ES2331170B2 - Sistema de analisis cinematico en tiempo real para entrenamientos y competiciones deportivas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, con un cabezal láser
(1) para el registro de datos, conectado a un sistema informático
(2) que los procesa y un soporte (3) para el cabezal láser (1)
compuesto por una base (4) de apoyo, un raíl vertical (5) y un raíl
horizontal (6) desplazable por el raíl vertical (5), mediante medios
de desplazamiento vertical (7). El cabezal láser (1) es desplazable
por el raíl horizontal (6) mediante medios de desplazamiento
horizontal (8). Los medios de desplazamiento vertical (7) y
horizontal (8) están conectados al sistema informático (2), que a
partir de las imágenes procedentes de una cámara de vídeo (19)
controla la posición, movimiento y velocidad de éstos,
proporcionando así, el soporte (3), el movimiento del cabezal láser
(1) a lo largo de un eje horizontal y de un eje vertical con el fin
de mantener un contacto permanente del haz del láser emitido sobre
un objetivo en movimiento para su análisis cinemático.
Description
Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas.
La presente invención pertenece al campo técnico
de la Física y de las Ciencias del Deporte, más específicamente a la
biomecánica deportiva, concretamente al registro y evaluación de
datos cinemáticos de deportistas y, más concretamente, al registro,
evaluación y análisis de espacios recorridos, velocidades y
aceleraciones en los desplazamientos deportivos rectilíneos, así
como la interpretación biomecánica de los datos registrados.
Desde hace tiempo se han venido utilizando
métodos de análisis cinemático aplicados a la biomecánica deportiva,
concretamente de registro y análisis de la velocidad de
desplazamiento. Muchas variables biomecánicas provocan variaciones
de la velocidad de desplazamiento, como la frecuencia y longitud de
zancada o ciclo, el patrón articular del deportista o las fuerzas de
reacción del suelo, entre otras. Debido a su importancia, hasta la
actualidad se han utilizado muy diversos sistemas para obtener la
velocidad de desplazamiento del deportista en condiciones de
entrenamiento y competición.
Antiguamente se utilizaban una serie de bobinas
junto con un imán transportado por el propio sujeto para determinar
la velocidad, lo que resultaba bastante incómodo dado que interfería
éste en sus acciones.
Posteriormente se han utilizado diferentes
sistemas para registrar de forma fiable la velocidad del
desplazamiento, como por ejemplo, los sistemas de cronometraje
multi-tiempos mediante fotocélulas, los sistemas de
fotogrametría bidimensional y tridimensional mediante tecnología de
cinematografía y videografía, tanto analógica como digital, los
sistemas de registro mediante sensores de ultrasonidos, leds,
infrarrojos y técnicas de visión artificial y, más recientemente,
los radares y la tecnología láser.
En cuanto a los sistemas de cronometraje
multi-tiempos mediante fotocélulas, pueden
proporcionar información rápida pero los datos obtenidos son
limitados. El sistema mide el tiempo empleado en recorrer una
distancia determinada, y a partir de éste se calcula la velocidad
media en ese intervalo. Por tanto, con esta tecnología no se puede
conseguir una medición continua de la velocidad ni analizar la
evolución de la velocidad de un deportista durante una prueba. Los
sistemas de fotogrametría bidimensional y tridimensional, tanto de
tecnología de cine como de vídeo analógico o digital de alta
velocidad, proporcionan información detallada del movimiento del
deportista, de su patrón articular y de las variaciones de la
velocidad durante todo el desplazamiento. Sin embargo, para la
obtención de resultados, es necesario digitalizar y procesar
múltiples fotogramas invirtiendo para ello grandes cantidades de
tiempo y dedicación. Otra desventaja de esta tecnología es la baja
precisión y fiabilidad en los datos obtenidos, producida por
diferentes motivos: por unas filmaciones de baja calidad obtenidas
en unas condiciones del entorno no idóneas, por el complejo sistema
de calibrado del espacio a filmar, por el posterior procesado de
datos manual, o por la selección de un modelo antropométrico no
adecuado, entre otros. Además, el deporte de alta competición
necesita una retroalimentación inmediata para, a partir de los
resultados de una prueba, mejorar las siguientes que forman parte de
una misma competición: pruebas eliminatorias, semifinales y finales.
Esta información inmediata no es posible obtenerla con los sistemas
de fotogrametría actuales. Los sistemas tridimensionales con
sensores de ultrasonidos, infrarrojos, leds, y, en general, técnicas
de visión artificial, proporcionan datos de forma inmediata pero
requieren instrumentar o marcar el cuerpo del deportista durante las
pruebas, algo incómodo y, por otro lado, prohibido en competiciones.
Además, se precisa una calibración del espacio, sumamente compleja,
y unas condiciones muy controladas del entorno, hecho difícil de
conseguir inclusive en entrenamientos.
En la actualidad, la tecnología láser y los
sistemas de radares desarrollados para la medición de la velocidad
de los vehículos han sido adaptados para medir la velocidad de
carrera. Tanto los sistemas de radar como los de láser miden la
velocidad aprovechando el efecto Doppler. La diferencia principal
entre ambos sistemas radica en que un radar utiliza las ondas de
radio, mientras que el láser usa el pulso de luz infrarroja.
La mayor ventaja del láser sobre otras
tecnologías se debe a que se trata de una técnica que no interfiere
en las acciones del deportista, y éste no debe ocuparse de
participar en la medición, puesto que no es necesario usar ningún
sistema externo para proporcionar datos de posición y velocidad en
tiempo real y el espacio no requiere ser calibrado con medios
externos. Esta inmediatez de resultados hace que esta herramienta
sea muy útil y práctica para entrenadores y deportistas.
La tecnología láser puede ser utilizada tanto en
pruebas dónde el principal objetivo sea recorrer una distancia en el
menor tiempo posible, como por ejemplo, una carrera de 100 metros
lisos, como en aquellas en las que cualquier desplazamiento sea
importante para lograr un buen resultado, por ejemplo, en la carrera
de aproximación de un salto en gimnasia artística.
La posibilidad de medición sin el uso de
reflectores o medios externos y en tiempo real ha posibilitado que
el sistema de medición con láser haya sido probado tanto en
situación de competición como en situaciones controladas de
entrenamiento o valoración de la condición física.
Una de las principales desventajas de la
utilización del sistema láser para la medida de velocidades de
desplazamiento es que únicamente se utiliza para trayectorias
rectilíneas, dada la dificultad de seguir movimientos curvilíneos.
Otra, es que mediante el sistema láser no se calcula de forma
directa la velocidad, sino que ésta se obtiene de forma indirecta,
por lo que para que los datos de velocidad y aceleración sean
fiables, los datos brutos requieren del uso de óptimas técnicas de
filtrado o suavizado alejadas del conocimiento habitual de los
técnicos deportivos.
Los actuales sistemas de láser presentan el
problema de que durante las mediciones existen frecuentes
interposiciones de personas o elementos diversos entre el sistema
láser y el deportista a medir. En situación de competición es
habitual que otro atleta, juez o periodista cruce el carril por
dónde se desplaza el deportista interponiéndose entre el láser y
este último cortando así el haz y alterando los datos. Estos cruces
son habituales llegando a producirse hasta en un 40% de las
mediciones realizadas en una competición. Este problema se ve
agravado con la colocación fija de los actuales sistemas láser.
Puesto que estos cruces se suelen producir por detrás de la
dirección que lleva el deportista, un sistema versátil que
permitiera la posibilidad de elegir si se apunta a la espalda del
atleta o al pecho, evitaría en cierta medida este problema.
Otro problema existente en los sistemas láser
actuales es la dificultad para obtener datos de todo el
desplazamiento del deportista debido precisamente a su colocación
fija. El deportista a lo largo de su desplazamiento no mantiene la
misma posición del cuerpo ni corre en todo momento justo por encima
de una teórica línea recta; sino que, a la vez que se desplaza en
sentido antero-posterior mediante un recorrido
rectilíneo, realiza leves movimientos en dirección vertical y
medio-lateral Por ejemplo, en una carrera de 100
metros lisos el atleta no siempre se encuentra en la misma postura;
al inicio de la prueba está agachado en la salida de tacos y, una
vez que se ha dado la salida, rápidamente se va incorporando a una
posición más erecta, además se puede mover de derecha a izquierda en
el interior de la calle de la pista de atletismo. Si la posición del
láser se mantiene fija, el haz no contacta con la superficie del
cuerpo del deportista en todo momento, y aparecen errores en la
medición.
En la actualidad existen sistemas que deben
desplazar, de un modo u otro, un sistema o instrumento de medición
para intentar evitar la pérdida de datos del desplazamiento y la
posición del sujeto a medir. Como por ejemplo, el aportado en el
documento "People Trucking and following with Mobile robot using
an omnidirectional camera and a laser" (Kovilarov M; Sukhatme G:
Hyams J; Batavia P. - Robotics and Automation, 2006. ICRA 2006.
Proceedings 2006 IEEE International Conference on Orlando,
15/05/2006-19/05/2006) en el que se presenta un
sistema de análisis cinemático para el seguimiento de personas en
movimiento por medio de una cámara y un láser (que solo actúa como
puntero), junto con un sistema informático para el registro y
procesado de los datos recogidos. El documento CN1721142 muestra un
sistema de análisis de visión estereoscópica con cinco grados de
libertad que utiliza cámaras y vídeos digitales controlados por un
sistema informático y medios para la filmación del movimiento pero
no contempla el análisis de datos cinemáticos en tiempo real; solo
registra imágenes. Su estructura está formada por una base y raíles
horizontales y verticales desplazables entre sí para el movimiento
de las cámaras. En el documento US5673082, se describe un sistema
cámara-láser para aplicaciones telerobóticas montado
en una estructura y controlado por servomotores, accionados por un
operario situado en una posición remota. Este sistema requiere
instrumentalizar el cuerpo de la persona para poder obtener datos de
sus posiciones. El documento US2003/0045816 presenta un sistema de
seguimiento del movimiento de objetos que utiliza diferentes tipos
de medida, tales como la medida de señales acústicas o señales
luminosas cuyos sensores han de situarse también directamente sobre
el cuerpo de la persona para obtener datos de sus posiciones. El
hecho de tener que instrumentalizar al sujeto impide que puedan ser
utilizados en competiciones deportivas porque está prohibido por los
reglamentos de los distintos deportes. Aunque su uso se podría
restringir a entrenamientos, el hecho de instrumentalizar al sujeto
puede suponer una modificación de su técnica y de su rendimiento por
lo aparatoso e incómodos de los sistemas.
Era, por tanto, deseable un sistema que
consiguiera una medida precisa y fiable, de la velocidad de los
desplazamientos de los deportistas en entrenamientos y competiciones
deportivas en tiempo real, evitando los inconvenientes existentes en
los anteriores sistemas del estado de la técnica.
La presente invención resuelve los problemas
existentes en el estado de la técnica mediante un sistema de
análisis cinemático en tiempo real para entrenamientos y
competiciones deportivas, que está basado en tecnología láser y
tiene como objeto registrar y analizar variables cinemáticas en
tiempo real, de pruebas realizadas por deportistas, en condiciones
de entrenamiento o de competición, asociadas a cualquier tipo de
desplazamiento en línea
recta.
recta.
La invención puede ser utilizada en todos
aquellos deportes o especialidades deportivas en los que la marcha o
la carrera sea parte fundamental en la técnica y el rendimiento,
como ocurre en las especialidades atléticas de marcha, carreras de
velocidad de 60, 100, 200 y 400 metros lisos, carrera de relevos de
4x100 y 4x400 m, 100 y 110 metros vallas, y el resto de las carreras
de fondo y medio fondo; pruebas de ciclismo de velocidad y ruta,
triatlón, piragüismo, canoa, etc., teniendo en cuenta que en las
carreras de larga distancia se realizarán los análisis en
determinados tramos rectilíneos.
Asimismo, el sistema de análisis objeto de la
presente invención se puede aplicar a todas las pruebas o
movimientos en los que se requiere un desplazamiento previo, carrera
de aproximación, carrera de aceleración o de impulso, carrera de
saltos de longitud, de triple, pértiga, lanzamiento de jabalina,
etc. Por último, todos aquellos deportes en los que la acción
principal del movimiento va precedida o seguida de un desplazamiento
decisivo para el éxito de dicha acción, como la carrera de los
saltos gimnásticos y acrobacias, desplazamientos en fútbol,
balonmano, baloncesto, con o sin balón; hockey, béisbol, softbol, o
aquellos deportes o pruebas en los que resulte imprescindible el
análisis de los tiempos de reacción ante un estímulo, como
bádminton, tenis, squash, remate de voleibol, artes marciales,
deportes de discapacitados con sistemas de ayuda al desplazamiento
como silla de ruedas, etc.
El sistema de análisis cinemático está formado
por un cabezal láser para la toma de datos, concretamente la
medición de espacios recorridos y cálculo de velocidades y
aceleraciones de deportistas que se desplazan en sentido
anteroposterior, con relación a la posición del sistema, y en línea
recta. Dicho sistema, está conectado a un sistema informático que
registra y procesa de forma inmediata los datos tomados por el
cabezal láser, mediante al menos, un ordenador, o cualquier tipo de
procesador.
El cabezal láser está dispuesto en un soporte
móvil, liviano, portátil y desmontable, que tiene una base para su
apoyo, un raíl vertical fijado a la base, el cual tiene medios de
desplazamiento vertical, y un raíl horizontal unido al raíl vertical
y desplazable a lo largo de éste mediante los medios de
desplazamiento vertical, y que a su vez comprende medios de
desplazamiento horizontal.
El cabezal láser se une al raíl horizontal y se
desplaza a lo largo de dicho raíl mediante los medios de
desplazamiento horizontal.
Tanto los medios de desplazamiento vertical como
los medios de desplazamiento horizontal están conectados al sistema
informático, el cual controla la posición, movimiento y velocidad de
éstos mediante medios de control del movimiento. De esta forma, el
soporte proporciona movimiento horizontal y vertical al cabezal
láser para conseguir mantener un contacto permanente del haz emitido
por dicho cabezal láser sobre un objetivo en movimiento, para su
análisis cinemático.
El raíl vertical tiene la altura necesaria para
que el láser pueda cubrir las diferentes alturas a las que se puede
encontrar el deportista a lo largo del análisis, desde la altura
mínima en la que el deportista está agachado en la salida, hasta una
altura máxima en la que el deportista está completamente estirado, o
incluso salta. El raíl horizontal debe tener una longitud tal que el
desplazamiento del cabezal pueda cubrir toda la anchura de la calle
de una pista de atletismo, o si se trata de un deporte diferente,
que pueda cubrir todo el posible desplazamiento horizontal del
deportista en su desplazamiento.
De forma preferente, tanto los medios de
desplazamiento vertical que desplazan al raíl horizontal a lo largo
del raíl vertical, como los medios de desplazamiento horizontal que
desplazan al cabezal láser a lo largo del raíl horizontal están
formados por una correa, que puede ser una correa dentada, accionada
por un servomotor, estando los servomotores alimentados por fuentes
de alimentación sincronizadas, y estando conectados al sistema
informático, el cual realiza el control de la posición,
desplazamiento y velocidad del cabezal láser.
Preferentemente, la base del soporte tiene
ruedas que permiten el desplazamiento del sistema de forma cómoda
hasta el lugar donde sea necesario, teniendo estas ruedas un sistema
de freno que permite su bloqueo para fijar de forma segura el
sistema en el lugar en el que se va a utilizar. Además, dichas
ruedas suelen ser abatibles, lo que permite que en su posición da
desplegado apoyen y rueden en el suelo, y en su posición de plegado
se abatan hacia arriba, quedando dispuestas sobre la superficie
superior de la base y permitiendo una fijación segura del sistema
sobre el suelo.
En la base del soporte se sitúan tres patas
regulables en altura con el fin de nivelar el soporte y asegurar su
horizontalidad en diferentes superficies. Sobre la estructura se
dispone un pequeño nivel bidireccional para comprobar dicha
horizontalidad.
El sistema objeto de la invención presenta una
cámara, o minicámara de vídeo digital, fijada al cabezal láser para
realizar el seguimiento del haz del láser sobre el deportista, a
través del sistema informático y para la visión y grabación del
objetivo al que enfoca y que contacta el láser.
En cuanto al sistema informático, éste presenta
al menos, medios de registro y análisis, para la toma de datos, su
entrada al sistema y el análisis de espacios, tiempos, velocidades,
aceleraciones, etc. El sistema informático puede presentar una base
de datos con valores de referencia, que se utilizarán para realizar
comparativas en los análisis. Adicionalmente, el sistema informático
puede contar con medios de análisis cualitativo e interpretación
biomecánica de los datos registrados, para el estudio de habilidades
motrices y técnicas deportivas específicas.
De esta forma, para el análisis cinemático, el
cabezal láser emite un haz que impacta en la espalda o pecho del
deportista. Para que este haz mantenga el contacto con la superficie
del cuerpo, el usuario desplaza el sistema láser a lo largo de un
eje vertical y uno horizontal, dirigiendo el haz desde el principio
al fin del desplazamiento mediante el soporte móvil que lo sustenta.
El sistema registra, en tiempo real, las variables de posición
(distancia desde un punto de partida y a lo largo del tiempo) y
velocidad, con una frecuencia de al menos 150 Hz. El sistema láser
es de clase 1, inocuo para la salud de las personas.
\newpage
Este sistema presenta una serie de ventajas
sobre todos los demás existentes en el estado de la técnica, que
consisten fundamentalmente en que este sistema de análisis no
interfiere en las acciones del deportista puesto que no es necesario
instrumentarle para proporcionar datos de distancia y velocidad en
tiempo real. Además, la inmediatez de resultados evita la necesidad
de cumplir con los procedimientos de digitalización, utilizados en
las clásicas técnicas de fotogrametría, las cuales consumen enormes
cantidades de tiempo, posibilitando que los resultados obtenidos
puedan ser inmediatamente utilizados por entrenadores y
deportistas.
Asimismo, la posibilidad de que el sistema láser
se pueda desplazar siguiendo una misma superficie del cuerpo del
deportista permite que los datos obtenidos sean más precisos y
fiables que los que se podrían obtener con la colocación fija del
sistema láser, asegurando así que el haz no pierda el contacto con
el deportista.
Igualmente, la incorporación en el sistema
informático de medios para la interpretación de las variables
biomecánicas a entrenadores y deportistas convierte al objeto de la
presente invención en una herramienta para la mejora del
rendimiento, la planificación, diseño y evaluación de los procesos
de entrenamiento, y la búsqueda de la estrategia más adecuada en la
competición, del mismo modo que ayuda, tanto al entrenador como al
deportista, en la toma de decisiones, resolución de problemas y
corrección de errores.
Además, cualquier proceso de evaluación requiere
del conocimiento de variables de referencia previas obtenidas por
los propios deportistas que están siendo analizados o de otros
deportistas de mayor o similar nivel. Para ello, el presente sistema
de análisis posee medios específicos para el análisis biomecánico de
la técnica deportiva concreta a analizar mediante una base de datos,
la cual extrae información del histórico en tiempo real, y el
análisis cualitativo para su interpretación. Estas herramientas
resultan básicas para la valoración y evaluación del rendimiento del
deportista.
Otra de las ventajas, es que debido a su
configuración, la invención es portátil, liviana y fácil de montar y
de manejar, por lo que puede ser utilizada en cualquier terreno de
juego, pista o instalación deportiva ofreciendo una gran
versatilidad en su uso; además puede ser transportada de un lugar a
otro fácilmente y con la rapidez que impone una competición o
entrenamiento.
El sistema de análisis puede incorporar
adicionalmente una serie de dispositivos que complementan y mejoran
el análisis, proporcionando información complementaria a la aportada
únicamente por el láser.
Según una realización particular, los registros
del cabezal láser pueden ser integrados con los datos de velocidad
obtenidos desde un radar acoplado al sistema, por ejemplo, al propio
cabezal láser, permitiendo así un análisis más exhaustivo del
movimiento. El radar puede registrar datos de velocidad de los
objetos que no sean apuntados por el láser como por ejemplo, un
balón. El láser obtendrá la velocidad del deportista y el radar la
velocidad de salida del balón una vez que ha sido golpeado. Este
sistema puede ser utilizado tanto en condiciones de competición como
en entrenamiento debido a que no es necesario instrumentalizar al
deportista.
Además, para condiciones especiales de análisis,
los registros del cabezal láser pueden ser integrados con los datos
de aceleración obtenidos desde diferentes acelerómetros, permitiendo
un análisis complementario del movimiento. Mientras que el láser
registra las posiciones y calcula la velocidad y aceleración del
deportista, los acelerómetros registran las aceleraciones de varios
de sus segmentos corporales. Para ello, el deportista estará
instrumentalizado con acelerómetros, y la señal de éstos será
registrada por un receptor de aceleración acoplado al sistema, por
ejemplo, al propio cabezal láser. Este sistema sólo puede ser
utilizado en condiciones de entrenamiento debido a que es necesario
instrumentalizar al deportista.
Adicionalmente, para condiciones particulares de
análisis, los registros del cabezal láser pueden ser integrados con
los datos de posición obtenidos por un sistema de ultrasonidos
acoplado, permitiendo así un análisis complementario del movimiento.
Mientras que el láser registra la velocidad del deportista, el
sistema de ultrasonidos registra la posición de diferentes sensores
colocados en el cuerpo del deportista o en implementos deportivos.
Este sistema sólo puede ser utilizado en condiciones de
entrenamiento debido a que es necesario instrumentalizar al
deportista.
De acuerdo con otra realización particular,
según ciertas condiciones singulares de análisis, los registros del
cabezal láser pueden ser integrados con los datos de posición
obtenidos por un sistema acoplado que capta la señal luminosa de
unos leds, permitiendo así un análisis complementario del
movimiento. Mientras que el láser registra la velocidad del
deportista, el sistema de leds registra la posición de diferentes
sensores luminosos colocados en el cuerpo del deportista o en
implementos deportivos. Este sistema tampoco puede ser utilizado más
que en condiciones de entrenamiento debido a que necesita
instrumentalizar al deportista.
Según una realización particular, en el sistema
de análisis cinemático, para condiciones especiales de análisis, los
registros del cabezal láser pueden ser integrados con imágenes
obtenidas por una o varias cámaras adicionales de vídeo acopladas al
sistema permitiendo un análisis complementario del movimiento.
Mientras que el láser registra la velocidad del deportista, las
cámaras adicionales de vídeo registran las imágenes del movimiento y
las procesan mediante técnicas de fotogrametría. Este sistema puede
ser utilizado tanto en condiciones de competición como en
entrenamiento debido a que no es necesario instrumentalizar al
deportista.
\newpage
Adicionalmente, el cabezal láser del sistema de
análisis cinemático puede ser monitorizado mediante la información
recibida de un sistema de visión artificial que direccione de forma
automática el haz del láser siguiendo el movimiento del deportista.
Este sistema tiene la posibilidad de trabajar de forma conjunta con
otros sistemas láser, con el objetivo de instrumentar un estadio
deportivo completo para registrar y procesar, en tiempo real, la
información procedente de todas las pruebas celebradas en un evento
deportivo y que sean susceptibles de análisis mediante este sistema.
Para ello, se dispondrá de la infraestructura informática necesaria
para la transmisión de datos, vía telemática, procedente de los
distintos sistemas láser situados en la instalación deportiva a un
procesador central, que proporcionará la información a deportistas,
técnicos deportivos y profesionales del deporte interesados.
A continuación, para facilitar la comprensión de
la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá
una realización de la invención que hace referencia a una serie de
figuras.
La figura 1 es una vista en perspectiva de una
realización particular del sistema de análisis objeto de la presente
invención que muestra el interior del raíl vertical y del raíl
horizontal.
La figura 2 muestra en detalle el raíl
horizontal y su interior, así como la conexión del cabezal láser a
dicho raíl horizontal.
En estas figuras se hace referencia a un
conjunto de elementos que son:
- 1.
- cabezal láser
- 2.
- sistema informático
- 3.
- soporte
- 4.
- base del soporte
- 5.
- raíl vertical
- 6.
- raíl horizontal
- 7.
- medios de desplazamiento vertical
- 8.
- medios de desplazamiento horizontal
- 9.
- primer elemento de unión
- 10.
- segundo elemento de unión
- 11.
- parte central del segundo elemento de unión
- 12.
- travesaños laterales del segundo elemento de unión
- 13.
- correas
- 14.
- servomotores accionador de correas
- 15.
- tubos principales de la base
- 16.
- tubo transversal de la base
- 17.
- ruedas de la base
- 18.
- bandeja para apoyo del sistema informático
- 19.
- minicámara de vídeo digital
- 20.
- cuña soporte del segundo elemento de unión
- 21.
- tubos diagonales
- 22.
- patas de la base
- 23.
- nivel bidireccional.
El objeto de la presente invención es un sistema
de análisis cinemático en tiempo real para entrenamientos y
competiciones deportivas, para el registro y análisis de variables
cinemáticas asociadas a desplazamientos en línea recta.
Tal y como muestran las figuras, el sistema de
análisis cinemático está compuesto de un cabezal láser 1 para la
toma de datos cinemáticos, particularmente medición de espacios
recorridos y cálculo de velocidades y aceleraciones de los
deportistas, que se conecta a un sistema informático 2 configurado
para el registro y procesamiento de los datos tomados por el cabezal
láser 1.
Las características mínimas esenciales del
cabezal láser 1 para el adecuado funcionamiento del sistema son un
rango de medición sobre superficies naturales de 0.50 metros a 300
metros, un rango de medición sobre reflector de 0.50 metros a 1000
metros, una precisión de \pm20 milímetros, una frecuencia de
muestreo de 150 Hz, un rango de velocidades medibles entre 0 m/s y
50 m/s.
El sistema de análisis cinemático tiene
adicionalmente un soporte 3 móvil, desmontable y portátil, en el que
se dispone el cabezal láser 1.
Como se puede observar en la figura 1, el
soporte 3 apoya en una base 4, y tiene un raíl vertical 5 fijado a
dicha base 4. El raíl vertical 5 es estabilizado por unos tubos
diagonales 21 que forman con el raíl vertical 5 una base triangular.
El raíl vertical 5 presenta medios de desplazamiento vertical 7.
Adicionalmente, existe un raíl horizontal 6 que está unido al raíl
vertical 5 y que se desplaza a lo largo de éste por medio de los
medios de desplazamiento vertical 7. Este raíl horizontal 6, a su
vez tiene medios de desplazamiento horizontal 8. El cabezal láser 1
se une al raíl horizontal 6, y se desplaza a lo largo de éste,
mediante los medios de desplazamiento horizontal 8.
De acuerdo con una realización preferente de la
invención, el cabezal láser 1 se une al raíl horizontal 6 mediante
un primer elemento de unión 9 que encaja en dicho raíl horizontal 6
y se desplaza lo largo de éste mediante los medios de
desplazamiento horizontal 8. La figura 2 muestra con detalle el
primer elemento de unión 9 del cabezal láser 1 al raíl
horizontal.
Además, el raíl horizontal 6 se une al raíl
vertical 5 por medio de un segundo elemento de unión 10 que encaja
en dicho raíl vertical 5 y se desplaza a lo largo de dicho raíl
vertical 5 mediante los medios de desplazamiento vertical 7. Tal y
como se observa en la figura 1, de forma preferente el segundo
elemento de unión 10 tiene una parte central 11 y una cuña soporte
20, las cuales encajan en el raíl vertical 5, y son desplazadas
verticalmente por los medios de desplazamiento vertical 7; y dos
travesaños laterales 12, los cuales unen la parte central 11 y el
raíl horizontal 6, estabilizando dicho raíl horizontal 6.
Preferentemente, los travesaños laterales 12 se unen a los extremos
del raíl horizontal 6, formando el conjunto de raíl horizontal 6,
los travesaños laterales 12, la parte central 11 y la cuña soporte
20 un triángulo isósceles invertido, como se puede apreciar en la
figura 1, lo que equilibra el soporte 3 y lo dota de estabilidad en
el movimiento del cabezal láser 1.
Tanto los medios de desplazamiento vertical 7
como los medios de desplazamiento horizontal 8 están conectados al
sistema informático 2, el cual se encarga de controlar la posición,
movimiento y velocidad de dichos medios de desplazamiento vertical 7
y de dichos medios de desplazamiento horizontal 8 utilizando medios
de control del movimiento.
De esta forma, el soporte 3 proporciona
movimiento horizontal y vertical al cabezal láser 1, para hacer que
exista un contacto permanente del haz emitido por el cabezal láser 1
sobre un objetivo en movimiento, que en este caso es el deportista a
analizar, para su análisis cinemático.
El sistema presenta una minicámara de vídeo
digital 19 fijada al cabezal láser 1, para poder realizar el
seguimiento del haz del láser sobre el deportista a través del
sistema informático 2 y, además, proporcionar la visión y grabación
del deportista objetivo que contacta el láser.
De forma preferente, y para que el sistema de
análisis sea lo más exacto, fiable y eficiente posible, el haz no
debe perder el contacto con el deportista objetivo en ningún
momento. Por ello, en realizaciones óptimas, la longitud del raíl
horizontal 6 será tal que el desplazamiento del cabezal láser 1
pueda cubrir toda la anchura de la calle de una pista de atletismo,
o si se trata de un deporte diferente, que pueda cubrir todo el
posible desplazamiento horizontal del deportista en su movimiento.
El raíl vertical 5, en cambio, tendrá la altura necesaria para que
el cabezal láser 1 pueda cubrir las diferentes alturas a las que so
puede encontrar el deportista a lo largo del análisis, desde la
altura mínima en la que el deportista está agachado en una salida,
hasta una altura máxima en la que el deportista está completamente
estirado, o incluso salta.
Las figuras muestran una realización preferente
de los medios de desplazamiento vertical 7 que desplazan al raíl
horizontal 6 a lo largo del raíl vertical 5, los cuales están
formados por una correa 13 vertical accionada por un servomotor 14,
y los medios de desplazamiento horizontal 8 que desplazan al cabezal
láser 1 a lo largo del raíl horizontal 6, los cuales están formados
por una correa 13 horizontal que se acciona mediante otro servomotor
14. Los servomotores 14 que accionan las correas 13 están
alimentados por fuentes de alimentación sincronizadas, no
representadas para claridad de las figuras, y están conectados al
sistema informático 2, de tal forma que el sistema informático 2
realiza el control de la posición, desplazamiento y velocidad del
cabezal láser 1.
De forma preferente, tal y como está
representado en la figura 1, la base 4 está formada por dos tubos
principales 15, convergentes en sus extremos delanteros, que están
unidos entre sí por su zona central por un tubo transversal 16, de
tal forma que los tubos principales 15 y el tubo transversal 16
forman una "A", con sus extremos delanteros convergentes entre
sí. Además, de forma particular, cada uno de los extremos de los
tubos principales 15 tiene al menos una rueda 17 con medios de
frenado. Esta configuración facilita el desplazamiento del sistema
de un lugar a otro, y además proporciona una adecuada estabilidad a
éste mientras está trabajando apoyado sobre una superficie. Según
una realización alternativa de la base 4, no representada en las
figuras, los dos tubos principales 15 son casi paralelos, aunque
ligeramente convergentes hacia sus extremos delanteros, y también
están unidos entre sí por su zona central mediante un tubo
transversal 16, de tal forma que en este caso los tubos principales
15 y el tubo transversal 16 forman una "H", con sus extremos
delanteros ligeramente convergentes entre sí. Alternativamente,
según otra realización tampoco representada en las figuras, la base
4 está formada por tres tubos principales 15 que se unen por uno de
sus extremos formando una "Y" invertida con los ángulos entre
los tubos principales 15 iguales.
Preferentemente, las ruedas 17 de la base 4 son
abatibles y tienen una primera posición de apoyo y rodamiento en el
suelo, y una segunda posición en la que quedan abatidas sobre la
parte superior de los tubos principales 15, lo que permite el apoyo
y la fijación de la base 4 del soporte 3 sobre el suelo mediante
unas patas regulables 22 en altura para facilitar el nivelado El
soporte 3 preferentemente tiene al menos un nivel bidireccional 23
para ajustar su nivelado en el terreno.
Adicionalmente, el sistema de análisis puede
presentar una bandeja 18 abatible para que apoye al menos parte del
sistema informático 2, como por ejemplo, un ordenador o cualquier
tipo de procesador. Esta bandeja 18 está fijada a la parte trasera
del soporte 3, y tiene una primera posición de desplegada en la cual
la bandeja 18 está dispuesta perpendicularmente al raíl vertical 5 y
al menos parte del sistema informático 2 puede colocarse sobre dicha
bandeja 18; y una segunda posición de plegada, en la cual la bandeja
18 está dispuesta paralelamente al raíl vertical 5 y pegada a éste,
lo que facilita el transporte del sistema y su almacenamiento
mientras no se está utilizando.
Para el eficiente registro y análisis, de forma
preferente, el sistema informático 2 tiene medios de registro de
datos y análisis cinemático de dichos datos, una base de datos de
valores de referencia para la comparación de los datos registrados y
medios de análisis biomecánico cualitativo y de interpretación
biomecánica de los datos registrados.
Mediante los medios de registro de datos y
análisis cinemático, se registran en tiempo real los datos
procedentes del cabezal láser 1 con una frecuencia de 150 Hz y se
procesan, utilizando diferentes opciones que han sido diseñadas a
medida de diferentes deportes y especialidades deportivas. Estos
datos son entre otros, posiciones, velocidades y aceleraciones del
deportista. A partir de estos datos, los medios de registro de datos
y análisis cinemático calculan otros como tiempo del deportista en
recorrer diferentes distancias predeterminadas, tiempos acumulados
del deportista, velocidades máximas, instantes en que se logran,
velocidades medias, etc.
La base de datos de valores de referencia
contiene información del histórico del deporte y deportistas, para
poder llevar a cabo, en tiempo real, la evaluación de cada prueba
específica, y comparativas de intervalos de tiempo, de velocidades,
etc.
Mediante los medios de análisis cualitativo y de
interpretación biomecánica de los datos registrados, se proporciona
información relativa a las variables biomecánicas que son analizadas
en cada deporte. Para ello, se cuenta con un análisis biomecánico
cualitativo de cada deporte y una descripción de cada variable, su
significado biomecánico y su interpretación.
Una vez descrita de forma clara la invención, se
hace constar que las realizaciones particulares anteriormente
descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que
no alteren el principio fundamental y la esencia de la
invención.
Claims (19)
1. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas que comprende
- -
- un cabezal láser (1) para la toma de datos cinemáticos, conectado a
- -
- un sistema informático (2) configurado para el registro y procesamiento de los datos tomados por el cabezal láser (1),
- -
- un soporte (3) móvil, liviano, portátil y desmontable en el cual está dispuesto el cabezal láser (1), comprendiendo dicho soporte (3)
- -
- una base (4) para el apoyo del soporte (3),
- -
- un raíl vertical (5) fijado a la base (4) y sustentado por unos tubos diagonales (21) oblicuos a dicho raíl vertical, comprendiendo el raíl vertical (5) medios de desplazamiento vertical (7),
- -
- y un raíl horizontal (6) unido al raíl vertical (5) mediante un segundo elemento de unión (10) que encaja en dicho raíl vertical (5), y que es desplazable a lo largo de dicho raíl vertical (5) mediante los medios de desplazamiento vertical (7), y que a su vez comprende medios de desplazamiento horizontal (8),
- -
- estando el cabezal láser (1) unido al raíl horizontal (6) y siendo desplazable a lo largo de dicho raíl horizontal (6) mediante los medios de desplazamiento horizontal (8),
- -
- estando los medios de desplazamiento vertical (7) y los medios de desplazamiento horizontal (8) conectados al sistema informático (2) que controla la posición, movimiento y velocidad de dichos medios de desplazamiento vertical (7) y de dichos medios de desplazamiento horizontal (8) mediante medios de control del movi- miento,
- -
- comprendiendo adicionalmente el sistema una minicámara de vídeo digital (19) fijada al cabezal láser (1) y conectada al sistema informático (2), para realizar el seguimiento del haz del láser sobre un objetivo en movimiento a través del sistema informático (2), y para la visión y grabación del objetivo que contacta el láser,
- proporcionando así el soporte (3) movimiento horizontal y vertical al cabezal láser (1) para mantener un contacto permanente del láser emitido por dicho cabezal láser (1) sobre un objetivo en movimiento, para su análisis cinemático,
dicho sistema de análisis cinemático en tiempo
real para competiciones deportivas caracterizado porque el
segundo elemento de unión (10) comprende
- -
- una parte central (11) que encaja on el raíl vertical (5),
- -
- dos travesaños laterales (12) que unen la parte central (11) y el raíl horizontal (6) estabilizando dicho raíl horizontal (6), y
- -
- una cuña soporte (20) que encaja en el raíl vertical (5) y se une al raíl horizontal (6).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el cabezal láser (1)
está unido al raíl horizontal (6) por medio de un primer elemento de
unión (9) que encaja en el raíl horizontal (6) y es desplazable a lo
largo de dicho raíl horizontal (6) mediante los medios de
desplazamiento horizontal (8).
3. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el raíl
horizontal (6) tiene una longitud sustancialmente igual o inferior
al ancho de la calle de una pista de atletismo.
4. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- -
- los medios de desplazamiento vertical (7) que desplazan al raíl horizontal (6) a lo largo del raíl vertical (5) comprenden
- -
- una correa (13) vertical accionada por
- -
- un servomotor (14),
\newpage
- -
- porque los medios de desplazamiento horizontal (8) que desplazan al cabezal láser (1) a lo largo del raíl horizontal (6) comprenden
- -
- una correa (13) horizontal accionada por
- -
- un servomotor (14),
- -
- y porque los servomotores (14) que accionan las correas (13)
- -
- están alimentados por fuentes de alimentación sincronizadas, y
- -
- están conectados al sistema informático (2), realizando dicho sistema informático (2) el control de la posición, desplazamiento y velocidad del cabezal láser (1).
\vskip1.000000\baselineskip
5. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la base
(4) del soporte (3) comprende
- -
- dos tubos principales (15) convergentes entre sí hacia sus extremos delanteros, unidos entre sí por su zona central por un
- -
- tubo transversal (16),
formando los tubos principales (15) y el tubo
transversal (16) una "A" con sus extremos delanteros
convergentes entre sí.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la base (4)
del soporte (3) comprende tres tubos principales (15) formando una
"Y" invertida en la que el ángulo entre los tubos principales
(15) es el mismo.
7. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la base (4)
del soporte (3) comprende
- -
- dos tubos principales (15) ligeramente convergentes entre sí hacia sus extremos delanteros, unidos entre sí por su zona central por un
- -
- tubo transversal (16),
formando los tubos principales (15) y el tubo
transversal (16) una "H" con sus extremos delanteros
ligeramente convergentes entre sí.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según cualquiera de
las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque comprende al
menos una rueda (17) dispuesta en cada uno de los extremos de los
tubos principales (15) de la base (4).
9. Sistema de análisis cinemático en tiempo real
para entrenamientos y competiciones deportivas, según la
reivindicación anterior, caracterizado porque las ruedas (17)
comprenden medios de frenado.
10. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado
porque las ruedas (17) son abatibles comprendiendo
- -
- una primera posición de apoyo y rodamiento en el suelo,
- -
- y una segunda posición abatidas sobre la parte superior de los tubos principales (15) que permite el apoyo y la fijación de dichos tubos principales (15) sobre el suelo.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende una bandeja (18) abatible para el apoyo de al menos
parte del sistema informático (2), la cual está fijada a la parte
trasera del soporte (3), y que comprende
- -
- una primera posición de desplegada en la cual la bandeja (18) está dispuesta perpendicularmente al raíl vertical (5) y al menos parte del sistema informático (2) se dispone sobre dicha bandeja (18),
- -
- y una segunda posición de plegada en la cual la bandeja (18) está dispuesta paralelamente al raíl vertical (5) y pegada a éste.
12. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el sistema informático (2) comprende
- -
- medios de registro de datos y análisis cinemático de dichos datos,
- -
- una base de datos de valores de referencia, y
- -
- medios de análisis biomecánico cualitativo y de interpretación biomecánica de los datos registrados.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado
porque la base (4) del soporte (3) comprende
- -
- dispuesta en cada uno de los extremos de los tubos principales (15) una pata regulable en altura, para la nivelación y estabilidad del sistema de análisis,
- -
- y dispuestos en los tubos principales (15) unos niveles bidireccionales, para el control de la nivelación y estabilidad del sistema de análisis.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende un radar fijado al cabezal láser (1) para el
registro y análisis de velocidades de objetivos que no pueden ser
seguidos por el haz emitido por el cabezal láser en un instante
determinado, estando conectado el radar al sistema informático
(2).
15. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende un receptor de aceleración fijado al cabezal láser
(1) para la recepción de la señal de una pluralidad de acelerómetros
dispuestos en diferentes segmentos corporales de un deportista,
estando conectado el receptor de aceleración al sistema informático
(2).
16. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende un sistema de ultrasonidos fijado al cabezal láser
(1) para el registro y análisis de movimiento de al menos un
objetivo en el que se ha dispuesto al menos un sensor, estando
conectado el sistema de ultrasonidos conectado al sistema
informático (2).
17. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende un receptor de señal luminosa fijado al cabezal
láser (1) para la recepción de la señal de una pluralidad de
sensores luminosos dispuestos en diferentes objetivos, estando
conectado el receptor de señal luminosa al sistema informático
(2).
18. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende al menos una cámara adicional de vídeo fijada al
cabezal láser (1) para el registro y análisis adicional de imágenes
del movimiento, estando conectada la cámara adicional de vídeo al
sistema informático (2).
19. Sistema de análisis cinemático en tiempo
real para entrenamientos y competiciones deportivas, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende un sistema de visión artificial conectado al
cabezal láser (1) y al sistema informático (2) para la dirección
automática del haz del láser siguiendo el movimiento del
deportista.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900134A ES2331170B2 (es) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Sistema de analisis cinematico en tiempo real para entrenamientos y competiciones deportivas. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900134A ES2331170B2 (es) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Sistema de analisis cinematico en tiempo real para entrenamientos y competiciones deportivas. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2331170A1 ES2331170A1 (es) | 2009-12-22 |
| ES2331170B2 true ES2331170B2 (es) | 2010-11-29 |
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ID=41397604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200900134A Active ES2331170B2 (es) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Sistema de analisis cinematico en tiempo real para entrenamientos y competiciones deportivas. |
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Also Published As
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|---|---|
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