İNSAN HAREKETLERİNİN TİP-2 BULANIK MANTIK TABANLI ANALİZ VE SİMÜLASYONU

Abstract

İnsan hareketlerinin yapısal, fiziksel ve matematiksel olarak modelleme çalışmaları özellikle günümüzde geniş çalışma alanı bulmaktadır. Robotik, bilgisayar görmesi ve biyomekanik analiz gibi birçok alanda kullanılabilen bu modellerin oluşturulması, yüksek serbestlik derecesi, büyük veri kümeleri ve karmaşık optimizasyon ve kontrol tekniklerinin gereksinimi nedeniyle zor bir problemdir. İnsan hareketlerinin modellenmesi için literatürde görüntü işleme, yapay zekâ ve akıllı tekniklerin kullanıldığı birçok çalışma bulunmaktadır. Bu tez çalışması, tip-2 bulanık sistemler için görüntü işleme tabanlı bir durulama yönteminin geliştirilmesi ile insan hareketlerinin bulanık mantık tabanlı modellenmesi ve kontrolü olmak üzere iki önemli katkı sunacaktır. Ayrıca, ilgili konularda ayrıntılı bir analiz verilecektir. Tez kapsamında ilk olarak tip-2 bulanık sistemlerin karmaşıklık analizi yapılarak, bu karmaşıklığın azaltılması için yeni bir durulaştırma yöntemi önerilmektedir. Simülasyon çalışmalarıyla doğrulanan yöntem var olan tekniklere göre etkili sonuçlar sunmaktadır. İkinci olarak insan hareketlerinin analizini yapmak üzere kullanılacak iki boyutlu beş segmentli insan modeli verilerek, bu model üzerinden hareketlerin kontrol ve analiz çalışmaları deneysel sonuçlarla doğrulanmaktadır. Temelde bulanık sistemleri kullanan kontrol yaklaşımında, tip-2 bulanık sistemin kullanılması ile elde edilen avantajlar net olarak ortaya konulmaktadır. Yürüme, kaldırma ve halter hareketlerinin modellenmesi, kontrolü ve analizi yapılarak aynı zamanda bu hareketlerin vücut bileşenlerinin kütlesi de dikkate alınarak kuvvet ve moment değişimleri de incelenmiştir. Deneysel verilerin kullanıldığı sonuçlardan da görülebileceği üzere önerilen kontrol bileşeni ve model çatısı basit, sağlam, etkili ve hızlı bir yaklaşım sunmaktadır. Sonuç olarak tez kapsamında tip-2 bulanık sistemleri için doğruluğu yüksek bir durulaştırma yöntemi ve bulanık sistemleri kullanan insan hareketlerinin modellenmesi ve analizi için bir yaklaşım önerilmiştir. Elde edilen sonuçlar çeşitli bilimsel yayınlarla pekiştirilmiştir.

Especially nowadays, there is a large work area for structural, physical and mathematical modelling studies of human movement. The formation of these models, which can be used in many areas such as robotic, computer vision and biomechanical analysis, is a difficult problem due to a high degree of freedom, large data sets and the requirement of complex optimization and control techniques. Although there are several studies using image processing, artificial intelligence and smart techniques for modelling of human movement in the literature. This thesis represents two significant contributions such as the development of image processing based defuzzication methods for type-2 fuzzy systems and fuzzy logic-based modelling and control of human movement, and gives a detailed analysis on related issues. In the context of this thesis, first of all, a new defuzzication method is suggested to reduce the complexity by analyzing complexity of type-2 fuzzy systems. The method which is verified by simulation studies produces effective results more than current techniques. Secondly, control and analysis studies through this model are confirmed by experimental results by giving a two-dimensional and five-segment human model to analyze human movement. The advantages obtained by using type-2 fuzzy systems are clearly provided in control approach basically using fuzzy systems. Modelling, control and analysis of walking, lifting and weightlifting movements are done and strength and at the same time, torque modulation are observed by considering the mass of body components. As it can be seen in the results using experimental data; proposed control component and model framework represent simple, solid, effective and quick approach. As a conclusion, high accuracy defuzzication method for type-2 fuzzy systems and an approach for modelling and analysis of human movement using fuzzy systems are suggested in the context of this thesis, and the results obtained are supported by several scientific publications.