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 r  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 s  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 n  28 , 2 0 2 0   Re vised  Ma y   1 , 20 2 0   Accepte d  Ma y   19 , 20 2 0       Som eone   who  coul d  onl y   m ove  his/he r  he ad  and   coul d  not  m ove  his/he r  l imbs   nee ds  a  wh ee l ch ai r  and   robotic  a rm s  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 e  ti l t  in   the  x ,   y   coor dina t es  whic h  the n   implemen te d  to   m ea sure  t h e  tilt  of   th e  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 c  arms .   Th e y   coul d   be  controlle d  using   Arduino  m ic roc ontr oll er  whi c h   uses  C  progra m m ing  la nguag e.   G y ro  sensor  that  is  put   on  th e  hea d  could   cont rol  whe el ch ai r  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   x  an d  y   coo rdinates   are   used  t o   det ermine   the  til t  of  the   h ea d   for  cont rolling  th e  whee lc h ai r  as  w el l  as  robot ic  arms ’ m ovements.   It  is  discov ered  tha t   whee lc h airs   and robot ic  ar m s  coul d  be   cont rolled  b y   th e   hea d   b y   the use of g y ro  sensor.   Ke yw or d s :   Gyr o  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 g  Aut h or:   Ase p  S hola huddin ,   Dep a rtm en  of   Com pu te r  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 e  who   has   lim it a ti on s  i n  us in g  hi s/her  li m bs   so  that  it   is  onl y  his/her   head  w hich  sti ll  functi onin g  ur ges  him /her  to d o  e ve ryt hing  thr ough h ead  m ov em ents.  A  pe rson  who  has  disabili ti es  bu t cou l d  sti ll   m ov e  his/her  hea d  the n  ne eds  a  dev ic e  i n  a  f orm   of   a  w heelchair  a nd  r obotic  arm s  that  cou l d  be  c on trolle d  by  the  u se r’ s  hea d.  T he  c ontr ol o f  r ob otic  ar m s  by  the   hea d  usi ng  cam era o r  K inect  h as  bee n  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].    A  w heelchair   con t ro ll er   w hi ch  us es   brai nwave s  as   an   i nput  has   bee n  de velo pe d  by  [ 2]   an d  [ 3] .  Howe ver,  this  con t ro ll er  wou ld  not  wor k  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 r  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 r  would  e xpla in  the   m e tho ds  use d  in  the   creati on  of   r obotic  ar m s  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 g  ra pid  ro ta ti ng  w heels  acco rd i ng  to   th e  axes   [ 7 ] .   Gy r os c op e   is  us e d  to  m easur e  t he  angular   velocit y  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 e  are  so m e  step s  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  V       2   = 3 . 3   2 10 = 0 . 0 0 3 223   =                                   ( 1)         1 10 00  =   = 0.003 223g/bi t  = 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 (  ) =  ℎ (   )                                                  ( 5)     Accor ding  t o  I  Pu t u  Giova ni   Eli ezer  [ 7 ] ,   the  f un ct io n  of   gy ro sc ope  is   to  m easur e  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 r  m o m entum .  Acco r ding  t o  a nother   def in it ion,   it s  functi on   is  t o  determ ine  m ov em ents  relat i ve t o  gravit y.   Gyr os co pe   ha s   a   ve ry  im po rta nt  ro le   in   m ai nt ai nin g  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  a  de vice  wh ic h  ha s  a  si m il ar  fu nctio n  to  a  com pu te r,   bu t  it   is  sm al le r  in  siz e     [ 8 ] - [ 9 ] .  In   a  m ic ro co ntro ll e r,   the re  are  m e m or y  and   I / O  to ol  in  the  chip.   E xam ple:  Figu re  1.   a n  Ardu i no  mi cro co ntro ll e r.   C urren tl y,  t he re  are   m any  hom e  app li ance s  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 o  m ic ro co ntr oller       2.3.   Wheel chairs  and  Robotic   Ar ms  A ppli ca tio n   Wh e n  t he  wh e el chair  a nd  r obotic  arm s  are  tu rn e d  on,  gyr o  s ens or ,   w hich   is   sh a pe d  s o  that  it   loo ks  li ke   a  hat,  is   put  on  the  head  an d  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 d  t o  the  wh eel c hair  a nd  r obotic  a rm s  m ic ro co ntr ol le r  thr ough  W i - Fi  si gn al s .   Af te r    the  inf or m at ion   is  acq uired,  then  t he  w heelchair  or  the  r ob otic  arm s  wo uld   m ov e  accor di ng   to  the  ti lt .   Figure  2   is  a  flow c ha rt  showi ng   t he  pr ocess  of   t he  w heelchair  a nd  r obotic   arm s  m ov em ents.   Fig ur e  3  is  a  fl owchart   showi ng the  process  of  c on tr ol le r  (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 o  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 t  of  co ntr ol le r  (h at )       3.   RES ULTS  A ND AN ALY S IS   In  this  par t,   t he  resu lt s  of  gyr o  se nsor   im ple m entat ion   on  w heelchai rs  a nd  r obotic   arm s  would    be discus sed .     3.1.   Wheel chair  and r obot ic   ar ms scheme   The   w heelchai r  a nd  r obotic  a rm s  schem e  has  tw o  pa rts.   T he   fir st  on e   is   th e  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 n  t he  c on t ro ll er   pa rt,  there  a re   gyr o  sens or,   Ard uino  m ic ro con t ro ll er  a nd  W i - Fi  tra ns m itter .  I n  t he  wh e el chair  an d  r obotic  arm s  part ,  it   is  equ i pp e d  with   Wi - Fi  recei ver  wh ic h  w ould  be  co nnect ed  t o  A r du i no   m icr oc ontrolle r  t he n  w heelchai r/rob otic  arm s  s o  that  it   would  m ov e  accor ding  to  the  us e r’ s  wi ll .  Figu re  4   is  a  detai le d  schem e  on   the  co ntro ll er   an d    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 c  arm s  app li cat ion   is  con t ro ll ed  by  the  use r ’s  hea d  equ i pp e d  with  gy ro   se nsor .   The  se nso r   detect s  the  ti lt  o f t he use r’s  he ad a nd  se nd  th e  posit ion al   val ue o f a X,   a Y t o  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 r  the  ti lt   is  determ ined,   the  w heelchair/r obot ic   ar m s  would  m ov e  accor ding  t o  th e  acq uire d  in form ation   on  the  ti lt .  Ar duin o  functi ons  as  a   co ntr oller  of  w he el chair  or   ser vom otor   (X)   a nd  ( Y) .   Table  1  is  the   s pecifica ti on  of  the   dev ic e   and  s of t war e   us e d  i n  t he  w heelchair/r obot ic   arm s   app li cat ion.  T he  w heelchair   us es   a   m oto r  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 e  t he  rob otic  arm s  desi gn e d  is  us in g  acryl ic   equ i pped  with  five   s ervos   but  it   use d  only   tw o  servo .   Me anwhil e,  th e  li st  of   w hee lc hair  m ov em ents  ba sed   on   sent  si gn al s  delivere d  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 r  DC   - Ch air   - Batere  12   V      - Receiv er  W if i  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 r    - Ar m  of  Acrylic   - Batere  12   V    - Receiv er  W if i   AP C 2 2 0   1   5   1   1   1     2   Co n troller  (Hat)   - W if i  Tr an ceiv e r  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 s  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 r    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 r    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  2  is  a   li st  of   wh eel c hair   and  r obotic  ar m s  m ov e m ent  com m and s.  If   t he  W i - Fi  recei ver   receive s   F,  B,  L ,  R  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 d  the n  the  w he el chair  would  m ov e   to   the   le ft  w hile  le tt er  “R ”  w ou l d  m ake  it   m ov e   to   the   ri gh t.   “F ”  sig nal  m akes  it   m ov e  f orward  a nd   “B ”  sig nal  m akes  it   m ov e  Ba c kw a r d.   “ X”   sig n al   would  m ake  the   r obotic  a r m s  m ov e  to  t he   le ft  wh il e  “ 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 o  se nsor …  ( Asep Shola hu dd i n )   125   would  m ake  it   m ov e  to  the   op posit e  directi on.  “ U”  sig nal  would  m ake  the  r obotic  arm s  m ov e  to  the   U p  wh il e   “D”  sig nal  w ould  m ake  it   m ov e  t o  the  opposit e  directi on .   W het her   to  use   the  w heelchai r  or  r obotic   arm s   dep e nds   on   the   tim e  w hen  the   us er   is   gi ven  a   m enu   t o  ch oos e  bet ween  t he  t wo.  C hoos i ng  “wh eel c hair”   is  done   by  a  sh a rp   ti lt   to  the  le ft  w hile   choosi ng   “ rob otic  arm s”  is  t o  ti lt   to  the  opposit e  directi on.  E xperim ent  resu lt s  cou l d  be  f ound   i n  Table  3.   Ta ble  3  s hows   th e  res ult  of  t he  exp e rim ents  an d  al l  of  them   ha ve  desira ble  r esults.  Ther e f or e,  the  su ccess  r at e  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 r  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   2    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   6    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 s  us in g  hea d  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 n  A.   Seti awa n   H.  Indr a  M.   W hee lc h ai r   using Ki ne ct ,  UI - Unpad.   2015   [2]   S.  Hadi,   A .   Shol ahuddi n  and  L.   R ahmawat i .   “ Th e  design  and  pr el i m ina r y   implementa ti on  o f  low - co st  bra in - compute r   int erf ac e   for   enable   m oving  of   ro ll ing   robot .”   201 6  Int ernati onal   Confe renc e  on   I nformatic s and   Computing  ( ICIC) ,  Mata ram,   pp.   28 3 - 287,   2016 .   [3]   Sholahuddi n  A .   Seti awa n   H.   L an y .   Appl i cat ion   B rain  wav e  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 h  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 f  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 s  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 l  Gam e   Softwar e  W hic h   Me asure s  Att ent ion   and   Medi ta t ion  wi t h  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 e  vs.   ac c el e rom et er  m ea surem ent s  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.