DE SPRONG VAN EEN SKYDIVER IN 3D

Niels Jongen
In deze bachelorproef wordt de basis gelegd voor de ontwikkeling van een
gloednieuw 3D-visualisatieapparaat. Dit apparaat heeft als doel het 3D-traject van een skydiver op te nemen en te bestuderen. Dit zodat skydivers beter opgeleid kunnen worden waardoor er minder ongevallen gebeuren.

De sprong van een skydiver in 3D

Skydiving: minder ongevallen dankzij 3D-visualisaties

Skydiven: een droom voor velen. Zomaar vrij als een vogel met een parachute uit een vliegtuig springen, geeft een enorme kick. Een droom met een keerzijde wel, want hoewel skydiven alsmaar veiliger wordt, gebeuren er toch nog altijd ongevallen, soms met de dood tot gevolg. 3D-visualisaties van het traject van een skydiver kunnen de veiligheid nog vergroten... 

Ik skydive en ik neem mee...

Het materiaal van een skydiver bestaat uit een aantal onderdelen. In een rig (oftewel rugzak) van een skydiver zitten drie belangrijke onderdelen: de hoofdparachute, de reserveparachute en een Automatic Activation Device (AAD). De hoofdparachute - de koepel - wordt standaard gebruikt om te vliegen en te landen. Als er problemen zijn met die parachute, gebruikt de skydiver de reserveparachute. Maar wat als de skydiver het bewustzijn verliest? Ingenieurs hebben die vraag niet laten liggen en hebben een AAD ontworpen. Dat is een apparaatje dat de reserveparachute automatisch opent wanneer de skydiver er zelf niet meer toe in staat is. Een AAD is tegenwoordig verplicht en redt elk jaar levens.

Figuur 1

Precisie telt
Vaak gebeuren ongevallen door inschattingsfouten. Inschattingsfouten die voor een deel vermeden kunnen worden als skydivers meer inzicht krijgen in hun sprong. Dat doe je door een 3D- voorstelling te maken van hun traject, zowel in vrije val als bij geopende parachute.

Zo'n traject is belangrijk bij het leerproces van elke skydiver. Ervaren skydivers die nieuwe dingen uitproberen, kunnen zo vergelijken welke bewegingen invloed hebben op hun sprong. En de trajectvisualisatie is ook goed voor een Automatic Activation Device: op deze manier worden AAD's steeds nauwkeuriger.

Dat nauwkeurigheid uitermate belangrijk is, spreekt voor zich: een verplaatsing van hooguit één meter of zelfs minder kan het verschil maken tussen leven en dood. Teams die aan wedstrijden deelnemen kunnen via alle 3D-beelden nog meer op elkaar inspelen, met het oog op een hogere wedstrijdscore. Want ook tijdens wedstrijden kost elke onnodig verplaatste meter veel tijd.  Een skydiver legt zeer grote afstanden af tegen een hoge snelheid, vaak sneller dan 200 km/uur.  

Ook het stroomverbruik is een factor om rekening mee te houden. De levensduur van de batterij van een Vigil, een type AAD, is 10 jaar. Indien het 3D- trajectapparaat hierin verwerkt wordt, is het de bedoeling dat de batterij even lang meegaat.

3D-visualisatieapparaat

Tijdens mijn stage en bachelorproef bij het bedrijf B&B Controls startte ik met de ontwikkeling van een apparaat om het 3D-traject van skydivesprongen op te nemen.

Het onderzoek startte vanaf nul. Er werd dus eerst gekeken welke soorten sensoren er al op de markt bestaan en welke hiervan nuttig konden zijn binnen het onderzoek. Zo bleek dat er al apparaten bestaan die 3D-trajecten opnemen, maar die apparaten werken enkel voor machines die zich niet meer dan enkele meters verplaatsen. Bij mijn onderzoek verplaatst de skydiver zich kilometers...

Eerst werden de sensoren gekozen en de beste types werden geselecteerd.  Daarna werd nagegaan hoe die sensoren werken, welke extra componenten ze nodig hebben, welke aansturingen nodig zijn enz. Vertrekkend van deze informatie werd een voorlopig apparaat ontwikkeld, om testen op uit te voeren. Op die manier konden de afwijkingen van de verschillende sensoren bestudeerd worden en was het mogelijk te analyseren welke filtertechnieken nodig waren. In het ontwikkelde apparaat zitten meerdere sensoren. Van elke soort sensor zijn er meerdere types in verwerkt; aangezien elk type z'n eigen specialiteiten heeft, kan dit ook mee onderzocht worden.

Het voorlopige apparaat werd vervolgens gebruikt tijdens enkele skydivesprongen. Aan de hand van die data konden de invloeden van een skydivesprong bestudeerd worden. De gegevens van een échte sprong zijn immers altijd anders dan de gegevens die nagebootst worden op de grond, bijvoorbeeld wanneer je rondwandelt. 

Daarna werd de firmware geschreven die de sensoren aanstuurt. Aangezien de snelheid en afstand van een skydiver continu verandert, moet de aansturing  op de juiste momenten plaatsvinden en ook op regelmatige basis.

Het volgende was het programmeren van de software die de opgeslagen gegevens van de sprong bewerkt, zodat hiervan een grafische 3D-voorstelling gemaakt kan worden.

Conclusie

In mijn bachelorproef werd de basis gelegd voor de ontwikkeling van een gloednieuw 3D-visualisatieapparaat. Er is een prototype ontwikkeld waarmee B&B Controls verder kan. De volgende stappen - die door het bedrijf zelf in handen worden genomen - richten zich nog meer op de datafilteringen. Tot slot zal er een programma ontworpen worden om het 3D-traject te kunnen onderzoeken, zal men het apparaat zo compact mogelijk ontwerpen en het stroomverbruik nog meer beperken. 

Niet onbelangrijke eindnoot: B&B Controls heeft met Vigil al 276 levens gered. Hopelijk kan mijn bijdrage skydivers over de hele wereld meer inzicht geven in hun sprong en resulteert dit in (nog) minder ongevallen.

Figuur 2

Bibliografie

1Bibliografie

 

[1]

ST, „Datasheet LIS331HH,” 10 2009. [Online]. Available: http://be.farnell.com/stmicroelectronics/lis331hh/accelerometer-mems-3a….

[2]

ST, „Datasheet LSM6DS0,” 11 2014. [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/1878202.pdf?_ga=1.12959287.1654968829….

[3]

Bosch, „Datasheet BMI160,” 10 02 2015. [Online]. Available: https://ae-bst.resource.bosch.com/media/_tech/media/datasheets/BST-BMI1….

[4]

Invensense, „Invensense products motion tracking,” Invensence, [Online]. Available: https://www.invensense.com/products/motion-tracking/6-axis/.

[5]

MBED, „NUCLEO-L476RG,” [Online].

[6]

MBED, „X-NUCLEO-IKS01A1 - Motion MEMS and Environmental Sensors,” [Online]. Available: https://developer.mbed.org/components/X-NUCLEO-IKS01A1/.

[7]

MBED, „NUCLEO-F411RE,” [Online]. Available: https://developer.mbed.org/platforms/ST-Nucleo-F411RE/.

[8]

ST, „Datasheet LIS3DH,” 12 2016. [Online]. Available: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/3c/….

[9]

ST, „Datasheet LSM303AGR,” 09 2016. [Online]. Available: http://www.mouser.com/ds/2/389/lsm303agr-954987.pdf.

[10]

Freescale, „Datasheet FXAS21002C,” 2014-2015. [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/1941770.pdf?_ga=2.257061771.105768978….

[11]

ST, „Datasheet L3G4200D,” 12 2014. [Online]. Available: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/04/….

[12]

St, „Datasheet L3GD20H,” 03 2013. [Online]. Available: http://www.mouser.com/ds/2/389/l3gd20h-954865.pdf.

[13]

Invensense, „Datasheet ITG-3200,” [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/887152.pdf?_ga=2.35568737.1732857147….

[14]

B. Sensortech, „datasheet BMG160,” 31 05 2013. [Online]. Available: http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Bosch/BMG160.pdf.

[15]

ST, „Datasheet I3G4250D,” 04 2015. [Online]. Available: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/e4/….

[16]

ST, „Datasheet LIS2DH12,” [Online].

[17]

ST, „Datasheet LIS2DH12,” 12 2015. [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/2006544.pdf?_ga=2.230345564.114762046….

[18]

mCube, „Datasheet MC3635,” 2017. [Online]. Available: http://www.mouser.com/ds/2/693/MC3635-Preliminary-Datasheet-APS-048-004….

[19]

NXP, „Datasheet MMA8451Q,” 05 2016. [Online]. Available: http://www.mouser.com/ds/2/302/MMA8451Q-784063.pdf.

[20]

A. Decives, „datasheet ADXL362,” [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/1870284.pdf?_ga=2.111504900.188874649….

[21]

A. Devices, „Datasheet ADXL343,” [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/2243358.pdf?_ga=2.261376845.178885709….

[22]

A. Devices, „Datasheet ADXL345-EP,” [Online]. Available: http://www.farnell.com/datasheets/1877606.pdf?_ga=2.73567376.306152456….

[23]

B. Sensortech, „Datasheet BMA280,” 1 08 2014. [Online]. Available: https://ae-bst.resource.bosch.com/media/_tech/media/datasheets/BST-BMA2….

[24]

Kionix, „Datasheet KXTJ3-1057,” 10 11 2016. [Online]. Available: http://kionixfs.kionix.com/en/datasheet/KXTJ3-1057%20Specifications%20R….

[25]

ST, „Datasheet LSM9DS1,” 03 2015. [Online]. Available: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/1e/….

 

 

Universiteit of Hogeschool
Elektronica-ICT
Publicatiejaar
2017
Promotor(en)
Luc Beullens en Willy Vandeput
Kernwoorden
Deel deze scriptie