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逢甲週報426-本期

穿戴式運動聯網科技

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穿戴式運動聯網科技

 

 

 

文‧圖/許煜亮 (自動控制工程學系副教授)

轉載自逢甲人月刊310

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     體育運動發展歷程是由體育1.0之體育競技力代表國力的國家體育競技時代;然後進入體育2.0之強調運動休閒需求的時代;推進至體育3.0之創造運動商業價值及促進運動產業發展的時代。近年來,由於人工智慧、雲端計算、大數據分析、物聯網、穿戴式裝置之相關技術已臻成熟,全球競技運動浪潮將進入具有「運動聯網」的體育4.0時代;透過運動員運動時的穿戴式裝置,如球衣、球拍、運動鞋或眼鏡等各式感測器收集巨量的運動數據,藉由物聯網上傳至雲端平台儲存後,經由人工智慧演算法運算分析並擷取出有益於運動員提升運動技能的資訊,並藉此了解、分析、改善運動員身心狀態與運動表現。
     目前市場上已有許多運動訓練分析系統,其主要透過光學感測技術及影像擷取技術來擷取全身運動動作,進而量測運動姿態、關節角度、全身軀幹運動軌跡及轉動角度等與全身關節肢幹相關之運動參數指標。在光學感測技術方面,則是利用高速攝影機擷取配戴於人體上的光學標籤來捕捉運動員運動動作,雖然其優點在於精準度相當高,但卻具有計算複雜度高、光線遮蔽量測誤差、配戴耗時不便、運動空間受限且價格高昂等缺點。在影像擷取技術方面,則是利用攝影機擷取運動員運動動作,並透過影像處理技術來重建運動動作,其優點在於價格便宜且影像處理技術成熟,但其具有計算複雜度高且運動空間受限等缺點。近年來,由於微型慣性感測器的低成本、小體積、輕重量及低耗能等優點;因此,穿戴式慣性感測載具已逐漸應用於運動科學研究上。相較於目前市場上的運動訓練分析系統,利用穿戴式慣性感測載具來進行捕捉運動員全身運動動作並進行運動參數量化分析,具有高穿戴便利性、高精準度、低成本、小體積、低功耗及運動空間不受限等特性,其將可大大地改善現有運動訓練分析系統中高單價、穿戴不便、計算複雜度高、運動空間受限及光線遮蔽問題等缺點。
 
 

穿戴式高爾夫球運動分析系統

     我們以慣性感測技術、物聯網技術及穿戴感知技術為基礎,來進行穿戴式高爾夫球運動分析系統之建置及高爾夫球揮擊動作軌跡重建演算法之開發,如圖1所示。穿戴式高爾夫球運動分析系統架構包含:(1)可攜式高爾夫球揮桿動作感測模組:包含微控制器、三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁力計、RF無線射頻傳輸模組及電源供應模組。(2)高爾夫球揮擊動作軌跡重建演算法:包含慣性感測訊號前處理、動作訊號分割、運動姿態估測、座標轉換與重力補償、揮擊速度估測及揮擊軌跡估測等演算法流程。(3)互動式運動訓練分析數據回饋介面:採用LabVIEW程式軟體所撰寫而成,用以進行訊號之蒐集、數據分析及運動訓練參數指標顯示。首先,我們將可攜式高爾夫球揮桿動作感測模組裝置在高爾夫球桿上,並透過模組上的慣性感測器量測運動員揮桿時所產生的動作訊號;接著,透過微控制器將揮桿動作訊號藉由RF無線射頻傳輸模組傳輸至送至電腦或行動裝置中由LabVIEW軟體撰寫之互動式運動訓練分析數據回饋介面;最後,透過高爾夫球揮擊動作軌跡重建演算法來加以重建運動員全揮桿時的揮擊動作軌跡,如圖2所示,並將其呈現於互動式運動訓練分析數據回饋介面,以提供給教練及運動員作為運動訓練之用。
 

作者簡介

     自控系副教授許煜亮博士,2004年畢業於本校自動控制工程學系;2007及2011於成功大學電機工程學系取得碩士及博士學位。2015年2月許博士抱著感恩及貢獻所長的心回到母校自動控制工程學系任教。許博士返回母系任教至今,透過經驗傳承與親身示範,將自動控制、機電整合、電路設計、人體感知等學術理論與產業實作進行融合,並藉此培育學弟妹具有開發產學合一的創新技術能力,進而培育更優秀的逢甲人!