control del movimiento de un robot mÓvil a control...

23
Fecha de envío: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL REMOTO A TRAVÉS DE SEÑALES EOG CONTROL OF THE MOVEMENT OF A MOBILE ROBOT TO REMOTE CONTROL THROUGH EOG SIGNALS Jonathan Javier Bohórquez Aroca. Johan Steven Anzola Hernández Resumen: Se implementó un robot móvil controlado por medio de señales de electrooculografia (EOG), lo cual es posible por medio de unos electrodos que se sitúan en la parte superior e inferior de los ojos para tomar referencia del movimiento de los mismos, posteriormente esta señal obtenida es procesada por medio de una etapa de amplificación y filtrado, para así conseguir una señal fácil de manipular. Continuando con el proceso, la señal modificada es enviada a un sistema de control para su respectiva acción que depende de la posición del ojo. La comunicación entre los dos sistemas de control a utilizar será inalámbrica, llegando así la orden específica al sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará dicha acción. Para el manejo de la señal obtenida se necesitó de un conversor análogo a digital (ADC) el cual utilizamos del sistema de control que ya contaba con esta función, únicamente fue configurarlo de forma que pudiéramos manipular las señales generadas. Por otro lado, se estableció una comunicación vía Bluetooth, que consta de dos módulos HC-05, los cuales tienen un alcance no mayor a los 10m, estos módulos fueron previamente configurados para que se pudiera establecer la comunicación entre ellos, dejando uno en modo esclavo y el otro en modo maestro. Tecnología Electrónica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia. [email protected], * [email protected]

Upload: others

Post on 16-May-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL

REMOTO A TRAVÉS DE SEÑALES EOG

CONTROL OF THE MOVEMENT OF A MOBILE ROBOT TO REMOTE CONTROL THROUGH EOG SIGNALS

Jonathan Javier Bohórquez Aroca. Johan Steven Anzola Hernández

Resumen: Se implementó un robot móvil controlado por medio de señales de

electrooculografia (EOG), lo cual es posible por medio de unos electrodos que se sitúan

en la parte superior e inferior de los ojos para tomar referencia del movimiento de los

mismos, posteriormente esta señal obtenida es procesada por medio de una etapa de

amplificación y filtrado, para así conseguir una señal fácil de manipular. Continuando

con el proceso, la señal modificada es enviada a un sistema de control para su

respectiva acción que depende de la posición del ojo. La comunicación entre los dos

sistemas de control a utilizar será inalámbrica, llegando así la orden específica al

sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará dicha acción.

Para el manejo de la señal obtenida se necesitó de un conversor análogo a digital (ADC)

el cual utilizamos del sistema de control que ya contaba con esta función, únicamente

fue configurarlo de forma que pudiéramos manipular las señales generadas. Por otro

lado, se estableció una comunicación vía Bluetooth, que consta de dos módulos HC-05,

los cuales tienen un alcance no mayor a los 10m, estos módulos fueron previamente

configurados para que se pudiera establecer la comunicación entre ellos, dejando uno

en modo esclavo y el otro en modo maestro.

Tecnología Electrónica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Colombia. [email protected], * [email protected]

Page 2: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Palabras clave: EOG, comunicación inalámbrica, micro controlador, electrodos.

Abstract: A mobile robot was implemented which is controlled by means of

electrooculography (EOG) signals, which is possible by means of electrodes that are

located in the upper and lower part of the eyes to take reference of the movement of the

same, later this obtained signal will be processed by means of an amplification and

filtering stage, in order to obtain an easy to manipulate signal. Continuing with the

process, the modified signal is sent to a control system which will take its respective

action which depends on the position of the eye. The communication between the two

control systems to be used will be wireless, thus reaching the specific order to the control

system that will be carried by the mobile robot which will execute said action.

For the handling of the signal obtained, an analog to digital converter (ADC) was needed,

which we used from the control system that already had this function, it was only

configured in such a way that we could manipulate the generated signals. On the other

hand, a communication was established via Bluetooth, which consists of two modules

HC-05, which have a range of no more than 10m, these modules were previously

configured so that communication could be established between them, leaving one in

mode slave and the other in master mode.

Key Words: EOG, wireless communication, micro controller, electrodes.

Page 3: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

1. Introducción

En la actualidad ocurren accidentes que generan lesiones permanentes en los seres humanos,

según la Organización Mundial de la Salud (OMS) “se estima que alrededor del 15% de la

población mundial, son personas con discapacidad y que tal proporción está en aumento, en

el caso de Colombia el número de personas discapacitadas alcanza el 6.3% de la población

que son aproximadamente 2’624.898 de personas”[1]. Teniendo en cuenta estos datos se

puede ver que no hay suficientes proyectos los cuales ayuden a facilitarles la vida a personas

en estas condiciones y tampoco se observa un gran apoyo al tema de personas

discapacitadas. Cerca del 50% de las personas discapacitadas están cohibidas de las acciones

de caminar, correr y saltar, esto conlleva a la falta de oportunidades debido a que en las

empresas no ven de mucha utilidad a alguien que está en esta situación.

Con relación a las estadísticas de la Organización Mundial de la Salud, se ha observado que

son muchas las personas que tienen alguna discapacidad y no pueden realizar diferentes

actividades. La mayoría de estas personas (aproximadamente el 90% [1]) todavía cuentan con

la posibilidad de ver, por ello la propuesta es que, con este proyecto se pueda mostrar una

alternativa de solución para mejorar la situación de estas personas, la cual se llevara a cabo

por medio de señales eléctricas emitidas por el movimiento de los ojos. Esto se realizará

primero obteniendo las señales de EOG, por medio de circuitos se procesan estas señales y

en la parte de programación se leen los datos de cada movimiento que realice el ojo, luego

estos datos serán enviados por medio inalámbrico a la plataforma móvil la cual realizará

determinada acción.

Page 4: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Estado del arte

Bulling et al diseñaron un nuevo dispositivo de rastreo y detección ocular para las aplicaciones

HCI (Interfaz Hombre-Computadora) móviles, para ello se pensó cambiar la forma tradicional

que se realiza con cámaras de video y utilizar un sistema basado en (Electrooculografia) EOG.

Se realizaron unos anteojos con electrodos y un componente de bolsillo con un DSP para el

procesamiento en tiempo real, finalmente con el estudio de las pruebas obtenidas se dedujo

que la información de actividades del usuario y la actividad que desempeña no se puede

adquirir con las modalidades de detecciones actuales. [2]

Suman et al desarrollaron un sistema de monitoreo de vigilancia por medio del parpadeo, para

ello se pensó tomar datos a varios sujetos y determinar sus parámetros; lo realizado fue que

por medio de las señales EOG se verifique y se vigile a las personas durante actividades como

conducir, leer, etc., para procesar los datos obtenidos por medio de Matlab, datos como tiempo

de parpadeo, tiempo de apertura de los ojos, etc. Finalmente, se dio como resultado una gran

diferencia entre las condiciones activa y de somnolencia [3]

Bulling A et al implementaron gafas EOG portátiles, consisten en anteojos con electrodos secos

integrados en el marco y cuenta con un componente de bolsillo que posee un micro controlador

para el procesamiento de la señal EOG para adquirir datos y usar estos datos para determinar

cuanta información puede proporcionar el movimiento de los ojos [4]

Teja et al diseñaron un sistema de asistencia para personas empleando las señales EOG para

escribir un texto usando un teclado virtual. Se realizó con un sistema de adquisición de datos

basado en ADS1299 y utilizando o programado por medio de arduino, se diseña una máscara

con los electrodos para la toma de los datos, se obtiene como resultado que la precisión es del

100% a una velocidad por letra de 12 segundos [5]

Page 5: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

Aungsakul et al diseñaron un receptor de señales EOG para la interfaz hombre computadora

HCI en el cual comprueban las ventajas de la interfaz basada en EOG de las tradicionales así

mismo haciendo un estudio con 8 sujetos de la variación de la medida de los movimientos de

los ojos de diferentes personas dando como conclusión las características útiles para extraer

datos en función del movimiento de los ojos. [6]

Barea et al diseñaron el control de una silla de ruedas que se mueve por medio de señales

EOG para personas con algún tipo de discapacidad o con un alto grado de envejecimiento, el

diseño se realizó con una silla de ruedas adaptándole un computador y los sensores

necesarios para el procesamiento de las señales el trabajo describe la electrooculografia como

una técnica que lego emplean para el diseño del sistema de guiado de sillas EOG. [7]

Barea et al diseñan un modelo para la interacción de computadora hombre basada en señales

EOG, se propone un nuevo modelo de electrooculografia el cual se diseñará a partir de la

transformada wavelet y de las muy conocidas redes neuronales, el resultado del proyecto nos

muestra un errores de menos de dos grados durante su uso lo que quiere decir que el sistema

es fiable en la detección de movimientos además que este nuevo sistema minimiza los

problemas de cansancio por el uso del aparato.[8]

Goushia, Geetha S diseñó un sistema de adquisición y de instrumentación biomédica para

pacientes con gran nivel de discapacidad como lo son pacientes tetrapléjicos y severamente

paralizados con el fin de analizar las aplicaciones que se le pueden dar al procesamiento de

las señales EOG y enfatizar la posibilidad de diseñar elementos o maquinas o aparatos para

controlar determinadas operaciones que realizaran los pacientes extremamente paralizados.

[9]

Page 6: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Chacko et al diseñaron el control de una silla por medio de señales EOG y un microcontrolador

La guía y el control se efectúan mediante movimientos de globo ocular dentro del zócalo. El

sistema consiste en una silla de ruedas eléctrica estándar con un sistema integrado de

microcontrolador. EOG es una nueva tecnología para detectar las señales oculares para los

movimientos de los ojos y estas señales se capturan usando electrodos, señales procesadas

como amplificación, filtrado de ruido y luego administradas al microcontrolador que impulsa los

motores conectados con la silla de ruedas para la propulsión. Esta técnica podría ser muy útil

en aplicaciones tales como movilidad para personas discapacitadas y paralizadas. [10]

López A et al diseñaron un sistema basado en EOG para el control del mouse, hicieron un

estudio sobre la retina y encontraron que esta causa un campo eléctrico alrededor del globo

ocular, centrado en el eje óptico y se puede medir colocando electrodos cerca del ojo. Luego

implementaron un sistema de adquisición y una aplicación LabVIEW para medir los

biopotenciales con el fin de detectar el movimiento de los ojos y proporcionar una posición de

mirada relativa para controlar el mouse de una computadora. Por ultimo implementaron varias

técnicas para la eliminación del ruido para usarlo en diagnósticos médicos.[11]

Zheng M y Gao X quieren implementar un sistema de interacción hombre-computadora para

personas con alguna discapacidad física. Para ello diseñaron una interfaz hombre-

computadora que muestra objetos que se repiten moviéndose entre el centro y ocho

direcciones alrededor. Al momento de tomar las señales, se eliminaron las interferencias EMG

y blink del EOG horizontal y vertical utilizando el procesamiento matemático de la morfología,

y luego estas señales EOG se proyectan sobre los vectores de características para detectar

las direcciones del movimiento del ojo que correspondía a un objetivo en movimiento. En la

prueba se utilizaron 8 personas de las cuales se obtuvo que la taza de información promedio

Page 7: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

fue de 25.7 bits/min de la cual se concluyó que la combinación de la morfología matemática y

los métodos de análisis de componentes principales fue factible y efectiva. [12]

Lledo et al realizaron una aplicación que permite navegar en internet basada en

electrooculografia (EOG) dirigida principalmente para personas discapacitadas que no puedan

mover sus brazos, se compone de dos subsistemas que son escritura y navegador. El usuario

podrá navegar por internet introduciendo textos, haciendo clic en diferentes elementos y

moverse por la pantalla con solo el movimiento de los ojos, incluye también un predictor de

palabras para facilitar el uso. Diseñaron un algoritmo EOG capaz de detectar cuatro

direcciones diferentes: izquierda, derecha, arriba y abajo, y el parpadeo. En la etapa de prueba

se escogieron seis personas sanas las cuales tenían que escribir, buscar y controlar el mouse,

y los resultados mostraron que todos podían manipular la aplicación con un tiempo razonable

el cual mejoraría con entrenamiento. Concluyeron que la aplicación de navegación en internet

puede ser utilizada por personas con discapacidad, mejorando su integración en la sociedad.

[13]

Postelnicu et al diseñaron una interfaz basada en EOG para propósitos de interfaz de

computadora humana (HCI), este proyecto permite solucionar el filtrado de las señales

grabadas y la identificación de las amplitudes pico características asociadas con movimientos

sádicos, parpadeos o guiños del ojo, se utilizó un clasificador basado en un conjunto de reglas

de lógica difusa y un autómata finito determinista, la lectura de estos movimientos se asignaron

a seis comandos de bajo nivel para fines de navegación. Para llevarse a cabo se realizó un

estudio experimental para verificar la precisión y el rendimiento de la interfaz propuesta

comparándola con otras tradicionales, los resultados experimentales muestran que la interfaz

desarrollada tiene un buen rendimiento y puede utilizarse para la comunicación y el control en

Page 8: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

línea en sistemas HCI basados en EOG, o incluso para metáforas de navegación en primera

persona en la industria de los juegos. [14]

Lin M. y Li B diseñaron una interfaz de computadora humana basada en EOG de conexión

inalámbrica, para ello se hizo un proceso de adquisición de la señal, filtro y amplificación EOG,

utilizando un microcontrolador ARM y un módulo inalámbrico Zigbee. Además, están

discutiendo los métodos de reconocimiento de gestos oculares. Tienen pensado implementarlo

en personas discapacitadas y en otros campos de diferentes aplicaciones. [15]

2. Desarrollo del tema

Se quiso implementar un robot móvil que fuera controlado a través de señales de

electrooculografia (EOG), esto con el fin de mostrar que por medio de estas señales se puede

llegar a la elaboración de una herramienta que facilitará y dará apoyo a las actividades o tareas

específicas que realizan las personas, se desarrolló por medio de una comunicación bluetooth

entre dos micro controladores (Psoc 5lp y un pic16f877a), la Figura 1. muestra el diagrama de

bloques que se implementó:

Figura 1. Diagrama de bloques

Page 9: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

2.1.1. Adquisición de la señal

Figura 2. Ubicación de los electrodos [16]

Para obtener la señal de los ojos, se utilizaron electrodos de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl),

los cuales van situados alrededor de los ojos, Figura 2. Estos se encargan de obtener la señal

producida por el movimiento de los ojos y llevarla a un circuito amplificador.

2.1.2. Amplificación

Figura 3. Amplificador de instrumentación AD620 configuración interna

En la Figura 3. Se ve la configuración del amplificador que se utilizó para que la señal

obtenida por los electrodos tenga mejor amplitud y poder trabajar sobre ella. Para obtener la

ganancia final de esta parte del circuito se implementó la siguiente ecuacion:

Page 10: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Ec (1). Formula de ganancia AD620

En la Ec (1). Se muestra la ecuación que viene por defecto para calcular la ganancia que se

verá reflejada en la señal que le entra al amplificador AD620 (señal EOG). Utilizando la Ec

(1). observamos que entre más pequeña la resistencia utilizada, la ganancia obtenida seria

mayor, por ende, utilizamos una resistencia de 100Ω obteniendo así una ganancia de 495

veces.

𝐺 =49,4𝑘Ω

100Ω+ 1 = 495

2.1.3. Filtrado

Figura 4. Amplificador operacional LM324

En la Figura 4. Se observa el circuito integrado utilizado para la etapa de filtrado, se utilizó

este componente ya que contaba en su configuración con cuatro (4) amplificadores, la señal

EOG se caracteriza por manejar frecuencias muy bajas que varían entre los 0.5Hz y los

50Hz, por ello se necesitaba un filtro pasa altos con una frecuencia de corte de 0.5Hz, un

filtro pasa bajos con frecuencia de corte 40Hz (se realizó para frecuencias menores a los

Page 11: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

40Hz para obtener un mejor rango de la señal obtenida) y adicional se implementó un

amplificador al final del ultimo filtro con una ganancia aproximada de 100 veces, para así

garantizar un mejor acondicionamiento de la señal.

Figura 5. Etapa de filtrado [17]

Para el filtro pasa altas, se emplearon las Ec (2). y Ec (3).:

𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐵𝑒𝑠𝑠𝑒𝑙 ∶

𝛼 = 1,3617 ; 𝛽 = 0,6180

𝐶1&2 =10(1𝑥10−6)

0,5ℎ𝑧= 33𝜇𝐹 Ec (2)

𝑅1 =𝛼

4𝜋𝐶𝑓𝑐𝛽=

1,3617

4∗𝜋∗33𝜇∗0,5ℎ𝑧∗0,618≅ 17,711𝑘𝛺 ≅ 17𝑘𝛺 Ec (3)

𝑅2 =1

𝜋𝑓𝑐𝛼𝐶=

1

𝜋 ∗ 0,5ℎ𝑧 ∗ 1,3617 ∗ 33𝜇≅ 23,612𝑘𝛺 ≅ 23,6𝑘𝛺

Para el filtro pasa bajas, se realizaron los siguientes cálculos empleando la Ec (4) y Ec (5):

𝐶1 =10(1𝑥10−6)

40ℎ𝑧= 250𝑛𝑓 → 220𝑛𝑓

𝐶2 ≥4𝛽𝐶1

𝛼2 → 𝐶2 ≥4(0,6180)(250𝑛𝑓)

(1,3617)2 ≥ 333𝑛𝑓 → 330𝑛𝑓 Ec (4)

𝑅1&2 =𝛼𝐶2±√𝛼2𝐶2

2−4𝐶1𝐶2𝛽

4𝜋𝐶1𝐶2𝑓𝑐 Ec (5)

Page 12: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

𝑅1 = 11,429𝑘Ω → 11,4𝑘Ω

𝑅2 = 10,242𝑘Ω → 10,2𝑘Ω

2.1.4. Programación

Para la parte de la programación se utilizó una Psoc5 y un Pic16f877a, la señal EOG

obtenida luego de haber pasado por la etapa de amplificación y filtrado entrara en la Psoc,

llegará a un ADC, convirtiendo así esta señal análoga en digital y haciendo una comparación

de datos enviara según sea el caso el dato por medio de comunicación Bluetooth al Pic

16f877a.

Los siguientes son los códigos implementados en cada uno de los microcontroladores:

Figura 6. Código implementado en la Psoc5

Page 13: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

Figura 7. Código Implementado en el Pic16f877a

2.1.5. Comunicación

Figura 8. Módulos Bluetooth

La plataforma móvil consta de un pic16f877a, por medio de comunicación bluetooth recibirá

los datos enviados por la Psoc, esta comunicación cuenta con dos módulos bluetooth HC-05,

los cuales se configuraron para funcionar uno como maestro y el otro como esclavo,

garantizando así la comunicación únicamente entre estos dos (Figura 8). Cuando el pic recibe

Page 14: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

los datos enviados de la Psoc, se realiza una comparación que determina el movimiento que

efectuara la plataforma, se puede mover en los ejes X y Y libremente y parar si no hay

movimiento de los ojos. Esta programación se puede observar en la Figuras 6. y Figura 7.

Por otro lado, para la configuración de los módulos bluetooth HC-05, se realizó por medio de

unos comandos AT que van directamente a cada módulo, a continuación, se aprecia los

comandos que se utilizaron.

Comandos AT para módulo HC-05

El módulo HC-05 viene por defecto configurado de la siguiente forma:

- Modo o role: Esclavo

- Nombre por defeco: HC-05

- Código de emparejamiento por defecto: 1234

- La velocidad por defecto (baud rate): 9600

Para poder configurar los módulos existen dos formas de conexión, el modo AT 1 y AT 2, para

este caso se utilizó el modo AT 2.

Modo AT 1

Para entrar a este estado después de conectar y alimentar el modulo es necesario

presionar el botón del HC-05.

En este estado, podemos enviar comandos AT, pero a la misma velocidad con el que

está configurado.

EL LED del módulo en este estado parpadea rápidamente igual que en el estado

desconectado. [18]

Page 15: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

Modo AT 2

Para entrar a este estado es necesario tener presionado el botón al momento de

alimentar el modulo, es decir el modulo debe encender con el botón presionado,

después de haber encendido se puede soltar y permanecerá en este estado.

En este estado, para enviar comandos AT es necesario hacerlo a la velocidad de

38400 baudios, esto es muy útil cuando nos olvidamos la velocidad con la que hemos

dejado configurado nuestro modulo.

EL LED del módulo en este estado parpadea lentamente. [18]

Configuración modulo Maestro

Figura 9. Se puede apreciar la configuración realizada al módulo “Maestro” [18]

Page 16: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Configuración modulo Esclavo

Figura 10. Se puede apreciar la configuración realizada al módulo “Esclavo” [18]

En la Figura 9. y Figura 10. Se puede observar cómo fue la configuración para que los dos

módulos se conecten entre si apenas estos estén alimentados.

2.1.6. Plataforma móvil

En la plataforma se implementó un circuito que consta del Pic16f877a sobre el cual se

programó con el código de la Figura 7., dos motores y un circuito integrado L293D (Puente h,

Figura 11.), el cual es el encargado de dar el sentido de giro a los motores, este depende del

comando recibido en el PIC y el cual le llegara a él. En la siguiente parte se observa la

configuración del circuito integrado (L293D), este funciona con un voltaje que varía de 4.5V a

36V, pero para este caso se alimentara con 9v.

Figura 11. Configuración Puente H L293D.

Page 17: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

2.2. Resultados

Figura 12. Ubicación de los electrodos en la persona

En la Figura 12. Se observa la ubicación correcta de los electrodos en el rostro de la persona,

se debe tener en cuenta la posición de cada uno porque si estos no están bien ubicados el

dato obtenido puede ser erróneo.

Figura 13. Señal EOG con el amplificador de instrumentación AD620

En la Figura 13. se puede observar la señal que se obtuvo con el amplificador de

instrumentación AD620, al realizar los respectivos movimientos del ojo. Se puede observar

cómo se generan picos de voltaje positivos cuando se realiza movimiento hacia la derecha y

negativos hacia la izquierda, igualmente cuando se realiza movimiento hacia arriba y abajo.

Page 18: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Figura 14. Circuito utilizado para la obtención y procesamiento de la señal EOG.

En la Figura 14. Se puede apreciar el circuito implementado para obtener la señal por medio

de un amplificador de instrumentación y un filtro pasa banda. [17]

Figura 15. Señal EOG después de usar un filtro pasa banda.

Se puede ver como la señal mejora al pasar por el filtro pasa banda, conformado por un filtro

pasa alto con frecuencia de corte 0.5Hz y uno pasa bajos de frecuencia de corte 40Hz, como

se aprecia en la Figura 15.

Figura 16. Desplazamiento de la tierra a un nivel de 2v

Page 19: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

En la Figura 16. se muestra el circuito que se utilizó para el respectivo desplazamiento de la

tierra de 0v a 2v. esto con el fin de que los voltajes obtenidos en la señal EOG pueda ser leída

sin problema por la Psoc.

Figura 17. Señal obtenida luego de subir la tierra a un nivel de 2v aprox. (Izq. y Der.)

Figura 18. Movimiento arriba y abajo

En la Figura 17. Y Figura 18. se observa la señal obtenida al mover los ojos hacia las 4

posiciones, luego de tener la señal por encima de 0v y en la Figura 19 se evidencia el envió de

datos según el movimiento de los ojos.

Page 20: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Figura 19. Envió de datos según el movimiento.

Teniendo en cuanta la programación implementada, se observa el desplazamiento del robot

según el tiempo que mantenga el movimiento de los ojos en vertical Tabla 1. para girar el robot

podemos observar que enviando un pulso de movimiento en horizontal girara 90º se puede

observar en la Figura 20.

Tiempo(seg) Desplazamiento aprox(cm)

1 43

2 85

3 126

4 169

5 212

Tabla 1. Desplazamiento vs tiempo

Page 21: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

Figura 20. Giro del robot (posición inicia, izquierda, derecha)

3 Conclusiones

La señal obtenida por los ojos se encuentra en el rango de los micro voltios lo cual es

su principal característica por ser una señal de baja amplitud y frecuencia, por este

motivo se utiliza un amplificador de instrumentación para que la señal se pueda trabajar

y/o manipular.

Las frecuencias en las que oscila la señal EOG están entre el rango de los 0.5Hz a los

40Hz y se debe tener cuidado con el ruido de la fuente.

Se observó que el pulso generado por el movimiento de los ojos en el eje positivo

(derecha y arriba) tiene mayor amplitud que los pulsos negativos (izquierda y abajo).

La ubicación de los electrodos alrededor de los ojos es un punto clave, ya que, si estos

no son ubicados de manera correcta, están sucios los electrodos o la superficie, se está

en contacto con superficies metálicas, puede fallar la adquisición de la señal.

Se utilizaron baterías como fuente ya que estas dan una mejor calidad en la señal

obtenida reduciendo en gran manera el ruido que se filtra.

Page 22: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Referencias

[1] Ministerio de salud y protección social, “Sala situacional de Personas con Discapacidad,”

p. 56, 2015.

[2] A. Bulling, D. Roggen, and G. Tröster, “It’s in Your Eyes: Towards Context-Awareness

and Mobile HCI Using Wearable EOG Goggles,” Proc. 10th Int. Conf. Ubiquitous Comput.

(UbiComp ’08), 2008.

[3] D. Suman, M. Malini, and S. Anchuri, “EOG based vigilance monitoring system,” in 12th

IEEE International Conference Electronics, Energy, Environment, Communication,

Computer, Control: (E3-C3), INDICON 2015, 2016.

[4] A. Bulling, D. Roggen, and G. Tröster, “Wearable EOG goggles,” in Proceedings of the

27th international conference extended abstracts on Human factors in computing

systems - CHI EA ’09, 2009.

[5] S. S. S. Teja, S. S. Embrandiri, N. Chandrachoodan, and R. Reddy M., “EOG based

virtual keyboard,” in 2015 41st Annual Northeast Biomedical Engineering Conference,

NEBEC 2015, 2015.

[6] S. Aungsakul, A. Phinyomark, P. Phukpattaranont, and C. Limsakul, “Evaluating feature

extraction methods of electrooculography (EOG) signal for human-computer interface,”

in Procedia Engineering, 2012.

[7] R. Barea, L. Boquete, M. Mazo, and E. López, “Wheelchair guidance strategies using

EOG,” J. Intell. Robot. Syst. Theory Appl., 2002.

[8] R. Barea, L. Boquete, S. Ortega, E. López, and J. M. Rodríguez-Ascariz, “EOG-based

eye movements codification for human computer interaction,” Expert Syst. Appl., 2012.

[9] G. S. Goushia, “Assistance for disabled through EOG,” Middle - East J. Sci. Res., 2014.

Page 23: CONTROL DEL MOVIMIENTO DE UN ROBOT MÓVIL A CONTROL …repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/16004/6/BohorquezAroc… · sistema de control que llevará el robot móvil y ejecutará

Fecha de envío:

[10] J. K. Chacko, D. Oommen, K. K. Mathew, N. Sunny, and N. Babu, “Microcontroller Based

EOG Guided Wheelchair,” Int. J. Medical, Heal. Biomed. Bioeng. Pharm. Eng., 2013.

[11] A. López, P. J. Arévalo, F. J. Ferrero, M. Valledor, and J. C. Campo, “EOG-based system

for mouse control,” in Proceedings of IEEE Sensors, 2014.

[12] M. M. Zheng and X. R. Gao, “Research of speller system based on EOG,” Chinese J.

Biomed. Eng., 2012.

[13] L. D. Lledó, A. Úbeda, E. Iáñez, and J. M. Azorín, “Internet browsing application based

on electrooculography for disabled people,” Expert Syst. Appl., 2013.

[14] C. C. Postelnicu, F. Girbacia, and D. Talaba, “EOG-based visual navigation interface

development,” Expert Syst. Appl., 2012.

[15] M. Lin and B. Li, “A wireless EOG-based human computer interface,” in Proceedings -

2010 3rd International Conference on Biomedical Engineering and Informatics, BMEI

2010, 2010.

[16] O. Javier, O. Murillo, G. R. Fuentes, F. Jiménez López, and E. Electrooculograma,

“Diseño e Implementación de un Sistema de Control de Movimientos para una plataforma

Móvil usando ElectroOculografía 2. ORIGEN Y OBTENCIÓN DEL EOG 2.1 Origen de la

Señal EOG,” 2004.

[17] O. M. Alberto Abaroa, Barack Guerrero, Fernanda Tapia, “Electrooculógrafo ( EOG ),”

ResearchGate, no. November, pp. 0–6, 2016.

[18] T-BEM, “Modulo Bluetooth serial HC-05.” [Online]. Available:

http://teslabem.com/modulo-bluetooth-serial-hc-05.html.