SmartDumbBell

The smart revolution of bodybuilding

Problemstellung

Im Kraftsport hindert die ungenaue Ausführung nicht nur den Muskelaufbau, sondern kann auch die Gesundheit gefährden. Oft macht schon eine minimal andere Bewegung den Unterschied zwischen einer Gefahr für die Gesundheit und einem effizienten Training aus. In Kooperation mit der Firma Flex wird eine Kurzhantel entwickelt, die ein korrektes und optimales Training gewährleistet.

Einführung

"SmartDumbBell" ist eine intelligente Kurzhantel, die das Potential hat, den Kraftsport zu revolutionieren. Sie trackt die Bewegung (der Kurzhantel) und analysiert die Ausführung anhand eines Algorithmus. In der Hantelstange sind Sensoren und Controller verbaut, die in Echtzeit Daten zum Bewegungsablauf messen und aufzeichnen. Diese Daten werden über Bluetooth an das Smartphone übermittelt und daraufhin mit dem Verlauf einer Referenzübung verglichen. Nutzerinnen und Nutzer erhalten ein personalisiertes Feedback zur Übungsausführung.

Introduction

SmartDumbBell tracks and evaluates the execution of an exercise at workouts for its users. The collected data is transmitted to an smartphone-application and is compared to a reference execution of an exercise. This reference is stored in a database. An algorithm in the application evaluats differences between the done execution and the reference execution. The app than gives a feedback to its user (e.g. also tips for a better and more optimised training).

Unser Projekt wird an der HTL Mössingerstraße erstellt

Unser Kooperationspartner: Fa. Flex

Wie wird die Hantel verwendet?

  1. Nehmen Sie die Hantel aus der Ladestation und drücken Sie auf den Taster.
  2. Verbinden Sie sich in der App über Bluetooth mit der Hantel.
  3. Wählen Sie eine Übung in der App aus und geben Sie die Anzahl der Wiederholungen an.
  4. Führen Sie die Übung aus.
  5. Sobald Sie fertig sind, wird Ihre Übung bewertet und sie erhalten Verbesserungsvorschläge.
  6. Trennen Sie die Bluetooth-Verbindung, schaltet sich die Hantel automatisch ab.
battery_full System Development

Elektronik & Microkontrollersystem

Wir verwenden nur die modernsten Technologien zur Umsetzung dieses Projekts. Die Elektronik in der Hantel spielt dabei eine essenzielle Rolle. Sie misst die Parameter zur Übungsausführung und nimmt entsprechende Daten auf. Anschließend überträgt sie diese Daten an das Smartphone über Bluetooth. Das Akkusystem basiert auf einem LiIon-Akku mit externem Lademanagement (Schutz vor Ent- und Überladung). Der Ladevorgang kann über USB-C oder QI-Wireless Charging erfolgen.

Ein Mikrocontroller (ESP32) empfängt Daten von einem 6-Achsen Gyroskop- und Beschleunigungssensor und bereitet diese zur weiteren Verarbeitung auf.

settings System Development

Mechanik

Da der Akku in der Hantel auch kabellos geladen werden soll, muss dazu eine geeignete Hantelstange entwickelt werden. Die Hantelstange ist so konstruiert, dass sie mit handelsüblichen 50mm Hantelscheiben bestückt werden kann. Die einzelnen Komponenten werden auf einer Komponentenhalterung befestigt um unnötige Bewegungen (Erschütterung der Elektronik) innerhalb der Hantelstange zu vermeiden. Die Hantelstange und die Komponentenhalterung sind eigens entwickelte Designs und sind für den 3D-Druck optimiert.

Des Weitern wird eine Ladestation entwickelt, um die Hantel während der Nichtbenutzung sicher lagern und aufladen zu können.

phone_android Frontend

Smartphone Applikation

In unserer Smartphone-Applikation verbindet man sich mit Bluetooth mit der SmartDumbBell. Es werden die aufgezeichneten Bewegungen mit einem Referenzverlauf verglichen, der auf einer Datenbank gespeichert ist. Ein Algorithmus arbeitet dazu eine Bewertung aus, um Nutzerinnen und Nutzer ein Feedback zu geben. Man kann sich im Nachhinein die letzten Feedbacks der ausgeführten Übungen in einem Verlauf ansehen.

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Algorithmus

Im Backend wird zur Analyse der Ähnlichkeit und der Abweichungen der Bewegungen zu den Referenzdaten über einen Algorithmus durchgeführt. Die komplexen mathematischen Berechnungen garantieren ein realistisches Feedback.

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Datenbanksystem

In einer Cloud-Datenbank sind Referenzdaten der verschiedenen Übungen für den Vergleichsalgorithmus der App gespeichert. Es werden Nutzer/innen über die Smartphone-Applikation angelegt, die sich am Datenbankserver authentifizieren. Bei jeder Übung werden die Feedbacks der Übungen der Nutzer/innen gespeichert.

wifi Communication

Datenübertragung

Um die Hantel in Betrieb zu nehmen, muss die Smartphone-Applikation mit der Hantel verbunden werden. Hierfür wird ein System zur Datenübertragung über Bluetooth LE mit eigenen Schnittstellen entwickelt.

Zusätzlich wird eine Verbindung zwischen Datenbanksystem und der Smartphone-Applikation hergestellt, um für die Übungen Referenzdaten zu empfangen und die Authentifizerung zu ermöglichen.

Unser Team

Benjamin Roshan

System Development

Erfassen sämtlicher Sensordaten, Entwicklung der Platine mit einem Mikrocontrollersystem. Implementierung der Akku- und Ladetechnik, Bau einer Wireless-Ladestation und Integration in die Hantelstange.

Luca Sunitsch

Smartphone-Applikation und Algorithmus

Entwicklung einer Applikation und eines Feedbacksystems, die anhand der Referenzdaten die Bewegungsmuster der Trainingsabläufe vergleicht und analysiert. Dazu wird ein passender Algorithmus implementiert.

Lukas Ressler

Datenübertragung und Datenbanksystem

Implementierung der Datenübertragung und Sensorik, die in der Kurzhantel verbaut sind. Aufsetzen eines Datenbanksystems zum Speichern von Referenzdaten für eine optimale Übungsausführung, die zur Analyse bereitgestellt werden.

Thomas Aichholzer

HTL Mössingerstraße

Projektbetreuer

Karl-Heinz Höfferer

FLEX

Firmenansprechpartner