Problems of Sport Biomechanics and Robotics - IntechOpen

0 downloads 0 Views 2MB Size Report
sport engineering, robotics, biomechanics and robotics, ... robots based on biomechanics and also to present different types of ..... [8] A brief history of robotics.
 

ARTICLE

International Journal of Advanced Robotic Systems

Problems of Sport Biomechanics and Robotics Regular Paper

Wlodzimierz S. Erdmann1,* 1 Department of Biomechanics and Sport Engineering, Jedrzej Sniadecki University of Physical Education and Sport, Gdansk, Poland * Corresponding author E-mail: [email protected]

  Received 6 Jun 2012; Accepted 20 Aug 2012 DOI: 10.5772/52499 © 2013 Erdmann; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract  This  paper  presents  many  common  areas  of  interest  of  different  specialists.  There  are  problems  described  from  sport,  biomechanics,  sport  biomechanics,  sport  engineering,  robotics,  biomechanics  and  robotics,  sport  biomechanics  and  robotics.  There  are  many  approaches  to  sport  from  different  sciences  and  engineering. Robotics is a relatively new area and has had  moderate  attention  from  sport  specialists.  The  aim  of  this  paper is to present several areas necessary to develop sport  robots based on biomechanics and also to present different  types  of  sport  robots:  serving  balls,  helping  to  provide  sports  training,  substituting  humans  during  training,  physically  participating  in  competitions,  physically  participating  in  competitions  against  humans,  serving  as  models  of  real  sport  performance,  helping  organizers  of  sport events and robot toys. Examples of the application of  robots in sports communities are also given.    Keywords Sport, Biomechanics, Engineering, Robots 

1. Introduction 

human  approved  designs.  At  the  beginning  of  the  second  half  of  the  20th  century  bionics  appeared,  i.e.,  an  area  of  interest  in  technology  inspired  by  biology.  The  transfer  of  technology  from  life  forms  to  engineering  started.  At  the  centre of this process, which came up at the end of the 20th  century, was always biomechanics. The reverse process was  present  as  well  because  engineering  products  helped  humans in many ways.     The  first  scientific  and  engineering  approach  to  robots  started with manipulators devoted to industry and patients.  For  the  latter  they  were  designed  especially  for  the  substitution of upper and lower limbs. Those manipulators  were  developed  in  the  1950s  and  60s  in  the  USA,  Canada,  Japan, former Soviet Russia, former Yugoslavia, and Poland  [1].  In  order  to  realize  proper  designs  of  biomanipulators,  scientists  and  engineers  needed  a  good  knowledge  of  the  biomechanics  of  humans.  At  the  end  of  the  20th  century  Galhano and Machado [2] described the kinematic analysis  of  robot  manipulators  from  a  biomechanical  perspective.  When  robots  appeared  biomechanics  was  still  at  the  forefront of supporting sciences.  

1.1 Bionics and Manipulators 

1.2 Biomechanics 

For many years engineers have observed biological systems  to look for inspiration to create optimized, efficient, reliable, 

Biomechanics is the science of utilizing laws of mechanics  for biological systems. Biomechanics is an interdisciplinary 

 

www.intechopen.com

 

J Adv Robotic 2013, Vol. 10, Wlodzimierz S. Erdmann: Int Problems of SportSy, Biomechanics and123:2013 Robotics

1

  science investigating the forces acting on living organisms  and their results, i.e., stress, strains, kinetics (movement),  quasi‐statics and equilibrium problems.     Human  biomechanics  takes  into  account:  1)  morphology  aspects,  i.e.,  the  structure  of  the  body,  biomaterials,  the  construction of the body, geometry (in three dimensions),  inertia  (mass,  moment  of  inertia,  location  of  centre  of  mass),  2)  function  and  control  of  body  organs  and  systems  in  different  tasks,  3)  locostationary  and  locomotory  movements  (natural,  special,  with  added  endings, uniforms, devices), 4) control of the body and 5)  interactions  with  the  environment.  One  of  the  most  important  areas  of  interest  is  cooperation  with  the  engineering,  designing  and  manufacturing  of  artificial  organs, manipulators and robots.    Biomechanics  is  utilized  in  everyday  life,  industry  (ergonomics),  engineering,  sport,  rescue,  medicine,  law  and Earth and space transportation.    1.3 Robotics  For  many  years  man  was  active  in  building  technical  devices  that  resembled  animal  or  human  movements,  acting  forces  and  the  realisation  of  decisions.  Those  devices  were  designed  to  work  better  than  humans  did,  to  be  stronger,  faster  and  more  precise  for  a  long  time  without  exhaustion,  up  to  the  capacity  of  energy  recourses.     In  the  70s  and  80s  of  the  20th  century  at  Waseda  University in Japan humanoid robots were designed and  constructed  [7].  In  1986  Honda  started  its  research  program  to  design  a  robot  (ASIMO  –  Advanced  Steps  in  Innovative Mobility) which “should coexist and cooperate  with  human  beings,  by  doing  what  a  person  cannot  do”  [8].  In  the  1990s  robots  were  built  for  operations  in  harsh  and/or dangerous environments, e.g., space.     Humanoid  robots  are  of  great  concern  among  scientists  and  engineers.  They  are  important  components  in  supporting  society  and  they  should  play  a  role  in  personal  use.  They  would  coexist  with  humans  and  would provide support such as assistance for housework  and  care  of  the  aged  and  the  physically  handicapped.  They would also play a role as research tools for human    1  Choice of sport novices  2  Theory of capacity  3  Theory of fitness  4  Theory of training  5  Sport disciplines  6  Sport technique  7  Sport tactics  8  Sport strategy 

9  10 11 12 13 14 15 16

Sport politics  Sport sciences  Sport engineering  Diagnosis  Selection  Sport analyses  Sport information  Competition and tournaments 

science and be assistants for humans in the human living  environment [7]. Important manufacturers produce biped  robots  that  resemble  the  human  body  from  morphological,  functional  and  control  approaches.  Today,  Honda’s  ASIMO  robot  can  stand  on  one  foot,  walk  on  even  or  uneven  surfaces,  climb  stairs  and  can  even run [9].    In  the  United  States,  Hogan  [10]  presented  the  idea  of  contact  robotics,  i.e.,  machines  that  physically  cooperate  with humans. One pioneering application requiring close  physical cooperation between a robot and humans is the  delivery  of  physiotherapy  to  facilitate  recovery  after  orthopaedic or neurological injury.     Today  robots  can  be  divided  onto  several  categories,  taking  into  account  similarity,  from  a  morphological  point  of  view,  with  humans.  There  are:  1)  anthropomorphic  robots  (humanoids),  2)  partly  anthropomorphic  robots  and  3)  non‐anthropomorphic  robots.     Communication  between  humans  and  robots  can  be  accomplished  in  several  ways,  using  visible,  audible  or  chemical  cues.  The  visible  way  includes  gestures  (developed for robots e.g., by Schiffer et al. [11]) and face  mimicry.     On  November  8,  2011,  Honda  unveiled  an  all‐new  ASIMO  humanoid  robot,  newly  equipped  with  autonomous  behaviour  control  technology.  The  all‐new  ASIMO  can  now  continue  moving  without  being  controlled  by  an  operator  and  is  the  world’s  most  advanced humanoid robot [12].  2. Application Area  2.1 Sport  Contemporary sport is a phenomenon that encompasses a  large  part  of  human  life.  Today  the  aims  of  non‐ competitive  and  competitive  sport  are  human  health,  recreation  through  developing  fitness,  entertainment,  business  and  as  a  part  of  therapy  for  invalids.  Forms  of  sport include sport for all, competitive sport for amateurs,  competitive  sport  for  professionals,  sport  for  disabled  people and sport for those with learning difficulties [3].  17 18 19 20 21 22 23 24

Competitor’s problems  Coach’s problems  Refereeing  Spectators  Security of events  Sport organizations  Sport administration  Sport business 

25  26  27  28  29  30  31  32 

Media and publishers  Youth’s sport  Women’s sport   Sport and retirement  Sport for disabled  Sport for retarded   Olympism  Sport education 

Table 1. Knowledge of sport [4].

2

Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 123:2013

 

www.intechopen.com

  In  many  sciences,  i.e.,  humanistic,  economic,  natural,  engineering,  health  and  medicine,  sport  is  present  as  an  applied  part  of  them.  These  sciences  investigate  sport  activity  in  order  to  improve  health  and  to  enhance  sport  performance in order to establish new records, but also to  protect sports men and women against sport injuries.    Today sport is a large area of activity for many different  kinds  of  people.  There  are  sports  professionals,  coaches,  referees,  sport engineers  and  technicians,  physicians  and  physiotherapists,  administration  personnel,  organization  personnel,  journalists,  spectators  and  others.  Table  1  presents the main areas of each sport discipline.  2.2 Sport Biomechanics  From  many  sciences  devoted  to  sport,  biomechanics  is  the  closest  one  to  giving  support  to  many  sport  areas.  Biomechanics  offers  analyses  of  the  body  where  structure  (especially  for  disabled  sportspeople),  geometry  (different  for  different  sports),  inertia  (especially  for  sports  divided  onto  categories)  and  potential  strength,  speed  and  control  possibilities of body parts are under investigation. Training  is  analysed  according  to  loads  acting  on  the  body.  The  recording and analysis of techniques of sports movements is  one  of  the  most  important  tasks  of  sport  biomechanists.  Liponski  [5]  presented  3000  different  sports  practiced  all  over  the  world,  but  also  stated  that  he  owns  data  on  8000  sports. Amongst all these sports each has its own technique.  Another area of interest is the tactics of sport. This relatively  new  problem  investigated  by  biomechanists  offers  improvement in sport activity according to, for example, the  distribution  of  loads  along  the  whole  course  of  the  sports  track or the whole match played by competitors.    Diagnosis  of  sport  performance  can  be  done  using  sophisticated  equipment,  such  as  devices  for  the  measurement of body dimensions and muscle strength as  a  function  of  time,  electro‐goniometers  and  accelerometers, force platforms and pressure distribution  transducers,  high  speed  cameras  and  motion  capture  selective  cameras,  full  body  measurement  systems  and  global navigation satellite system (GNSS).    The  great  advantage  of  sport  biomechanics  is  the  possibility  of  measuring  the  loads  and  movements  of  competitors,  not  only  during  training  sessions,  but  especially  during  competitions.  Biomechanists  using  different  kinds  of  cameras  and  sensors  attached  to  sport  equipment and sometimes to the body of  a sportsperson  can  monitor  sport  performance  in  a  real  competition.  They  can  offer  many  different  analyses  to  the  sportsperson, a coach and all others interested.    The future of sport biomechanics appears to be very positive.  With  the  miniaturization  of  sensors  and  amplifiers,  good  communication between the sportsperson, coach and sports  www.intechopen.com

 

analyst  (e.g.,  like  in  motor  sports),  faster  computers  with  a  wider range of application software and with a wide range  of sport robots better sport results will be easier to achieve.   2.3 Sport Engineering  Engineering  can  offer  many  interesting  devices  to  sportspeople that can enhance sports results. Within sport  engineering  there  are  products  devoted  to:  a)  the  body,  e.g.,  skin  covers,  garments,  accessories  and  genetics,  b)  movable  products,  e.g.,  equipment,  vehicles,  requisites  and tools, c) immovable products, e.g.. appliances, stands,  rooms  and  facilities,  d)  information  technology,  e.g.,  computer  hardware  and  software,  communication  and  journalism  devices  and  e)  miscellaneous  products,  e.g.,  security, trophies and gadgets [6].   

Many  sports  disciplines,  in  order  to  improve  results,  utilize  new  materials  (for  example  for  the  pole  in  pole  vault),  aerodynamic  garments,  more  durable  equipment  and  faster  vehicles.  There  are  technical  devices  used  especially  during  training,  such  as  manikins  in  judo  and  wrestling,  body  supports  in  gymnastics  and  acrobatics  and simulators in automobile and aeroplane sports. There  are  other  devices  used  only  during  competition,  especially  referee  devices.  During  both  training  and  competition special robots can be utilized.   3. Methods Used and Co‐existence   of Biomechanics and Robotics  Biomechanics and robotics have several common areas of  interest.  Both  are  based  on  mechanics,  take  into  account  body  build  and  use  the  generation  of  own  forces  to  propel  the  system.  They  are  involved  in  investigations  into the interaction of the systems with the environment.  Both use dynamics sensors for acquiring and transferring  forces/moments  of  forces  and  take  into  account  control  processes.    

In  order  to  acquire  kinematics  data,  robot  designers  can  use  motion  capture  technology  that  is  used  by  biomechanics  specialists.  Here  contrast  markers  are  put  on the body or the face (from few, up to more than 100 of  them) to capture movement of the body or the face.    

Several  institutions  within  their  scientific  work  take  into  account both biomechanics and robotics. For example, there  is  a  biorobotics  laboratory  in  the  Department  of  Biomechanical  Engineering  at  the  Technical  University  in  Delft,  the  Netherlands  [13].  There  is  a  biomechanics  and  robotics  laboratory  in  the  Department  of  Bioengineering  at  Imperial College London, UK [14]. Biomechanics is also well  developed  at  Warsaw  University  of  Technology,  where  at  first biomanipulators and then robots were designed [15].   

There  are  scientific  meetings  and  articles  devoted  to  combined  biomechanics  and  robotics.  In  1999  at  the  Wlodzimierz S. Erdmann: Problems of Sport Biomechanics and Robotics

3

  University  of  Heidelberg  there  took  place  an  international  symposium called “Biomechanics meets robotics. Modelling  and  Simulation  of  Motion”  [16]  and  in  2005  the  conference  was  organized  on  “Fast  motions  in  biomechanics  and  robotics”  [17].  Hogan  [10]  presented  a  plenary  lecture  on  “Biomechanics  and  Robotics”  during  the  10th  International  Conference  on  Climbing  and  Walking  Robots  and  the  Supporting  Technologies  for  Mobile  Machines  (CLAWAR),  which  took  place  in  Singapore  in  2007.  Within  the  programme of the 33rd Annual International Conference of  the  IEEE  Engineering  in  Medicine  and  Biology  Society  in  Boston (2011) there was a session named “Biomechanics and  Robotics”  [18].  At  another  conference  of  the  International  Association  of  Science  and  Technology  for  Development,  held  in  Pittsburgh  in  2011,  there  was  also  a  session  combining biomechanics and robotics.   4. Current Status of Sport Biomechanics and Robotics 

speed or inclination. It measures heart rate by a sensor in the  handle. It is foldable when not in use [19].    A  Backyard  Automated  Driving  Range  is  a  golf  training  system  for  training  in  any  conditions.  A  ball  dispenser  holds up to 150 balls. A tented net is made from durable  nylon  [20].  A  robocup  works  by  searching  for  a  golfer’s  ball  in  any  terrain  but  at  a  short  distance  of  just  a  few  metres. It returns balls during practice training [21].  5.2 Robots Substituting Humans During Training  In  the  1990s  Toshiba  had  developed  a  robot  arm  for  manufacturing that could also play table tennis (Fig. 1a) or  other racket ball games (Fig. 1b). In 1997 Toshiba unveiled  the Beach Volley Ball Playing Robot as part of their vision  for  human‐friendly  robots  (Fig.  1c).  These  robots  were  counter‐partners for humans during their training. 

Sport is a human activity where the body is involved in the  development of fitness, technique and tactics during training  and  competition.  Based  on  this,  one  should  differentiate  between  sport,  sportspeople  versus  robots  and  robo‐sport.  Sportspeople versus robots is a human physical activity with  sport  rules  where  opponents  are  machines  called  robots.  Robo‐sport  is  the  physical  activity  of  machines  that  can  participate in a sport‐like competition in order to win.   

In  order  to  build  robots  for  application  within  sport  one  needs data on mechanical sport performance. These data can  be  obtained  from  sport  biomechanists  who  investigate  the  movement of sportspersons and sport equipment. Kinematic  data  on  displacement,  velocity  and  acceleration  and  also  dynamic data on force, moments of force and force impulses  should  be  taken  into  account  for  implementing  the  mechanisms of robots and also to control them. 

 

 

                      (a)                                                     (b) 

 

There  are  several  types  of  sport  robots  based  on  the  biomechanical  approach.  Below  some  of  these  types  are  presented:   

1. 2. 3. 4. 5.

robots helping in providing sport training  robots substituting humans during training  robots serving as models of real sport performance  robots participating in competition against humans  robots helping organizers of sport events 

 

Robotics  as  relatively  new  area  has  had  moderate  attention from sport specialists. It should be presented to  them  in  a  simple  way,  since  sport  specialists  are  usually  not technically educated.  5. Results  5.1 Robots Helping in Providing Sport Training  An electric walker warns those training on a treadmill if they  are working too hard or not hard enough and proclaims any  4

Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 123:2013

 

  (c)  Figure 1. Toshiba robotic arms that could play ball sports with  humans: (a) and (b) – first versions. (c) – version since the end of  the 20th century [22]. 

Another  example  of  a  table  tennis  robot  is  placed  at  the  edge of a table and sends balls to the player at the other  side of a table [23].    BumperNets Robo‐pong is a robot that can help a player  as  a  trainer  and  practice  partner  from  a  beginner’s  level  through intermediate to an advanced player. There is an  option of ball recycling, where the robot reuses the balls it  receives  from  the  player.  The  head  of  the  robot,  which  serves  balls,  can  move  left  and  right  so  that  the  player  receives balls from different sides of the table [24] (Fig. 2). 

www.intechopen.com

 

       

                                                                 (a)                                                                                              (b)       

 

Figure 2. Example of a robot which substitutes a player at table tennis. A player can play balls served by a machine (a) where is  apparatus serving balls (b). One can adjust the speed of a ball, ball frequency, oscillation speed of a moving apparatus serving balls [24]. 

    

 

        (a)                                                                                          (b)  Figure 3. Examples of: (a) robot serving tennis balls using a real racket; (b) robot serving shuttlecocks [24].

The  Swing  shot  tennis  robot  [24]  has  the  ability  to  serve  balls at a variety of speeds, as well as a variety of pitches,  such as spin, lob and smash (Fig. 3a). The Jada badminton  robot [24] serves shuttlecocks with a speed of about 80m/s  (300km/h) on the badminton court (Fig. 3b)    Sport  robots  are  also  machines  that  can  be  in  physical  contact  with  a  sportsperson.  They  play  the  role  of  a  partner (e.g., in acrobatics) or an opponent (e.g. in contact  (especially combat) sports) (Fig. 4). 

 

5.3 Robots Serving as Models of Real Sport Performance 

  Figure 4. Robot substituting real competitor with springs inside  opposing action of attacker (International Sport Science Institute,  Yong In City, Korea) [25].   

www.intechopen.com

 

At  the  beginning  of  the  1980s  the  author  of  this  paper  took  part  in  the  research  at    Pennsylvania  State  University,  where  wooden  and  aluminium  bats  were  compared.  A  ball  was  released  from  a  pneumatic  gun  under  high  pressure  and  a  bat  was  released  in  an  angular  movement  with  the  thrust  of  a  spring.  The  hitting instant of the bat against a ball was filmed from  above.  In  order  to  demonstrate  the  latest  advances  in  high‐speed  industrial  technology,  researchers  at  the  University  of  Tokyo  have  created  a  baseball‐pitching  robotic  arm  against  a  mechanical  batter  with  near‐ perfect swing (Fig. 5).        

Wlodzimierz S. Erdmann: Problems of Sport Biomechanics and Robotics

5

  5.4 Robots Helping Organizers of Sport Events  In  2011  a  robot  called  Robonaut  2  built  by  NASA  and  Chevrolet  engineers  helped  to  select  the  most  valuable  player  (MVP)  for  the  American  Superbowl.  During  the  show  the  robot  was  kept  behind  a  table  so  that  nobody  would notice he was legless [26]. 

colour ball tracker that helps the robot to differentiate the  balls and locate them on the pool table. In order to hit the  cue  ball,  the  team  at  William  Garage  created  an  innovative  bridge  and  grip  to  allow  the  robot  to  hold  a  pool‐stick and generate power through its wrist (Fig. 6). 

(a) 

Figure 6. The robot PR2 for pool‐playing against humans [24] 

(b)  Figure 5. The baseball robot used for investigations of bat‐ball  interaction: (a) accelerating a ball by artificial upper extremity;   (b) striking a ball by the bat [24]. 

5.5 Robots Physically Participating in Competition against  Humans  The  Enhanced  Automated  Robot  Launcher  (E.A.R.L.),  a  bowling robot of the second generation, was placed at the  International  Training  and  Research  Centre  (ITRC)  in  Arlington, Texas. It can consistently toss a ball at a speed  of  about  4‐10m/s.  The  robot  participated  in  a  game  against  a  bowling  star.  This  bowlbot  lost  the  game  209:259.  E.A.R.L.  will  be  used  to  help  design  lanes,  balls  and pins [27].    William  Garage  developed  an  intelligent  machine  that  could  be  the  ultimate  pool‐playing  companion  for  a  human  being.  The  robot,  PR2,  has  a  head  resembling  a  Polaroid camera  and  arms  that  resemble  assembly  units.  In  the  past  pool  playing  machines  relied  on  overhead  cameras  to  calculate  moves  and  execute  them.  William  Garage’s  pool  playing  robot  relies  on  the  standard  rules  of  pool:  shooting  the  cue  ball  from  where  it  lies  on  the  table  and  having  the  same  vantage  point  as  a  human  player  would.  PR2  has  a  high‐resolution  camera  with  a 

6

Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 123:2013

 

Sports  robots  as  counter‐partners  can  be  utilized  in  individual  sport  games.  Robot  can  be  a  table  tennis‐ player that  plays a game with a  human player. Here the  robot’s cameras look continuously at the ball, in order to  position the robot’s body in the proper place and then use  a  manipulator  as  an  upper  extremity  with  a  hand  equipped  with  a  racket  to  rebound  the  ball.  A  team  of  Vietnamese  and  Chinese  researchers  from  Zhejiang  University introduced “Topio”, a 1.6m tall robot that can  analyse a ball’s path. Its abilities include serving fore and  back‐handed,  returning  and  scoring.  The  project  took  4  years to complete [28].    5.6 Robots Physically Participating in Robo‐sports  In 2006 in Catania, during a Eurobot competition, pairs of  robots  competed  against  one  another  on  a  golf  course.  However, theirs wasnʹt a true golf course, it more closely  resembled  a  bordered  tennis  court  with  colour‐coded  holes punched in it. Teams of two robots worked together  to  sink  the  coloured  (table  tennis)  balls  they  had  been  assigned [29].    Sony Corporation built a robot (AIBO), which can play a  football match. Some robots were guided by their masters  with  the  help  of  remote  controls  and  others  were  programmed  to  respond  to  the  moving  ball.  Scientists  from  Tokyo  University  constructed  a  robot  that  could  jump  vertically  and  land  smoothly  on  its  own  legs.  The  knees  of  the  robot  include  pneumatic  actuators  as  www.intechopen.com

  artificial  muscles.  A  robot  of  120cm  and  10kg  mass  can  jump half a metre up [30].     Honda’s  ASIMO  humanoid  robot  is  120cm  tall  and  is  equipped  with  autonomous  behaviour  control  technology.  ASIMO  can  continue  moving  without  being  controlled  by  an  operator.  It  has  significantly  improved  intelligence and the physical ability to adapt to situations.  From  a  mechanical  point  of  view  ASIMO  is  one  of  the  most advanced humanoid robots ever developed. One of  its  abilities  is standing  on  one  foot  (Fig.  7a).  However, it  has  some  limitations;  any  kind  of  physical  work  is  difficult  for  ASIMO.  It  is  not  as  strong  as  General  Motors/NASA Robonaut 2, which is able to lift 10kg with  a  single  arm.  Unfortunately  Robonaut  has  no  lower  extremities. [12, 22]    In 2010 four robots presented their skills during a football  match at the CeBIT exposition [23]. They used colour and  lines  to  see  an  orange  ball,  pitch  it  towards  green  and  head for the yellow and blue goals (Fig. 7b).  

In the United States Robot Football League (or RFL as it is  called)  exists.  The  rules  of  RFL  mimic  American  rules  football. Teams can be from 3 to 6 players (Fig. 8). 

(a) 

(b)  Figure 8. Robots participating in a match play of American  Robot Football League: (a) robots on wheels; (b) the touchdown  [24].   (a) 

(b)  Figure 7. (a) Honda’s ASIMO robot showing balance during  kicking a ball while standing on one foot and trying to score a  goal against another Honda’s humanoid robot [31]; (b) robots  participating at the CeBIT exposition in 2010 [23]. 

RoboCup  is  the  robot  version  of  the  World  Cup  (football/soccer)  and  the  (self‐proclaimed)  ʺmost  important  robot  contest  in  the  world.ʺ  RoboCup  has  several  different  classifications  for  robots,  which  include  small‐sized,  middle‐sized,  four‐legged  robots  and  humanoids.  The  organizers  chose  soccer  because  it  uniquely  tests  how  human  a  humanoid  really  is.  It  requires developers to use a broad range of technologies  and figure out how to put them together into a cohesive,  working whole [32].    www.intechopen.com

 

5.7 Sport Robot Toys  At  the  Stanford  Education  Program  for  Gifted  Youth  (EPGY)  Summer  Institute  a  hockey  robot  called  MANOI  has  been  created.  It  can  move  forward  and  backwards  several times and shoot a few times [23].     Nemec  and  Lahajmar  [33]  presented  a  ski  robot  which  was  capable  of  autonomous  skiing  on  a  ski  slope  using  the carving skiing technique. The aims of the work were  to design the control and navigation of a ski‐robot. Based  on a complex sensory system, it is capable of autonomous  navigation  between  race  gates,  can  avoid  obstacles  and  maintain  a  stable  position  during  skiing  on  a  previously  unknown ski slope (Fig. 9).     During  the  Football  World  Cup  in  South  Africa  (2010),  the  Danish  Embassy  in  Tokyo  established  a  robot  cheerleader to help support its team [23].    Cleatus  Fox  Football  Robot  is  the  official  mascot  of  the  Fox National Football League in the United States. It can  do  a  lot  of  things,  from  touchdown  celebrations  to  showing  off  his  karate  moves  and  can  even  throw  up  a  ball [24].    Wlodzimierz S. Erdmann: Problems of Sport Biomechanics and Robotics

7

 

(a) 

 

  (b)  Figure 9. Ski robot: (a) – design; (b) – on a slope [33]. 

6. Further Research  The sport robots area is well developed. About 300 robots  from  86  teams  participated  in  the  eighth  National  Robot  Soccer  Contest  in  Wuhan,  the  capital  of  central  China’s  Hubei  province,  on  May  14,  2007  [34].  Eurobot  2006  featured  120  robots  that  represented  128  different  countries [35]. The RoboCup scheduled for 2010 was held  in  Singapore.  The  event  hosted  500  teams  from  40  countries.  The  goal  for  the  future  is  “By  the  year  2050,  develop  a  team  of  fully  autonomous  humanoid  robots  that  can  win  against  the  human  world  soccer  champion  team.” [36].     Man‐robot  interaction  is  a  psychological  issue  too.  People  must  be  accustomed  to  machines  that  are  close  to  them,  observe  them  and  in  the  area  of  sport  are  better  than  people because they are more precise, with more strength,  are not exhausted and are without stress problems.     The  future  of  sport  will  develop  in  several  ways.  Some  sport  disciplines  will  be  without  robots,  just  humans  participating in a competition, others will partly allow the  presence of robots e.g., as goalkeepers and others will be  as  it  is  already  now,  only  robots  will  compete,  alone  or  against each other.   7. References  [1]  Morecki  A.,  Ekiel  J.,  Fidelus  K.  (1971)  Bionics  of  movement  (in  Polish).  State  Scientific  Publisher,  Warsaw.  [2]  Galhano  A.  M.  S.  F,  Machado  J  .A.  T  (2000)  A  biomechanical perspective for the kinematic analysis of  robot  manipulators.  SAMS  2000,  36:471‐484.  Available:  http://ave.dee.isep.ipp.pt/~jtm/files/D14.pdf.  Accessed  2012 Apr 29.  

8

Int J Adv Robotic Sy, 2013, Vol. 10, 123:2013

 

[3]  Erdmann  W.  S  (1997)  Sport  sciences  in  Poland  and  East Europe, biomechanics and locomotion. Based on  lectures  presented  at  Japanese  universities.  University of Tokyo, Tokyo, May, Gdansk.  [4]  Erdmann W. S. (2007) Problems of biomechanics of sport  tactics  (in  Polish).  In:  Urbanik  C  (ed.)  Biomechanics  of  movement.  Selected  problems.  Jozef  Pilsudski  University of Physical Education, Warsaw:3‐27.  [5]  Liponski W. (2003) World sports encyclopedia. Atena,  Poznan.  [6]  Erdmann  W.  S.  (2009)  Technical  development  and  its  influence on Olympic sport (in Polish). In: Czerwinski  J.,  Sozanski  H.  (eds.)  Contemporary  Olympic  sport.  Outline of the problem. Jedrzej Sniadecki University of  Physical Education and Sport, Gdansk:227‐253.  [7]  Takanishi  A.  (2007)  Bipedal  humanoid  robots  and  its  applications.  Plenary  lecture,  10th  International  Conference  on  Climbing  and  Walking  Robots  and  Supporting  Technologies  for  Mobile  Machines,  Singapore, 16‐18 July 2007.  [8]  A brief history of robotics. Available:     http://robotics.megagiants.com/history.html. Accessed  2012 Apr 29.  [9]  Honda living with robots. Available:     http://asimo.honda.com/asimotv/Living‐with‐robots/.  Accessed 2012 May 05.    [10] Hogan N. [2007] Biomechanics and robotics. Plenary  lecture,  10th  International  Conference  on  Climbing  and  Walking  Robots  and  Supporting  Technologies  for Mobile Machines, Singapore, 16‐18 July 2007.  [11] Schiffer  S.,  Baumgartner  T.,  Lakemeyer  G  (2011)  A  modular  approach  to  gesture  recognition  for  interaction with a domestic service robot. In: Jeschke  S., Liu H., Schilberg D. (eds.) Intelligent Robotics and  Applications.  4th  International  Conference  ICIRA  2011,  Aachen,  Germany,  Dec  2011  Proceedings,  Part  2, Springer‐Verlag, Berlin, Heidelberg:348‐357.  [12] ASIMO by Honda. Honda Unveils All‐New ASIMO.  Available:  http://www.  asimohonda.com.  Accessed  2012 May 05.  [13] Delft Biorobotics Lab. Available:      http://www.dbl.tudelft.nl. Accessed 2012 Apr 28.  [14]  Biomechanics  and  Robotics.  Department  of  Bioengineering.  Imperial  College  London.  Available:  http://www3.imperial.ac.uk/pgprospectus/facultiesand  departments/bioengineering/research/biomechanicsand robotics. Accessed 2012 Apr 28.  [15] Biomechanics.  Dept.  of  Machines  and  Robots.  Warsaw  Technical  University,  Warsaw.  Available:  http://tmr.meil.pw.edu.pl/index.php?/pol/content/  view/full/332. Accessed 2012 Apr 30.  [16] Bock  H.G.,  Jaeger  W.  (1999)  Biomechanics  meets  Robotics.  Modelling  and  Simulation  of  Motion.  Proceedings  of  the  Workshop.  IWR,  University  of  Heidelberg, 8‐11 Nov 1999. 

www.intechopen.com

  [17] Diehl  M.,  Mombaur  K.  –  eds.  (2006)  Fast  motion  in  biomechanics  and  robotics  –  optimization  and  feedback control. Series: Lecture notes in control and  information sciences. IWR, University of Heidelberg,  7‐9 Sept 2005. Springer, Heidelberg.  [18] Della Croce U., Koenig A., Popovic M. (2011) Theme  8:  Biomechanics  and  Robotics.  33rd  Annual  International  Conference  of  the  IEEE  Engineering  in  Medicine  and  Biology  (EMBC’11),  Boston,  Ma.,  Aug  30‐Sept 3, 2011.  [19] Electric  walker  3010  trains  via  voice.  Available:  http://www.robotsnob.com/archives/cat_sports_robo ts.php. Accessed 2012 Apr 29.  [20] Robotshop.  Available:  http://www.robotshop.com.  Accessed 2012 May 02.  [21] Must  have:  Robocup  for  golfers.  Available:  http://www.robotsnob.com/archives/cat_sports_robo ts.php. Accessed 2012 Apr 29.  [22] All  about  ASIMO.  Available:  www.plasticpals.com.  Accessed 2012 May 07.  [23] Must have: Robo‐pong. Available:       http://www.robotsnob.com/archives/  cat_sports_robots.php. Accessed 2012 Apr 29.  [24] 12  super  swift  and  sleek  sport  robots.  Available:  http://walyou/sports‐robots. Accessed 2012.05.02.  [25] Eui‐Kwan K., Duck‐Hyun N., Sung‐Sup K., Jae‐Wook  C., Tae‐Whan K., Eun‐Soo C. [2008] The instrumental  development  for  pulling  –  reaping  training  &  measuring  to  enhancement  judo  performance.  In:  Kwon  Y‐H,  Shim  J,  Shim  J.K,  Shin  I‐S  (eds.)  26th  International  Conference  on  Biomechanics  in  Sports,  Seoul, 14‐18 July 2008:362‐365.  [26] Robonaut  2  selects  Superbowl  MVP.  Available:  http://www.robotsnob.com/archives/cat_sports_robo ts.php. Accessed 2012 Apr 29. 

[27] E.A.R.L.  strikes  at  the  ITRC.  Available:  http://www.robotsnob.com/archives/cat_sports_robots. php. Accessed 2012 Apr 29.  [28] Topio  formidable  ping  pong  adversary.  Available:  http://www.robotsnob.com/archives/cat_sports_robots. php. Accessed 2012 Apr 29.  [29] Lawrence C (2006) Getting beat by robots: the future  of sports? Available:      http://science.howstuffworks.com/robot‐sport‐ news.htm. Accessed 2012 May 02.  [30] Robots in sports pictures. Available:     http://www.freakingnews.com/Robots‐in‐Sports‐ Pictures‐‐1663.asp. Accessed 2012 May 02.  [31] Xu  E.  (2011)  ASIMO:  Honda  humanoid  robot  –  walking down the stairs. Available:     http://thecoolgadgets.com. Accessed 2012 May 05.  [32] RoboCup.  Available:  en.wikipedia.org.  Accessed  2012 Jun 05.    [33] Nemec B., Lahajnar L. [2009] Control and navigation  of the skiing robot. The 2009 IEEE/RSJ Int. Conf. On  Intelligent  Robots  and  Systems,  11‐15  Oct  2009,  St.  Louis, MO:2321‐2326.  [34] Picture  moment:  Robot  soccer  in  China.  Available  http://www.oneinchpunch.net/  2007/05/22/picture‐ moment‐robot‐soccer‐in‐china/.  Accessed  2012  May  02.  [35] Getting  Beat  By  Robots:  The  Future  of  Sports?  Available:  http://science.  howstuffworks.com/robot‐ sport‐news.htm. Accessed 2012 May 02.    [36] RoboCup 2010 begins. Available:       http://www.robotsnob.com/archives/  cat_sports_robots.php?page=1. Accessed 2012 May 06.   

 

www.intechopen.com

 

Wlodzimierz S. Erdmann: Problems of Sport Biomechanics and Robotics

9