Desain Wireless Functional Electrical Stimulator Menggunakan X-Bee Pro

The 6th – Electrical Power, Elctronics, Communications, Controls, and Informatics Seminar 2012 30-31 Mei, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia

Desain Wireless Functional Electrical Stimulator Menggunakan X-Bee Pro Bambang Supeno*, Rachmad Setiawan, Achmad Arifin Bidang Keahlian Teknik Elektronika, Program Pascasarjana Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya * [email protected]

Abstrak–- Secara garis besar semua jenis gerakan itu dapat dikelompokkan menjadi dua bagian besar, yaitu gerakan tubuh bagian atas (upper limb) dan bawah (lower limb). Semua jenis gerakan, termasuk berjalan, merupakan hasil dari sebuah proses rumit yang melibatkan otak, sumsum tulang belakang, saraf perifer, otot, tulang dan sendi. Paralyzed lower limbs adalah suatu kondisi klinis pada pasien yang berupa kelumpuhan anggota tubuh bagian bawah. FES (Functional Electrical Stimulator) adalah merupakan salah satu divais yang dipergunakan sebagai metode terapi restorasi gerakan pasien dengan paralyzed lower limbs untuk mengaktifkan jaringan motoriknya, sehingga pasien dapat berjalan. Harapan utama dari penelitian ini adalah adanya disain sistem FES dengan komunikasi data tanpa kabel. Dengan Wireless FES yang menggunakan X-Bee Pro, diharapkan dapat semakin memudahkan dan mempercepat proses restorasi kelumpuhan pasien bagian bawah. Kata Kunci— Saraf perifer, paralyzed lower limbs, Functional Electrical Stimulator, restorasi.

I. PENDAHULUAN

F

unctional electrical stimulator (FES) telah banyak diteliti untuk digunakan dalam merestorasi kemampuan motorik pada pasien yang mengalami kerusakan pada susunan syaraf pusat yang diakibatkan oleh spinal cord injury (SCI) maupun stroke. Penelitian mengenai FES pada level klinis mencakup restorasi kemampuan gerak dari alat-alat gerak manusia bagian atas (upper limb) maupun bawah (lower limb) dalam kehidupan sehari-hari, seperti menggenggam (grasping) [1], [2], berdiri (standing) dan berjalan (gait) [2], [3]. Di Indonesia, banyak penderita kelumpuhan yang mengalami kehilangan kemampuan berjalan yang diakibatkan oleh gangguan sistem syaraf motorik akibat spinal cord injury atau kerusakan pada otak (brain damage). Oleh karena itu FES sangat potensial untuk dikembangkan di Indonesia sebagai salah satu metode rehabiltasi sistem motorik. Aplikasi FES untuk restorasi kemampuan berjalan pada level klinis pada umumnya menggunakan sistem yang ditrigger secara manual dengan menerapkan kendali open-loop. Sistem ini banyak diapakai karena sederhana dan mudah diaplikasikan. Pada dasarnya, sebuah open-loop FES tidak memanfaatkan muscle model untuk memprediksi pola dari intensitas stimulasi listrik. FES sistem dengan kendali open-loop dapat

menghasilkan gerakan yang baik hanya dalam kondisi musculo-skeletal system yang dikontrol tidak mengalami gangguan. Gerakan organ tubuh manusia yang diaktifkan oleh FES membutuhkan suatu metode pengendalian yang handal sehingga dapat menghasilkan gerakan yang diinginkan. Akan tetapi mengendalikan gerakan organ tubuh manusia yang diaktifkan oleh FES adalah sulit dan sangat kompleks dikarenakan nonlinearitas dari respon neuro-muscular system, variasi dari respon musculo- skeletal system terhadap stimulasi listrik, time delay yang panjang, dan gejala kelelahan (muscle fatigue). Oleh karena itu, untuk mengatasi kesulitan- kesulitan dalam pengendali FES maka digunakan closed-loop control untuk menghasilkan gerakan yang akurat. Pengembangan FES system dalam penelitian ini dalam rangka menjawab permasalahan kurangnya sarana rehabilitasi motorik dan merupakan tindak lanjut dalam memasyrakatkan FES ke level klinis dengan cara menggunakan closed-loop control. Sistem typical closed-loop FES terdiri dari kontroler, stimulator dan sistem sensor, seperti pada Gambar 1. Sistem yang akan dikembangkan dalam penelitian ini meliputi beberapa subsistem yang digambarkan dalam Gambar 2. θtarget + error −

Σ

Controller

Stimulator

Musculo-skeletal System

θ

Sensor

Gambar 1. Diagram sebuah closed-loop FES system

Closed-loop FES System

Control Method

Sensor System

Stimulator & Controller

Gambar 2. Sistem yang akan dikembangkan

Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah perancangan dan implementasi subsistem pendukung dari closed-loop FES system yang meliputi: - Perancangan dan implementasi metode kendali FES. - Perancangan dan implementasi portable sensor system dengan menggunakan fusi sensor-sensor

B8-1

The e 6th – Electrical Power, Elctronics, Communications, Controls, ls, and Informatics Seminar 2012 30-31 Mei, Universitas s Brawijaya, Malang, Indonesia

mekanik dengan ukuran miniatu iatur, yakni gyroscope dan accelerometer. - Perancangan dan implementasi asi portable electrical stimulator dan rangkaian ppengendali berbasis mikrokontroler ATMega8. STAKA II. TINJAUAN PUST

Hilangnya sinyal perintah moto torik dari otak menuju otot pada pasien lumpuh dap apat diatasi dengan menggantikan sinyal perintah tersebut ters dengan sinyal stimulasi elektrik buatan (aartificial electrical stimulation) yang diaplikasikan pad ada susunan syaraf tepi (peripheral nervous system) atau otot. ot Stimulasi elektrik buatan ini bekerja dengan cara yang ang sama dengan sinyal perintah motorik dari otak, mengha hasilkan kontraksi otot untuk menghasilkan gaya otot yang yan dibutuhkan untuk gerakan. Metoda ini disebut dengan an functional electrical stimulation, selanjutnya disebutt FES, F dengan tujuan untuk menghasilkan kontraks ksi muskular dan mengembalikan fungsional geraka kan [1]. Secara klinis FES digunakan sebagai ortosis yan ang menghasilkan efek terapi terhadap kelumpuhan yangg diderita pasien. FES dapat menghasilkan indirect contro trol terhadap kontraksi otot dan gerakan, dan berkontribu busi untuk normalisasi sistem neural yang mengalam lami kerusakan [2]. Kontribusi FES dalam normali alisasi sistem neural tersebut disebabkan motorik respo spon yang terprogram dan berulang terhadap sinyal stim timulasi elektrik yang diterapkan secara terprogram dan d berulang dalam jangka yang panjang. Riset klin linis dasar mengenai restorasi gerakan dengan FES meli elibatkan beberapa tipe gerakan fungsional dalam kehidupa pan sehari-hari, seperti menggenggam (grasping)[3],[4], ], bberdiri dan berjalan (standing and gait) [1], [4]. Gerakan manusia yang ddiimbas oleh FES membutuhkan metoda kendali ya yang cocok sehingga dapat merestorasi kemampuan gerak g seperti yang diinginkan. Akan tetapi mengendali alikan gerakan anggota badan dengan FES adalah tug ugas yang sulit dan kompleks, dikarenakan oleh nonli nlinearitas dari sistem neuro-musculo-skeletal [5]-[7], varibalitas va respon otot [8], waktu jeda dan kelelahan otot tot [6],[9]. Oleh karena faktor inter-subject variability, maka m parameter FES yang tepat untuk seorang pasien en hanya cocok untuk dirinya sendiri dan dapat diperoleh leh melalui identifikasi melalui langkah eksperimen. Penelitian P mengenai aplikasi metoda kendali FES untu ntuk restorasi gerakan meliputi metoda kendali open-loo loop control [1], [4], [10]-[14], dan closed-loop control [15]-[19]. Walaupun sedang diteliti, namun closed-loop control telah dan sed aplikasi FES pada level klini linis pada umumnya menggunakan sistem sederhana na dan dikendalikan open-loop control. Hal ini dikarena nakan closed-loop FES system yang sedang diteliti masi asih belum memenuhi keseluruhan kriteria kehandalann ddan integrasi dalam aplikasi klinis. Sistem dengan open en-loop control banyak dipakai karena sederhana dan muda dah diaplikasikan. Secara konseptual, diagram co control cycle-to-cycle diperlihatkan pada Gambar 3. Deng engan FES gait pattern yang sudah ada dan dikontro trol dengan metode cycle-to-cycle tersebut, diharapkan an penderita paralyzed dapat bergerak sesuai dengan gerak rakan individu normal.

Aturan burst duration stimul ulasi TB[n] pada cycle saat ini yang dihasilkan: - + ¨TB[N] TB[N] = TB[N-1] Dimana TB[n-1] adalah besar sar burst duration pada cycle sebelumnya, ¨TB[n] adalahh nnilai yang dihasilkan oleh kontroler.

Gambar 3. Diagram konseptual ual control cycle-to-cycle [24]

Pencarian metode kenda dali untuk FES gait yang efektif melibatkan dua metoda kendali yakni trajectory-based control dan da cycle-to-cycle control. Trajectory-based control, walau wa dapat dibuktikan stabil oleh Kubo dkk [15], nam namun itu terbatas untuk pengendalian single-joint (kknee joint control). Pada pengujian dengan two-jointt movements m (knee and ankle joints), tidak bisa mengkomp mpensasi pengaruh gerakan satu joint terhadap joint yang ng lain. Hasil pengujian pada penelitian Hatwell dkk [1 [16] menunjukkan bahwa feasibility dari trajectory-ba based control masih belum jelas, dalam beberapa ka kasus mengalami osilasi, walaupun metode ini diwu wujudkan dengan adaptive controller. st up converter adalah dc Boost Converter atau step to dc converter yang ber berfungsi menaikkan level tegangan dc menjadi level el tegangan dc yang lebih tinggi. Prinsip kerja dari rangkaian ran ini adalah, ketika saklar S tertutup, sebagaiman ana terlihat pada Gambar 4, arus akan mengalir melewati ti iinduktor L dan energi akan tersimpan di induktor L. Pada da saat saklar S terbuka, arus akan mengalir melewati diod iode D menuju kapasitor C sehingga kapasitor tersisii sebesar Vs. Induktor L berfungsi sebagai pompa yang yan menerima energi pada saat saklar S tertutup dan an mengalirkan energi ke kapasitor C ketika saklar S terbuka. Ketika saklar S kembali tertutup maka akan n te terjadi penyimpanan energi pada induktor L dan energ ergi ini akan dialirkan ke kapasitor C saat saklar S te terbuka, sehingga tegangan kapasitor menjadi 2 Vs.. Kenaikan K tegangan pada kapasitor C akan terus berta ertambah dengan pemberian energi yang dialirkan dari ind nduktor.

Gambar 4. Rangkaiann ddasar boost converter

III. PERANCANGAN ALAT L WIRELESS-FES Berikut adalah diagram m blok dari sistem Wireless FES, terlihat pada Gambarr 5, 5 yang terbagi dalam dua bagian utama. Bagian pertam tama adalah yang terhubung dengan PC (personal compu puter), sedangkan bagian ke dua terhubung ke kaki pasien pa dengan lower limb

B8-2

The 6th – Electrical Power, Elctronics, Communications, Controls, and Informatics Seminar 2012 30-31 Mei, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia

paralyzed. Kontrol utama atau start awal terletak pada PC, sehingga selama tombol start belum diaktifkan, walau sistem FES sudah standby, tidak terjadi proses pengiriman dan penerimaan data. Proses penerimaan dan pengiriman data terjadi dengan menggunakan protokol untuk setiap mikrokontroler yang menangani pengambilan data sensor dan pengiriman perintah ke mikrokontroler yang menangani kontrol FES. Adapun protokol yang digunakan adalah sebagai berikut: • Pada saat komputer mengirimkan data serial dengan huruf ’a’, maka mikrokontroler slave akan mengambil data dari gyro untuk sumbu x dan mengirimkannya ke komputer dengan data biner. • Pada saat komputer mengirimkan data serial dengan huruf ’b’, maka mikrokontroler slave akan mengambil data dari gyro untuk sumbu y dan mengirimkannya ke komputer dengan data biner. • Pada saat komputer mengirimkan data serial dengan huruf ’c’, maka mikrokontroler slave akan mengambil data dari accelerometer untuk sumbu x dan mengirimkannya ke komputer dengan data biner. • Pada saat komputer mengirimkan data serial dengan huruf ’d’, maka mikrokontroler slave akan mengambil data dari accelerometer untuk sumbu y dan mengirimkannya ke komputer dengan data biner. • Pada saat komputer mengirimkan data serial dengan huruf ’e’ dan diikuti oleh data, maka komputer memerintahkan mikrokontroler slave yang menangani lebar pulsa FES untuk mengeluarkan pulsa-pulsa FES dengan lebar seperti yang diperintahkan komputer. • Pada saat komputer mengirimkan data serial dengan huruf ’f’ dan diikuti oleh data, maka komputer memerintahkan mikrokontroler slave yang menangani amplitudo FES untuk mengeluarkan tegangan FES sesuai dengan yang diperintahkan komputer. IV.

Gambar 5. Diagram Blok Sistem Wireless FES

Gambar 6. Interface RS232 dan Tx-Rx X-Bee Pro (master)

Gambar 7. Rangkaian Rx-Tx X-Bee Pro (slave)

HASIL DISAIN DAN PENGUJIAN ALAT

Selanjutnya, berdasarkan diagram blok disain pada Gambar 5, dibuat rangkaian wireless FES dengan menggunakan komponen utama IC X-Bee Pro sebagai tranciever data. Bagian pertama adalah mewujudkan rangkaian interface yang akan menghubungkan PC dengan bagian transceiver X-Bee Pro, sebagaimana terlihat pada Gambar 6 dan 7. IC TC232CPE merupakan perangkat yang memiliki dual transceiver RS-232, yang sesuai dengan pedoman EIA/TIA RS232E serta ideal untuk semua jenis link komunikasi yang menggunakan RS232. Perangkat ini beroperasi dengan catu daya 5V dan berisi dua konverter tegangan yang menghasilkan pasokan listrik ± 10V. TC232CPE ini memiliki empat tingkat translator/konverter. Dua diantaranya adalah pemancar RS-232 yang mengkonversi tingkat masukan TTL/CMOS ke tingkat keluaran RS-232. Dua konverter lainnya adalah penerima RS-232 yang mengkonversi masukan RS-232 untuk tingkat keluaran 5V pada TTL/CMOS. Penerima memiliki ambang batas nominal 1.3V, histeresis tipikal 0.5V, dan dapat beroperasi dengan range tegangan input sampai ± 30V. Foto dari alat Interface to RS 232 diperlihatkan pada Gambar 8.

B8-3

Gambar 8. Foto Rangkaian Interface RS232 dan Tx-Rx X-Bee Pro (master)

Gambar 9. Rangkaian ADC0820 dan MUX4051

Gambar 10. Foto Rangkaian Rx-Tx X-Bee Pro (slave) dan ADC0820/MUX4051

The e 6th – Electrical Power, Elctronics, Communications, Controls, ls, and Informatics Seminar 2012 30-31 Mei, Universitas s Brawijaya, Malang, Indonesia TABEL 1. LOGIKA SEKUENSIAL PADA MULTIPLEKSER M 4051

pada Gambar 11 dan pemban bangkit amplitudo FES pada Gambar 12 di bawah ini. in Foto dari alat FES diperilhatkan pada Gambar 13. 13

RF Module merupakan sebuah ah wireless embedded modul yang dapat dengan mud udah di-interface-kan dengan berbagai macam mik ikrokontroler. Radio frequency tranciever ini merupakan kan sebuah modul yang terdiri dari RF receiver dan RF F transmitter dengan sistem interface serial UART asyn synchronous. Langkah pertama yang harus dilakukan dala alam menggunakan RF Module agar dapat melakukan komu munikasi point to point adalah melakukan setting konfigura urasi alamat (address). Proses konfigurasi ini dapat dilakuk kukan melalui software X-CTU yang merupakan softwaree aaplikasi khusus untuk RF Module. Cara lain untuk mela elakukan setting dapat dilakukan melalui hyperterminal al. Untuk melakukan setting konfigurasi address melalu alui hyperterminal ada dua metode. Metode pertamaa disebut one line percommand dan metode kedu dua disebut multiple command on one line. ADC0820 mempunyai data 8-bit, berkecepatan apun fitur & spesifikasi tinggi dan catu daya tunggal. Adapu teknis ADC0820 adalah sebagai ber berikut. Tegangan kerja (VCC) = Tegangan referensi (Vref re ) = +5VDC. Fungsi track-and-hold yang terintegrasi. si. Tidak memerlukan clock eksternal. Memiliki tiga operasi: o RD (Read) Mode,WR-RD (Write-Read) Mod ode, WR-RD Stand Alone Operation. Waktu Konvers rsi 2,5 ms pada Read Mode dan 1,5 ms pada Write-Read ead Mode dan WR-RD Stand Alone Operation. Range inpu put 0 VDC hingga +5 V (dengan VCC = +5 VDC). Selisih hhasil pengukuran dan penghitungan maksimum 1 LSB (se (sekitar 20 mV dengan menggunakan VCC = +5 VDC). Tidak T membutuhkan pengaturan zero atau full-scale le adjust. Antarmuka paralel dengan level tegangan CMO OS atau TTL. Multiplekser analog 4051 adalah ad suatu sistem penyaluran data (analog) dari sejum jumlah n kanal ke satu kanal keluaran. Pemilihan salah lah satu kanal untuk dihubungkan ke saluran ditentukan an oleh kode biner yang spesifik, yang ditunjukkan pada Ta Tabel 1. Misalnya, saat kode biner menunjukkan atau mempunyai me kombinasi 001 maka berarti sinyal yang dihu ihubungkan ke saluran keluaran adalah sinyal informasi asi yang kedua yaitu dalam pencacah biner 3 bit. Da Dalam hal ini pin 14 (GYRO Y). Bagian multiplekser ini in menerima beberapa masukan, yaitu pin 13 dan 14 men enerima masukan dari gyrometer (GYRO X dan Y) sedan dangkan pin 12 dan 15 menerima masukan dari accelerato rator (ACC X dan Y). Baik gyro mau acc, keduanya tertem tempel pada bagian otot kaki pasien. Rangkaian ADC08 0820 dan MUX4051 diperlihatkan pada Gambar 9, dan n foto fo alat diperlihatkan pada Gambar 10. Berikutnya adalah rangk gkaian pembangkit stimulator/FES. Bagian ini adalah h merupakan m rangkaian inti dari Functional Electrical Stim timulator (FES), yang mampu menghasilkan sinyal kelu eluaran dalam bentuk pulsa. Sebagai pulse generator,, digunakan sebuah mikrokontroler 892051, khususnya ya pada pin 11 (P3.7). Skema rangkaian pembangkit pul ulsa FES ditunjukkan

Gambar 11. Rangkaiann P Pembangkit Pulsa FES

Gambar 12. Rangkaian Pem embangkit Amplitudo FES

Gambar 13. Foto rangkai kaian pembangkit pulsa dan amplitu litudo FES

Keluaran pin 11 dari ri mikrokontroler langsung dipisah menjadi 2 jalur, salah ah satunya disalurkan melalui sebuah transistor penguatt npn tipe BD139 (Q4). Sedangkan yang lain, lebih dahulu da dibalik oleh inverter CMOS 4069 (U4A) sebelum um akhirnya dilewatkan ke penguat npn BD139 juga (Q3). Bedanya, pada bagian kedua ini keluaran kole olektor Q3 dibalik lagi menggunakan penguat pn pnp dari 2SA1265 (P2). Akibatnya, bagian ini dikom ombinasikan dengan Q4 dan P2, sehingga mengasilkan ppulsa keluaran yang lebih besar, dan difungsikan sebaga agai sebuah boost converter. Sebagai alat pendeteks ksi gerakan lower limb, dipergunakan sensor gyro-aaccelerometer ADXL335, diperlihatkan pada Gambarr 114. Sensor ini mempunyai bentuk kecil 4 mm x 4 mm x 1.45 mm, tipis, konsumsi daya rendah, 3 aksis dengan ooutput yang sudah melewati pengkondisi sinyal. Sensor or ini mengukur akselerasi dengan range full scale min inimum 3g. Sensor ini juga dapat mengukur akselerasi statis s dari gravitasi dalam aplikasi tilt sensing sama ba baiknya dalam pengukuran akselerasi dinamis dari moti otion, shock atau vibration. Foto rangkaian sensor diperlh rlhatkan pada Gambar 15.

B8-4

Gambar 14. Sensor Gyr yro-Accelerometer dan diagram blok fungsi gsional ADXL335

The 6th – Electrical Power, Elctronics, Communications, Controls, and Informatics Seminar 2012 30-31 Mei, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia

Sebelum Wireless-FES diaplikasikan secara eksperimen kepada pasien, maka terlebih dahulu perangkat tersebut harus diuji-coba. Tahap awal adalah dilakukan beberapa pengukuran rangkaian. Hasil Pengukuran FES dengan menggunakan osiloskop digital TDS 2014 ditunjukkan pada Gambar 16.

mentransfer data dengan baik. Yaitu, dari PC (master) menuju pasien (slave) dan sebaliknya. REFERENCES [1]

[2]

[3]

[4]

Gambar 15. Foto rangkaian sensor Gyro-Accelerometer ADXL335 bagian pertama dan kedua

[5]

[6]

[7]

[8]

[9] Gambar 16. Output dari FES menggunakan osiloskop [10]

ϵϬ ϴϬ ϳϬ ϲϬ ϱϬ

[11]

^ ƵŵďƵ y

ϰϬ

^ ƵŵďƵ z

ϯϬ ϮϬ ϭϬ Ϭ Ϭ

ϮϬ

ϰϬ

ϲϬ

ϴϬ

ϭϬϬ

ϭϮϬ

ϭϰϬ

ϭϲϬ

ϭϴϬ

ϮϬϬ

^ ƵĚƵƚ;ʹ)

[12]

Grafik 1. Sudut accelerometer terhadap sumbu X dan Y untuk perubahan tiap 10 derajat. ϵϬ

[13]

ϴϬ ϳϬ ϲϬ ϱϬ ^ ƵŵďƵ y ^ ƵŵďƵ z

ϰϬ

[14]

ϯϬ ϮϬ ϭϬ Ϭ Ϭ

ϮϬ

ϰϬ

ϲϬ

ϴϬ

ϭϬϬ

ϭ ϮϬ

ϭϰϬ

ϭϲϬ

ϭϴ Ϭ

ϮϬϬ

^ ƵĚƵƚ;ʹ)

[15]

Grafik 2. Sudut accelerometer terhadap sumbu X dan Y untuk perubahan tiap 5 derajat.

V. KESIMPULAN

[16]

Dari hasil pengukuran pada stimulator dengan menggunakan osiloskop digital, terlihat bahwa keluaran FES berupa pulsa, yang lebar dan level pulsanya dapat diatur dengan menggunakan PC. Kemudian pengukuran juga dilakukan pada bagian sensor ADXL335, yang dilakukan dalam dua macam perubahan sudut. Pada Grafik 1, diperlihatkan adanya pengukuran denan perubahan tiap 10϶, dan pada Grafik 2, diperlihatkan adanya pengukuran denan perubahan tiap 5϶. Akhirnya, diperoleh adanya perubahan sudut yang lebih maksimal pada perubahan sudut setiap 5϶͘ Dari dua hasil pengukuran tersebut, terbukti pula bahwa perangkat tranciever X-Bee Pro dapat berfungsi dan berhasil

[17]

[18]

[19]

[20]

B8-5

A Kralj and T Bajd, “Functional Electrical Stimulation: Standing and Walking after Spinal Cord Injury,” CRC Press, Boca Raton, 1989. L. Vodovnik, T. Bajd, A. Kralj, F. Gracanin, P. Strojnik, “Functional Electrical Stimulation for Control of Locomotor System,” CRC Critical Review in Biengineering, pp. 63-131, 1981. N. Hoshimiya, A. Naito, M. Yajima, and Y. Handa, “A Multichannel FES System for the Restoration of Motor Function in High Spinal Cord Injury Patients,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 36, pp. 754-760, 1989. A. Arifin, T. Watanabe, and N. Hoshimiya, ''Design of Fuzzy Controller of the Cycle-to-Cycle Control for Multi-joint Movements of Swing Phase of Hemiplegic Gait Induced by FES,'' IEICE Trans. Information and Systems, Vol. E89-D, No. 4, pp.1525-1533. P.E. Cargo, P. H. Peckam, and G. B. Thrope, “Modulation of Muscle Force by Rectruitment During Intrmuscular Stimulation,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-27, pp. 679-1980. M. Levy, J. Mizrahi, and Z. Susak, “Recruitment, Force, and Fatigue Characteristics of Quadriceps Muscles of Paraplegics Isometrically Activated by Surface Functional Electrical Stimulation,” J. Biomed. Eng.., vol. 12, pp. 150-156, 1990. M. Ferrarin, A. Pedotti, “The Relationship between Electrical Stimulus and Joint Torque: A Dynamic Model,” IEEE Trans. Rehabl. Eng., vol. 8, pp. 342-352, 2000. A. Trnkoczy, “Varibiality of Electrically Evoked Muscle Contraction with Special Regard to Closed-loop Control Orthosis,” Ann. Biomed. Eng., vol. 2, pp. 226-238, 1974. B.J. Bigland-Ritchie, F. Fulbrush, and J. J. Woods, “Fatigue of Intermittent Sub-maximal Voluntary Controctions: Central and Peripheral Factors,” J. App. Physiol., vol. 61, pp. 421-429, 1986. D. R. Mc Neal, R. J. Nakai, P. Meadow, and W. Tu, “Open-loop Control of Freely-swinging Paralyzed Leg,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 36, pp. 895-905, 1989. H. J. Chizeck, R. Kobetic, E. B. Morales, J. J. Abbas, I. H. Donner, and E. Simon, “Control of Functional Neuromuscular Stimulation System for Standing and Locomotion in Paraplegics,” Proc. IEEE, vol. 76, pp. 1155-1165, 1988. G. T. Yamaguchi, and T. Zajack, “Restoring Unassisted Natural Gait to Paraplegia via Functional Neuromuscular Stimualtion: A Computer Simulation Study,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 37, pp. 886-902, 1990. J. M. Hausdroff and W. K. Durfee, “Open-loop Position Control of the Knee Joint Using Electrical Stimulation of the Quadriceps and Hamstrings,” Med. & Biol. Eng. & Computing., vol. 29, pp. 269-280, 1991. R. Kobetic and E. B. Marsolais, “Synthesis of Paraplegic Gait with Multichannel Functional Neuromuscular Stimulation,” IEEE Trans. Rehabl. Eng., vol. 2, pp. 66-78, 1994. K. Kubo, K. Fujita, N. Itakhura, Y. Iguchi, and H. Minatami, “Simultaneous Closed-loop Control of Knee and Ankle Joints Using Functional Electrical Stimulation,” IEICE Trans. Inf. &. Syst., vol. J71D, pp. 2197-2204, 1998 (in Japanese). M. S. Hatwell, B. J. Oderkerk, C. A. Sacher, and G. F. Inbar, “The Development of a Model Target Adaptive Controller to Control Knee Joint of Paraplegic,” IEEE Trans. Automatic Control, vol. 36, pp. 683-691, 1991. J. J. Abbas and H. J. Chizeck, “Neural Network Control of Functional Neuromuscular Stimulation System: Computer Simulation Studies,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 42, pp. 1117-1127, 1995. G. W. Chang, J. Luh, G. Liao, J. Lai, C. Cheng, B. Kuo, and T. Kuo, “A Neuro-Control System for the Knee Joint Position Control with Quadriceps Stimulation,” IEEE Trans. Rehabl. Eng. Vol. 5, pp. 2-10, 1997. Y. Chen, S. Chen, W. Chen, C. Hsiao, T. Kuo, and J. Lai, “Neural Network and Fuzzy Control in FES-assisted Locomotion for the Hemiplegic,” J. Med. Eng. & Tech., vol. 28, pp. 32-38, 2004. J. Xu, T. H. Lee, H. W. Zhang, “Analysis and Comparison of Iterative Learning Control Schemes,”Eng. App. AI., vol. 17, pp.

The 6th – Electrical Power, Elctronics, Communications, Controls, and Informatics Seminar 2012 30-31 Mei, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia 675–686, 2004. [21] H Dou, K. K. Tan, T. H. Lee, and, Z. Zhou, “Iterative learning feedback control of human limbs via functional electrical stimulation,” Control Engineering Practice, vol. 7, pp. 315-325, 1999. [22] A. Arifin, H. Saito, T. Watanabe, “An Error Reduction Method of Portable, Low-Cost Joint Angle Sensor System for Human Movement Measurement and Control,” IEICE Technical Report, MBE2008-69, pp.31-34, 2008. [23] H. Saito, T. Watanabe, A. Arifin, “Ankle and Knee Joint Angle

Measurements during Gait with Wearable Sensor System for Rehabilitation,” Proc. World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2009, Munich, Germany, pp. 506-509, 2009. [24] Arifin, Ahmad, Watanabe, Takashi, Matsuko, “Application of Knowledge Engineering and Fuzzy System in Realizing Cycle-to-Cycle Control Method for Swing Phase of FES-Induced Gait,” 3rd International Symposium on Medical, Bio and Nano-Electronics, Japan, 2008.

B8-6