkal betis distal end
atau 16,45 cm dari lutut proximal end
4.2 PERMODELAN BIOMEKANIKA PENGGUNA KAKI
PROSTHETICBAWAH LUTUT Formulasi matematik dibangun dalam kajian biomekanika ankle joint
dengan menggunakan pendekatan static equilibrium. Kajian yang dilakukan berupa penghitungan nilai gaya dan momen pada bagian ankle joint untuk
mengetahui tingkat keseimbangan berjalan pengguna kaki prosthetic pada segmen tubuh tersebut.
4.2.1 Capture Gerakan BerjalanPengguna Prosthetic Pada Bidang Datar
Berjalan diartikan sebagai gerakan tubuh untuk berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain. Berjalan adalah suatu rangkaian dari gait cycle.Periode gait
cycle terdiri dari dua fase berdiri stance fase dan fase mengayun swing fase. Fase berdiri merupakan periode saat kaki bersentuhan dengan permukaan
landasan, sedangkan fase mengayun adalah periode saat kaki mengayun dan tidak bersentuhan langsung permukaan landasan.
Gambar 4.13 Periode cycle gait
Fase gerakan yang diamati dalam penelitian aktifitas berjalan pengguna prostheticbawah lutut dengan komponen alignment adapter for prosthetic
footterdiri dari delapan fase gerakan yaitu initial contact, loading response, mid stance, terminal stance, pre swing, initial swing, mid swing dan terminal swing.
Pengamatan gerak berjalan pengguna prosthetic pada bidang datar difokuskan
commit to user
IV-22 hanya pada bagian ankle joint untuk mengetahui kontribusi rancangan alignment
adapter for prosthetic footdalam mendukung aktivitas berjalan di bidang datar. Langkah pertama yang dilakukan sebelum pengambilan capture gerakan
ialah melakukan buffering data pada video capture dalam menentukan ke delapan fase berjalan agar di dapat posisi capture sesuai fase yang di inginkan.
Dokumentasi aktifitas gerakan berjalan pengguna prosthetic pada bidang datar dilakukan di Laboratorium Perancangan Sistem Kerja dan Ergonomi.
Pengambilan capturegerakan dilakukan untuk menetapkan fase gerakan dalam satu siklus berjalan pada bidang datar, berdasarkan dokumentasi video penelitian.
Hasil capturegerakan berjalan pengguna prostheticditunjukkan pada gambar 4.13.
Fase Initial Contact Fase Loading Respone
Fase Mid Stance Fase Terminal Stance
Fase Pre Swing Fase Initial Swing
Fase Mid Swing Fase Terminal Swing
c
Gambar 4.14Gerakan berjalan pengguna kaki prosthetic di bidang datar
Berdasarakan capture hasil pengamatan aktivitas berjalan pengguna prosthetic di bidang datar, selanjutnya dilakukan pemodelan biomekanika gerakan
berjalan tersebut menggunakan free body diagrams FBD. FBD tersebut merupakan representasi pola gerakan kaki pengguna prostheticsaat melakukan
aktivitas berjalan. Penggunaan free body diagrams dimaksudkan untuk
commit to user
IV-23 mempermudahdalam perumusan formulasi perhitungangaya dan momen pada
ankle joint dengan pendekatan static equilibrium.
4.2.2 Penentuan Free Body Diagram dan Sudut Sendi Pada Capture
Gerakan Berjalan Pengguna KakiProsthetic di Bidang Datar Pemodelan menggunakan free body diagrams dilakukan pada hasil capture
gerakan berjalan pengguna prosthetic di bidang datar. Tujuan pemodelan ini dalam membantu menggambarkan tubuh manusia dan memudahkan dalam
penguraian gaya pada tiap segmen tubuh yang digunakan dalam menyusun formulasi model biomekanika. Adapun model free body diagramdari capture
gerakan berjalan pengguna kaki prosthetic pada bidang datarditunjukkan pada gambar 4.13.
Fase Initial Contact Fase Loading
Respone Fase Mid Stance
Fase Terminal Stance
Fase Pre Swing Fase Initial Swing
Fase Mid Swing Fase Terminal Swing
Gambar 4.15 Free body diagram gait cycle pada bidang datar
Pada tahap ini selain dilakukan pemodelan terhadap capturegait cycle pada bidang datar, juga dilakukan penentuan sudut yang terbentuk pada sendi kaki.
2
θ
1
θ
3
θ
2
θ
1
θ
3
θ
2
θ
1
θ
3
θ
2
θ
1
θ
3
θ
2
θ
1
θ
3
θ
2
θ
1
θ
3
θ
2
θ
1
θ
2
θ
1
θ
3
θ
commit to user
IV-24
1 26
2 11
3 18
1 29
2 10
3 13
1 7
2 33
3 9
1 18
2 17
3 22
1 36
2 8
3 15
1 3
2 16
3 23
1 12
2 15
3 ‐
1 24
2 16
3 18
8 Terminal
Swing 5
Pre Swing
6 Initial
Swing 7
Mid Swing
2 Loading
Respone 3
Mid Stance
4 Terminal
Stance Heel
Strike 1
Dengan Pensejajaran
rekapitulasi sudut
Data sudut sendi kaki digunakan sebagai inputdata dalam model formulasi penghitungan gaya dan momen pada ankle joint. Penentuan sudut kaki
berdasarkan data dari goniometer. Adapun data sudut sendi kaki pengguna kaki prosthetic dalam satu siklus berjalan normal gait cycle di bidang datar
ditunjukkan pada tabel 4.7.
Tabel 4.7Rekapitulasi sudut kaki
pengguna prosthetic
pada gait cycle bidang datar
4.2.3 Model Formulasi Gaya dan Momen Pada Ankle Joint PenggunaKaki
Prosthetic Pengamatan gerakan berjalan pada bidang datar difokuskan pada bagian
ankle joint. Gerakan berjalan pada bidang datar ditinjau dari delapan fase gerakan kaki yang disesuaikan dengan pola gait cycle.Kajian biomekanika melalui
perhitungan nilai gaya dan momen pada bagian ankle joint, baik kaki normal maupun kakiprosthetic.
1 20
2 11
3 12
1 26
2 12
3 7
1 11
2 26
3 6
1 19
2 16
3 20
1 41
2 10
3 14
1 7
2 14
3 28
1 9
2 15
3 ‐
1 23
2 22
3 14
Heel Strike
1 Rekapitulasi
Sudut
Tanpa Pensejajaran
2 Loading
Respone 3
Mid Stance
4 Terminal
Stance
8 Terminal
Swing 5
Pre Swing
6 Initial
Swing 7
Mid Swing
commit to user
IV-25 Kajian biomekanikauntuk memperhitungkan nilai gaya dan momen pada
setiap gerakan berjalan dalam menentukan tingkat keseimbangan pengguna kaki prosthetic.Nomenklatur symbol pengukuran ynag digunakan dalam penyusunan
model formulasi bioemkanika, sebagai berikut: A
1
= Ankle joint kaki normal A
2
= Ankle joint kaki prosthetic
K
2
= Knee joint kaki prosthetic
MA
1
= Momen di ankle joint kaki normal MA
2
= Momen di ankle joint kaki prosthetic MK
2
= Momen di knee joint kaki prosthetic FNA
1
= Gaya pada ankle joint kaki normal
FNA
2
= Gaya pada ankle joint kaki prosthetic
WF
1
= Gaya berat segmen telapak kaki foot kaki normal WS
1
= Gaya berat segmen betis shank kaki normal WT
1
= Gaya berat segmen paha thigh kaki normal W
B
= Gaya berat segmen tubuh bagian atas
WT
2
= Gaya berat segmen paha thigh kaki prosthetic WS
2
= Gaya berat segmen betis shank kaki prosthetic WF
2
= Gaya berat segmen telapak kaki foot kaki prosthetic R
a1
= Jarak gaya pada ankle joint kaki normal ke pusat momen
R
a2
= Jarak gaya pada ankle joint kaki prosthetic ke pusat momen R
s1
= Jarak gaya berat segmen betis shank kaki normal kepusat momen R
s2
= Jarak gaya berat segmen betis shank kaki prosthetic ke pusat momen R
b
= Jarak gaya berat segmen tubuh bagian atas ke pusat momen R
t1
= Jarak gaya berat segmen paha thigh kaki normal ke pusat momen R
t2
= Jarak gaya berat segmen paha thigh kaki prosthetic ke pusatmomen R
f1
= Jarak gaya berat segmen telapak kaki foot kaki normal ke titik ankle joint
R
f2
= Jarak gaya berat segmen telapak kaki foot kaki prosthetic ke titik ankle joint
R
a1
’ = Jarak titik ankle joint kaki normal ke ujung jari kaki normal
R
a2
’ = Jarak
titik ankle joint kaki prosthetic ke ujung jari kaki prosthetic
R
a1
” = Jarak titik ankle joint kaki normal ke titik tumit kaki normal
commit to user
IV-26 R
a2
” = Jarak titik ankle joint kaki prosthetic ke titik tumit kaki prosthetic R
f1’
= Jarak gaya berat segmen telapak kaki foot normal ke ujung jari kaki normal
R
f1”
= Jarak gaya berat segmen telapak kaki foot normal ke tumit kaki normal
R
f2’
=Jarak gaya berat segmen telapak kaki foot prosthetic ke ujung jari kaki prosthetic
R
f2”
=Jarak gaya berat segmen telapak kaki foot prosthetic ke tumit kaki prosthetic
L
1
= Panjang segmen betis shank kaki normal L
2
= Panjang segmen paha thigh kaki normal L
3
= Panjang segmen paha thigh kaki normal L
4
= Panjang segmen betis shank kaki prosthetic Nomenklatur dari variabel pengukuran di atas berlaku untuk delapan gerakan fase
berjalan, baik pada penyusunan formulasi gaya dan momen untuk ankle joint kaki normal maupun kaki prosthetic.
1. Fase 1: Initial Contact
Initial contact merupakan fase awal dari gait cycle, dimana menjadi periode pertama dari stance phase. Pada fase ini kaki prosthetic kaki merah
dalam keadaan terangkat ke atas dengan tumit menyentuh permukaan tanah sedangkan kaki normal kaki hijau dalam kondisi heel off.
Gambar 4.16 Fase initial contact gerakan berjalan pada bidang datar
commit to user
IV-27 Ankle joint kaki prosthetic bergerak plantarflexion dan melakukan kontak
pertama dengan bidang datar melalui tumit.Ankle joint pada kaki normal bergerak dorsiflexion dengan kontak pertama terjadi pada bagian ujung jari kaki.
a. Formulasi Penentuan Gaya Pada Ankle Joint
