Development of Body Position and Muscle State Analyzing Personal Trainer Device with Mobile App Support

The aim of this thesis was to develop a wearable personal trainer device supported
with an application that works on mobile devices to analyze arm position and muscle
state during a weight exercise. The wide popularity of an active lifestyle combined
with people's demands for well-informed workouts, a need for personalized training
devices is detected. Main objective was to design a wearable tracking system that could
detect and track arm position and collect real time data from desired muscles (biceps
brachii, brachialis, coracobrachialis, and triceps brachii) to track exercise effectiveness
and reduce the risk of injuries.
The development processes can be divided into three main stages listed as:
development of a mechanical framework, electronics development including sensors
and software development. Using a single sensor on the elbow joint is shown to be an
efficient method to detect movement during isolated weight exercises that aim upper
arm muscles. Using an electromyography (EMG) sensor on targeted muscles allowed
the system to track muscle contraction in real time.
Using an embedded processor and connection to mobile devices allowed suitable
processing capacity to use captured data in real time and warn users if needed. Mobile
apps also create a platform to keep track of data and present an easy to use user
interface for system control. In this thesis the development process of an arm position and muscle motor unit firing rate analyzing personal trainer devices with an application interface is presented. The device is capable of real-time data collection/processing, editable training programs, and exercise efficiency tracking to empower people to optimize workout sessions while reducing their risk of suffering from injuries. Future work involves further refinement of the device and app, as well as exploring opportunities for
commercialization and integration with existing fitness platforms.

Bu tezin amacı, bir ağırlık egzersizi sırasında kol pozisyonunu ve kas durumunu analiz
etmek için mobil cihazlarda çalışan bir uygulama ile desteklenen giyilebilir bir kişisel
antrenör cihazı geliştirmektir. Aktif yaşam tarzının geniş popülaritesi, insanların
bilinçli egzersiz yapma isteği ile birleştiğinde, kişiselleştirilmiş antrenor cihazlarına
ihtiyaç olduğu tespit edildi. Ana hedef, egzersiz aktivitesini takip etmek ve kas
zedelenmesi riskini azaltmak için kol pozisyonunu algılayıp takip edebilen ve istenen
kaslardan (biceps brachii, brachialis, coracobrachialis ve triceps brachii) gerçek
zamanlı veri toplayabilen giyilebilir bir izleme sistemi tasarlamaktır.
Geliştirme süreçleri şu şekilde sıralanan üç ana aşamaya ayrılabilir: mekanik bir
iskeletin geliştirilmesi, sensörler dahil elektronik donanım geliştirme ve yazılım
geliştirme. Dirsek ekleminde tek bir sensör kullanılmasının, üst kol kaslarını hedef
alan izole ağırlık egzersizleri sırasında hareketi algılamada etkili bir yöntem olduğu
gösterilmiştir. Hedeflenen kaslarda bir elektromiyografi (EMG) sensörü kullanmak,
sistemin kas kasılmasını gerçek zamanlı olarak izlemesini sağladı.
Gömülü bir işlemci ve mobil cihaz ile bağlantı kullanmak, yakalanan verileri gerçek
zamanlı olarak kullanmak ve gerekirse kullanıcıları uyarmak için uygun işleme
kapasitesine izin verdi. Mobil uygulamalar ayrıca verileri takip etmek için bir platform
oluşturdu ve sistem kontrolü için kullanımı kolay bir kullanıcı arayüzü sundu.
Bu tezde, bir uygulama arayüzü ile kişisel antrenör cihazının kol pozisyonu ve kas
motor ünitesi ateşleme hızını analiz eden geliştirme süreci sunulmaktadır. Cihaz,
gerçek zamanlı veri toplama/işleme, düzenlenebilir egzersiz programları ve insanların
egzersiz seanslarını optimize ederken yaralanma risklerini azaltmalarını sağlamak için
egzersiz verimliliği izleme yeteneğine sahiptir. Gelecekteki çalışmalar, cihazın ve
uygulamanın daha da iyileştirilmesinin yanı sıra ticarileştirme ve mevcut fitness
platformları ile entegrasyon fırsatlarını keşfetmeyi içeriyor.