Sensorsystem steuert Rollstuhl über Kopfbewegungen

31/10/2014
Foto: Mit Sensorsystem gesteuerter Rollstuhl

Mittels Sensoren, die am Hut des Rollstuhlfahrers angebracht sind, kann der Rollstuhl durch Bewegungen des Kopfes intuitiv gesteuert werden; © Oliver Dietze

Ein Team aus sechs Studenten der Fächer Mechatronik sowie Mikrotechnologie und Nanostrukturen hat an der Saar-Uni ein System entwickelt, das es möglich macht, einen Elektrorollstuhl nur mit Kopfbewegungen zu steuern. Es beruht auf empfindlichen Sensoren, die am Rollstuhl und – versteckt etwa in einem Hut – am Kopf des Rollstuhlfahrers angebracht sind.

Der Rollstuhl fährt nach links, wenn der Fahrer seinen Kopf nach links dreht, er beschleunigt nach kurzem Nicken, wird langsamer, wenn der Kopf leicht zurückgelegt wird, und kommt so auch zum Stehen. Ein erneutes Zurücklegen des Kopfes, nachdem der Rollstuhl gestoppt hat, löst den Rückwärtsgang aus. Die Sensor-Steuerung, die das Studenten-Team entwickelt hat, ist intuitiv und ermöglicht dem Fahrer, seinen Rollstuhl ganz berührungslos, nur mit kleinen Kopfbewegungen zu lenken.

"Wir setzen hierbei eine Kombination aus Drehraten- und Beschleunigungssensoren ein", erklärt Studentin Ida Stapf. Die 22-Jährige hat die Steuerung gemeinsam mit Claudia Daut, Tobias Zengerle, Julian Joppich, Manuel Quaring und Vlad Serea entwickelt. "Die Idee dazu kam uns nach einer Vorlesung von Professor Helmut Seidel über Mikromechanik", ergänzt Claudia Daut. An Seidels Lehrstuhl haben die Studenten ihr System auch gebaut und getestet.

Der Mix aus Drehraten- und Beschleunigungssensoren ist sowohl am Rollstuhl als auch am Kopf des Fahrers befestigt. "Die Sensoren können unauffällig etwa in einem Stirnband oder einem Hut untergebracht werden", sagt Ida Stapf. "Die Drehratensensoren ermitteln ständig, um welchen Winkel sich Kopf und Rollstuhl drehen, die Beschleunigungssensoren messen vor allem, in welche Richtung sie selbst geneigt werden. Beide Sensoren arbeiten dabei zusammen und stimmen letzte Feinheiten ab", erklärt sie.

Die Messdaten, die die Sensoren an Rollstuhl und Kopf aufzeichnen, laufen in einem Mikro-Controller am Rollstuhl zusammen, sozusagen im Gehirn des Systems: Hier wird anhand von mathematischen Gleichungen berechnet, wie der Kopf des Fahrers in Bezug zum Rollstuhl ausgerichtet ist, es werden Schlussfolgerungen aus den Kopfbewegungen gezogen und entsprechende Befehle an die Lenkung des Rollstuhls weitergeschickt. "Diese Befehle speisen wir einfach über das Kabel der am Rollstuhl vorhandenen Steuerung ein", erklärt Claudia Daut. "Es ist auch möglich, von der Kopfsteuerung auf manuelle Steuerung umzuschalten; dann werden die Bewegungsdaten eines Joysticks zur Lenkung herangezogen", sagt Ida Stapf.

Mit ihrem Prototyp bewerben sich die Studenten beim Cosima-Wettbewerb, der jährlich vom Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) ausgeschrieben wird.

REHACARE.de; Quelle: Universität des Saarlandes

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