AG Technische Informatik

Ein bewegungssensitives Mustererkennungssystems, auf Basis eines drahtlosen körpernahen Sensornetzes für die Klassifizierung von Bewegungsfolgen im Kampfsport

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller , Dipl.-Inform. Martin Seiffert
Abschluss: Bachelor of Science (B.Sc.) / Master of Science (M.Sc.)
Projekt:

Inhalt

Übersicht

Drahtlose körpernahe Sensornetze können auf der Basis verteilter Mustererkennungsverfahren und fortgeschrittener Inertialsensorik Aktivitäten, Aktionen oder auch detaillierte Bewegungen des menschlichen Körpers klassifizieren. Dadurch entwickeln diese Sensornetze das Potential den Menschen in verschiedenen Bereichen wie zum Beispiel Sport oder Rehabilitation zu unterstützen.

Im Projekt VIVE der FU-Berlin wird zum Beispiel validiert, ob ein System auf Basis einer verteiltes Ereigniserkennung eingesetzt werden kann, um Patienten mit Einschränkung der motorischen Fähigkeiten (beispielsweise nach einem Schlaganfall oder beim Umgang mit Prothesen) beim Erlernen von Bewegungsabläufen zu unterstützten. In diesem Rahmen wurde bereits eine prototypisches körpernahes Sensornetz entwickelt welches eine Bewegung erlernen, wiedererkennen und bewerten kann. Dabei kann die zuvor erlernte Bewegungen bereits aus einer kontinuierlichen Folge von Bewegungen heraus identifiziert werden. Das aktuelle System greift dabei ausschließloch auf die Daten eines Beschleunigungssensors zurück.

In vielen Kampfsportarten ist eine genau festgelegte Abfolge (Form) von Bewegungen wie zum Beispiel von Angriffen, Verteidigungen oder Gegenangriffen von Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit soll das vorhandene körpernahe Sensornetz dahingehend weiterentwickelt werden, dass das System ein Vielzahl von verschiedenen Bewegungen aus dem Kampfsport identifizieren und hinsichtlich ihrer Ausführung bewerten kann. Zusätzlich soll das System die Abfolge der Bewegungen gegen eine festgelegte Form prüfen. Dafür stehen neu entwickelte Sensorknoten mit vollständig integrierter Inertialsensorik (Gyroskop, Beschleunigungssensor, Magnetometer) zur Verfügung..

Aufgaben

Eine Arbeit in diesem Bereich umfasst zum Beispiel folgende Punkte:

  • Einarbeitung in die Plattform F4VI1 und Erarbeitung eines ausgeprägten Signalverständnisses der Inertialsensorik (Beschleunigungssensor, Gyroskop, Magnetometer)
  • Entwickeln weiterer Merkmale auf Basis der Intertialsensorik mit dem Ziel verschiedene Bewegungen besser zu klassifizieren und deren Ausführung zu bewerten
  • Erweitern des vorhandenen Systems um die Möglichkeit ein Vielzahl (ca. 15-20) von Bewegungen zu trainieren, zu erkennen und zu bewerten
  • Erweitern des vorhandenen Systems um die Möglichkeit eine Abfolge von Bewegungen gegen eine festgelegte Form zu prüfen
  • Ausgabe eines geeigneten Feedback bezüglich der Bewertung der Bewegungen an den Benutzer
  • Experimentelle Evaluation des Systems

Umfeld

Für diese Arbeit steht ein drahtloses Sensornetz basierend auf kompakten Sensorknoten zur Verfügung. Die einzelnen Sensorknoten verfügen bereits über eine eigenständige Stromversorgung (Akku) und können einfach an verschiedenen Körperteilen montiert werden. Die Sensorknoten verfügen über einen Cortex M4 Prozessors sowie über eine vollständig integrierten Inertialsenorik. Dadurch ist jeder Sensorknoten bereits in der Lage die Ausrichtung eines einzelnen Körperteils zu bestimmen. Für den drahtlosen Austausch von Daten verfügt jeder Sensorknoten über das Funkmodul CC1100 als auch optional über ein Bluetooth Modul. Das Programmieren der Sensorknoten erfolgt in der Programmiersprache C.