Análise Biomecânica de Tenistas

163 Pages·2016·14.93 MB·Portuguese

Análise Biomecânica de Tenistas: Fundamentos e
Desenvolvimento de uma Plataforma de Baixo Custo

António Filipe Nunes Gomes

Programa Doutoral em Engenharia Mecânica

Junho de 2016
© António Filipe Nunes Gomes, 2016
Análise Biomecânica de Tenistas: Fundamentos e
Desenvolvimento de uma Plataforma de Baixo Custo
Tese submetida à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto para satisfação
parcial dos requisitos do Programa Doutoral em Engenharia Mecânica

António Filipe Nunes Gomes
Mestre em Automação, Instrumentação e Controlo pela
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (2004)
Licenciado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores pela
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (2001)

Orientação de:
João Manuel Ribeiro da Silva Tavares
Prof. Associado do Departamento de Engenharia Mecânica da
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Coorientação de:
Joaquim Gabriel Magalhães Mendes
Prof. Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica da
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
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Resumo
Esta tese pretende dar um contributo para a biomecânica desportiva do ténis, com a
utilização de sensores de baixo custo e fusão sensorial. Nos últimos tempos diversos
investigadores têm procurado desenvolver e implementar metodologias e sistemas para análise
biomecânica de atletas em atividades desportivas no geral e no ténis em particular, tendo como
objetivo a melhoria do seu rendimento, da sua performance e prestação atlética, bem como a
diminuição do risco de lesões.
A abordagem utilizada para o desenvolvimento deste projeto foi constituída pelas
seguintes etapas: estudo bibliográfico das metodologias e sistemas atualmente existentes para
a análise biomecânica de tenistas, estudo das lesões mais comuns no ténis, desenvolvimento de
uma nova plataforma de análise biomecânica de tenistas, e teste do sistema desenvolvido.
A plataforma desenvolvida para a análise biomecânica de tenistas é composta por três
componentes principais: um modelo biomecânico do Membro Superior do tenista,
concretamente das articulações do Ombro, Cotovelo e do Punho, desenvolvido em OpenSim
para a análise biomecânica desse membro; uma plataforma baseada em Arduíno que realiza a
captura de dados associados ao movimento, através de um conjunto de sensores colocados na
raquete de ténis e em bandas elásticas para a medição dos ângulos de movimento das
articulações do Cotovelo e do Punho do tenista; e ainda uma interface gráfica, desenvolvida em
LabVIEW, que possibilita a monitorização dos dados obtidos pelos sensores e controlados pela
plataforma Arduíno.
Esta tese é constituída por sete capítulos: no primeiro é realizada uma introdução ao
tema e a apresentação da abordagem utilizada; são descritos de forma resumida cada um dos
restantes capítulos e indicadas as contribuições inovadoras; no segundo capítulo são
apresentados os fundamentos, metodologias e sistemas, habitualmente usados na análise
biomecânica de tenistas; no terceiro capítulo são apresentadas resumidamente as lesões mais
comuns associadas ao ténis; nos dois capítulos seguintes é apresentado o hardware utilizado e
o software desenvolvido para a plataforma de análise biomecânica de tenistas; no sexto capítulo
são apresentados os resultados experimentais da plataforma desenvolvida. O capítulo termina
com uma análise do risco de lesões em função dos resultados obtidos. Finalmente, no último
capítulo, são apresentadas algumas conclusões finais e perspetivas de trabalho futuro.
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Abstract
The subject of this thesis is within the domain of sports biomechanics, specifically in
the analysis of tennis players. Recently, several research groups have developed and
implemented methodologies and systems for biomechanical analysis of athletes in sports
activities in general and tennis in particular, with the aim of improving their athletic
performance, as well as reducing the risk of injuries.
The approach for the development of this project included the following steps:
bibliographical study of some of the current methods and systems for biomechanical analysis
of tennis players; study of the most common injuries in tennis; development of a new
computational framework for biomechanical analysis of tennis players; and finally, the testing
of the developed system in uncontrolled environments.
The computational framework consists of three main components: a biomechanical
model of the upper limb for tennis players, specifically of the shoulder, elbow and wrist joints,
developed in OpenSim; an Arduino platform, which performs the collection of data associated
with the movement executed by the tennis players, through a set of sensors placed on the frame
of the tennis racket and elastic bands, placed on the elbow and wrist joints, to perform the direct
measure of the movement angles; and finally, a graphical user interface developed in LabVIEW
platform to visualize the biomechanical parameters under analysis.
The thesis is organized in seven chapters: an introduction is made in the first chapter to
describe the subject and the approach, ensued by an outline of the remaining chapters and a
presentation of the innovative contributions of this work; the second chapter addresses the
methodologies and systems commonly used in biomechanical analysis of tennis players; the
third chapter presents an overview of the most common injuries associated with the game of
tennis; the next two chapters present the hardware we used and the software developed for the
computational framework; the sixth chapter describes the experimental results of the developed
platform. The chapter concludes with an analysis of the risk of injury based on the results
obtained. Finally, the last chapter presents the key findings and perspectives for further work.

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Agradecimentos
Este espaço é dedicado a todos aqueles que deram a sua contribuição para que esta
dissertação de doutoramento fosse concretizada.
A realização deste trabalho contou, em primeiro lugar, com a preciosa ajuda e orientação
dos Professores João Manuel R. S. Tavares e Joaquim Gabriel, sem as quais o presente trabalho
não teria sido possível.
Não posso esquecer uma palavra de agradecimento ao Laboratório de Biomecânica do
Porto – Universidade do Porto (LABIOMEP), pela cedência de instalações e equipamento de
imagem para a recolha de dados cinemáticos.
Quero deixar um agradecimento especial à Escola de Ténis Paulo Girão em Miramar,
pela cedência do espaço onde foram realizados os testes de ténis e, em especial, ao treinador de
ténis Professor Paulo Girão, pela ajuda e pelos comentários de ordem técnica. Não posso
esquecer também todos os jovens tenistas da camada de competição que participaram na
realização dos ensaios de ténis.
A todos aqueles que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho,
quero deixar aqui os meus sinceros agradecimentos.
Finalmente, quero agradecer à minha família e amigos, o apoio, motivação, incentivo,
ânimo que sempre me deram desde a primeira hora e por terem compreendido os vários
momentos em que não pude estar presente.

António Filipe Nunes Gomes

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