commit to user
IV - 23 4.3.2
Perhitungan External Work, Komponen-komponen External Work, dan Energi dalam 1 Siklus Berjalan
Perhitungan external work dapat dilakukan setelah memperoleh data sudut kaki yang terbentuk pada kaki kiri kaki normal dengan kaki kanan kaki
prosthetic tiap fase dalam 1 siklus berjalan. Sudut pada kaki terdiri dari sudut yang terbentuk pada telapak kaki q, sendi ankle q
2
, sendi knee q
3
, dan sendi hip q
4
. Hasil dari pengukuran menggunakan electrogoniometer wire transmiter diperoleh sudut-sudut pada aktivitas gerakan berjalan dalam setiap fase
gerakannya. Selain data sudut yang terbentuk pada tiap segmen kaki, data panjang
segmen kaki, berat segmen kaki, dan momen inersia pada kaki juga diperlukan untuk menghitung komponen-komponen external work. Data panjang segmen
kaki, berat segmen kaki, dan momen inersia dapat dilihat pada tabel 4.8.
Tabel 4.8 Data parameter
kaki normal
kaki prosthetic
panjang titik ankle sampai titik center of mass dari foot
r
1
m panjang
titik ankle sampai ujung foot l
1
m panjang
titik ankle sampai titik center of mass dari shank r
2
0.227 0.231 m
panjang titik ankle sampai knee
l
2
0.4 0.407 m
panjang titik knee sampai titik center of mass dari thigh
r
3
0.284 0.316 m
panjang titik knee sampai hip
l
3
m panjang
titik hip sampai titik center of mass dari upper body r
4
m massa
foot m
1
1.04 0.99 kg
massa shank
m
2
3.20 1.55 kg
massa thigh
m
3
7.44 6.27 kg
massa upper body
m
4
kg momen
inersia pada foot I
1
0.165 0.083 kgm
2
momen inersia pada shank
I
2
0.012 0.011 kgm
2
momen inersia pada thigh
I
3
0.598 0.626 kgm
2
momen inersia pada upper body
I
4
kgm
2
gaya gravitasi bumi
g ms
2
0.107 0.250
0.5 0.517
51.36 nilai
besaran index
satuan
13.653 9,8
Data besaran digunakan dalam perhitungan komponen-komponen external work tiap fase dalam satu siklus berjalan. Perhitungan external work pada satu
siklus berjalan berdasar data yang diperoleh, yaitu:
1. Fase 1 Initial ContactHeel Strike HS
Kecepatan dan percepatan yang digunakan untuk perhitungan adalah kecepatan dan percepatan pada center of mass foot, center of mass shank, center of
mass thigh, dan center of mass upper body. Data kecepatan dan percepatan dari
commit to user
IV - 24
software Cv Mob diolah sehingga mendapatkan kecepatan dan percepatan linear. Pengolahan kecepatan dan percepatan linear dijelaskan pada lampiran 1.
Kecepatan dan percepatan linear dibagi dengan radius pada masing-masing bagian kaki untuk memperoleh kecepatan dan percepatan angular yang digunakan dalam
perhitungan external work. Kecepatan yang terjadi pada fase initial contact dapat dilihat di tabel 4.9.
Tabel 4.9 Kecepatan linear dan angular fase initial contact
Kaki Kiri Normal
Kaki Kanan Prosthetic
Kaki Kiri Normal
Kaki Kanan Prosthetic
Kaki Kiri Normal
Kaki Kanan Prosthetic
q 0.248
0.128 0.143
0.143 1.737
0.897 q
1x
0.244 ‐0.081
0.018 0.056
13.574 -1.443
q
1y
0.244 ‐0.081
0.011 0.025
21.734 -3.242
q
2
0.139 0.039
0.227 0.231
0.613 0.169
q
3
0.060 0.204
0.284 0.316
0.212 0.646
q
4
0.119 0.217
0.517 0.517
0.230 0.420
Generalized coordinat
Radius gyration m Kec. Linear ms
Kec. Angular rads
Contoh perhitungan :
kecepatan anguler kaki kiri pada q = kecepatan linear kaki kiri pada q radius kaki kiri pada q
= 0.248
0.143 m s
m = 1,737 rads
Tabel 4.10 menunjukkan percepatan yang terjadi pada fase initial contact.
Tabel 4.10 Percepatan linear dan angular fase initial contact
Kaki Kiri Normal
Kaki Kanan Prosthetic
Kaki Kiri Normal
Kaki Kanan Prosthetic
Kaki Kiri Normal
Kaki Kanan Prosthetic
q 3.400
0.381 0.143
0.143 23.818
2.666 q
1x
3.429 ‐0.714
0.018 0.056
190.737 -12.724
q
1y
3.429 ‐0.714
0.011 0.025
305.390 -28.591
q
2
1.800 0.514
0.227 0.231
7.937 2.229
q
3
1.057 1.629
0.284 0.316
3.729 5.155
q
4
1.543 2.229
0.517 0.517
2.983 4.308
Perc. Linear ms Radius gyration m
Generalized coordinat
Perc. Angular rads
Contoh perhitungan :
percepatan anguler kaki kiri pada q = percepatan linear kaki kiri pada q radius kaki kiri pada q
=
2
3.400 0.143
m s m
= 23,818 rads
2
commit to user
IV - 25
Perhitungan external work dan komponen external work pada fase initial contact,
yaitu:
a. Kaki prosthetic
Sudut-sudut yang terbentuk dan jarak ankle kaki prosthetic pada fase intial contact dengan fase sebelumya dapat dilihat pada gambar 4.10.
Gambar 4.10 Capture kaki prostethic fase initial contact
diketahui :
index nilai
satuan index
nilai satuan
index nilai
satuan
q 8
⁰ 0.897
rads 2.666
rads
2
q
1
21 ⁰
‐1.4429 rads
‐12.724 rads
2
q
2
96 ⁰
‐3.242 rads
‐28.591 rads
2
q
3
97 ⁰
0.169 rads
2.229 rads
2
q
4
90 ⁰
0.646 rads
5.155 rads
2
q
1x
0.056 m
0.420 rads
4.308 rads
2
q
1y
0.025 m
q
1y
q
1x
q
2
q
3
q
4
q
q
1x
q
1y
q
2
q
3
q
4
q
hasil perhitungan: 1
Komponen external work kaki prosthetic fase intial contact. T
1
= -0,013 Nm T
2
= -3,034 Nm T
3
= -0,045 Nm F
x
= -236,001 N F
y
= 497,912 N 2
External work kaki prosthetic fase intial contact. W = 472,286 J
commit to user
IV - 26
b. Kaki normal.
Sudut-sudut yang terbentuk dan jarak ankle kaki normal pada fase intial contact dengan fase sebelumya dapat dilihat pada gambar 4.11.
Gambar 4.11 Capture kaki normal fase initial contact
diketahui:
index nilai
satuan index
nilai satuan
index nilai
satuan
q 5
⁰ 1.737
rads 23.818
rads
2
q
1
48 ⁰
13.574 rads
190.737 rads
2
q
2
82 ⁰
21.734 rads
305.390 rads
2
q
3
78 ⁰
0.613 rads
7.937 rads
2
q
4
90 ⁰
0.212 rads
3.729 rads
2
q
1x
0.018 m
0.230 rads
2.983 rads
2
q
1y
0.011 m
q
1x
q
1y
q
2
q
3
q
4
q q
1x
q
1y
q
2
q
3
q
4
q q
1y
q
1x
q
2
q
3
q
4
q
q
1y
q
1x
q
2
q
3
q
4
q
q
1y
q
1x
q
2
q
3
q
4
q
hasil perhitungan: 1
Komponen external work kaki normal fase intial contact. T
1
= -0,936 Nm T
2
= -7,452 Nm T
3
= -0,074 Nm F
x
= -78,198 N F
y
= 866,162 N 2
External work kaki normal fase intial contact. W = 763,007 J
Perhitungan lengkap external work dan komponennya pada fase dua sampai fase delapan satu siklus berjalan dijelaskan pada lampiran 2 perhitungan external
work dan komponennya fase 2 sampai fase 8.
commit to user
IV - 27
Hasil perhitungan external work dan komponennya pada kaki prosthetic satu siklus gerakan berjalan di atas dapat diringkas dalam tabel 4.11.
Tabel 4.11 Besarnya external work dan komponennya pada kaki prosthetic satu siklus gerakan
phase T
1
T
2
T
3
F
x
F
y
w
1 ‐0.013
‐3.034 ‐0.045
‐236.001 497.912
472.286 2
‐0.051 ‐98.187
157.005 143.237
3 32.806
‐0.052 ‐38.037
45.705 41.414
4 ‐1.759
‐8.673 ‐0.036
‐372.750 398.611
310.734 5
‐0.944 3.925
‐0.045 ‐102.960
499.651 469.158
6 1.016
1.785 ‐0.069
‐163.918 766.031
663.248 7
2.112 6.367
‐0.006 199.964
77.651 85.821
8 ‐0.013
‐3.034 ‐0.045
‐236.001 497.912
472.286
Hasil perhitungan external work dan komponennya pada kaki normal satu siklus gerakan berjalan di atas dapat diringkas dalam tabel 4.12.
Tabel 4.12 Besarnya external work dan komponennya pada kaki normal satu siklus gerakan
phase T
1
T
2
T
3
F
x
F
y
w
1 ‐0.936
‐7.452 ‐0.074
‐78.198 866.162
763.007 2
‐0.974 60.894
‐0.057 ‐574.491
91.040 18.945
3 0.430
‐12.858 0.009
‐81.258 ‐57.853
59.553 4
0.730 ‐0.054
‐5.064 588.149
521.221 5
‐0.052 18.406
530.000 476.844
6 16.096
‐0.052 167.978
150.218 7
‐5.639 ‐0.051
‐131.066 397.136
351.703 8
‐0.936 ‐7.452
‐0.074 ‐78.198
866.162 763.007
Dalam memudahkan pembacaan tabulasi external work dan komponennya satu siklus gerakan di atas dapat digambarkan dalam grafik torsi di ankle pada
gambar 4.12.
Gambar 4.12 Grafik perbandingan T
1
kaki prosthetic dan kaki normal
commit to user
IV - 28 T
1
merupakan besar torsi di ankle pada saat melakukan satu siklus gerakan berjalan. Grafik T
1
di atas, nilai negatif menunjukkan bahwa besar torsi berlawanan arah dari arah torsi yang dimodelkan. Kaki prosthetic saat fase 1,2,6,7
dan 8 menghasilkan nilai torsi yang lebih besar dibanding kaki normal.
Gambar 4.13 Grafik perbandingan T
2
kaki prosthetic dan kaki normal
T
2
merupakan besar torsi di knee pada saat melakukan satu siklus gerakan berjalan. Grafik T
2
di atas, nilai negatif menunjukkan bahwa besar torsi berlawanan arah dari arah torsi yang dimodelkan. Nilai torsi yang dihasilkan di
knee menunjukkan telah terjadi keseimbangan antara kaki prosthetic dan kaki normal.
Gambar 4.14 Grafik perbandingan T
3
kaki prosthetic dan kaki normal
T
3
merupakan besar torsi di hip pada saat melakukan satu siklus gerakan berjalan. Grafik T
3
di atas, nilai negatif menunjukkan bahwa besar torsi berlawanan arah dari arah torsi yang dimodelkan. Nilai torsi di hip di hampir
commit to user
IV - 29
semua fase pada 1 siklus berjalan kaki prosthetic lebih besar dibanding kaki normal.
Gambar 4.15 Grafik perbandingan F
x
kaki prosthetic dan kaki normal
F
x
merupakan gaya terhadap sumbu x untuk menggerakkan badan ke depan saat melakukan satu siklus gerakan berjalan. Grafik F
x
di atas, nilai negatif menunjukkan bahwa besar gaya berlawanan arah dari arah torsi yang dimodelkan.
Gerakan kaki normal mulai fase 3 menghasilkan nilai gaya terhadap sumbu x lebih besar dibanding kaki prosthetic.
Gambar 4.16 Grafik perbandingan F
y
kaki prosthetic dan kaki normal
F
y
merupakan gaya terhadap sumbu y untuk menggerakkan badan ke depan saat melakukan satu siklus gerakan berjalan. Grafik F
y
di atas, nilai negatif menunjukkan bahwa besar gaya berlawanan arah dari arah gaya yang dimodelkan.
Gaya terhadap sumbu y yang dihasilkan kaki prosthetic dan kaki normal memilki pola yang sama. Itu artinya telah terjadi keseimbangan pola berjalan pada kaki
prosthetic dan kaki normal.
commit to user
IV - 30 Gambar 4.17 Grafik perbandingan w kaki prosthetic dan kaki normal
w merupakan external work yang terjadi saat melakukan satu siklus gerakan berjalan. Nilai external work dipengaruhi oleh besar T
1,
T
2,
T
3,
F
x
dan F
y.
Grafik w di atas menunjukan kesamaan pola antara kaki prosthetic dan kaki normal. Hal ini
artinya secara keseluruhan kaki prosthetic yang dirancang mampu mengimbangi gerakan kaki normal saat amputee melakukan aktivitas berjalan.
commit to user
IV - 31
commit to user
V - 1
BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Analisis dan interpretasi hasil penelitian bertujuan menjelaskan hasil dari pengolahan data, sehingga hasil penelitian menjadi lebih jelas. Berdasarkan
komparasi nilai external work dan komponennya torsi dan gaya antara kaki normal dengan kaki prosthetic amputee pengguna prosthetic endoskeletal sistem
energy storing mekanisme 2 bar saat berjalan pada bidang datar, kemampuan prosthetic dapat dinilai dalam menunjang aktivitas berjalan amputee. Analisis
hasil kajian gait dynamic dalam menilai kemampuan prosthetic diuraikan pada sub bab berikut ini.
5.1 ANALISIS KOMPARASI KAKI PROSTHETIC DAN KAKI NORMAL
PADA GERAKAN BERJALAN AMPUTEE
Kajian gait dynamic digunakan untuk menganalisis external work dan komponennya torsi dan gaya untuk gerakan yang sama di fase yang berbeda
pada kaki prosthetic dan kaki normal pengguna prosthetic kaki atas lutut endoskletal sistem energy storing pada bidang datar. Gait cycle diambil pada
scene gerakan berjalan yang paling terlatih. Hal ini dilakukan karena amputee dalam penelitian ini baru dalam masa latihan berjalan menggunakan prosthetic.
Analisis dilakukan pada gerakan berjalan untuk lebih mengetahui kontribusi prosthetic endoskeletal sistem energy storing mekanisme 2 bar dalam menunjang
aktivitas berjalan pada bidang datar dengan membandingkan gerakan kaki antar fase berbeda yang menunjukkan gerakan yang sama, sebagai berikut:
5.1.1 Komparasi Fase 1 Initial Contact dengan Fase 4 Terminal Stance
Fase initial contact merupakan fase pertama saat berjalan. Kedua kaki menggerakkan tubuh ke depan. Fase berjalan diawali dengan mengayunkan kaki
prosthetic ke depan sehingga beban tubuh berpindah dari kaki normal ke kaki prosthetic. Sebaliknya saat fase terminal stance tumit kaki prosthetic meninggi
mulai meniggalkan landasan dan dilanjutkan sampai dengan tumit kaki normal mulai mengenai landasan.
