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Elementi di Biomeccanica Valentina Becchi
Istituto di Medicina e Scienza dello Sport “Antonio Venerando” - CONI, Roma
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… La rigida esattezza delle divisioni e delle delimitazioni del campo, unita al fatto che – a parte vento ed effetti più anomali –
le palle possono viaggiare solo in linea retta, fa sì che il tennis da manuale non sia altro che geometria piana.
… È come giocare a scacchi correndo”.
“I risultati hanno mostrato che, per tutti gli allenatori, la probabilità complessiva di ricordare correttamente tutti gli eventi critici osservati è stata di circa il 42%”. I.M. Franks, G. Miller, (1986): Eyewitness testimony in sport. Journal of Sport Behavior, 9,39-45.
…David Foster Wallace Tennis, Trigonometry, Tornadoes.
Harper’s Magazine, 1991
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Fisiologia e Nutrizione
Aspetti Biomeccanici
Aspetti medici preventivi
Medicina dello Sport
Aspetti Tecnologici
Aspetti neuro - psicologici
Analisi Notazionale - analisi del movimento - tattica - tecnica - archiviazione dati - didattica, formazione
Modelli di Prestazioni
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Issue 24, July 2001
Valutazioni Biomeccaniche
E. Muybridge: Animal Locomotion , 1887
M. Crespo, M.Reid M. (2003) fonte: DartFish TV
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M. Hughes, I.M. Franks (2007) The Essentials of Performance Analysis. Routledge, Londra
A. Lees, D. Cabello,G. Torres: (2008) Science and Racket Sports Routledge Chapman & Hall Londra
ITTF International Journal of Table Tennis Sciences
www.ittf.com
Sds – Rivista di Cultura Sportiva
ITF Coaching & Sport Science
Review www.itftennis.com
PW corsi IV Livello CONI SdS – FIT
International Journal of Performance Analysis in Sport
Super Tennis Magazine www.federtennis.it/Magazine.asp
le FONTI…
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Scopo del Progetto
Uso di apparecchiature al fine di rispondere alle domande poste dal tecnico
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L’Analisi Notazionale
“E’ il processo di registrazione ed analisi dei movimenti dei giocatori durante il gioco; è ampiamente applicato agli sport di racchetta.
I dati sono relativi a posizioni, azioni, tempo ed esito degli eventi di gioco.
Di conseguenza, l‘Analisi Notazionale è caratterizzata da una quantità straordinariamente grande di dati”.
A. Lees (2003): Science and the major racket sports: a review. Journal of
Sports Sciences, 21, 707–732
M. Hughes, et al (2007): The evolution of computerised notational analysis through the example of racket sports. International Journal of Sports Science & Engineering, 1, pp 03-28
www.hawkeyeinnovations.co.uk
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Strumenti e Metodi per l’Analisi Notazionale
GPS
Video Software
www.hawkeyeinnovations.co.uk
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Tennis Sciences, No.12
H. Hazuan et al. (2010) Validation of Match Notation (A Coding System) in Tennis. Journal of Quantitative Analysis in Sports: Vol. 6: Issue 3, Article 11
Strumenti e Metodi per l’Analisi Notazionale
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Strumenti e Metodi per l’Analisi Notazionale
C. L. Ming et al. (2008) Time Motion and Notational Analysis of 21 Point and 15 Point Badminton Match Play. International Journal of Sports Science and Engineering. Vol. 02 ,No. 04, pp. 216-222.
M. Katsikadelis et al (2010). Comparison of Rally Time in XXIX Beijing (2008) and XXVIII Athens (2004) Olympic Table Tennis Tournaments. International Journal of table tennis sciences nr.6 pag. 55-9.
Takahashi, H. et al (2008). An analysis of the time duration of ground strokes in grand slam men's singles using the computerised scorebook for tennis. International Journal of Performance Analysis in Sport, 8(3), 96-103.
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Il GPS è un sistema di posizionamento terrestre che ci
consente di rilevare la velocità di un corpo rilevando gli
spostamenti del corpo nello spazio e il tempo
La posizione di un corpo viene calcolata tramite un processo di trilaterazione.
Sistemi GPS
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Sistemi GPS
• necessità cielo libero
LIMITI:
• precisione (1 m)
• frequenza campionamento
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Il radar è un sistema elettronico capace di localizzare oggetti e determinarne distanza, velocità, forma e dimensioni, sfruttando le proprietà di propagazione delle onde radio.
Radar
Il funzionamento del radar si basa sull’effetto doppler.
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LIMITI: • Precisione • Interferenze • Necessità di memoria esterna
Radar
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producing racket head speed. Journal of Biomechanics, 27, 245–254.
ROVESCIO: 1. preparazione 2. angolo di separazione 3. caduta verticale 4. rilascio mano sinistra 5. movimento esterno obliquo 6. movimento orizzontale 7. inizio rotazione esterna spalla 8. impatto 9. rotazione esterna spalla 10. finale
DIRITTO: 1. preparazione 2. angolo di separazione 3. inizio movimento in avanti 4. caduta verticale 5. LRP (punto più lontano racchetta) 6. azione di trascinamento 7. massimo momento angolare 8. impatto 9. finale
Esempio schematizzazione dei fondamentali:
Valutazioni Biomeccaniche
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PC Workstation
24 Telecamere Infrarosso
Marker Passivi
Cinematica 3D
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PC Workstation
24 Telecamere Infrarosso
Set di prova
Cinematica 3D
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Cinematica 3D
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LIMITI: • costi • montaggio, alimentazione • interferenze esterne (luce
solare) • calibrazione
Cinematica 3D
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Pocket EMG
Free EMG
Sistema elettromiografico
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Sistema elettromiografico
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• Analizzare l’attività muscolare, andando a stabilire una correlazione qualitativamente positiva tra ampiezza del segnale elettrico e la forza generata dal particolare muscolo durante lo svolgimento dell’esercizio
Sistema elettromiografico
• Definire la sequenza di attivazione temporale dei muscoli interessati allo sforzo
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LIMITI:
• Cavi
• Costi
• Pelle pulita • Interferenze esterne (segnali
wireless)
Sistema elettromiografico
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Piattaforma inerziale
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Si basa sulla rilevazione dell‘inerzia di una massa quando viene sottoposta ad una accelerazione.
In presenza di un'accelerazione, la massa (che è dotata di una propria inerzia) si sposta dalla propria posizione di riposo in modo proporzionale all'accelerazione rilevata.
La massa viene sospesa ad un elemento elastico, mentre un sensore ne rileva lo spostamento rispetto alla struttura fissa del dispositivo.
Il sensore trasforma questo spostamento in un segnale elettrico acquisibile dai moderni sistemi di misura.
Piattaforma inerziale
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Piattaforma inerziale
VANTAGGI
- Costo contenuto
- Indossabili in quanto di peso e dimensioni ridotte
- Alcuni modelli non richiedono il collegamento via cavo
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Piattaforma inerziale
SVANTAGGI
-Difficoltà interpretazione dati
- I dati prodotti sono fortemente influenzati dalla posizione in cui è applicata la piattaforma
- Possono risentire di effetti di deriva del segnale
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Esempi di integrazione dati
- acc. schiena - acc. polso
T. Jaitner, W. Gawin (2007): Analysis of Badminton smash with a mobile measure device
based on accelerometry. XXV International Symposium on Biomechanics in Sports, Brazil
Acc
eler
azio
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/s^2
)
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Andamento delle Frequenze Piede Dx Andamento delle Frequenze Piede Sx
Interazione Cinematica-Dinamica
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Solette Baropodometriche
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Tipi di Sensori:
•Sensori capacitivi: al variare della pressione varia la capacità.
•Sensori resistivi: al variare della pressione varia il valore della resistenza.
•Sensori ad inchiostro o polimeri: sfruttano le capacità conduttive di inchiostri o polimeri.
Solette Baropodometriche
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Solette Baropodometriche
- La distribuzione delle pressioni plantari
- La variazione della posizione del Centro di Pressione (CoP) - La componente normale alla superficie di applicazione della forza
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Matrice di sensori: Spessore sensori 1.9mm Numero di sensori 84-99 Range di pressione 15–600kPa Isteresi < 7% Risoluzione 2.5kPa
Solette Baropodometriche
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VANTAGGI SVANTAGGI
- Facile utilizzo - Richiedono una taratura
- Facilmente trasportabili e quindi utilizzabili anche all’esterno
- Versatilità d’uso
- Costi(????)
- Misure poco accurate
- Fragilità meccaniche dei sensori
Solette Baropodometriche
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Pedane Dinanometriche
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La misura può essere realizzata avvalendosi di due principali sistemi di trasduzione alternativi:
Estensimetrico: misura della variazione della resistenza elettrica del sensore causata da fenomeni di compressione o trazione.
Piezoelettrico: misura della polarizzazione elettrica per effetto di deformazione meccanica applicata a particolari materiali (es. cristalli di quarzo).
Solette Baropodometriche
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Diverse configurazioni e topologie di sensori permettono la misura di tutte e/o alcune grandezze cinetiche: forze e/o momenti delle forze.
FX FY FZ MX MY MZ
Solette Baropodometriche
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Dalle grandezze cinetiche misurate viene ricavata la posizione del cosiddetto Centro di Pressione (COP): punto di applicazione del vettore forza corrispondente alla reazione vincolare del suolo. Rappresenta una
media pesata delle pressioni sulla superficie di contatto con il suolo.
Coordinate del CoP:
Xcop= My/Fz Ycop= -My/Fz
Determinazione del CoP
Coordinate del CoP:
Xcop= My/Fz Ycop= -My/Fz
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VANTAGGI SVANTAGGI
- Ricostruzione 3D della dinamica
- Costo elevato e necessità di calibrazione periodica (complessa)
- Misure molto accurate
- Versatilità d’uso - Scarsa utilizzabilità per prove sul campo - Nessuna informazione sul movimento dei singoli arti (nel caso se ne utilizzi una sola)
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L.M. Chen , Y.H. Pan, Y.J. Chen (2009) A study of shuttlecock’s trajectory in Badminton. Journal of Sports Science and Medicine 8, 657-662
le Palline
Telecamera 1.200 fps
F. Yamamoto et al (2010) High-Speed Video Image Analysis of Air Flow around a Table Tennis Ball. International Journal of Table Tennis Sciences, No.6
Y. Tsuji et al (2002) Numerical simulation of motion of Table
Tennis ball. Effect of ball diameter. International Journal of
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Segun, G., Toriola, A. L. (2002). ITTF longer reach table tennis experiments: does a longer table promote more rallies and physical fitness? International Journal of Table Tennis Sciences No.5
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fonte: www.itftennis.com/technical/equipment/introductoryballs
10 anni 8 anni 6 anni
Mezzi facilitanti
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T. B. Allen et al. (2011). Effect of tennis racket parameters on a simulated groundstroke. Journal of Sports Sciences, 29(3): 311–325
M. Kwan, J. Rasmussen (2010): The importance of being elastic: Deflection of a Badminton racket during a stroke. Journal of Sports Sciences, 28(5): 505–511 Racchette
S.M. Nesbit et al (2008). The effects of racket Inertia tensor on elbow loadings and
racket behavior for central and eccentric impacts.
Journal of Sports Science and Medicine 5, 304-317
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Una volta incollato l’estensimetro viene collegato al circuito di lettura e ricoperto di uno strato protettivo
Gli estensimetri elettrici sono costituiti da una o più griglie di conduttore filiforme disposti su un supporto che viene incollato al materiale da testare. L’estensimetro è ovviamente anche isolato elettricamente dal materiale sottostante
Estensimetri
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VANTAGGI • dimensioni ridotte • misure precise • alta sensibilità SVANTAGGI
sensibili a: • sollecitazioni 3D • temperatura • vibrazioni • isteresi
Estensimetri
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W. K. Heisenberg: Principio di Indeterminazione (1927) Per poter determinare con precisione la posizione e la velocità di un corpo in movimento è necessario non modificare il fenomeno da studiare con la nostra osservazione
La strumentazione ed il laboratorio “disturbano” il gesto? Che errore si è disposti ad accettare nella misura?
Interdipendeza tra Osservatore ed Osservato
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pendolo semplice CAVIGLIA
pendolo composto ANCA
Perturbazioni biomeccaniche: variazione superfici di appoggio dei piedi traslazioni – rotazioni movimenti volontari di segmenti corporei spinte di anca, sterno, ecc.
Perturbazioni del sistema vestibolare: stimoli acustici
inclinazioni canali vestibolare desensibilizzazione vestibolare (freddo)
labirinto
un modello per lo studio dell’equilibrio: il PENDOLO INVERSO S.C. Nicholas, D.D. Doxey-Gasway, W.H. Paloski (1998).
A link-segment model of upright human posture for analysis of head-trunk coordination. Journal of Vestibular Research 8, 187–200.
R. Johansson., M. Magnusson, M. Akesson, M. (1988). Identification of human postural dynamics. IEEE Transactions on Biomedical Engineering 35, 858–869.
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Ringrazio tutti per la cortese attenzione…
…e auguro a tutti buon pomeriggio!!!