Trabajo Fin de Grado
Creación con datos de IMU (Inertial Measurement Unit) de un modelo para la técnica de piragüismo aplicando inteligencia artificial
Autor/es | López de la Herranz, Alejandro |
Director | Sierra Collado, Antonio Jesús |
Departamento | Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Telemática |
Fecha de publicación | 2022 |
Fecha de depósito | 2023-01-12 |
Titulación | Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de las tecnologías de Telecomunicación |
Resumen | La técnica del piragüismo es un elemento fundamental en competiciones de este deporte. Ya que, permite
alcanzar más velocidad con menos esfuerzo. Debido a que la fuerza del movimiento de paleo se realiza con todo
el ... La técnica del piragüismo es un elemento fundamental en competiciones de este deporte. Ya que, permite alcanzar más velocidad con menos esfuerzo. Debido a que la fuerza del movimiento de paleo se realiza con todo el cuerpo. Por lo tanto, esto también hace mejorar la resistencia en dicha salida. Es por ello por lo que este trabajo saca un modelo de dichos movimientos a partir de una salida. Este permitirá ver al piragüista los errores que pueda estar cometiendo durante su palada. De forma que este pueda ir corrigiendo y adaptando la técnica que se considere oportuna. El trabajo se centrará en el tren superior, ya que, este deja ver el comportamiento más básico de la palada. Para ello, el primer paso es sacar los datos de la palada del piragüista. Con ese objetivo se ha creado un sistema de sensores que se puede equipar en el cuerpo del deportista. Que tengan como función medir los ángulos que forman las articulaciones de los deportistas durante el paleo. Para ello, se colocan los sensores fijos a una parte del cuerpo que permita medir dichas articulaciones. La arquitectura del sistema consta de tres dispositivos principales. Estos son los IMUs (Inertial Measurement Unit), los microcontroladores y una Raspberry pi. A parte de estos dispositivos se ha hecho uso de un dispositivo móvil que funciona como interfaz para el usuario. Además, se ha hecho uso fundamentalmente de dos protocolos I2C (Inter-Integrated Circuit) y Bluetooth. Estos se usan para la comunicación entre los diferentes dispositivos. Además, se ha usado el protocolo wi-fi para la comunicación con el usuario. El microcontrolador utiliza el protocolo I2C para controlar el funcionamiento del IMU. A su vez, la Raspberry pi iniciará una comunicación Bluetooth con los microcontroladores. Que será usado para gestionar y controlar a todos los microcontroladores a través de la Raspberry pi. Por otro lado, se conectará la Raspberry pi al AP (Access point) creado a través del dispositivo móvil. Se hará uso de la aplicación SSH (Secure Shell) como interfaz con el usuario de la aplicación. Este sistema permitirá enviar los datos obtenidos a través de los diversas IMUs a la Raspberry pi. Los ángulos de la IMU son calculados a partir del giroscopio y el acelerómetro, que son sensores del IMU. Para que estos funcionen deben de ser calibrados anteriormente. Estos serán dados en forma de cuaternión. Los valores calculados serán muestreados y enviados a la Raspberry pi a través del sistema descrito anteriormente. Allí estos serán almacenados dentro de una BBDD (base de datos). Se asocia dichos datos a los datos de la salida y del IMU correspondiente. Una vez obtenidos los datos, se saca la información de las articulaciones a partir de estos. Para ello se tratan y fusionan datos de los diferentes sensores. De manera que a partir de estos se pueda sacar el ángulo de giro de las articulaciones. Para ello hay que tener claro la posición inicial de los sensores a cada parte del cuerpo correspondiente. Estos también serán almacenados en la BBDD. Para sacar más información, se ha creado un modelo se comparan dichos datos. Debido a que la relación entre algunos de estos sigue un patrón. Esto se debe a que el deportista sigue un comportamiento parecido en sus paladas. Por lo tanto, existirá una dependencia entre estos movimientos. Las diferentes relaciones entre las diferentes gráficasserán las que definan las características de la técnica. El modelo muestra los movimientos del brazo, en el comportamiento cíclico de la palada y la eficiencia de la rotación de la cadera. Para simplificar dichos modelos se han hecho regresiones lineales a través de inteligencia artificial. De esta forma, se sacará de forma más sencilla datos sobre la palada. Y se ha hallado parámetros que indique lo fiel que es la regresión a la realidad. Para validar el sistema diseñado, se han realizado pruebas de dos minutos a diferentes deportistas. Cada uno de ellos han ido a un ritmo distinto. Y a posteriori se han sacado gráficas con puntos que representa la dependencia de los movimientos. Y hay un plano o una recta que representan la regresión lineal calculada por la inteligencia artificial. The technique of the kayaking is a basic element in competitions of this sport. Because it allows reaching more velocity with less effort. Due to the force of the movement of stroke is made with all the muscles of the ... The technique of the kayaking is a basic element in competitions of this sport. Because it allows reaching more velocity with less effort. Due to the force of the movement of stroke is made with all the muscles of the body. Therefore, that also improves the resistance in that test. That’s why this work create a model of these movements from a test. This will allow seeing the errors of the sporter that can be done for the movement. To that the sporter can solve them and change the technique correctly. The work focusin the superior part of body, due to that allow seeing the basic behaviour of the movement. For that reason, the first step is to get the data of the movements of sporter. With that goal, A system of sensors, that can be wearable, has been created. It has the goal of measuring the angles that the joints make. The architecture of the system has three mean devices. Those are the IMUs (Inertial Measurement Unit), the microcontrollers and a Raspberry pi. And There is another device that has been used. That is a smartphone that works like user interface. Furthermore, there are two different protocols among the different devices. These are I2C (Inter-Integrated Circuit) and Bluetooth. These will be used for the communications among the different devices. Moreover, Wi-fi protocol is used for the communication of user. The microcontroller uses the I2C protocol for controlling the IMU operation. In turn, the Raspberry pi will start a Bluetooth communication with the microcontrollers. That communication will be used for managing and controlling to all microcontrollers through the Raspberry pi. Additionally, the smartphone will be an AP (Access Point) that create a network where the Raspberry pi connect to. It has used the wi-fi protocol for the communication with the user. That system will allow sending the got data to the Raspberry pi. The angles of the joints will be calculated from the data of the gyroscope and accelerometer. Those are sensors of the IMU, and they must be calibrated for working. The IMU gives the angles in way of quaternion. The calculated values will be sampled and sending to the Raspberry pi through of that system. There, they will be stocking up on a database. That data is linked to the data of the test and the IMU that has made. Later, the joint information is created from the data of the IMUs. For that, the data of the different sensors is treated and merged. With the goal of getting the angles of joints. For that, there are that knowing the initial position of the parts of the body of the kayaker. These will also be stored up on database. For getting information, a model is created for comparing that data. Due to the relation between that information follow a pattern. Due to the sporter follow the pattern of the behaviour of the movement. Therefore, there will be a dependency among these movements. The different relations among the different graphics will define the feature of the technique. The model showsthe movements of the arm, the cyclic behaviour of the arm and rotation efficiency. To simplify the model, lineal regressions are made to the graphics with artificial intelligence. And there are parameters that said if the regression is true with the reality. For validating the designed system, tests of two minutes a have been made. The sporters have followed different rhythm of stroke in the different tests. And the points graphics that represent the relation between the movement have been made. And a plane or straight line will represent the lineal regressions of the artificial intelligence. |
Cita | López de la Herranz, A. (2022). Creación con datos de IMU (Inertial Measurement Unit) de un modelo para la técnica de piragüismo aplicando inteligencia artificial. (Trabajo Fin de Grado Inédito). Universidad de Sevilla, Sevilla. |
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