Návrh zařízení pro detekci úderu při boxerském tréningu

Abstract

Cílem této práce je prozkoumat způsob provozu zařízení připevněného na boxovací pytel, jehož úlohou je detekovat impulzy zrychlení způsobené údery. Zařízení je umístěno ve vrchní části pytle, v zorném poli sportovce, kde mu poskytuje okamžitou zpětnou vazbu bez nutnosti dalšího vybavení. Diskutována jsou také další, komerčně dostupná zařízení sloužící k podobným účelům. Je popsána základní technika boxerského úderu a charakteristika impulzů způsobených údery s různou lokalizací. Práce obsahuje návrh, realizaci a naprogramování hardwaru přizpůsobeného předpokládaným signálům. Jsou vytvořeny databáze signálů úderů pro různá umístění a popsány. Jako model signálu byl zvolen medián. V práci je uveden statistický model signálu a odvození z něho vycházejících UMP a GLRT detektorů. Nezbytné neznámé parametry byly odhadnuty pomocí ML odhadu maximalizujícího jeho pravděpodobnost. Byla vyhodnocena detekční přesnost a celková výkonnost detektoru a navržena možná alternativní řešení.In this thesis, we set ourselves to investigate the mode of operation of an acceleration measuring device mounted on a boxing bag whose task is to detect an acceleration impulse caused by a punch. Devices position is on the top part of the bag, in the line of sight of the athlete. That particular device placement can be superior from the ease of use point of view. As immediate feedback regarding the progress of the exercise is possible without any other equipment necessary. Several other commercial devices with similar functionality are mentioned and discussed. Proper technique and mechanics of the boxing punch is stated and its resulting signal impulses described. Signal impulses for different punch placements are shown and described. Design and assembly of hardware based on the parameters of expected signals, together with its programming, are presented. Databases of punch signals for different punch placements are constructed. Median signal model needed for proper detection is proposed and justified. A statistical model of a signal is formulated, and UMP and GLRT detectors based on it derived together with sufficient statistics. Necessary unknown parameters were estimated by the maximum likelihood method. Detection accuracy and overall performance are evaluated, and possible alternative improvements discussed.