全球高效能運算技術領導廠商 Arm 攜手國研院台灣半導體研究中心(TSRI)、意法半導體 (STMicroelectronics)舉辦第十四屆 Arm Design Contest 2019校園設計競賽。為鼓勵學生發揮創意,今年競賽更取 1、4 的諧音-「意思」,以「Arm Idea, 實現創意有意思」為題,期許參賽隊伍讓想法成真,打造兼具實用及創新的前瞻作品。

今年競賽吸引百組團隊競爭,冠軍由逢甲大學自動控制工程學系【一棒搞定】奪魁,這是指導教授許煜亮繼去年指導團隊奪冠後,連續第二年再次帶領學生取得桂冠殊榮。此次奪冠作品「穿戴式智慧運動訓練分析系統」使用搭載 Arm Cortex-M7 處理器,且具浮點運算功能的 STM32F7 微控制器,具備輕巧好穿戴及低功耗特性,並優化過去運動感測裝置使用痛點,讓應用情境不受運動空間限制,全面提升棒球訓練智慧化與高效益;加上團隊研發可即時回饋的互動式棒球運動訓練分析介面,使作品軟硬體整合成熟度高,備受評審青睞。

解決問題的同時滿足更多需求,鼓勵學生以創意設計Make it real

【一棒搞定】的參賽作品主要聚焦監測棒球揮棒動作所產生的開放動力鏈,以及分析擊球時的球棒運行角度等動作資訊。許煜亮表示,鼓勵學生參加競賽的初衷即是希望引導學生發想,找尋能真正解決市場痛點或協助產業升級的題目。同時,他相當肯定 Arm Design Contest 提供的開發版微控制器(MCU)功能齊全,有助於加速學生在設計方案時的演算技術開發。

至於如何引導學生激盪競賽題目?許煜亮表示,他旗下的研究室參與科技部精準運動科學研究計畫,重點研究領域聚焦於羽球,而本次參賽團隊的成員蕭景元、石恩妮、蘇科銘則跳脫平時研究思維,主動提議改由可被稱為台灣國球的棒球切入。許煜亮指出,藉由搭配穿戴裝置的感測器電路及通訊界面,能以更全方位且低成本的方式打造智慧化運動訓練分析系統,學生希望推動這項解決方案商業化,協助台灣棒球產業的運動員訓練。

團隊成員蕭景元則分享此次作品的技術發想,經由市場調查,團隊發現目前人體動作捕捉技術為基礎的運動訓練分析系統,主要透過光學感測技術、影像擷取技術來擷取動作資訊。然而,不論是光學式或影像式運動訓練分析系統,皆存在著價格昂貴、運動空間受限、運算複雜度高、缺乏客製化等諸多挑戰,本次藉由 Arm Design Contest 製作出這套軟硬體規格完整,且成本低廉的穿戴式運動訓練分析系統,改善現行系統的困難。

冠軍作品完整涵蓋軟硬體系統整合,技術亮點獨特深受評審肯定

獲得第一名的「穿戴式智慧運動訓練分析系統」在硬體部分搭載 Arm Cortex-M7 處理器的 STM32F7 微控制器為核心,涵蓋揮棒動作感測模組、資訊處理模組、多對一無線傳輸技術、揮棒動作姿態估測演算法韌體、揮棒動作關節角度估測演算法韌體等;在軟體方面,則撰寫出 LabVIEW 互動式棒球運動訓練分析介面和MATLAB 軟體程式,讓教練透過 APP 即時觀看運動員的揮棒動作訊號、動作姿態、揮棒軌跡、揮棒分期及棒球運動訓練等參數指標。

而在系統整合上,該作品整合穿戴式棒球運動聯網身體感測網路,以及穿戴式智慧聯網棒球揮棒動作分析系統,讓球員於身上裝載六個感測器、於球棒上裝載一組感測模組,快速量化運動員每次揮棒的動作參數,並以大量數據紀錄球員的運動歷程。教練跟運動防護員未來即可依據這些數據資料,協助運動員客製化運動課表及調整姿勢,有效降低運動傷害、提升揮棒成效。

許煜亮回應,他帶領學生製作專題的最終目標,即以能做出實際應用作品為導向。因此,【一棒搞定】的系統具備小體積、輕重量、低功耗、高精準度、不受環境限制及配戴簡易等優點,並使用搭載 Arm Cortex-M7 處理器的 STM32F7 開發板及慣性感測模組,開發成本與目前市售的穿戴式人體動作捕捉系統相比,更具市場優勢。此擁有高度市場競爭力的作品完整扣連智慧感測、週邊介面溝通、演算法運算、多對一無線傳輸、低功耗、棒球運動分析、智慧生活等應用,因此深受評審肯定。

Arm Design Contest開啟學生專案執行經驗,產學接軌助未來職涯鋪路

蕭景元表示,在競賽作品過程中,成員們最初分別針對軟體、硬體、韌體分工獨立製作,後期再進行軟硬體整合以及一連串的訊號、參數測試。他更進一步說明,透過競賽實際接觸到 Arm 架構,強化了自己在韌體方面的技術學習,尤其發現業界眾多產品皆以 Arm 為基礎,他相當期待以此經驗開啟後續的職涯發展。

Arm 主任應用工程師張維良提及,Arm 舉辦 Arm Design Contest 即希望透過完整的軟硬體開發環境,讓學生在求學階段,培養解決生活問題的能力。Arm 也將持續提供先進運算技術,以關鍵資源協助跨領域整合研發人才的育成,攜手台灣年輕一代迎向智慧化未來。

Arm Design Contest 2019 設計競賽由逢甲大學以「智慧聯網棒球揮棒動作分析系統」勇奪冠軍;由右至左為 Arm 台灣總裁曾志光、逢甲大學自動控制工程學系學生蕭景元、逢甲大學自動控制工程學系教授許煜亮、逢甲大學自動控制工程學系學生蘇科銘、逢甲大學自動控制工程學系學生石恩妮。


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