Dört rotorlu insansız hava aracının görsel geri beslemeli birleştirilmiş EEG ve EMG biyolojik sinyalleri ile kontrolü

Abstract

Bu tez çalışmasında, EEG (Elektroensefalogram) ve EMG (Elektromyogram) biyolojik sinyalleri kullanılarak 4 rotorlu bir insansız hava aracının (İHA) hem gerçek ortamda hem de performans testlerinin de yapılabildiği bir sanal gerçeklik ortamında uçuş kontrolü gerçekleştirilmiştir. Sanal gerçeklik oyunu içerisinde ve gerçek İHA kontrolü uygulamasında yörünge planlama ile kontrol performansı çıkarılmıştır. Bu amaç için oluşturulan sanal gerçeklik oyunu içerisinde uçuş kontrollerinin simüle edilmesi, farklı gerçeklik ortamlarında yörünge planlaması ve uçuş kontrol performansının test edilmesi amaçlanmıştır. EEG sinyali İHA'nın kalkış ve inişi için, EMG sinyali ise İHA'yı yönlendirmek (sağa, sola, ileri, geri hareket işlemi) için kullanılmıştır. Yönlendirme komutlarının oluşturulması için EEG ve EMG sinyalleri ile filtreleme, özellik çıkarma, boyut azaltma ve sınıflandırma işlemleri yapılmıştır. Özellik çıkarımı yapılırken hem zaman hem de frekans domenli özelliklerden faydalanılmıştır. Sınıflandırıcı olarak da EYK, LDA, KDA, YSA, DVM ve Naive Bayes sınıflandırıcı algoritmaları kullanılmıştır. Bu çalışma ve yapılan performans testleri neticesinde, biyolojik sinyaller kullanılarak bir İHA'nın uçuş kontrolleri başarıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca engelli insanların kas ve düşünce gücü ile yönlendirme yapabilecekleri bir sanal gerçeklik uygulaması oluşturulmuştur. Tasarlanan farklı sahnelere sahip oyun ortamında, uçuş keyfini tamamen düşünerek ve kaslarını oynatarak yapabilmeleri sağlanmıştır. Böylelikle birçok aleti, oyuncağı veya makineyi kontrol etmekte kullanılan pahalı eldivenlere, joystiklere veya kumandalara alternatif sunulmuştur. Kısmi ortopedik engelli bireyler için fizik tedaviye alternatif bir uygulama oluşturulmuştur. Birçok alanda veya sektörde oldukça sık kullanılan dört rotorlu İHA kontrolüne, hibrit biyolojik sinyalleri ile kontrol edilerek yeni bir boyut kazandırılmıştır. Gelecek çalışmalara ilham oluşturacak bu özellikler, bu tez çalışmasının özgün tarafını da oluşturmaktadır.

In this thesis study, flight control was carried out using a 4-rotor unmanned aerial vehicle using EEG (Electroencephalogram) and EMG (Electromyogram) biological signals, in the real-world and virtual reality environment where performance tests can be performed. Control performance is achieved by trajectory planning in virtual reality game and real unmanned aerial control application. For this purpose, it is aimed to simulate flight controls in virtual reality game, to plan orbit in different reality environments and to test flight control performance. The EEG signal is used for take-off and landing of the UAV (Unmanned Aerial Vehicle), and the EMG signal is used to move the UAV to the right, left, forward, and backward. Filtering, feature extraction, size reduction and classification were performed with EEG and EMG signals for the creation of direction commands. When the feature extraction is performed, both time and frequency domain features are utilized. EYK, LDA, KDA, YSA, DVM and Naive Bayes classification algorithms are used as classifier. As a result of these studies and performance tests, flight control of an unmanned aerial vehicle using biological signals have been successfully performed. In addition, a virtual reality application was created to enable people with disabilities to control with muscle and mind power. In the game environment with different designed scenes, it is possible to think about flight pleasure completely and to play by playing the muscles. Thus, a system is offered as an alternative to expensive gloves joysticks or remote controllers used to control many tools, toys or machines. An alternative application for physical treatment for partial orthopedically impaired individuals has been established. A new dimension has been added to the four-rotor unmanned aerial vehicle control, which is often used in many areas or industries. These characteristics, which will inspire future work, also constitute the original side of our work.