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使用TinyML開發(fā)私人教練

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資料介紹

描述

介紹

據(jù)巴西衛(wèi)生部長(zhǎng)稱，到 2020 年，該國(guó) 36.8% 的人口習(xí)慣于在空閑時(shí)間進(jìn)行某種體育活動(dòng)。

為了尋求一種方法來改善人們?cè)阱憻挄r(shí)可以獲得的反饋，通過將 TinymL 與可以連接到啞鈴的小型開發(fā)板集成在一起開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)。

本項(xiàng)目將使用的開發(fā)板是Seeed XIAO nRF52840 BLE Sense，具有緊湊的尺寸、較低的功耗、能夠?yàn)殡姵爻潆娨约皟?nèi)置加速度計(jì)和陀螺儀。該項(xiàng)目必不可少的傳感器。

3D外殼

為了能夠?qū)⒄麄€(gè)系統(tǒng)帶到健身房或體育活動(dòng)環(huán)境中，需要制作一個(gè)外殼來保護(hù)開發(fā)板免受意外跌落，同時(shí)能夠攜帶電池，從而可以在不使用的情況下運(yùn)行電纜。

可以使用 3D 打印機(jī)制作一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的外殼。

3D 外殼的渲染。

數(shù)據(jù)采集

該項(xiàng)目的主要問題之一是能夠收集可靠的數(shù)據(jù)，因?yàn)槭占瘮?shù)據(jù)涉及將整個(gè)系統(tǒng)連接到啞鈴的一側(cè)，啞鈴一直在上下移動(dòng)，左右移動(dòng)或同時(shí)移動(dòng)。

解決這個(gè)問題的一種方法是使用藍(lán)牙將數(shù)據(jù)從慣性測(cè)量單元 (IMU) 傳輸?shù)?a href='http://www.1cnz.cn/v/tag/11230/' target='_blank' class='arckwlink_none'>智能手機(jī)，而無需電纜。

通過 BLE 通量圖采集數(shù)據(jù)。

在這個(gè)項(xiàng)目中，主要關(guān)注三個(gè)練習(xí)，二頭肌卷曲，臥推和側(cè)平舉，所有這些練習(xí)都是使用啞鈴?fù)瓿傻摹?/font>這個(gè)選擇是基于這些鍛煉不同類型肌肉的練習(xí)：分別是二頭肌、胸部和肩膀。

二頭肌卷曲、臥推和側(cè)平舉。

將外殼連接到啞鈴上。

要從微控制器接收數(shù)據(jù)，必須使用 Android 應(yīng)用程序，為此，MIT App Inventor 2 網(wǎng)站上開發(fā)了一個(gè)應(yīng)用程序。

該應(yīng)用程序的功能是在必要的時(shí)間內(nèi)從 IMU 的 6 軸接收數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在 a.csv 文件或在線谷歌表格中。

左邊是應(yīng)用程序，右邊是生成文件。

二頭肌卷曲收集數(shù)據(jù)的圖形可視化

模型訓(xùn)練

為了訓(xùn)練這個(gè)模型，我們使用了 Edge Impulse 網(wǎng)站。首先，所有采集到的原始數(shù)據(jù)都上傳到平臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)處理。為了生成我們的特征，我們將使用 256 點(diǎn)長(zhǎng)度的 FFT。

模型設(shè)計(jì)將是一個(gè)密集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (DNN)，其輸入層有 570 個(gè)神經(jīng)元，兩個(gè)隱藏層分別有 40 個(gè)和 20 個(gè)神經(jīng)元，一個(gè) 0.25 比率的 dropout 層，另外 10 個(gè)神經(jīng)元層和 5 個(gè)神經(jīng)元的輸出層，每個(gè)神經(jīng)元一個(gè)每個(gè)班級(jí)。

NN 設(shè)置和模型性能。

模型測(cè)試

通過使用在數(shù)據(jù)采集階段收集的 20% 的數(shù)據(jù)，我們可以驗(yàn)證我們的模型將如何處理未知數(shù)據(jù)。

模型測(cè)試結(jié)果。

盡管 85% 的準(zhǔn)確率并不理想，但考慮到所分析數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，這仍然是一個(gè)不錯(cuò)的結(jié)果。

部署

訓(xùn)練完成后，我們可以在我們選擇的開發(fā)板 Seeed XIAO nRF52840 BLE Sense 中部署模型，一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是使用 Edge Impulse 提供的編譯庫，之后，我們將擁有整個(gè)系統(tǒng)已準(zhǔn)備好部署。

但是，我們?nèi)匀恍枰环N方法來可視化推理結(jié)果，為此，可以采用與數(shù)據(jù)采集階段相同的方法。

進(jìn)行推論

通過開發(fā)一個(gè)新的應(yīng)用程序來顯示推理，許多選項(xiàng)變得可用，推理結(jié)果可以通過音頻和智能手機(jī)振動(dòng)顯示在智能手機(jī)屏幕上。還可以保存數(shù)據(jù)以創(chuàng)建整個(gè)練習(xí)部分的時(shí)間線，并可以執(zhí)行數(shù)據(jù)分析以創(chuàng)建圖表，從而允許最終用戶進(jìn)行交互并了解他的表現(xiàn)何時(shí)何地好或壞。