У статті було проведено порівняння двох систем захоплення рухів для дослідження тривимірних рухів спортсмена: оптичної системи Vicon і інерційної IMU trekker, що проходить апробацію. В якості еталонного руху було розглянуто прямий удар, що проводиться висококваліфікованим єдиноборці. Для чистоти експерименту була проведена серія ідентичних ударів. трекери і маркери системи Vicon, були розміщені таким чином, щоб реєструвати рух однієї точки (маркери були наклеєні корпус трекерів). В результаті експерименту було виявлено, що траєкторії від трекерів і системи Vicon ідентичні. Експеримент показав, інерційні трекери корисні і точні для вимірювання прискорення та кутової швидкості, а система Vicon для візуалізації руху.

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Кузнецов Артем Олегович, Варлашін Віктор Віталійович, Іванов Олександр Олександрович, Шмаков Олег Олександрович, Симаков Олександр Михайлович


Analysis of some methods of a pilot study of kinematic and dynamic characteristics of movements of the athlete

In article comparison of two systems of occupation of movements for a research of three-dimensional movements of the athlete was carried out: the optical Vicon system and inertial IMU trekker undergoing approbation. As the reference movement the direct stroke which is carried out by the highly skilled martial artist was considered. For purity of an experiment a series of identical blows was carried out. Trackers and markers of the Vicon system, were placed so that to register the movement of one point (markers were pasted the case of trackers). As a result of an experiment it was revealed that trajectories from trackers and the Vicon system are identical. The experiment showed, inertial trackers are useful and exact for measurement of acceleration and angular speed, and the Vicon system for visualization of blows.


Область наук:
  • нанотехнології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Вчені записки університету ім. П.Ф. Лесгафта
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ДЕЯКИХ МЕТОДІВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ кінематичні та ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РУХІВ СПОРТСМЕНА'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ДЕЯКИХ МЕТОДІВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ кінематичні та ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РУХІВ СПОРТСМЕНА»

    ?universiteta imeni P.F. Lesgafta, Vol. 168, No. 2, pp. 314-318.

    Контактна інформація: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Стаття надійшла до редакції 21.03.2019

    УДК 796.011

    АНАЛІЗ ДЕЯКИХ МЕТОДІВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ кінематичні та ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РУХІВ СПОРТСМЕНА

    Артем Олегович Кузнецов, ТОВ «Віолейпа», Санкт-Петербург; Віктор Віталійович

    Варлашін, аспірант, Санкт-Петербурзький політехнічний університет Петра Великого; Олександр Олександрович Іванов, кандидат технічних наук, провідний науковий співробітник, Олег Олександрович Шмаков, старший науковий співробітник, Центральний науково-дослідний і дослідно-конструкторський інститут робототехніки і технічної кібернетики, Санкт-Петербург; Олександр Михайлович

    Симаков, кандидат педагогічних наук, доцент, Антон Валерійович Павленко, кандидат педагогічних наук, доцент, Павло Олегович Кузнецов, аспірант, Володимир Анатолійович Чистяков, доктор педагогічних наук, професор, Національний державний університет фізичної культури, спорту і здоров'я імені П. Ф.

    Лесгафта, Санкт-Петербург (НДУ ім. П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург)

    Анотація

    У статті було проведено порівняння двох систем захоплення рухів для дослідження тривимірних рухів спортсмена: оптичної системи Vicon і інерційної IMU trekker, що проходить апробацію. В якості еталонного руху було розглянуто прямий удар, що проводиться висококваліфікованим єдиноборці. Для чистоти експерименту була проведена серія ідентичних ударів. Трекери і маркери системи Vicon, були розміщені таким чином, щоб реєструвати рух однієї точки (маркери були наклеєні корпус трекерів). В результаті експерименту було виявлено, що траєкторії від трекерів і системи Vicon ідентичні. Експеримент показав, інерціальні трекери корисні і точні для вимірювання прискорення та кутової швидкості, а система Vicon для візуалізації руху.

    Ключові слова: захоплення руху, стрижнева модель, кінематичні і динамічні характеристики, оптичні та інерціальні системи, трекер, Vicon.

    ANALYSIS OF SOME METHODS OF A PILOT STUDY OF KINEMATIC AND DYNAMIC CHARACTERISTICS OF MOVEMENTS OF THE ATHLETE

    Artem Olegovich Kuznetsov, LLC Violeypa, St. Petersburg; Victor Vitalyevich Varlashin, the

    post-graduate student, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Alexander Ale-ksandrovich Ivanov, the candidate of technical sciences, leading researcher, Oleg Aleksandro-vich Shmakov, the senior research associate, Central Research and Developmental Institute of

    Robotics and Technical Cybernetics, St. Petersburg; Alexander Mikhaylovich Simakov, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer, Anton Valeryevich Pavlenko, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer, Pavel Olegovich Kuznetsov, the post-graduate student, Vladimir Anatolyevich Chistyakov, the doctor of pedagogical sciences, professor, The Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health, St. Petersburg

    Annotation

    In article comparison of two systems of occupation of movements for a research of three-dimensional movements of the athlete was carried out: the optical Vicon system and inertial IMU trekker undergoing approbation. As the reference movement the direct stroke which is carried out by the highly skilled martial artist was considered. For purity of an experiment a series of identical blows was carried out. Trackers and markers of the Vicon system, were placed so that to register the movement of one point (markers were pasted the case of trackers). As a result of an experiment it was revealed that trajectories from trackers

    and the Vicon system are identical. The experiment showed, inertial trackers are useful and exact for measurement of acceleration and angular speed, and the Vicon system for visualization of blows.

    Keywords: occupation of the movement, rod model, kinematic and dynamic characteristics, optical and inertial systems, tracker, Vicon.

    Спорт, особливо спорт вищих досягнень, висуває підвищені вимоги до якості рухових дій атлета: точності, стабільності виконання і оптимальності. Пошук оптимальної траєкторії руху здійснюється, в залежності від мети конкретного рухового акту, як експериментально - методом проб і помилок, так і аналітично при вирішенні задач оптимального управління. Експериментально визначені траєкторії руху або ті чи інші кінематичні і динамічні характеристики руху можуть служити початковим наближенням при чисельному рішенні задач оптимізації [1, 2]. Нагадаємо, що в біомеханіки при дослідженні рухів людини загальноприйнята стрижнева модель, що складається з абсолютно жорстких стержнів, з'єднаних ідеальними шарнірами - рівняння рухів цієї моделі описується рівняннями Лагранжа 2-го роду [3, 4]. Відзначимо, що навіть часткова відмова від стрижневий моделі з абсолютно жорсткими стрижнями, наприклад, поданні стопи у вигляді пружної балки, призводить до зміни суглобових моментів [5]. Завдання чисельного рішення рівнянь Лагранжа (визначення моментів в вузлах стрижневий моделі, наштовхується практично на непереборні труднощі, за рахунок лавиноподібного зростання похибки обчислень, внаслідок нестійкості моделі (цент мас системи знаходиться вище точки опори).

    Якщо існуючі методи визначення кінематичних характеристик рухається моделі людини добре відомі і постійно використовуються, то з динамічними характеристиками положення набагато складніше - доступні для вимірювання тільки інтегральні показники результатів рухового акту, так, наприклад, вимірювання сили, часу і напрямку удару боксера по груші [6] . Розроблена в цьому дослідженні боксерська груша успішно застосовується в тренувальному процесі.

    Існують різні системи захоплення руху, всі вони здатні виміряти траєкторію, по якій пересувався об'єкт і час, протягом якого об'єкт подолав траєкторію. Існують два основних види систем захоплення рухів:

    1. Маркерна система захоплення рухів, в якій використовується спеціальне обладнання.

    2. Безмаркерная технологія, яка потребує спеціальних датчиків або спеціального костюма. Безмаркерная технологія заснована на технологіях комп'ютерного зору і розпізнавання образів (https://pol-misli.livejournal.com/15995.html, http://wiki-org.ru/wiki/Захват_движения)

    На сьогоднішній день існують велика кількість маркерних систем захоплення рухів. Різниця між ними полягає в принципі отримання інформації:

    1. Оптичні системи

    1.1 Оптичні пасивні. На костюмі, що входить в комплект такої системи, прикріплені датчики-маркери, які названі пасивними, бо відображають лише посланий на них світло, але не світяться. У таких системах світло (інфрачервоний) на маркери надсилається з встановлених на камерах високочастотних стробоскопів і, відбившись від маркерів, потрапляє назад в об'єктив камери, повідомляючи тим самим позицію маркера.

    1.2 Оптичні активні названі так тому, що замість світловідбивних маркерів, які кріпляться до костюму випробуваного, в них використовуються світлодіоди з інтегрованими процесорами і радіо-синхронізацією. Кожному світлодіоду призначається ідентифікатор, що дозволяє системі не плутати маркери один з одним, а також дізнаватися їх, після того як вони були перекриті і знову з'явилися в поле зору камер.

    2. Гіроскопічні / інерціальні системи для збору інформації про рух використовують мініатюрні гіроскопи і інерційні сенсори, що розташовуються на тілі

    людини в певних точках (https://docplayer.ru/47564702-0pticheskaya-sistema-zahvata-dvizheniya-dlya-analiza-i-vizualizacii-trehmernyh-processov.html, https: // stud-

    files.net/preview/4242472/page:3/).

    Початковий імпульс створенню систем захоплення руху був даний індустрією розваг, в якій з'явилася необхідність точного захоплення швидких рухів актора. І до цього дня кіноіндустрія та індустрія відеоігор є основними споживачами даних від систем захоплення руху [7]. На високоточні системи захоплення руху також існує великий попит в робототехніці (роботи, маніпулятори, екзоскеле-тони і т.п.) і в спорті високих досягнень внаслідок того, що отримується з їх допомогою інформація про рухах спортсмена під час змагань реєструється з високою швидкістю. Це інформація є основою для поліпшення спортивної техніки і досягнення більш високих результатів. Захоплення руху часто є єдиним інструментом в наукових дослідженнях конкретних завдань, коли інформація про 3D-руху-пах об'єкта не може бути отримана за допомогою інших засобів.

    Основна проблема - точність вимірювань, методів захоплення рухів багато, але який з них більш ефективний для отримання даних, питання, на який ми постаралися отримати відповідь при спільному експерименті Національного державного університету фізичної культури, спорту здоров'я імені Петра Францевича Лесгафта, Центрального науково-дослідного інституту робототехніки і технічної кібернетики та Санкт-Петербурзького університету Петра Великого.

    Мета експерименту - порівняти отримані дані про удари спортсмена на двох системах - інерційної і оптичної.

    Завдання: отримати дані инерциального трекера про ударах спортсмена і побудувати траєкторію ударів; виміряти прискорення удару спортсмена за допомогою інерційного трекера і отримати траєкторію; зняти на систему Vicon траєкторію ударів спортсмена; порівняти отримані результати.

    Експеримент був проведений в стінах НГУ ім. П.Ф. Лесгафта. Використовувалися дві системи захоплення рухів - інерціальна і оптична. Інерціальна система захоплення рухів була представлена ​​трекером IMU trekker, розробленим Кузнєцовим Артемом (ТОВ «Віолейпа»). Трекер складається з декількох датчиків (таких як акселерометр, гіроскоп, магнітометр), здатних вимірювати положення і кінематичні характеристики трекера (прискорення і кутові швидкості) в тривимірному просторі. Трекер розміщується на спортсмена, передає дані постійно за коштами бездротового зв'язку Bluetooth [8]. Дані передаються на комп'ютер і відразу готові до обробки. Дані на комп'ютері обробляються за допомогою програми для ЕОМ № 2015611575. Оптична система Vicon (https://www.vicon.com/) була надана ЦНДІ РТК. В експерименті брав участь

    Дмитро Семків Майстер спорту з тхеквондо ІТФ, переможець Кубка світу, дворазовий чемпіон Європи, 4-х кратний переможець Першості світу, 7-ми разовий переможець Першості Європи. Дмитро Семків наносив кілька ударів кулаком в рукавичці по боксерській груші.

    Експеримент складався з 9 прямих ударів правою рукою. На спортсмена були розміщені три інер-ціальних трекера, які повністю синхронізовані між собою. Вони розташовувалися на правій руці спортсмена. Приміщення було обладнано системою Vicon і розташовувалася навколо спортсмена і груші (12 камер). Маркери Vicon були встановлені на грушу, і на кожному з трекерів (рисунок 1). На малюнку 2 представлені результати, отримані

    Малюнок 1 - Розміщення маркерів і трекерів на руці

    інерціальним пристроєм 1мі йеккег і системою \ 1соп. На повернемо графіку показані прискорення кулака в рукавичці спортсмена за трьома вимірами х, у, z. На нижньому графіку вказані відстань, пройдену кулаком в рукавичці спортсмена за трьома площинах х, у, z. Інерціальні трекери вимірювали прискорення, а система Уюоп відстань. Кожен з трекерів отримує інформацію про прискорення тієї точки, де він встановлений.

    ?1 = 4,

    |1000 -1Ю0

    -2000

    - -1 Н-- 1 + 1 1 Г

    - 1 1 1 [

    t, 8

    Малюнок 2 - Результати п'ятого удару. Верхній графік - прискорення іМ11геккег, нижній переміщення - УКОП.

    1мі 1гаскег 005 ассекгаНоп

    егь в

    В

    Ми 1глскег005? МОі1 «г іИіО'у

    Малюнок 3 - Проекції прискорення кулака на осі, нижній - проекції кутової швидкості на вісь гцИЬуТп

    Малюнок 3. На верхньому графіку зображені прискорення кулака під час першого удару. Прискорення зображені в трьох площинах х, у, м Максимальне прискорення в момент удару на вісь г дорівнює 1578 м / с2, на вісь у - 1443 м-/ с2, х - 608 м / с2.

    На нижньому графіку зображені зміни кутової швидкості кулака. Кутова швидкість в момент удару на вісь х - 8,624 рад / с, на вісь y дорівнює 6,03 рад / с, на вісь z дорівнює 7,098 рад / с.

    Крім даних про відстані, яке вимірює система Vicon, система може візуалізувати удар в трьох площинах (рисунок 4).

    Виходячи з малюнків 4 і 5 видно, що система Vicon і інерційні трекери будують подібні траєкторії.

    ВИСНОВОК

    Були отримані дані інерційних трекерів ударів спортсмена, також були побудовані траєкторія 9 ударів спортсмена. За допомогою трекерів були отримані дані про прискорення удару спортсмена і кутові швидкості. За допомогою системи Vicon була отримані траєкторії удару спортсмена. Після отримання траєкторій від двох систем було проведено порівняння траєкторій - траєкторії ударів схожі.

    Експеримент показав, інерціальні трекери корисні і точні для вимірювання прискорення та кутової швидкості, а система Vicon для візуалізації ударів. Для того щоб отримати траєкторію ударів і візуалізацію за допомогою інерційних трекерів необхідно трохи часу, в свою чергу Vicon візуалізує відразу. Інерціальні трекери отримують дані про прискорення моментально, а система Vicon повинна спочатку обробити дані візуалізації, виміряти відстань, пройдений об'єктом, а після за допомогою чисельного диференціювання отримати прискорення.

    Для роботи з системою Vicon необхідно спеціально обладнане приміщення і оператор, який обслуговує цю систему, вартість цієї системи багаторазово перевищує вартість UMI trekker, крім того, трекери надзвичайно прості в експлуатації і доступні неспеціалісту і на два-три порядки дешевше.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Синтез оптимальних рухів в спорті за допомогою ЕОМ / В.А. Чистяков, А.В. Зінков-ський, І.А. Трофимова, В.П. Колесов // Теорія і практика фізичної культури. - 1980. - № 10. - С. 25-29.

    2. Оптимізація рухів людини за допомогою ЕОМ / А.В. Зінковський, І.А. Трофимова, В.А. Чистяков // АН СРСР, Біофізика. - 1981. - Т. 26. - №. 1. - С.18-21.

    3. Zinkovskii, A.V. Investigation of the dynamics of human movement using a computer / A.V Zinkovskii, A.D. Sablin, V.A. Chistyakov // Biophysics. - 1979. - Т. 24. - № 2. - С. 323-329.

    4. Чистяков, В.А. Моделювання рухів людини в космосі / В.А. Чистяков, А.В. Зінковський, І.А. Трофимова // Космічна біологія і авіакосмічна медицина. - 1981. - №. 1. - С. 44-47.

    5. Zinkovskii, A.V. Elasticity of the foot on modelling human movements / A.V Zinkovskii, V.A. Chistyakov // Biophysics. - 1982. - Т. 27. - № 4. - С. 745-749.

    6. Інформаційно-вимірювальна система контролю параметрів тренувального процесу боксерів / Г.І. Макєєв, М.П. Іванов, В.Н. Харрасов, В.А. Таймазов, С.Є. Бакулев, М.С. Бакулев, В.А. Чистяков // Вчені записки університету імені П.Ф. Лесгафта. - 2010. - № 4 (62). - С. 63-65.

    7. Moeslund, T.B. A survey of advances in vision-based human motion capture and analysis / T.B. Moeslund, A. Hilton, V. Kruger // Computer Vision and Image Understanding. - 2006. - Vol. 104. - pp.90126.

    8. Інноваційні методи прямого виміру всіх кінематичних характеристик просторового руху боксера / В.А. Таймазов, С.Є. Бакулев, А.М. Симаков, А.В. Павленко, П.О. Кузнецов, А.О. Кузнецов, В.А. Чистяков // Вчені записки університету імені П.Ф. Лесгафта. -2018. - № 2 (156). - С. 237-243.

    REFERENCES

    1. Zinkovsky, A.V., Trofimova, I.A., Kolesov VP., Chistyakov, VA. (1980), "Synthesis of optimum movements in sport by means of the computer", Theory and practice of physical culture, No. 10, pp. 25-29.

    2. Zinkovsky, A.V, Trofimova, I.A. and Chistyakov, VA. (1981), "Optimization of movements of the person by means of the computer", Biophysics., Vol. 26, No. 1, pp. 18-21.

    3. Zinkovskii, A.V, Sablin, A.D. and Chistyakov, V.A. (1979), "Investigation of the dynamics of human movement using a computer", Biophysics, Vol. 24, No. 2, pp. 323-329.

    4. Chistyakov, V.A., Zinkovsky, A.V and Trofimova, I.A. (1981), "Modelling of movements of the person in space", Space biology and aerospace medicine, No. 6, pp. 54.

    5. Zinkovskii, A.V and Chistyakov, V.A. (1982), "Elasticity of the foot on modelling human movements", Biophysics, Vol. 27, No. 4, pp. 745-749.

    6. Mokeev, G.I., Ivanov, M.P., Harrasov, V.N., Taymazov, V.A., Bakulev, S.E., Bakulev, M.S. and Chistyakov, V.A. (2010), "Information measuring system of monitoring the parameters of boxers training process", Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, Vol. 62, No. 4, pp. 63-65.

    7. Moeslund, T.B. A survey of advances in vision-based human motion capture and analysis / T.B. Moeslund, A. Hilton, V Kruger // Computer Vision and Image Understanding. - 2006. - Vol. 104. - pp.90-126.

    8. Taymazov, V.A., Bakulev, S.E., Simakov, A.M., Pavlenko, A.V, Kuznetsov, P.O., Kuznetsov, A.O. and Chistyakov, V.A. (2018), "Innovative methods of direct measurement of all kinematic

    characteristics of the spatial movement of the boxer ", Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, Vol. 156, No. 2, pp. 237-243.

    Контактна інформація: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Стаття надійшла до редакції 14.03.2019

    УДК 796.011.3

    СОЦІАЛЬНО-ціннісні аспекти РУХОВОЇ АКТИВНОСТІ І ЗДОРОВОГО СПОСОБУ ЖИТТЯ КУРСАНТІВ ПЕРШОГО РОКУ НАВЧАННЯ

    Володимир Станіславович Кшевін, кандидат педагогічних наук, професор,

    Володимир Пилипович Лігута, кандидат педагогічних наук, професор, Сергій Геннадійович Нетбай, доцент,

    Далекосхідний юридичний інститут МВС Росії (ДВЮІ МВС Росії),

    г Хабаровськ

    Анотація

    В результаті анкетування курсантів першого року навчання встановлена ​​їх висока мотивація до фізкультурно-спортивної діяльності та здорового способу життя. Обґрунтовується важливість постійних моніторингових досліджень соціально-ціннісних аспектів рухової активності з метою внесення відповідних коректив в процес фізичної підготовки.

    Ключові слова: курсанти першого року навчання, здоровий спосіб життя, рухова активність, фізична підготовка.

    SOCIAL AND VALUABLE ASPECTS OF PHYSICAL ACTIVITY AND HEALTHY LIFESTYLE OF CADETS OF THE FIRST YEAR OF TRAINING

    Vladimir Stanislavovich Kshevin, the candidate of pedagogic sciences, professor, Vladimir Philippovich Liguta, the candidate of pedagogic sciences, professor, Sergey Gennadievich Netbay, the senior lecturer,

    The Far Eastern Law Institute of Ministry of Internal Affairs of Russia, Khabarovsk

    Annotation

    As a result of questioning of the cadets of the first year of training, their high motivation to the sports activity and healthy lifestyle has been established. The importance of constant monitoring researches of the social and valuable aspects of physical activity for the purpose of entering of the corresponding amendments into process of physical training is proved.

    Keywords: cadets of the first year of training, healthy lifestyle, physical activity, physical training.

    ВСТУП

    Співробітники органів внутрішніх справ ставляться до представників професій, для надійної діяльності яких необхідний високий рівень здоров'я, фізичної підготовленості, інтелектуальних, психологічних, моральних якостей.

    У зв'язку з цим, до рівня фізичного стану курсантів в процесі навчання у вищих освітніх організаціях МВС Росії пред'являються особливі вимоги.

    Прихильність до здорового способу життя і постійного фізичного вдосконалення, а також прагнення до придбання професійних навичок бойових прийомів боротьби повинні постійно робити щеплення у курсантів, особливо на початкових етапах навчання [2]. Це обумовлено рядом обставин:

    - змінами вимог до якості фізичної підготовленості співробітників правоохоронних органів в сучасних умовах;

    - зростанням напруженості умов служби співробітників ОВС, пов'язаних з реорганізацією кадрового складу і скороченням штатів;

    - практикою фізичної підготовки співробітників МВС Росії, яка показує, що її ефективність багато в чому визначається рівнем потреби в постійному фізичному самовдосконаленні [3].


    Ключові слова: ЗАХОПЛЕННЯ РУХУ / СТЕРЖНЬОВА МОДЕЛЬ / Кінематичні та динамічні характеристики / ОПТИЧНІ І інерційних системах / ТРЕКЕР / VICON

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити