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

Sistema de análisis cinemático en tiempo real para entrenamientos y competiciones deportivas.

Campo técnico de la invención

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.

Antecedentes de la invención

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)...

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)