Development and validation of a device for the acquisition of barbell kinematics during training

Powerlifting is an individual sport consisting of lifting a barbell with a set of weights. Exercise monitoring during training is fundamental for improving performance and preventing injuries. Most of the devices for monitoring powerlifting are focused on the “1-Repetition maximum”, a single lift of target load. In addition, these devices have an elevated cost that limits their diffusion. This work aims to develop and validate a prototype of a low-cost wireless device that can accurately measure the kinematics parameters during multiple repetition training with a barbell. The prototype is based on an inertial measurement unit (IMU), 9 degrees of freedom sensor that combines a 3-axis gyroscope, 3-axis accelerometer, and 3-axis magnetometer. The software combines the IMU’s measurements to obtain acceleration, velocity, and displacement. To improve accuracy, the device integrates two IMU with a redundancy approach. The resulting device has been validated by using a 3D-motion capture system. A simulation of the powerlifting standard movement has been analyzed during the tests. The results showed that the device estimates the movement with an error on the order of a centimeter. In addition, the device has been tested in a gym by performing powerlifting exercises. These also show excellent results in terms of motion tracking. Thanks to its reliable monitoring features, the device represents an optimal solution to track barbell kinematics in powerlifting applications.

Il powerlifting è uno sport individuale che consiste nel sollevare un bilanciere con una serie di pesi. Il monitoraggio dell'esercizio durante l'allenamento è fondamentale per migliorare le prestazioni e prevenire gli infortuni. La maggior parte dei dispositivi per il monitoraggio del powerlifting si concentra sulla "1-Repetition maximum", una singola alzata del peso target. Inoltre, questi dispositivi hanno un costo elevato che ne limita la diffusione. Questo lavoro si propone di sviluppare e validare un prototipo di dispositivo wireless a basso costo in grado di misurare accuratamente i parametri cinematici durante l'allenamento a ripetizioni multiple con un bilanciere. Il prototipo si basa su un'unità di misura inerziale (IMU), un sensore a 9 gradi di libertà che combina un giroscopio a 3 assi, un accelerometro a 3 assi e un magnetometro a 3 assi. Il software combina le misure dell'IMU per ottenere accelerazione, velocità e spostamento. Per migliorare la precisione, il dispositivo integra due IMU con un approccio di ridondanza. Il dispositivo risultante è stato validato utilizzando un sistema di analisi del movimento in 3D. Durante i test è stata analizzata una simulazione del movimento standard del powerlifting. I risultati hanno dimostrato che il dispositivo stima il movimento con un errore dell'ordine di un centimetro. Inoltre, il dispositivo è stato testato in palestra effettuando esercizi di powerlifting. Anche questi ultimi mostrano ottimi risultati nel misurare il movimento. Grazie alle sue affidabili caratteristiche di monitoraggio, il dispositivo rappresenta una soluzione ottimale per analizzare i parametri della cinematica del bilanciere nelle applicazioni di powerlifting.