Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Mérés és adatgyűjtés Esettanulmány Mingesz Róbert, Vadai Gergely 2014. április 17. 1.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Mérés és adatgyűjtés Esettanulmány Mingesz Róbert, Vadai Gergely 2014. április 17. 1."— Előadás másolata:

1 Mérés és adatgyűjtés Esettanulmány Mingesz Róbert, Vadai Gergely április 17. 1

2 Tartalom • Versenykajak teszter – Célkitűzés, koncepció – Megvalósíthatósági vizsgálat – Prototípus fejlesztés – Eszközfejlesztés, szoftverfejlesztés – Mérések – Jel analízis, mozgáselemzés – megfelelő indikátorok – Célszoftver készítése – További analízis 2

3 Kajak-kenu teszter • EDF Démász Szeged Vízisport Egyesület és az SZTE (DEAK Zrt.) együttműködése • Cél: a szegedi kajak-kenu sport támogatása • Kutatócsoportunk esetében: mérőműszer fejlesztése (feladat?) • Első lépés: célkitűzés meghatározása 3

4 Tudomány és sport Számos tudományterület: • Orvosi-élettani vizsgálatok • Sportpszichológia • Edzéstervezés • … 4

5 Tudomány és sport Informatikus, fizikus szemmel: • sporteszközök fejlesztése (hajó, lapát, ergométer) • technika tökéletesítése (kenu-kocsizás, K4, kajak?) • Edzést segítő műszerek fejlesztése – a sportoló aktuális teljesítményének mérése, rögzítése – értékelés, analízis, technikai hibák észlelése, fejlődés követése – segítség sportoló és edző számára 5

6 A munkafázisok • Előzetes egyeztetések, megbeszélések • Megvalósíthatósági tanulmány • Prototípus elkészítése • Mérések a prototípussal, szoftverfejlesztés, • Sorozatmérések, elemzési módszerek • A projekt zárása november 30. • További vizsgálatok… 6

7 A fejlesztés elemei • Hardverfejlesztés, tesztelés • Beágyazott szoftver – C • Elemzőszoftverek – LabVIEW • Végfelhasználói PC szoftver – Java 7

8 A koncepció • A versenyző hatékonyságának mérése • A teljesítmény minél nagyobb része a hajót előre vigye • Veszteségek minimalizálása • A versenyző mozgásának, fellépő erőknek minél részletesebb mérése? • Elég a kajak mozgásának mérése? • Tiszaparti eszmecsere 2009 őszén 8

9 Megvalósíthatósági tanulmány 9

10 A koncepció részletes kidolgozása • Meglévő megoldások • Mérési lehetőségek, korlátok • Pontosság, elemezhetőség, optimalizálási problémák • Szenzorok, beépíthető modulok • Hardver és szoftver lehetőségek • Univerzális, bővíthető műszer, előnyök • Az edzők és versenyzők számára érthető, hasznos információ 10

11 Irodalom • Gyorsulásmérés a 80-as évektől • Lapáterő mérés • Leginkább az evezés karakterisztikáját vizsgálták • Ergométer és valós evezés kapcsolata • Fiziológiai vizsgáltatok • Aneorób küszöb keresése • Számos ipari termék: 11

12 Létező megoldások Excalibur Paddle Merlin • Lapáterő nyúlásmérő bélyeggel • Effektív érték lapáton elhelyezett gyorsulásszenzorokkal • USB-n adattovábbítás • Impulzus számítás 12

13 Létező megoldások: Digitrainer DigiTrainer Polaritás Ltd. • Real-time • Bluetooth-on jeltovábbítás laptop-ra • 3-tengelyű gyorsulásszenzor • GPS (10 Hz) – sebesség… • Mellkaspánt – szívritmus • Asszimetria mérés • Google-térkép rajzolás 13

14 Minimax MiniMax B4 Catapult • GPS (10 HZ) • 3 tengelyű gyorsulásszenzor (100 Hz) • 3 tengelyű giroszkóp (100 Hz) • Magnetométer – irány meghatározása (30 Hz) • Mellkaspánt – szívritmus • Valós idejű kommunikáció akár okostelefonnal is • Horribilis ár 14

15 WEBA Sport 15

16 Kezdeti lépések, tesztek 16

17 Gyorsulás 17

18 Gyorsulás és számított sebesség 18

19 Vezeték nélküli szenzorok a lapáton giroszkóp jel 19

20 20

21 Mozgásérzékelés? • Koordináták kiszámítása numerikus integrálással? – nem lehetséges – Pontosság – Hibák összegzése • Információnyerés az adatsorok mintázatából • Lehetetlen az evezés „pontos” kiértékelése: – Nincs optimális technika – Egyéb körülmények (időjárás, mentális állapot, szurkolás) – Szenzorok pontatlansága • Nincs egyszerű szám, mennyiség, amivel jellemezhetjük a teljesítményt – sok szenzor, sok görbe? • Elvárás a könnyen értelmezhető indikátor 21

22 Célkitűzés • Egyszerű, mégis megbízható indikátorok meghatározása • Edzést segítő mérőműszer fejlesztése Megközelítésünk: • Kajak mozgásának mérése • Offline kiértékelés • Nagyszámú mozgásjel alapján: – paraméterek meghatározása – kiértékelése különböző sportolók, körülmények esetén • Megfelelő indikátorok keresése

23 Saját fejlesztések 23

24 Szenzorok, amiket terveztünk • 3 tengelyű gyorsulásszenzor • 3 tengelyű giroszkóp • Külső szenzorok: – Magnetométer (3 tengelyű iránytű) – Sebesség mérése (propeller, Pitot-cső) – Pletizmográf – Lapáterő, további gyorsulásszenzorok – Digitális kimenetű szenzorok (GPS, EKG, stb) – Opcionálisan vezeték nélküli szenzormodulok 24

25 Hardverfejlesztés • Követelmények – Vízhatlanság – Hosszú működési idő – Nagymennyiségű adat tárolása – Adatok egyszerű kiolvashatósága – USB 2.0 – Akkumulátoros működés, tölthetőség (USB) – Egyszerű kezelhetőség, állapotjelzés, figyelmeztetések – Bővíthetőség 25

26 A mi első tervünk 26

27 Gyorsulásszenzorok, giroszkópok 27

28 Freescale és saját modul 28

29 Működési elv 29

30 Magnetométer, inerciaszenzor 30

31 Deformáció, erő mérése 31

32 Élettani jelek mérése: EKG mellpánt, fotopletizmográf 32

33 Az első prototípus 33

34 Az első prototípus dobozolva IP65, tud úszni istud úszni is 34

35 Mechanikai rögzítés 35

36 Az újabb verzió: 5 darab készült 36

37 A műszer elhelyezése 37

38 Blokkvázlat 38

39 Az újabb verzió: USB adapter 39

40 Az újabb verzió 40

41 41

42 42

43 43

44 Specifikációk • IP65 szabványú, vízhatlan doboz, • Speciális konzol a rögzítéshez • Nyomógomb, LED a mérési beállításokhoz • PC-n Java környezetben készített szoftver végzi az adatok lementését és kiértékelését • Három csatlakozó külső szenzorok és digitális perifériák csatlakoztatásához • C8051F580 mikrovezérlő, 12 bites analóg- digitális konverter 44

45 Adatok tárolása, kiolvasása • 4GB microSD kártya • Több mérés indítható, tárolt adatok: – Idő (beépített RTC) – Szenzoradatok (konfigurálható) – Opcionálisan: külső jelek • Adatolvasás, PC fájlok létrehozása: – USB 2.0 port (külön adapter) – Tárolt adatok kiolvasása – Versenyző adatai – Egyedi fájlformátum 45

46 Beágyazott szoftver • Alacsony fogyasztású üzemmód • Kommunikéció a felhasználóval: nyomógomb, LED, zümmer kezelése • Adatgyűjtés a kiválasztott szenzorokkal, SD- kártyára mentés • Akkumulátor mérése, töltése (USB portról) • USB kommunikáció – Konfigurálás (sznzorok, mintavételi ráta, stb.) – Az SD-kártyán tárolt adatok továbbítása – Valós idejű mód (teszteléshez) 46

47 A műszer konfigurálása 47

48 A mért jelek 48

49 GyorsulásSzögsebesség X Y Z Pitch Roll Yaw

50 Megoldásunk • Mintázat alapján találni mérőszámokat • Sok elegáns lehetőség • Mi megoldásunk: Paraméterek, mérőszámok megállapítása fizikai információt hordozó paraméterek alapján (evezések ideje, impulzusa, szórása, fluktuációi, stb.) 50

51 Mi megoldásunk: • Lépései: – Jelek értelmezése – Paraméterek hozzárendelése – Egy idősoron a paraméterek változásainak vizsgálata – Ez alapján Protokoll készítése – Protokoll vizsgálata különböző sportolók és külső körülmények esetén – Plusz információt hordozó mérőszámok meghatározása 51

52 Mérések • 26 sportoló – Különböző kor, nem és technikai felkészültség • 4 eszköz, >100 óra rögzített adatsor • Különböző típusú evezések: – edzés: egyenletes evezés – pályaevezés: táv minél gyorsabb megtétele • 80 másodperces evezési szakaszok • Tranziens szakaszok (rajt, sprint) kivágva

53 Videó analízis x-irányú gyorsulás pitch irányú szögsebesség

54 „Klasszikus” paraméterek Alapmennyiségek: • Periódusidő: Húzásidő + Légmunka • Evezési impulzus [m/s] Alternatív paraméterek: • Csapásszám • Mechanikai impulzus[kg*m/s] • Szimmetrika faktor

55 Jobb kéz/Bal kéz x-irányú gyorsulás yaw irányú szögsebesség

56 Paddler 2 Edzés – technikai hiba Paddler m sprint verseny Paraméter detektálás • Detektálás az x-irányú gyorsulás alapján: – Csúcskereső és szintmetszés alapú algoritmusokkal – Yaw irányú giroszkóp jel segít • Sok esetben a jelek komplexebbek – Detektálás jóval nehezebb, pontatlanabb

57 Paddler 2 Edzés Technikai hiba Paddler 1 Edzés Technikai hibák • Frekvenciatartományban: FFT Hanning ablakozással, 10 másodperces intervallumok átlagolásával

58 Tipikus protokoll • Paddler1 • • • Sun Jul 17 21:20:10 CEST 2011 • \ Tükör Síma víz • k1-1000m Előfutam 2.Helyezés • húzás idejének átlaga (ms) 224,492 • húzás idejének szórása (ms) 10,549 • húzás közötti idő átlaga (ms) 450,641 • húzás közötti idő szórása (ms) 23,002 • húzás/húzásközött 0,498 • átlagos csapás/perc (db/min) gyorsulásból 89,001 • csapás/perc szórása (db/min) gyorsulásból 3,428 • átlagos csapás/perc (db/min) bólogatásból 89,032 • csapás/perc szórása (db/min) bólogatásból 3,571 • átlagos csapás/perc (db/min) forgásból 88,998 • csapás/perc szórása (db/min) forgásból 3,598 • átlagos impulzus/húzás 2160,734 • impulzus/húzás szórása 216,717 • jobb kéz átlagos impulzusa 1967,013 • jobb kéz impulzusának szórása 90,694 • bal kéz átlagos impulzusa 2354,455 • bal kéz impulzusának szórása 100,834 • gyenge/erős kéz arány 0,835 • összimpulzus/perc ,2 58

59 Trend görbék Paddler m race • Csapásszám giroszkóp jelekből (technikai hibák nem terhelik) • Evezési impulzus stabilitás és fáradás • total impulse/min faktor

60 Trendgörbék 60

61 Trendgörbék 61

62 Evezőcsapások trendje EdzésVerseny A húzás ideje alig változik edzésen és versenyen, csak a közte eltelt idő csökken! 62

63 Trend görbék Left hand stroke Right hand stroke

64 Mozgásjelek fluktuációanalízise 64

65 Kezdő (13 éves) Profi versenyő (aszimmetrikus stílus) Világbajnok • Evezési impulzus Evezési impulzus ingadozása

66 • Periódusidő Periódusidő ingadozása Kezdő (13 éves) Profi versenyő (aszimmetrikus stílus) Világbajnok

67 Evezési impulzus SD Periódusidő SD Paraméterek szórása (SD) • Szórás (Standard deviation, SD) szignifikánsan csökken az életkorral • Kapcsolat a technikai szinttel? • Életkor és technikai szint?

68 Evezési impulzus Periódus- idő Világbajnok Kor: 32 Profi versenyző Kor: 21 Kezdő Kor: 13 aszimetrikus Poincaré plotok

69 Mozgásjelek spektrális analízise • Probléma: detektálás pontatlansága – főként komplexebb jelek esetében • Kerüljük el a detektáló algoritmusokat • Indikátor meghatározása nyers jelekből • Láttuk, hogy az evezés regularitása fontos: • Mozgásjelek teljesítménysűrűség spektruma (PSD) – Hanning ablak, – 10-es mozgóátlaggal simítva, – normálva a domináns frekvenciákhoz

70 Világbajnok Profi versenyző (aszimetrikus stílus) Kezdő (13 éves) • Domináns frekvencia: első felharmonikus (egy húzáshoz tartozik, mindegy melyik kézzel) • x-irányú gyorsulás PSD Teljesítménysűrűség spektrum

71 • Domináns frekvencia: alapharmonikus (egy jobb és egy bal kezes evezés együtteséhez tartozik) • Roll irányú szögsebesség PSD Teljesítménysűrűség spektrum Világbajnok Profi versenyző (aszimetrikus stílus) Kezdő (13 éves)

72 Jel/zaj viszony (SNR) • Determinisztikus rész: harmonikusok • Zaj: a spektrum maradék része • Más definíció?

73 Jel/zaj viszony (SNR) • Szignifikánsan nő az életkorral • Mind a 6 jel esetén Roll-irányú szögsebesség SNR

74 További analízis • Spektrális ablak hatása • SNR analízise • Tranziensek kezelése? – versenystratégia • Technikai minőség szerinti osztályozás: – ne életkor alapján – edző osztályozása – futamidők (korcsoport) • Egyéni fejlődés hosszú távú megfigyelése • Más sportok? (lényeg a periodikus mozgás)

75 Továbblépési lehetőségek • Tranziens analízis • Az evezési időközök, impulzusok statisztikája • Pontos pillanatnyi sebességmérés • Optimalizálás: – Csak a szükséges szenzorok – veszteségbecslések – Kompaktabb műszer – Egyszerű jellemző számok, trendgörbék • Vezeték nélküli kommunikáció 75

76 Pillanatnyi sebesség mérése 76

77 Frekvenciamodulált jel 77

78 Frekvenciademodulált jel: sebesség 78

79 Sebességgörbe 79

80 Sebességtranziens (edzői javaslat) 80

81 ... vége... Köszönöm a figyelmet 81


Letölteni ppt "Mérés és adatgyűjtés Esettanulmány Mingesz Róbert, Vadai Gergely 2014. április 17. 1."

Hasonló előadás


Google Hirdetések