طراحي، ساخت و آزمون حسگرهاي پوشيدني آناليز حركات ورزشي

Design, Manufacturing, and Test of a Wearable Device to Monitor Athlete's Body Movements

در راستاي كاهش محدوديت‌ها و بررسي حركات بدن فرد در حين ورزش، در اين پژوهش دستگاهي مبتني بر حسگرهاي پوشيدني معرفي شده است. اين دستگاه براي توصيف كردن، كميت دادن و طبقه بندي حركت‌هاي حاصل از عملكرد مكانيكي بدن انسان استفاده مي‌شود و به پردازش تصوير نياز ندارد. حسگر پوشيدني طراحي شده از تعدادي ماژول به صورت بي‌سيم طراحي و ساخته شده كه علاوه بر هزينه كم، قابليت استفاده آسان در محيط‌هاي واقعي و بدون محدوديت حركتي را دارد. در اين روش توصيف كمي حركت بدن فرد مورد آزمايش ، توسط ماژول‌هاي بي‌سيم ساخته شده و با استفاده از داده‌هاي جمع‌آوري‌شده توسط اين ماژول‌ها صورت مي‌پذيرد. در ادامه جهت تحليل داده‌هاي استخراج‌شده از حركات بدن يك ورزشكار، اين داده‌ها بر روي محيط متلب شبيه‌سازي‌شده و برخي پارامترهاي سينماتيكي و سينتيكي آن مورد بررسي قرار گرفته است. سپس مقايسه كيفيت حركت يك ورزشكار حرفه‌اي و ورزشكار مبتدي مورد مقايسه قرار گرفت كه كارايي دستگاه طراحي شده مورد سنجش قرار گرفت و نتايج حاصله آورده شده است. پس از ساخت چند نمونه از اين ماژول حركت سنج، از آن براي بررسي چندين حركت ورزشي شامل حركت لگدزدن در كاراته، حركت جلو بازو با وزنه، راه‌رفتن استفاده شد. همچنين براي بررسي صحت داده‌هاي ثبت‌شده و محاسبه گشتاورها و نيروهاي ديناميكي براي هريك از فعاليت‌هاي فوق يك مدل رياضي در قسمت مدل‌سازي مكانيكي نرم‌افزار متلب توسعه داده‌شده است.

In this paper, a device based on wearable sensors is introduced to describe quantitative body movements in different sports. This device can be an alternative to Image processing techniques. Image processing devices have always been used to describe quantitative body movements, which in addition to being costly, have to be used in specific conditions. The device is built from a number of wireless modules that are easy to use in real-world environments with no limitations. In this method, a quantitative description of movement is made by wireless modules and is performed by the data collected from these modules. In order to analyze the data that was extracted from an athlete's body movements with these wearable sensors, the outputs are simulated in Matlab, and some of its kinematic and kinetic parameters have been studied. Then, at the end of this paper, the quality of movement of a professional athlete and a beginner athlete are compared, and the result is shown. Kinematic and dynamic analyzes on the above activities showed the following results: The movements are generally correctly recorded. The kinematic analyzes performed for the various movements are consistent with the facts. For example, the kinematic analysis of the recorded motions showed that the coaching movement was more beautifully performed, and this was evident qualitatively during the movement.