Mozgáselemzés MEMS alapú gyorsulás mérő adatai alapján Nyers Szabina Konzulens: Tihanyi Attila Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológia Kar
• Feladatok: • Végezzen irodalom kutatást, mely tartalmazza a MEMS eszközök működését, és felhasználhatóságát! Az irodalomkutatás terjedjen ki a MEMS eszközök sportban történő alkalmazásának eddigi eredményeire is. • Tekintse át, és foglalja össze a különböző mozgások elemzésére használt megoldásokat függetlenül attól, hogy milyen módszerrel történt a mozgás rögzítése! • A hasonló témában elért eredmények felhasználásával adjon javaslatot a vázolt feladat megoldására! • Készítsen minta rendszert és annak felhasználásával rögzítsen adatokat. Az adatrögzítést és előzetes méréseket úgy tervezze meg, hogy a feladat körülményeit pontosan modellezzék. • Végezze a tervezett méréseket a rendelkezésre álló eszközökkel, és gyűjtsön mérési adatokat! • A mérési eredményeket jelenítse meg, és elemezze annak érdekében, hogy megállapítsa, hogy mely matematikai módszerekkel, eljárásokkal lehetséges felhasználható eredmény elérése! • Értékelje az elvégzett munkát, és határozza meg, hogy mennyire használható a kialakított rendszer. Adjon javaslatot a módosításra és továbbfejlesztésre!
Irodalomkutatás, MEMS eszközök • Mikro-elektro mechanikai rendszerek • Elektronikai, mechanikai elemek integrációja egy szilícium felületen • Egészségügyben Bio-MEMS, légzsák vezérlés, nyomtatók, DMD-chip • Futás, Forma-1, Kajak-Kenu • Kajak-Kenu a vízszintes, Z tengelyre összpontosít Gyorsulás, csapásszám, csapás/perc
Mozgáselemzés • •
•
•
Egy teniszütőre rögzített szenzor segítségével vizsgáljuk annak mozgását eltérő körülmények között Szerva, lapos szerva, nyesett szerva, pörgetett szerva, pörgetett- nyesett szerva, csavart adogatás, tenyeres ütések, fonák ütések Rögzítésre és elemzésre használatos eszközök lehetnek a magnetométerek, iránytűk, G gyorsulás szenzor, Gyro szög gyorsulás szenzor G szenzoron belül vizsgálva a kapacitív, induktív gyorsulásérzékelőket valamint piezzoelektromos és piezzorezisztív érzékelőket kerámia illetve nyúlásmérő érzékelőelemmel
Egyszerű megközelítés • Fontos, hogy az eszköz tárolja is, ne csak mérje az adatokat • Egy 3D-s gyorsulásmérő szenzor folyamatosan figyeli a teniszütő mozgását • Mikrokontrolleres vezérlő használata, mely percenként több mint százszor rögzíti az X, Y, Z tengelyen mért pillanatnyi értékeket • Rögzített adatokból, számítógép segítségével további elemzés elvégzése • Vizsgálva azt a részfeladatot, amikor az ütő és a labda találkozik
Mérések megtervezése • G szenzor segítségével statikus állapot vizsgálata, mérése, mely az X, Y, Z koordinátákat foglalja magába • Ütő forgásának viselkedése az adott tengelyek körüli forgatása közben • Suhintás közbeni mérés • A labda mozdulatlan állapotának vizsgálata – szerva • Különböző irányokból érkező labda rögzített ütőre érkezésének tulajdonságai • Laboratóriumi körülmények között
Mérési adatok gyűjtése, megjelenítése Megvalósított mérések • Eszközök: Gyorsulásmérő, G szenzor és egy 4 csatornás oszcilloszkóp segítségével végeztem el a méréseket • A 3 irányú gyorsulásmérő az egymásra merőleges tengely reprezentálására volt alkalmas
Statikus, vízszintes állapot
Mérési adatok gyűjtése, megjelenítése Forgatás az X tengely körül
Rögzített ütő, függőleges labda
A szenzor érzékenysége miatt jól látható, hogy a rögzített ütőn mért jelek mennyire túlvezéreltek a kézben tartotthoz képest. Mind a három irányban van elmozdulás.
Értékelés, továbbfejlesztés • Az eszköz jól tükrözi a valós életben előforduló mozdulatokat, ütésfajtákat • Azonban önmagában a G szenzor nem elég pontos a feladat elvégzéséhez,még akkor sem, ha a szenzor megfelelő érzékenységű • Egy gyroscope vagy egy magnetométer segítségével jobb és pontosabb eredményeket érhetnénk el • Ha sikerül kialakítani egy olyan mérőrendszert, ami nem vezérelt túl, akkor több különböző ütőn végzett kísérletből tudok olyan méretezési paramétert adni, hogy milyen legyen a frekvencia vagy az alul áteresztő szűrő. Előre azonban nem lehet becslést adni
Összefoglalás • A feladatkiírást sikerült teljesíteni • Beláthattuk, hogy egy a gyakorlatban is használható mozgáselemzést végeztünk • Az eszközök javításával, fejlesztésével azonban még pontosabb és sikeresebb mérési eredményeket kaphatunk
