Elektrikli tekerlekli sandalyenin kafa hareketleri ile yarı otonom kontrolü

Tekerlekli sandalyeler, hareket yeteneği kısıtlı olan insanların ulaşım ihtiyacını karşılamak için kullanılan araçlardır. Tekerlekli sandalyenin tekerleklerini hareket ettirebilecek kol gücüne ve hareketine sahip olan insanlar manuel tekerlekli sandalyeyi kullanabilirken, tekerlekleri hareket ettirebilme yeteneğine sahip olmayan insanlar elektrikli tekerlekli sandalyeleri tercih etmektedir. Elektrikli tekerlekli sandalyelerde, tekerlekleri tahrik eden motorlar ve kullanıcının sistemi kontrol edebildiği bir kumanda kolu bulunmaktadır. Kullanıcı, kumanda kolu sayesinde sandalyenin hareket etmesini istediği açısal ve çizgisel hız referanslarını girmektedir ve kullanıcı tarafından verilen hız referansları motorlara iletilerek tekerlekler tahrik edilmektedir. Elektrikli tekerlekli sandalyeyi kullanacak olan kişilerin kumanda kolunu kontrol edebilecek yeteneğe sahip olmaları gerekmektedir. Eğer kullanıcı kumanda kolunu hareket ettirebilecek yeteneğe sahip değilse, sandalyeyi kontrol edebileceği yardımcı bir sisteme ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışma kapsamında tasarlanan elektrikli tekerlekli sandalye, boyundan aşağısı felçli veya kısmen felçli olan insanlar için geliştirilmiştir. Kullanılan yönelim sensörü (IMU) sayesinde kullanıcının kafa hareketleri algılanarak sisteme açısal ve çizgisel hız referansları verilmiştir ve kumanda kolu yerine kullanılan bir sistem tasarlanmıştır. Elektrikli tekerlekli sandalye, kumanda kolu kullanılarak el ile hassas bir şekilde kontrol edilebilirken, kafa hareketleri ile sandalyenin kontrolü daha zor olmaktadır. Bu yüzden sandalyenin güvenliğini sağlayan ilave sistemlere ihtiyaç duyulmuştur. Sandalyenin hareketi sırasında kullanıcının güvenliğini sağlamak amacıyla sistem, yarı otonom engelden kaçınma yöntemi ile desteklenmiştir. Yarı otonom engelden kaçınma yöntemi olarak tez çalışması kapsamında geliştirilen FGM tabanlı FGM-I yöntemi kullanılmıştır. FGM yöntemi, görüş alanı içerisinde bulunan en büyük boşlukları kullanarak aracın hedefe güvenli bir şekilde ulaşmasını sağlayan bir yöntemdir ve araç için son yönelim açısı hesaplamaktadır. FGM-I yöntemi ise boşluk seçimini, boşluk uzunluğuna ve boşluğun orta noktasının hedef noktası ile arasında kalan açıya göre yapmaktadır. Kullanıcı kafa hareketleri ile sisteme, FGM-I yönteminin bir girişi olan ve son yönelim açısının hesaplanmasında kullanılan hedef açısını vermektedir. Bu sayede, kullanıcının çarpışma olmadan sandalye ile istediği hedefe ulaşabileceği yarı otonom kontrol edilen bir sistem oluşturulmuştur. Kullanıcının kafa hareketleri ile sisteme çizgisel hız referansı vermesi de bazı durumlarda tehlikeli olabilmektedir. Bu yüzden sisteme bulanık mantık tabanlı bir hız planlama yöntemi entegre edilmiştir. Sandalyenin hareketini gerçekleştirdiği ortamda bulunan engellerin mesafesi ve konumu ile birlikte kullanıcı tarafından sisteme verilen çizgisel hız referansı kullanılarak bulanık mantıkla bir dinamik risk faktörü hesaplanmıştır. Bu dinamik risk faktörü ile güvenli bir hız referansı elde edilmiştir. Kullanıcı tarafından sisteme verilen hız referansı ve bulanık mantık ile hesaplanan hız referansı, yine dinamik risk faktörleri kullanılarak hesaplanan katsayılar ile ağırlıklandırılarak sistemin hareketinde kullanacağı bir çizgisel hız referansı elde edilmiştir. Bu sayede, elektrikli tekerlekli sandalyenin, hem engelden kaçınma hem de hız planlama desteğiyle yarı otonom olarak kafa hareketleri ile kontrolü sağlanmıştır.