EMG-Roboter-Steuerung

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EMG-Roboter-Steuerung

Dieses Projekt befasst sich mit der Steuerung eines Roboters (Robosapien V2 der Firma WowWee) durch Muskelkontraktion und wird unter dem Gesichtpunkt betrachtet, es Unfallopfern durch “Anzapfen“ intakter Muskel- bzw. Nervensträngen zu ermöglichen, eine Prothese bestmöglich zu steuern. In dieser Projektarbeit werden hierzu aber lediglich Grundsteine für die Arbeit auf diesem Gebiet gelegt. EMGRobo Uebersicht.jpg


Die von uns verwendete EEG-Schaltung des ModularEEG bezieht sich auf ein seit Jahren bestehendes und immer wieder mit neuen Ideen versehenes Open Source Projekt welches sich mit Hardware, Software, Elekroden, und der Auswertung der Signale beschäftigt. OpenEEG [1] Die ModularEEG Platinen können blank oder auch bestückt bei OLIMEX [2] bezogen werden.

ModularEEG.jpg

Die Auswertung der Signale erfolgt über die OpenSource Software BrainBay[3]. Es wurde ein Softwareupdate erstellt welches es ermöglicht Daten über LPT zu übertragen. Wir verwendeten diese Möglichkeit der Kommunikation mit der Infrarot-Ausgangschaltung. Um die gemessenen Signale an den Roboter übertragen zu können wurde eine Testschaltung konzipiert welche mittels einer Astabiler Kippstufe die Trägerfrequenz des Roboters erzeugt und dieser die vom Microcontroller erzeugten HEX-Befehle[4] überlagert.


Infrarot Schaltung: (Klicken für Bauteile)

Schaltplan Infrarot.jpg

Hierbei wurde auf der entwickelten Schaltung die Möglichkeit offen gelassen die Datenkommunkation durch Jumper zu erweitern und das evtl. schon im PC fertig Modulierte Signal direkt zu senden.


Zusammenfassung und Ausblick:


• Funktionstüchtiges EMG – Board -> erreicht

• Aufbau und Inbetriebnahme von aktiven Elektroden -> erreicht

• Vergleich von aktiven und passiven Elektroden -> erreicht

• Aufnahmen verschiedenster EMG Signale -> erreicht

• Verbesserung der Übertragungsqualität und Beseitigung von Störungen -> erreicht

• Aufbau und Testen einer Infrarotschaltung -> erreicht

• Ansteuern eines Roboters mittels der Infrarotschaltung -> erreicht

• Schnittstelle zwischen Infrarotschaltung und PC mittels Mikrokontroller -> erreicht

•[Bericht]


• Kommunikation zwischen PC und Mikrokontroller auf der Infrarotschaltung -> nicht erreicht:

• Klare Definition der Signalpegel in BrainBay -> nicht erreicht: Beim Versuch dem Signal ordentliche Pegel zuzuweisen, sind wir auf folgende Probleme gestoßen:

Das Signal ist sehr träge und die Amplituden (abhängig vom Muskel) schwanken hochfrequent zwischen ± 500μV. Weder durch eine Quadratur, noch durch eine Mittelwertbildung in BrainBay konnten wir geeignete Pegel definieren.

• Kommunikation über USB -> nicht erreicht: Anfangs versuchten wir die Kommunikation über einen USB Dongle der Firma FTDI aufzubauen, welchen wir kostenlos auf einer Messe erstanden haben. Wir mussten leider feststellen, dass diesbezüglich eine schlechte Dokumentation vorhanden ist und fertige USB Schnittstellen den Rahmen unseres Budgets überschritten hätten. Deshalb wählten wir den Standartweg über LPT1 und RS232. Da dieses Projekt nur einen Grundstein legen soll, gibt es deshalb natürlich viele Erweiterungsmöglichkeiten:

1. Datenübermittlung und Spannungsversorgung über USB:

Da das EMG derzeit mit einer 9V Batterie versorgt wird, soll es mit einem USB Anschluss möglich sein, das EMG nur mit der USB Verbindung zu versorgen (5V) und Daten zu übertragen. Dafür müssten allerdings Änderungen, zur Spannungsversorgung für 5V, am Digital Board durchgeführt werden.

2. Optimierung der Software:

Die Software der Infrarotschaltung könnte noch endgültig angepasst werden, sodass die Umsetzung und Auswertung der vom PC kommenden Signale möglich ist. D.h. dass beim Heben des Rechten Arms sich auch nur der Rechte Arm des Roboters hebt. Ebenso wäre es möglich den Atmega8 auf der Infrarotschaltung komplett zu umgehen, indem das Programm des Atmega 8 für die Armsteuerung in den Quellcode von BrainBay eingepasst wird.

3. Verbessern der aktiven Elektroden:

Da bei den bisherigen aktiven Elektroden noch zu große Störungen vorhanden sind, könnte man eine genauere Untersuchung durchführen, warum die Störungen um einiges größer sind als bei den passiven Elektroden. Hierfür könnte man ein komplett neues Layout entwerfen.

4. Erweiterung der Signalübertragung:

Da bisher der Roboter “nur“ zwei Bewegungen durchführen kann, könnte man dieses Bewegunsspektrum um mehrere Bewegungen erweitern z.B. Bewegen der Beine oder ähnliches. Hierfür wurde eine Erweiterungsmöglichkeit auf der Infrarotschaltung bedacht, die es erlaubt mehrere Eingänge des Atmega 8 zu verwenden.

5. Übertragen der Signale per Funk:

Um übermäßig viele Kabel zu umgehen, könnte der komplette Versuchsaufbau mit Funkelementen ausgestattet werden, sodass jegliche Kabel entfallen würden.