Cómo construir una silla de ruedas controlada por el cerebro (instrucciones incluidas)

Este Instructable mostrará cómo hacer un cerebro controlado Silla de ruedas eléctrica, para que una persona pueda moverse sin mover su cuerpo.

Esto podría ser útil para las personas que están paralizadas y no pueden controlar partes de su cuerpo lo suficiente como para activar físicamente el joystick de un silla de ruedas eléctrica. . Muchas personas pueden usar esta tecnología para ganar algo de independencia y para tomar un descanso de la necesidad de un asistente para empuje su silla de ruedas para que puedan tomar aire fresco.

Las partes de este sistema incluyen un silla de ruedas electrica, una computadora portátil, un Arduino, un circuito de interfaz, un auricular EEG y una colección de personalizado software.

El software que se escribió específicamente para este proyecto (incluida la GUI y el boceto de Arduino) se ha incluido con Lluvia de ideas de Puzzlebox, y se publica gratuitamente bajo una licencia de código abierto.

El auricular EEG, que se conecta de forma inalámbrica a la computadora portátil, le permite al operador simplemente pensar "hacia adelante", "izquierda" o "derecha" para causar la silla de ruedas para mover. El rendimiento está relacionado con la práctica del usuario, la configuración adecuada del software y las buenas contacto hecho por los electrodos de EEG en el cuero cabelludo del operador.

El circuito de interfaz se conecta entre los pines digitales de Arduino y el joystick del silla de ruedas. . Cuando el Arduino recibe un comando de la computadora, hace que el circuito "engañe" al silla de ruedas en pensar que el operador ha movido el joystick.

ADVERTENCIA:  Sillas de ruedas electricas están diseñados para operadores capacitados que han practicado maniobras de forma segura. Eléctrico sillas de ruedas puede pesar más de 200 libras ¡VACÍO! No tienen ningún mecanismo para detenerse cuando golpean a un humano o un animal, o se caen de un bordillo, bajan las escaleras o atraviesan una barandilla.  Asegúrese de que nadie esté en el camino de una silla de ruedas que no está siendo operado por una persona que pueda operar el interruptor de APAGADO. Asegúrese de que todos los que se encuentren en las proximidades de este Instructable se den cuenta de lo que puede suceder si no se apartan del camino.

No intentes parar una silla de ruedas eléctrica con tu cuerpo.

 

Para construir este Instructable, necesitará un eléctrico silla de ruedas, (Utilizamos una serie Action Arrow Storm), un Auriculares EEG, (Utilizamos unos auriculares inalámbricos Emotiv), un Ordenador portátil, un Arduino, Y un circuito de interfaz hecho de electrónica básica, (consulte el paso 5 para materiales para el circuito de interfaz).

El  Los Silla de ruedas fue adquirido como un extra no deseado de un taller de reparación local. No se consideró útil para discapacitados personas porque su condición estaba por debajo del estándar. Si escuchas de alguien que necesita una silla de ruedas eléctrica que tiene pocos fondos, anímelos a que pidan a los talleres de reparación las sillas que no necesitan.

El  Auriculares EEG es un EPOC adquirido de Emotiv. Su sitio está aquí:
http://www.emotiv.com/ 

La computadora portátil era de Steve, pero cualquier computadora portátil sirve, solo necesita tener dos puertos USB, uno para conectarse al Arduino y el otro para el receptor inalámbrico del auricular EEG.

An Arduino es una pequeña plataforma de microcontroladores con una interfaz serie USB. En este caso, sirve como puente entre la computadora portátil y el circuito de interfaz (consulte los pasos 5 y 6).

Originalmente, el Arduino no se usó y el circuito de interfaz se conectó directamente al puerto paralelo de la computadora. La computadora que usamos finalmente no tiene un puerto paralelo, por lo que el Arduino realiza la función de proporcionar ocho señales de encendido / apagado basadas en un paquete de datos en serie enviados a través de su interfaz USB. Entonces, si su computadora portátil tiene un puerto paralelo pero es suficientemente nuevo para ejecutar el software Emotiv, es posible que pueda omitir el Arduino.

 

El  Software necesario incluye el Lluvia de ideas de Puzzlebox Paquete BCI (Brain-Computer Interface) que proporciona una GUI y retroalimentación visual para el usuario y emite comandos de control al hardware Arduino. También requerido es el software y los controladores estándar incluidos con el Emotiv Auriculares EEG y Aurduino Bosquejo que es un programa simple escrito por nosotros para un Arduino.

Un opcional Basado en Python secuencia de comandos de control de backend puede operar independientemente del Lluvia de ideas de Puzzlebox GUI (vea el Paso 7) y traducirá las pulsaciones de teclas ingresadas en el teclado en comandos enviados al Arduino, que está conectado al circuito de interfaz. El circuito de interfaz hace que el silla de ruedas moverse simulando a alguien empujando en el joystick. Esta opción es útil para controlar el silla de ruedas de forma remota a través de una sesión SSH desde otra computadora o dispositivo, como un teléfono móvil. los secuencia de comandos de control de backend se pueden encontrar aquí:
http://brainstorms.puzzlebox.info/tracker/browser/trunk/Puzzlebox/Brainstorms/Wheelchair_Control.py

Y un adecuado Intérprete de Python se pueden encontrar aquí:
http://www.python.org/download 

El  Lluvia de ideas de Puzzlebox El software se ejecuta junto con los auriculares Emotiv.Panel de Control y Emokey aplicación, que permite al usuario de los auriculares hacer que los caracteres se "mecanografíen" en la computadora portátil cuando un algoritmo de aprendizaje hace coincidir los patrones de ondas cerebrales actuales del usuario con secuencias previamente entrenadas. Estos caracteres "mecanografiados" activan los botones que se muestran en elLluvia de ideas de Puzzlebox GUI (o el secuencia de comandos de control de backend) que le dice al Arduino que active el circuito de interfaz que simula que alguien empuja el joystick, lo que hace que silla de ruedas para mover. los Lluvia de ideas de PuzzleboxEl software se puede encontrar aquí:
http://brainstorms.puzzlebox.info/static.php?page=downloads 

Hay dos programas de Emotiv que usaremos para este proyecto: Panel de control de Emotiv y EmoClave. Ambos están disponibles para descargar gratuitamente como parte de su paquete de software "SDKLite":
http://www.emotiv.com/store/sdk/edition/sdklite/ 

Estábamos ejecutando el sistema operativo Microsoft Windows porque ese es el sistema operativo más compatible con el software Emotiv en este momento. (Están trabajando en una versión de Linux)

El  Bosquejo de Arduino es un programa que se carga en el hardware Arduino usando software gratuito del sitio de Arduino. El programa busca una serie de caracteres provenientes del puerto serie USB de la computadora. Cuando ve la letra "x", observa los siguientes ocho caracteres que aparecen y corresponden a ocho pines del Arduino. Si un carácter es "1", entonces ese pin se establece en ON y emite 5 voltios; de lo contrario, el pin se pone en OFF y emite cero voltios.
El boceto de Arduino se puede encontrar aquí:
http://brainstorms.puzzlebox.info/tracker/browser/trunk/arduino/puzzlebox_brainstorms_wheelchair_noisebridge/puzzlebox_brainstorms_wheelchair_noisebridge.pde

Para cargar el programa anterior en Arduino, necesita el software Arduino, que se encuentra aquí:

Es posible que también necesite controladores para la interfaz serie USB en el Arduino, según su sistema operativo y la versión de Arduino que posea. Detalles en:
http://arduino.cc

El silla de ruedas Lo más probable es que utilice un par de baterías del tamaño de las baterías de un automóvil y del mismo voltaje. Estas baterías son la parte más probable del silla de ruedas presentar un problema. Si la silla no se ha utilizado durante mucho tiempo, o si se ha dejado en la posición "ON", las pilas pueden estar totalmente estropeadas.

De lo contrario, es necesario cargar las baterías.  Una silla de ruedas tiene un conector de cargador y debe venir con un cargador con el mismo conector. Tenga en cuenta que las baterías están conectadas en serie, lo que significa que las dos baterías de 12 voltios aparecen como una sola batería de 24 voltios en la silla. El cargador debe ser un cargador de 24 voltios o una fuente de alimentación regulada de 28 voltios.

Por supuesto, también puede usar dos baterías de automóvil normales, pero deben coincidir en cuanto a capacidad y condición. . Idealmente, se utilizarían dos baterías nuevas idénticas.
It es posible para cargarlos individualmente con un cargador de batería de 12 voltios, pero deben cargarse por igual, ya que cooperarán para alimentar la silla.

Algunas sillas de ruedas incluyen motores reclinables y otros ajustes. Estos sistemas suelen tener inclinar sensores y otros sensores de seguridad que impiden que la silla se mueva cuando no es seguro. Si la silla parece encenderse, pero no se mueve, verifique esto.

Además, las sillas suelen tener un "embrague" que puede desenganchar las ruedas de los motores. A veces, se trata de una palanca y, a veces, es un cubo bloqueable en el medio de la rueda. Debe haber una pegatina que explique claramente cómo activarlo o desactivarlo. Si se suelta el embrague, los motores no harán que la silla se mueva y es posible que ni siquiera giren si el silla de ruedas el "cerebro" sabe que están desconectados.

Finalmente, puede haber un freno manual. Busque una pegatina que explique cómo utilizarlo. Pero la mayoría de las veces, el freno está integrado en el motor y se activa cuando los motores no están girando. En esto tipo de silla, será imposible empujar si los embragues están acoplados. Cuando se mueve el joystick (y la silla está encendida), escuchará clics cuando se sueltan los frenos y se activan los motores. Los frenos vuelven a hacer clic cuando la silla se detiene después de soltar el joystick.

Si las baterías están cargadas y la silla se enciende y circula, no hay mucho más que comprobar. Experimente con todos los interruptores que pueda encontrar para aprender cuáles están relacionados con el movimiento de la silla. Nuestra silla tenía dos interruptores; uno selecciona entre OFF y LOW y HIGH velocidad, el otro entre DRIVE "A" y DRIVE "B" que son lentos y rápidos.  Es necesario saber cómo apagar la silla si se sale de control.  Es útil configurar la silla a su velocidad más baja cuando se experimenta con el control por computadora.

(Nota: utilizamos un Acción Arrow Storm Series eléctrico silla de ruedas, Con unAcción MOC MK III controlador del motor. Las siguientes instrucciones se aplican al joystick de ese sistema. Otro sillas de ruedas electricas con diferentes controladores puede ser similar o totalmente diferente. ¡Algunas sillas usan un joystick inductivo que es demasiado sofisticado para este truco!)

Para controlar el silla de ruedas electrónicamente, necesitamos hacer una conexión a su joystick. El joystick es un par de resistencias variables, una para avanzar / retroceder y otra para izquierda / derecha. Cada resistencia variable está conectada entre dos voltajes; uno aproximadamente cero y el otro alrededor de 12 voltios.

Esto significa que el cable central de cada resistencia variable está en algún lugar en el medio en reposo, cuando el joystick no se mueve. Se necesita un circuito para extraer corriente en estas resistencias variables cuando las salidas digitales de Arduino lo hacen.

En este silla de ruedas, el Joystick es un conjunto de alta tecnología en el que no se pueden ver las resistencias variables reales. Hay cinco cables que salen del joystick, y dos de ellos son el "terminal central" de las resistencias variables de avance / retroceso e izquierda / derecha. Tuvimos que usar un voltímetro y rascarnos la cabeza para averiguar qué cables eran (de ahí la cinta aislante).

Primero encontramos Tierra (generalmente el nodo más prolífico en una placa de circuito) y luego pudimos medir los cables del joystick mientras lo movíamos. Vimos que un cable cambiaba de voltaje hacia arriba y hacia abajo cuando el palo estaba empujado hacia adelante/ hacia atrás y otro cuando la palanca se fue a la izquierda / derecha. Estos eran el "terminal medio" de las dos resistencias variables en el joystick.

Así que hacemos una conexión al "terminal medio" de la resistencia variable de avance / retroceso, y otro cable a la izquierda / derecha. También ejecutamos un cable de tierra del circuito de la palanca de mando y su suministro de 12 voltios, que encontramos usando el voltímetro. Estos cuatro cables van a un conector de encabezado de clavija hembra como el que usa un cable de audio de unidad de CDROM. Este conector va a un encabezado de cuatro pines en la placa de interfaz.

La placa de interfaz toma ocho líneas de control, desde un puerto paralelo Arduino o PC, y puede hacer que el pensar en silla de ruedas se mueve el joystick. Hace esto usando transistores, algunos diodos y un montón de resistencias. Todas estas piezas se pueden encontrar en mouser.com o digikey.com o en varios otros proveedores. Dado que los transistores (2N7000) son FET, no consumen corriente (aunque sus resistencias de modo predeterminado toman un miliamperio más o menos) por lo que pueden ser controlados desde cualquier señal de control digital. Los diodos que usamos son 1N4148.

Puede encontrar una hoja de datos para el transistor 2N7000 aquí:
http://www.fairchildsemi.com/ds/2N/2N7000.pdf

El circuito contiene ocho transistores. Dos de ellos tiran del cable de avance / retroceso hacia tierra a través de una resistencia cada uno. Uno tiene una resistencia más grande y el otro una más pequeña. Cuando ambos transistores están encendidos, ambos resistores están tirando hacia el suelo, lo que representa la velocidad máxima en esa dirección. Otros dos transistores se utilizan de la misma manera para el cable izquierdo / derecho.

Los otros cuatro transistores están conectados entre tierra y una resistencia a la fuente de alimentación de 12 voltios. Estos transistores están normalmente encendidos y su terminal de drenaje está conectado a través de un diodo al cable de avance / retroceso o izquierdo / derecho. Cuando estos transistores se apagan, la resistencia ya no se tira hacia tierra y el cable de la palanca de mando se tira hacia el cable + 12v a través del diodo.

Esta es una manera fácil de permitir que un controlador TTL (0 / 5V diigtal) de ocho bits como el puerto paralelo de la PC o los 8 pines de un Arduino controlen el analógico de 12 voltios. silla de ruedas palanca de mando. En la práctica real (como puede ver al observar el esquema y el circuito real), los valores de la resistencia deben elegirse para lograr valores que no causen la cerebro en silla de ruedas pensar que hay una falla en el joystick. (Las resistencias de 41K y 6.8K deben llevar las entradas de los transistores a su estado predeterminado, por lo que el joystick funciona normalmente cuando no hay nada enchufado en el lado de entrada de las placas de interfaz).

Para determinar los valores de la resistencia, comience con una resistencia variable (una de 100 K ohmios es un buen comienzo) y conecte un cable a su terminal central e izquierda. Con el silla de ruedas de forma segura elevado a prevenir el movimiento (o con el operador seguro en el asiento con espacio para conducir) conecte la resistencia variable mientras toma notas. Comience conectándose al cable izquierdo / derecho y a tierra y con su resistencia variable girada completamente hacia la derecha. (esta es la resistencia más alta, 100K ohmios). A continuación se muestra una imagen de una resistencia variable.

Cuando la función izquierda / derecha está activada en un silla de ruedas, gira alrededor de su centro como un tanque. ¡Asegúrese de que sus pies estén seguros en los estribos o podría lastimarse!

Si silla de ruedas no hace nada, gire la perilla hacia la izquierda hasta que suceda la velocidad más lenta deseada. Desconecte la resistencia, mida con un ohmímetro y anote todo (cómo se conectó y qué hizo la silla). Hágalo de nuevo y encuentre la resistencia más baja y la velocidad más alta deseada y anótelo. Para esta dirección, necesitará una resistencia para cada uno de los dos transistores asociados: uno será el valor de la primera prueba (movimiento más lento) y el otro será (prepárese) la inversa de [la inversa del valor de la segunda prueba menos la inversa del valor de la primera prueba]. De esta forma, cuando ambos transistores están activados, el silla de ruedas ve la resistencia de la segunda prueba. Siempre puede redondear los valores hacia arriba si no tiene el número exacto correcto. Estas resistencias y las dos siguientes irán a los transistores inferiores en el esquema, para tirar del cable del joystick hacia tierra cuando esos transistores estén activados.

Esta prueba debe repetirse con el cable de avance / retroceso (es posible que retroceda a alta velocidad). Toma nota. Una vez que se hayan resuelto esas dos resistencias, deberá intentar las mismas pruebas, pero esta vez, conectando su resistencia variable a través de un diodo al cable rojo, que tiene +12 voltios del circuito del joystick. No permita que este cable rojo se cortocircuite a tierra, ni siquiera por un segundo, podría FRITAR sus dispositivos electrónicos. Los resultados de estas pruebas serán los valores de resistencia elegidos para los transistores superiores, que tiran hacia el cable rojo como puede ver en el esquema.

Una vez que haya determinado los valores de resistencia que desea usar, o incluso antes de eso, puede construir la placa de interfaz. Usamos "perfboard" y lo ensamblamos de acuerdo con la misma disposición física que se muestra en la imagen esquemática que se ve a continuación, excepto que usamos enchufes de máquina de 8 pines que funcionan bien para insertar resistencias, de modo que se puedan realizar cambios en la velocidad de movimiento de la máquina. También puede usar un montón de resistencias variables de 100K ohmios ...

Perfboard en WikiPedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Perfboard

El terminal Gate de cada transistor va a uno de los ocho cables de control del cable de entrada. Usamos un conector DB25 macho desde que originalmente usando un puerto paralelo de PC. Los cables de control están conectados a los pines 2 al 9 y a tierra a los pines 18-25. Luego tuvimos que hacer un adaptador para conectar esto al Arduino cuando reemplazó el puerto paralelo en nuestra configuración.  Puede omitir todo el conector DB25 y simplemente cablear directamente desde el Arduino a los transistores en la placa de interfaz siempre que lo conecte de la manera correcta, lo que es más fácil sin el paso adicional de todos modos.

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