ES2237280B1 - Sistema de deteccion de apoyos via radio. - Google Patents
Sistema de deteccion de apoyos via radio.Info
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Abstract
El objetivo de la presente invención es el desarrollo de un sistema de medición que, vía radio, permite conocer en cada instante y en tiempo real la duración de los apoyos y tiempos de vuelo de la marcha, la carrera y el salto; de gran importancia en el campo médico y deportivo. Se compone de un sistema de emisión/recepción de radio, una lámina conductora, unas zapatillas instrumentadas, un módulo de tratamiento de datos y un software. También permite el cálculo de la frecuencia de paso al colocarle al sujeto un pulsador plantar en la zapatilla del sujeto. Permite el estudio de la marcha, la carrera y el salto de personas y animales, tanto en situaciones normales como patológicas.
Description
Sistema de detección de apoyos vía radio.
Esta invención se refiere a un instrumento de
medida y detección de apoyos durante la marcha, saltos y carreras,
utilizando señales de radio, lo que evita el uso de cables que unan
al sujeto objeto del estudio, con el ordenador que realiza la
medición de las señales, siendo de aplicación en diferentes
campos.
Por citar algunos ejemplos de aplicación del
sistema de detección de apoyos vía radio podemos mencionar:
- En el campo deportivo, para conocer la duración
de los apoyos de los sujetos al marchar, correr o realizar saltos
verticales u horizontales.
- En el campo de la medicina, para conocer
tiempos de contacto y no contacto de una persona durante la
locomoción y así poder diferenciar una marcha normal de una
patológica.
- En veterinaria, para conocer la duración de los
apoyos o contactos de las extremidades de los animales al
desplazarse.
- En todos los campos, e incluso en otros no
mencionados, permite conocer la frecuencia de paso del sujeto
objeto de estudio.
Algunos de los métodos utilizados hasta la fecha
para la realización de estudios que requieran la medida y detección
de apoyos durante la marcha, saltos y carreras, requieren una alta
tecnología e instrumentación compleja, mientras que otros utilizan
métodos sencillos y con escaso material instrumental.
A continuación se citan algunos de los métodos
mas comúnmente utilizados:
- -
- Filmar al sujeto objeto del estudio en vídeo Super-VHS, mientras realiza la actividad física (andar, correr o saltar), para posteriormente analizar su movimiento con la ayuda de un ordenador. Este método resulta económicamente caro, incómodo para el investigador y no muy preciso, ya que la filmación en vídeo permite únicamente una precisión de 2 centésimas de segundo. A ello hay que sumar que los resultados no se obtienen de forma inmediata, sino que es necesario un laborioso trabajo posterior.
- -
- Filmación con cámaras de alta velocidad: Estas cámaras son muy precisas, pero totalmente inaccesibles para el entrenador medio o para un investigador con bajo presupuesto. Permiten filmar a velocidades muy altas, lo cual nos da una precisión de milisegundos, con lo cual se evita el inconveniente de la falta de precisión que presentaba el método anterior, pero continúa presentando otro gran inconveniente, que consiste en la necesidad de realizar el estudio posterior de la grabación, por lo que mediante este método continúa siendo imposible obtener de manera inmediata.
- -
- Plataformas de contactos: Consisten en plataformas de longitud variable, que contienen múltiples láminas, que entran en contacto cuando el sujeto objeto del estudio pisa sobre ellas. Estas plataformas suelen extenderse sobre la pista de atletismo o en el interior de laboratorios, debiendo estar conectadas a un ordenador, que detecta la señal generada por el contacto de las láminas de la pista, determinándose así los tiempos de vuelo y de suelo que realiza el deportista durante la carrera. Su principal inconveniente radica en su baja precisión y el rápido deterioro que sufren las láminas anteriormente mencionadas.
- -
- Plataformas de infrarrojos: El principio de funcionamiento es similar al sistema anterior, pero instrumentalmente consisten en el uso de dos barreras de sensores de infrarrojos, separadas a una determinada distancia, entre las cuales discurre el sujeto objeto del estudio. Este método permite cuantificar la duración de los apoyos del sujeto al interferir o no interferir las líneas de infrarrojos creadas por la barrera. Su principal problema continúa siendo la precisión, la cual va a depender del número de sensores utilizados, y la ubicación de los mismos que obliga al sujeto a discurrir por un espacio determinado.
Por tanto, queda patente la necesidad de idear un
método alternativo, que utilice una tecnología que elimine las
deficiencias presentadas por los métodos empleados en la actualidad
y que permita conocer en tiempo real la duración de los apoyos y
tiempos de vuelo de la marcha, la carrera y el salto, el cual
constituye el objeto de la presente invención.
Actualmente son innumerables los estudios
realizados acerca del movimiento humano y animal desde la
perspectiva de la medicina, de la veterinaria, la biomecánica, la
fisiología y el entrenamiento, pero aún quedan muchos aspectos por
estudiar, entre otros la duración de los apoyos realizados, que
pueden permitir que mejore aún más su tratamiento, rehabilitación,
o incluso su rendimiento.
Los campos de aplicación del sistema de detección
de apoyos vía radio van desde la perspectiva médica/traumatológica,
deportiva, veterinaria, etc.
Desde el punto de vista médico, sobre todo
en el campo de la traumatología y la rehabilitación, la marcha
humana es muy estudiada, utilizando para ello múltiples
instrumentos de medición.
Ya desde los primeros años de su infancia, el ser
humano aprende a caminar de forma natural, experimentando con su
cuerpo hasta alcanzar un estilo propio. Pese al carácter individual
de este proceso, las semejanzas entre sujetos distintos son tales
que puede hablarse de un patrón característico de marcha humana
normal, así como de las modificaciones que dicho patrón experimenta
debido a la influencia de diversos factores, intrínsecos o
extrínsecos al sujeto, y, sobre todo, bajo determinadas condiciones
patológicas.
El ciclo de marcha, comprende fases de apoyo
bipodal y apoyo monopodal derecho e izquierdo cuya cuantificación
temporal permitiría la realización de estudios que permitirían la
creación de parámetros temporales que en base a determinados
coeficientes permitan descubrir un patrón característico de la
marcha humana. Dicho patrón temporal permitiría estudiar la
evolución del patrón de marcha en sujetos con problemas traumáticos
o tras una cirugía reparadora.
Algunos centros de investigación han desarrollado
pasillos instrumentados y plataformas de contactos e infrarrojos,
que le han permitido cuantificar tales parámetros. Sin embargo
carecían de un sistema vía radio que permitiera prescindir de
cables que los uniesen al ordenador.
Mediante el presente sistema de detección de
apoyos es posible realizar múltiples estudios relacionados con la
marcha humana, vía radio y en tiempo real.
Es posible por tanto, estudiar la cadencia de
pasos ejecutados en un intervalo de tiempo, tiempos de doble apoyo,
tiempos de vuelo y suelo de cada uno de los pies y múltiples
parámetros relacionados con la locomoción humana.
También es posible el estudio de la marcha de los
ancianos, condicionada, por un lado, a los cambios debido a la edad
y, por otro, a los efectos de diversas patologías, como la
osteoartritis degenerativa y el parkinsonismo, que son más
frecuentes a edades avanzadas.
Existen múltiples posibilidades para clasificar
las alteraciones de la marcha debidas a patologías, según su
etiología, según la zona anatómica afectada, según la fase de la
marcha que esté alterada, etc. No obstante, todos los procesos
patológicos acaban provocando determinadas alteraciones que son
objetivables mediante el presente sistema de análisis y estudio de
la marcha humana. Así pues, desde el campo médico se podrían
realizar estudios de parámetros relacionados con la locomoción
humana y sus posibles alteraciones en pacientes con problemas en el
aparato locomotor.
Desde el punto de vista del deporte, el
sistema de detección de apoyos vía radio permite el conocimiento de
la duración y frecuencia de los apoyos y va a posibilitar un nuevo
nivel de valoración y estudio de la condición física del sujeto.
Conociendo los tiempos de apoyo y tiempos de vuelo de los pies en el
suelo es posible determinar índices tan importantes en el
entrenamiento como son:
- -
- La duración fase de impulsión de los apoyos durante la carrera o el salto.
- -
- La altura de los saltos: Al conocer el tiempo de vuelo de un salto vertical es posible conocer la altura alcanzada.
- -
- La frecuencia de zancada y paso en una carrera.
- -
- Tests de pulsos. Realizar pulsaciones repetidas y a la máxima velocidad con la mano o con los pies y así poder valorar su frecuencia de golpeo con las extremidades.
El conocimiento de estos datos permitirá la
elaboración de programas de entrenamiento más eficaces y ajustados
a la situación real del sujeto. Se podrá por tanto aumentar el
rendimiento del atleta de forma más rápida y precisa, disponiendo
en todo momento y en tiempo real de información que permitirá un
conocimiento inmediato y determinante con el sujeto.
El sistema de detección de apoyos vía radio
permitirá la creación de nuevos tests de condición física, más
ajustados a las necesidades reales de valoración y que midan con
total precisión los parámetros a estudio.
Entre las ventajas del sistema destaca el hecho
de que al realizar la transferencia de los datos vía radio, el
sujeto a estudiar no ha de cargar con cables que le unan al
ordenador y que pueden interferir en su forma de andar o saltar.
Además, al obtener los datos en tiempo real, el examinador puede
observar la evolución del sujeto a lo largo de la prueba. Finalmente
es interesante mencionar que el sistema posee una alta precesión,
ya que posee una frecuencia de muestreo superior a 1000 muestras
por segundo.
El sistema de detección de apoyos vía radio
comprende componentes de instrumentación (hardware), componentes
lógicos de programación (software), un conjunto de elementos de
detección y un pasillo conductor.
El módulo software consiste en un programa
de ordenador que mediante su lógica estructurada y haciendo uso de
un interface gráfico, permite al usuario activar determinadas
opciones del programa para programar las pruebas a realizar, esto
es, marcha, carrera, salto, o test de pulsos, realiza el chequeo
señales enviadas por los elementos de detección y haciendo uso de
las mismas representar en la pantalla del ordenador estadísticas en
tiempo real, así como gráficas de los tiempos activos y desactivos
de todos los sensores que han sido configurados al inicio de la
prueba.
El sistema de detección de apoyos vía radio
cuenta con tres módulos hardware, que se describen a
continuación.
El módulo hardware principal, es una
unidad física que se conecta a un ordenador a través de uno de sus
puertos de comunicaciones. Por este canal serán recibidos tanto los
datos, vía radio, provenientes de los sensores remotos ubicados en
los individuos a estudiar, como los recibidos de las entradas
ubicadas en la parte trasera del propio modulo. El módulo principal
contiene una batería que proporcionará independencia eléctrica en
las pruebas. Para el tratamiento de los pulsos generados por el
sujeto al marchar, correr o saltar se utilizan dos
microprocesadores. Uno de ellos funciona como buffer de datos
(tanto del módulo remoto como del físico) y otro proporciona las
entradas y salidas digitales, las cuales tienen características TTL
filtradas con un optoacoplador para protegerlas del ruido
eléctrico. El microprocesador revisa estas entradas cada
milisegundo y en caso de detectar un cambio de valor en ese último
intervalo, envía la información del puerto de entrada, el número de
paquete, el tiempo transcurrido desde el inicio de la prueba y un
valor CRC para comprobar la perfecta recepción de los datos. Estos
valores son enviados a la memoria temporal y posteriormente
reenviados al ordenador. Es necesario este buffer para almacenar
datos temporalmente en caso de que se reciban datos más rápidamente
que los que somos capaces de
tratar.
tratar.
Este módulo cuenta también con salidas que podrán
ser configuradas por el usuario, a través del programa de
ordenador, y que se activarán de acuerdo a una determinada
característica. Hay salidas a relé y salidas a transistor.
El módulo hardware principal posee una serie de
pulsadores en el panel frontal, cuya misión es la de proporcionar
las señales de inicio, fin y marcas de prueba. Cuenta además con
diodos led que, mediante la comprobación de señales eléctricas de
funcionamiento, proporcionan información sobre el estado de la
alimentación, de la comunicación con el ordenador y de la conexión
radio con el módulo remoto.
El módulo receptor de radio está
directamente conectado al módulo principal a través de un cable de
comunicaciones serie RS-232, que nos permite separar
este módulo para que no existan interferencias con el ordenador.
Este módulo receptor está calibrado a la misma frecuencia que el
módulo remoto que lleva el sujeto a estudiar (canal homologado y
libre de licencia, especialmente diseñado para telemetría y
control). En él se dispone de una antena que mejora la recepción de
la señal. La señal recibida es directamente redireccionada al
módulo principal.
El módulo remoto es el elemento que lleva
consigo el individuo a analizar. Este módulo consta de una batería,
un microprocesador y un emisor de radio que debe estar calibrado a
la misma frecuencia que el módulo receptor de radio conectado al
módulo principal. El microprocesador proporciona una serie de
entradas digitales y está programado para analizar estas entradas
cada 1 milisegundo; si cualquiera de estas entradas varía es
enviado un paquete vía radio al módulo receptor que lo transmitirá
a su vez al buffer del módulo principal. La información que
proporciona el módulo remoto es el número de paquete, estado del
puerto, estado del paquete anterior, tiempo desde inicio de prueba,
y código de redundancia cíclico (CRC) para verificación de
datos.
Las entradas digitales pueden conectarse a
cualquier sensor que funcione como un pulsador y que abra y cierre
el circuito a masa. El módulo consta de entradas ampliable en más
unidades en caso de necesidad. Los datos son transmitidos
utilizando un protocolo de comunicaciones a una velocidad superior a
2400 bits/segundo.
Según el estudio a realizar, marcha, carrera,
saltos o sencillamente conteo de pasos o pulsos se pueden utilizar
diversos elementos que actúan como sensores, los cuales permiten al
sistema detectar cuando el sujeto está en contacto con el suelo, o
está en el aire.
Dichos elementos pueden ser son los
siguien-
tes:
tes:
Se compone de unos contactos situados en la suela
de la zapatilla, los cuales hacen que al apoyar el pie sobre una
superficie conductora, se cierre el circuito eléctrico y se
transmita dicho evento al microprocesador. Dichos contactos, en
forma de chinchetas, están situados en la suela de la zapatilla,
recorriendo la misma desde la zona del talón hasta la zona más
anterior del pie. Los contactos están conectados mediante finos
cables conductores, soldados por dentro de la suela de la
zapatilla, de tal forma que permiten crear dos polos de contactos,
los cuales cierran el circuito cuando pisan sobre la superficie
metálica de un pasillo conductor.
Para el estudio con animales se recurre a unas
fundas instrumentadas -a modo de guantes- con múltiples contactos,
que instaladas en las patas del animal permiten realizar la misma
función que la zapatilla.
El pulsador va alojado dentro de la zapatilla del
deportista, sin interferir su técnica, y no le supone molestia
alguna, ya que es extremadamente delgado, muy ligero y de reducido
tamaño, lo cual permite que pase totalmente desapercibido dentro de
la zapatilla del deportista. Debe colocarse a nivel del primer
metatarsiano del pie, en la falange distal del primer dedo, o en la
base del calcáneo.
Debido a que el pulsador plantar hace la función
de un pulsador, por sí mismo detecta el apoyo y el despegue del pie
del suelo por lo que no es necesaria la presencia de un pasillo
conductor sobre el cual ha de desplazarse el sujeto.
El pulsador plantar permite al sistema de
detección de apoyos vía radio cuantificar el número de apoyos en
función del tiempo transcurrido, por lo que permite cuantificar la
frecuencia de paso y zancada en una distancia, o durante un tiempo
determinado (pasos por minuto).
Por medio de un ratón de ordenador modificado, al
cual sólo le funcionan los pulsadores y acoplado al sistema es
posible cuantificar el número de pulsos que una persona es capaz de
realizar, al presionar con cualquier dedo sobre el botón derecho o
izquierdo del ratón.
La cuantificación de pulsos es muy útil para
conocer la frecuencia que es capaz de alcanzar un sujeto en un
tiempo determinado. Los sujetos más veloces serán capaces de
realizar mayor número de pulsaciones que otra más lenta o con algún
problema motor.
Consiste en un pasillo realizado en material
conductor, el cual tendrá las medidas necesarias para que el sujeto
realice el test seleccionado. Para realizar tests de saltos
verticales bastará con que el pasillo tenga una superficie de 2
metros cuadrados. Para realizar tests de marcha o de carrera será
necesario que el pasillo tenga mayor longitud.
En caso de realizar un test de pulsos con el dedo
o instalar al sujeto un pulsador plantar en su zapatilla no es
preciso la utilización del pasillo conductor.
Figura 1.- Módulo Hardware principal
Figura 2.- Módulo remoto
Figura 3.- Detector de suela
Figura 4.- Pulsador plantar
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se
derivan.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de
los elementos serán susceptibles de variación, siempre y cuando
ello no suponga una alteración a la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha descrito esta memoria
deberán ser tomados siempre con carácter amplio y no
limitativo.
Claims (18)
1. Sistema de detección de apoyos vía radio, para
la medida y detección de apoyos durante la marcha, saltos y
carreras, caracterizado por comprender:
- \bullet
- un componente lógico (software)
- \bullet
- una serie de componentes físicos (hardware)
- \bullet
- un conjunto de elementos de detección
- \bullet
- un pasillo construido de material conductor, del cual se hará sólo para determinados estudios.
2. Sistema de detección de apoyos vía radio,
según reivindicación 1, caracterizado por comprender un
módulo lógico (software), que consiste en un programa de ordenador
que mediante su lógica estructurada y haciendo uso de un interface
gráfico, permite al usuario activar determinadas opciones del
programa para programar las pruebas a realizar, esto es, marcha,
carrera, salto, o test de pulsos, realiza el chequeo señales
enviadas por los elementos de detección y haciendo uso de las
mismas representar en la pantalla del ordenador estadísticas en
tiempo real, así como gráficas de los tiempos activos y desactivos
de todos los sensores que han sido configurados al inicio de la
prueba.
3. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicación 1, caracterizado porque los componentes
físicos que lo forman son:
- \bullet
- el módulo hardware principal
- \bullet
- el módulo receptor de radio
- \bullet
- el módulo remoto.
4. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el módulo
hardware principal consiste en una unidad física, que se conecta a
un ordenador a través de uno de sus puertos de comunicaciones, al
cual transfiere los datos recibidos vía radio, procedentes de los
sensores remotos ubicados en los individuos a estudiar.
5. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicaciones 1, 3 y 4, caracterizado porque para el
tratamiento de los datos generados por el sujeto a estudiar al
marchar, correr o saltar, el módulo hardware principal contiene dos
microprocesadores, uno que funciona como buffer de datos y el otro
para el manejo de las señales de entrada y salida, las cuales tienen
características TTL filtradas con un optoacoplador para protegerlas
del ruido eléctrico.
6. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicaciones 1, 3, 4 y 5, caracterizado porque el módulo
hardware cuenta con salidas que pueden ser configuradas por el
usuario a través del programa de ordenador, pudiéndose ser estas
salidas a relé y a transistor.
7. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicaciones 1, 3, 4, 5 y 6, caracterizado porque el
módulo hardware posee una serie de pulsadores en el panel frontal,
que proporciona al resto de los elementos del sistema las señales
eléctricas de inicio, fin y marcas de prueba.
8. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 6 y 7, caracterizado porque el
módulo hardware posee una serie de diodos que, mediante la
comprobación de señales eléctricas de funcionamiento, proporcionan
información sobre el estado de la alimentación, de la comunicación
con el ordenador y de la conexión de radio con el módulo
remoto.
9. Sistema de detección de apoyos vía radio según
reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el módulo
receptor de radio consiste en una unidad física, calibrada a la
misma frecuencia del módulo remoto que lleva consigo el individuo a
estudiar y que se conecta al módulo hardware principal mediante un
cable de comunicaciones RS-232.
10. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el módulo
remoto consiste en una unidad física, que lleva consigo el
individuo a analizar, que comprende una batería, un microprocesador
y un emisor de radio calibrado a la misma frecuencia que el módulo
receptor que va unido a la unidad hardware principal.
11. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1, 3 y 10, caracterizado porque el
microprocesador que contiene el módulo remoto proporciona una serie
de entradas digitales y está programado para enviar información al
módulo receptor, a través del emisor de radio, si cualquiera de
estas entradas varía.
12. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicación 1, caracterizado porque comprende
diferentes elementos de detección, los cuales deberán usarse en
unas u otras circunstancias, en función del estudio a realizar.
13. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1 y 12, caracterizado porque uno de
los elementos de detección que contempla es un detector de suela,
el cual se compone de unos contactos situados en la suela de la
zapatilla, los cuales hacen que al apoyar el pie sobre el pasillo
conductor, se cierre el circuito eléctrico y se transmita dicho
evento al microprocesador.
14. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1, 12 y 13, caracterizado porque los
contactos del detector de suela tienen forma de chinchetas y están
situados en la suela de la zapatilla, recorriendo la misma desde la
zona del talón hasta la zona más anterior del pie.
15. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1, 12, 13 y 14, caracterizado porque
los contactos del detector de suela están conectados mediante finos
cables conductores, soldados por dentro de la suela de la zapatilla
deportiva del individuo a estudiar.
16. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1 y 12, caracterizado porque para el
estudio con animales, la suela se sustituye por unas fundas
instrumentadas -a modo de guantes- con múltiples contactos, que
instaladas en las patas del animal, permiten realizar la misma
función que la zapatilla.
17. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1 y 12, caracterizado porque uno de
los elementos de detección que contempla es un pulsador plantar, de
pequeñas dimensiones, que instalado dentro de la zapatilla del
individuo a estudiar, debe colocarse a nivel del primer metatarsiano
del pie, en la falange distal del primer dedo, o en la base del
calcáneo.
18. Sistema de detección de apoyos vía radio
según reivindicaciones 1 y 12, caracterizado porque uno de
los elementos de detección que contempla es un detector de pulsos
de dedos, que consiste en una especie de ratón de ordenador
modificado, al cual sólo le funcionan los pulsadores y que acoplado
al sistema permite cuantificar el número de pulsos que una persona
es capaz de realizar, al presionar con cualquier dedo sobre el
botón derecho o izquierdo del ratón.
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