Compu ter Sci ence a nd Inf or mat i on  Tec h no lo gies   Vo l.   1 , No 3 Novem ber   2020 , p p.   121 ~ 12 5   IS S N:  2722 - 3221 ,   DOI:  10.11 591 / csi t.v 1i 3 .p 12 1 - 1 2 5          121       Journ al h om e page http: // ia esprime .com/i ndex. php/csit   Wheelch air and  roboti c arm cont rols usin g gyro  sen sor       Asep  Shola hu ddin 1 Dess y Novit a 2 Deni  Setia na 3   1,3 Depa rtmen  of   Com pute Scie n ce ,   Univer si ta s P adj adjara n B and ung,   Jat ina ngor   W est  Java   Indon esia   2 De par tmen  of   E le ct r ic E ngin ee r i ng,   Univer si ta Padja dja r an ,   Ba ndung,   Jat ina ng or  W est  Java   Ind onesia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved  J a 28 , 2 0 2 0   Re vised  Ma y   1 , 20 2 0   Accepte Ma y   19 , 20 2 0       Som eone   who  coul onl y   m ove  his/he he ad  and   coul not  m ove  his/he l imbs   nee ds  wh ee l ch ai and   robotic  a rm which  coul d   be  con trol l ed  b y   the   h ea d .   G y ro  sensor   is  a   sensor  tha t   coul d   be  cont rol le d   accordi ng  to  th ti l in   the  x ,   y   coor dina t es  whic the n   implemen te to   m ea sure  t h tilt  of   th user’s   hea d .   Th is  pape r   would  exp la in   the  h ea d   detec tor   app li c at ion   to   control   whee lc hai rs   an d   roboti arms .   Th e y   coul d   be  controlle using   Arduino  m ic roc ontr oll er  whi c h   uses  progra m m ing  la nguag e.   G y ro  sensor  that  is  put   on  th hea could   cont rol  whe el ch ai to  m ove  l eft ,   right ,   forwa rd  and  bac kward  a cc ording  to     the t i lt of   th e   head. It   is   the sam e   with cont rol li ng   roboti c   a rm s.  It   c ould  ro ta t e   le ft ,   right,  and  m ove  up  and  down.  The   an y   coo rdinates   are   used  t o   det ermine   the  til of  the   h ea d   for  cont rolling  th whee lc h ai as  w el as  robot ic  arms ’ m ovements.   It  is  discov ered  tha t   whee lc h airs   and robot ic  ar m coul be   cont rolled  b y   th e   hea d   b y   the use of g y ro  sensor.   Ke yw or d s :   Gyr se nsor   Head   Roboti c arm s   Wh eel c hairs   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   license .     Corres pond in Aut h or:   Ase S hola huddin ,   Dep a rtm en  of   Com pu te Scie nce,    Un i ver sit as  Pa dj a djara n,    Ba ndung, Jat in ango r West  Ja va  Ind on esi a .   Em a il asep.s hola huddin @ unpad.ac.id       1.   INTROD U CT ION   So m eon who   has   lim it a ti on i us in hi s/her  li m bs   so  that  it   is  onl his/her   head  w hich  sti ll  functi onin ur ges  him /her  to d e ve ryt hing  thr ough h ead  m ov em ents.  pe rson  who  has  disabili ti es  bu t cou l sti ll   m ov his/her  hea the ne eds  dev ic i f orm   of   w heelchair  a nd  r obotic  arm that  cou l be  c on trolle by  the  u se r’ s  hea d.  T he  c ontr ol o f  r ob otic  ar m by  the   hea usi ng  cam era o r  K inect  h as  bee im ple m ented  but  it  is n ot sim ple b eca us e ey es  a lway s lo ok at   a  cam era [ 1].    w heelchair   con t ro ll er   w hi ch  us es   brai nwave as   an   i nput  has   bee de velo pe by  [ 2]   an [ 3] Howe ver,  this  con t ro ll er  wou ld  not  wor sm oo t hly  becau se   if  the  us er  is  be ing   unfo c us e d   [ 4 - 6 ] it   would  le ad   to  e rr at ic   m ove m ents.  T he   ne xt  dev el op m ent  reg a rd i ng  t he   w heelchai a nd  rob otic  arm s   c on tr ols   w ou ld   be  base d on the  use  of  gyro se ns or  wh ic h detec ts t he  ti lt  o f  the  he ad   .       2.   RESEA R CH MET HO D   This  pap e would  e xpla in  the   m e tho ds  use in  the   creati on  of   r obotic  ar m app li cat ion   w hich  use s   head detect io n by gy ro senso r.     2.1.   Head de tection   Gyr os co pe   is  a   ty pe  of  sen sor   w hich   is  us ed   to  determ ine  the  or ie ntati on  of  m ov em ent  us in ra pid  ro ta ti ng  w heels  acco rd i ng  to   th axes   [ 7 ] .   Gy r os c op e   is  us e to  m easur t he  angular   velocit in  t he  unit   of  deg/ s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN :   2722 - 3221   Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol. V ol.  1 , N o.   3, N ov em ber   20 20:   1 2 1     1 2 5   122   or   rad /s.  A fter  ob ta ini ng   t he  r esults  of   t he  gy ro sc op e ’s  a ngular  vel ocity   cal culat ion the r are  so m step that   shou l d be incl uded  in  t he  m ic ro co ntr oller s of t war e:     exam ple: Vcc= 3.3  V, n bits =  10, Vsta ti c= 1.5       2   = 3 . 3   2 10 = 0 . 0 0 3 223   =                                   ( 1)         1 10 00  =   = 0.003 223g/bi = Accele r om e te r resol           ( 2)     (   2    = ( 2 . 5   10 24 ) 3 . 3 = 776 =                    ( 3)     (ADC result     Ze ro go ff set   ) *(Acce le ro m et er resol ) = Ax                       ( 4)      1 (  ) =  (   )                                                  ( 5)     Accor ding  t Pu t Giova ni   Eli ezer  [ 7 ] ,   the  f un ct io of   gy ro sc ope  is   to  m easur or   dete rm ine     the  or ie ntati on  of  an   obj ect   relat ive  to  t he  c on serv a ti on   of  a ngula m o m entum Acco r ding  t a nother   def in it ion,   it functi on   is  t determ ine  m ov em ents  relat i ve t gravit y.   Gyr os co pe   ha s   a   ve ry  im po rta nt  ro le   in   m ai nt ai nin the  balance   of   an   obj ect ,   f or  exam ple  in   ai rp la nes,  w hich   m akes  it   poss ible  to   dete rm i ne  t he  ti lt   on   x,  y,     and z a xes.     2.2.   Microc ontroll er   Mi cro co ntr oller  is  de vice  wh ic ha si m il ar  fu nctio to  com pu te r,   bu it   is  sm al le in  siz e     [ 8 ] - [ 9 ] In   m ic ro co ntro ll e r,   the re  are  m e m or and   I / to ol  in  the  chip.   E xam ple:  Figu re  1.   a Ardu i no  mi cro co ntro ll e r.   C urren tl y,  t he re  are   m any  hom app li ance or  office  e quipm ent  us ing  m ic ro co ntro ll e r,   s uc h   as w as hing m achine,  m ic ro w ave, ha ndphon e, PDA , hom e secur it y sy ste m , etc.              Figure  1. A n A rduin m ic ro co ntr oller       2.3.   Wheel chairs  and  Robotic   Ar ms  A ppli ca tio n   Wh e t he  wh e el chair  a nd  r obotic  arm are  tu rn e on,  gyr s ens or ,   w hich   is   sh a pe s that  it   loo ks  li ke   hat,  is   put  on  the  head  an w ould  detect   the   ti lt   of   t he  us er ’s  head.  Af te r   the   ti lt   is  detect ed,   then  t he  in f or m at ion  would  be   deli ver e t the  wh eel c hair  a nd  r obotic  a rm m ic ro co ntr ol le thr ough  W i - Fi  si gn al s .   Af te   the  inf or m at ion   is  acq uired,  then  t he  w heelchair  or  the  r ob otic  arm wo uld   m ov accor di ng   to  the  ti lt .   Figure  2   is  flow c ha rt  showi ng   t he  pr ocess  of   t he  w heelchair  a nd  r obotic   arm m ov em ents.   Fig ur is  fl owchart   showi ng the  process  of  c on tr ol le (h at ).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol.         Wheelch air  and  r obotic  ar m   con tr ols  us in g gyr se nsor …  ( Asep Shola hu dd i n )   123       Figure  2.  Flo w char t c omm an d for  wh eel c ha ir and  rob ot arm           Figure  3 .   Flo w char of  co ntr ol le (h at )       3.   RES ULTS  A ND AN ALY S IS   In  this  par t,   t he  resu lt of  gyr se nsor   im ple m entat ion   on  w heelchai rs  a nd  r obotic   arm would    be discus sed .     3.1.   Wheel chair  and r obot ic   ar ms scheme   The   w heelchai a nd  r obotic  a rm schem has  tw pa rts.   T he   fir st  on e   is   th co ntr oller   th at   is  pu t   on   the  head  a nd  t he  sec ond  on e   is  the   wh eel c hair  or  rob otic  arm s.  I t he  c on t ro ll er   pa rt,  there  a re   gyr sens or,   Ard uino  m ic ro con t ro ll er  a nd  W i - Fi  tra ns m itter I t he  wh e el chair  an r obotic  arm part it   is  equ i pp e with   Wi - Fi  recei ver  wh ic w ould  be  co nnect ed  t A r du i no   m icr oc ontrolle t he w heelchai r/rob otic  arm s that  it   would  m ov accor ding  to  the  us e r’ wi ll Figu re  4   is  detai le schem on   the  co ntro ll er   an   the wheel chai r/rob otic arm s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN :   2722 - 3221   Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol. V ol.  1 , N o.   3, N ov em ber   20 20:   1 2 1     1 2 5   124       Figure   4 .   Ro boti c arm s sch e m e       Roboti arm app li cat ion   is  con t ro ll ed  by  the  use r ’s  hea equ i pp e with  gy ro   se nsor .   The  se nso r   detect the  ti lt  o f t he use r’s  he ad a nd  se nd  th posit ion al   val ue o f a X,   a Y t the  m ic ro co ntr oller  at ta ched   i n t he   wh eel c hair/r obotic  arm s.  Con seq uen tl y,  afte the  ti lt   is  determ ined,   the  w heelchair/r obot ic   ar m would  m ov accor ding  t th acq uire in form ation   on  the  ti lt Ar duin functi ons  as  a   co ntr oller  of  w he el chair  or   ser vom otor   (X)   a nd  ( Y) .   Table  is  the   s pecifica ti on  of  the   dev ic e   and  s of t war e   us e i t he  w heelchair/r obot ic   arm s   app li cat ion.  T he  w heelchair   us es   a   m oto dri ver  to   m ov e   the  m oto r   co nt ro ll ed   by  Ard ui no  m ic ro con tr oller,  wh il t he  rob otic  arm desi gn e is  us in acryl ic   equ i pped  with  five   s ervos   but  it   use only   tw servo .   Me anwhil e,  th li st  of   w hee lc hair  m ov em ents  ba sed   on   sent  si gn al delivere t hro ugh  Wi - Fi  co uld   be     fou nd in  Ta ble  2.       Table  1.  T he s pecifica ti on of  the d e vice a nd  so ft war e   No   Na m e   o f   Dev ice   Sp ecif icat io n   Nu m b er  o f   1   W h eelchair   - Mic roco n troller A rdu in o  Uno   - Driver   m o to r  DC   - Moto DC   - Ch air   - Batere  12       - Receiv er  W if AP C 2 2 0   1   2   2   1   1   1     1   Ro b o t Ar m   - Mic roco n troller A rdu in o  Uno   - Servo  M o to   - Ar m  of  Acrylic   - Batere  12     - Receiv er  W if i   AP C 2 2 0   1   5   1   1   1     2   Co n troller  (Hat)   - W if Tr an ceiv e APC 2 2 0   - Gy ro sen so r   - Batere  L IPO  1 2 V   - Mic rok o n troller Ar d u in o  ( m icro  ty p e)   1   1   1   1       Table  2.   Wheel chair  a nd ro bo t ic  arm m ov em ents   No   Inp u t   Serial   Activ ity  of   W h eelc h air  Ro b o t   Activ ity  of  Ar m  R o b o t   Descripti o n   Left  M o to r   Rig h t M o to r   Servo  A   Servo  B     F,B,L ,R f o   W h eelchair   1   F   U   CCW     CW   STOP   STOP   Fo rwar d     STOP   STOP   CW   STOP   Up   2   B   D   CW   CCW       STOP   STOP   Back ward     STOP   STOP   CCW   STOP   Do wn   3   L   X   CW     CW     STOP   STOP   Turn  L ef t   U,D,  X, . Y f o   Ro b o t Ar m     STOP   STOP   STOP   CW   Left   4   R   Y   CCW     CCW     STOP   STOP   Turn  Rig h t     STOP   STOP   STO   CCW   Rig h t   Note: CW ( Cl oc k Wise ) , CCW  (C ounter Cl oc k Wise )       Table  is  a   li st  of   wh eel c hair   and  r obotic  ar m m ov e m ent  com m and s.  If   t he  W i - Fi  recei ver   receive s   F,  B,  L sig na l,  then  t he  w he el chair  w ould  m ov e.  For  exa m ple,  if  the  le tter  “L”  is  recei ve the the  w he el chair  would  m ov e   to   the   le ft  w hile  le tt er  “R ”  w ou l m ake  it   m ov e   to   the   ri gh t.   “F ”  sig nal  m akes  it   m ov f orward  a nd   “B ”  sig nal  m akes  it   m ov Ba c kw a r d.   X”   sig n al   would  m ake  the   r obotic  a r m m ov to  t he   le ft  wh il Y”   sign al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol.         Wheelch air  and  r obotic  ar m   con tr ols  us in g gyr se nsor …  ( Asep Shola hu dd i n )   125   would  m ake  it   m ov to  the   op posit directi on.  U”  sig nal  would  m ake  the  r obotic  arm m ov to  the   U wh il e   “D”  sig nal  w ould  m ake  it   m ov t the  opposit directi on .   W het her   to  use   the  w heelchai or  r obotic   arm s   dep e nds   on   the   tim w hen  the   us er   is   gi ven  a   m enu   t ch oos bet ween  t he  t wo.  C hoos i ng  “wh eel c hair”   is  done   by  sh a rp   ti lt   to  the  le ft  w hile   choosi ng   rob otic  arm s”  is  t ti lt   to  the  opposit directi on.  E xperim ent  resu lt cou l be  f ound   i Table  3.   Ta ble  s hows   th res ult  of  t he  exp e rim ents  an al of  them   ha ve  desira ble  r esults.  Ther e f or e,  the  su ccess  r at of  this is 1 00%.       Table  3.  E xper i m ent r esults  of  wh eel c hair or  roboti c arm s m ov e m ents   No   Mov e m en t of   Head   Nu m b er  o f   testin g   Mov e m en t   o f  whe elch air  o rob o t ar m   Nu m b er  o f   testin g   Res u lt   (%)   1   Fo rwar d   5   Fo rwar d   5   100     Back ward   5   Back ward   5   100   3   Left   5   Left   5   100   4   Rig h t   5   Rig h t   5   100   5   Fo rwar d   5   Fo rwar d   5   100     Back ward   5   Back ward   5   100   7   Left   5   Left   5   100   8   Rig h t   5   Rig h t   5   100   9   Up   5   Up   5   100   10   Y   5   Y   5   100   11   X   5   X   5   100   12   Do wn   5   Do wn   5   100       4.   CONCL US I O N   The  e xp e rim e nt  res ults  of  wh eel c hair  a nd  r obotic  arm us in hea de te ct ion   by  gyro   sens or  is  a   su ccess . E xp e r i m ents o f five   m ov e m ent’s   show s a  desira bl e res ult o f 100 % su cce ss  rate.       REFERE NCE S   [1]   Sholahuddi A.   Seti awa n   H.  Indr M.   W hee lc h ai r   using Ki ne ct UI - Unpad.   2015   [2]   S.  Hadi,   A .   Shol ahuddi and  L.   R ahmawat i .   Th design  and  pr el i m ina r y   implementa ti on  o low - co st  bra in - compute r   int erf ac e   for   enable   m oving  of   ro ll ing   robot .”   201 Int ernati onal   Confe renc on   I nformatic s and   Computing  ( ICIC) Mata ram,   pp.   28 3 - 287,   2016 .   [3]   Sholahuddi A .   Seti awa n   H.   L an y .   Appl i cat ion   B rain  wav for  W hee l   Robo ti c   Mo ve ment   Us ing   M indf lex   .   Sem inar   Inte rna sion al   IC - STAR,  La m pun g.   2015   [4]   K.  Crowle y ,   A .   Sliney ,   I.  Pitt   and  D.   Murph y .   Eva lu at ing   a   Brai n - Com pute r   Int erf ace   to   Ca te gorise   Hum an   Emotiona l   Resp onse .   2010   10t IE EE  Inte rnat i onal  Conf ere nc e   on   Adv an ce d   Le arning  Technol o gie s ,   Sous se,   pp .   276 - 278,   2010 .   [5]   Bozkurt ,   Fat ih,  Hus e y in   Coskun  and  Hak an  A y do gan ,   Eff ective n ess  o Cl assroom   Li gh ti ng   Colors  Towa rd  Stud ent s   Atte nti on   a nd   Medit ation  Ext r ac t ed  f rom   Br ainw ave s.”   Journ al  of   Edu cat ion al  and   Instructional  Stud ie in  the  World ,   vol .   4 ,   no 2 ,   pp .   6 - 12 20 14,   [6]   Yildi rim ,   N,   Va rol,  A.   Deve lo ping  Educ a ti ona Gam e   Softwar W hic h   Me asure Att ent ion   and   Medi ta t ion  wi t Brai nwave s:   Ma tc hing   Mind Ma t h .”   IC EE ICIT C onfe renc e pp.   3 25 - 332,   2013 .   [7]   Alexa nder   J .   Ca ss on,   Arturo  Vaz quez   Ga lvez,   Dela ram  Jarc h i ,   Gy roscop vs.   ac c el e rom et er  m ea surem ent of   m oti on  from   wrist  PP G duri ng  p h y sic al e xer ci se . ”  ICT E xpre ss v ol .   2 ,   no .   4 ,   pp .   1 75 - 179 2016 .   [8]   Alan  G.S .   Introd uct ion   to  Arduin o .   E - book .   2011 .   [9]   Ble scia A.   Ithi nk Uino  Project .   https :/ /www . code p roje ct.c om /Artic le s/567963/T h in kUino - Projec t ,   2 013.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.