Embedded Measurement System for Cross-Country Skiing

Abstract

Mennesket er en kompetitiv art, og har alltid sett etter å forbedre seg når det kommer til idrett. Interesse innen sport og teknologi har eksplodert det siste århundret. En økning i billig og tilgjengelig teknologi som gir tilbakemeldinger gjennom smartklokker, telefoner og lignende har gjort at mange har fått en interesse innenfor analyse av treningsdata. Nye løsninger kommer stadig på markedet.

Denne masteroppgaven beskriver arbeid med å prototype en kraftmålingssensor for å kunne måle akselerasjon og retning i stavtak for rulleski på hard asfalt ved hjelp av et akselerometer. Prototypen består av to 3D-printede rør med en Arduino Nano, en Inertial Measurement Unit (IMU) og en optisk sensor fra en datamus. To fjær er montert på bunnen av det ene røret for å kunne legge til en dempefunksjon for å forebygge belastningsskader på skulder og albue. Prototypen er festet på bunnen av en skistav

Fem forskjellige forsøk ble gjennomført med prototypen. Det ble funnet at akselerometermålingene alene ikke var nok til å kunne måle kraft, men at å legge til forskyvningsmåling kan være en gjennomførbar løsning.

Denne avhandlingen legger et grunnlag for fremtidig arbeid for å kunne bygge en rimelig kraftmålingssensor på skistaver for å kunne gi tilbakemeldinger og motivasjon til den økende interessen til treningsteknologi. Den gir en overblikk over utfordringene under projektet, og foreslår videre arbeid.

Prosjektet ga verdifull innsikt som kan bli brukt til å lage en kraftmålingssensor til rulleski på asfalt.

The human race is a competitive species and has always sought to improve performance in sports. In the last century, interest in sports and technology have exploded. An increase in affordable technology giving feedback through intelligent devices has massively gained an interest in analysing performance for everyone. New solutions for sports monitoring are constant in development.

This master thesis presents work prototyping a power meter sensor for measuring acceleration to calculate the force and direction in pole strides for cross-country skiing, focusing on hard tarmac surfaces. The complete prototype consists of two 3D-printed cylindrical tubes, one smaller than the other to fit inside the larger one. The prototype also includes an Arduino Nano, an Inertial Measurement Unit and an optical sensor from a computer mouse. Two springs at the bottom of the cylindrical inner tube were mounted to add damping for injury prevention for elbows and shoulders. The prototype is placed on the bottom part of a ski pole.

Five different experiments with the prototype to test were conducted. It was found that the acceleration, by itself, did not satisfy the requirements, but displacement measurement would likely be beneficial to add to the prototype.

This work lays s ground foundation for potential future work with building an affordable force sensor on a cross-country ski pole for feedback and motivation purposes for the ever increase of interest in sports technology. It gives an overview of challenges met throughout the work and suggests work for future implementation and improvement.

The project gave valuable insight which can be used to create a force sensor for cross-country skiing on the tarmac.