LV15744B

LV15744B - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE SHAPE AND ORIENTATION OF A TENSILE AND BENDING DEFORMED OBJECT IN SPACE

Info

Publication number: LV15744B
Application number: LVLVP2021000078A
Authority: LV
Inventors: Armands ANCĀNS; Modris GREITĀNS
Original assignee: Elektronikas Un Datorzinātņu Institūts
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2024-04-20
Also published as: LV15744A

Abstract

Izgudrojums attiecas uz paņēmienu un ierīci objekta formas noteikšanai, izmantojot ar objektu savienotas speciālas struktūras ar integrētiem orientācijas sensoriem. Izmantotās struktūras pieļauj gan stiepes, gan lieces deformētu objektu formas noteikšanu. Potenciālās pielietojumu jomas ietver būvniecību, autobūvi, ķermeņa sensorus, veselības aizsardzību, robotiku u.c., kur nepieciešams noteikt laikā mainīgu objektu formu un monitorēt tās izmaiņas laikā, piemēram, cilvēka ķermeņa formu vingrojumu laikā, krūšu kurvja formu un diametru elpošanas laikā vai nesošās konstrukcijas formu tās slogošanas laikā.The invention relates to a method and device for determining the shape of an object using special structures connected to the object with integrated orientation sensors. The structures used allow the determination of the shape of both tensile and bending deformed objects. Potential application areas include construction, automotive, body sensors, healthcare, robotics, etc., where it is necessary to determine the shape of time-varying objects and monitor their changes over time, for example, the shape of the human body during exercise, the shape and diameter of the chest during breathing, or the shape of a supporting structure during its during loading.

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTSDESCRIPTION OF THE INVENTION

[001] Izgudrojums attiecas uz paņēmienu un ierīci ķermeņa formas noteikšanai, izmantojot ar ķermeni savienotas, elastīgas struktūras ar integrētiem orientācijas sensoriem. Elastīgās struktūras pieļauj gan stiepes, gan lieces deformētu ķermeņu formas noteikšanu. Potenciālās pielietojumu jomas ietver būvniecību, autobūvi, ķermeņa sensorus, veselības aizsardzību, robotiku u.c., kur nepieciešams noteikt ķermeņu formu un monitorēt tās izmaiņas laikā, piemēram, cilvēka ķermeņa formu vingrojumu laikā, krūšu kurvja diametru elpošanas laikā vai nesošās konstrukcijas formu tās slogošanas laikā.[001] The invention relates to a method and device for determining body shape using body-connected flexible structures with integrated orientation sensors. Elastic structures allow the determination of the shape of both tensile and bending deformed bodies. Potential application areas include construction, automotive, body sensors, healthcare, robotics, etc., where it is necessary to determine the shape of bodies and monitor their changes over time, for example, the shape of the human body during exercise, the diameter of the chest during breathing, or the shape of a load-bearing structure during its loading.

Zināmais tehnikas līmenisThe known state of the art

[002] Izgudrojums attiecas uz paņēmienu un ierīci deformējamu ķermeņu formas noteikšanai, izmantojot elektroniskus sensorus, kas savienoti ar ķermeni.[002] The invention relates to a method and device for determining the shape of deformable bodies using electronic sensors connected to the body.

[003] Avotā [1] ir aprakstīts paņēmiens un ierīce trīs dimensiju (3D) ķermeņu formas noteikšanai, izmantojot orientācijas sensorus. Sensori ir pieguļoši ķermenim un nodrošina ar to orientāciju saistītās informācijas pārvēršanu elektriskajos signālos. Iegūstot un apstrādājot sensoru orientācijas signālus no vairākiem sensoru stiprinājuma punktiem ar iepriekš noteiktiem savstarpējiem attālumiem, tiek iegūta informācija par ķermeņa ģeometrisko formu. [004] Izgudrojums [2] papildina [1], sniedzot risinājumu ķermeņa formas rekonstrukcijai gadījumos, kuros, ķermenim deformējoties, mainās ķermenim piestiprināto sensoru savstarpējie attālumi.[003] Reference [1] describes a technique and device for determining the shape of three-dimensional (3D) bodies using orientation sensors. The sensors fit the body and ensure the conversion of orientation-related information into electrical signals. By acquiring and processing sensor orientation signals from several sensor attachment points with predetermined mutual distances, information about the geometric shape of the body is obtained. [004] The invention [2] complements [1] by providing a solution for body shape reconstruction in cases where, as the body deforms, the mutual distances of the sensors attached to the body change.

[005] Izgudrojums [2] balstīts elastīgā materiālā ieaustu zigzag elementu izmantošanā, kas piekļaujas ķermenim vai daļai no tā.[005] The invention [2] is based on the use of zigzag elements woven into a flexible material, which adhere to the body or a part of it.

[006] Cita tehnoloģija [3] ķermeņa 3D formas noteikšanai izmanto pieeju ar elastīgu struktūru, kas satur orientācijas sensorus un piekļaujas ķermeņiem ar dažādu formu.[006] Another technology [3] for determining the 3D shape of the body uses an approach with a flexible structure that contains orientation sensors and adapts to bodies of different shapes.

[007] Vēl citas tehnoloģijas [4-5] izmanto materiālu pjezorezistīvās un pjezoelektriskās īpašības, lai noteiktu materiāla stiepes vai lieces deformācijas, ļaujot noteikt un analizēt arī ķermeņa formu.[007] Still other technologies [4-5] use the piezoresistive and piezoelectric properties of materials to determine the tensile or bending deformations of the material, allowing the body shape to be determined and analyzed as well.

Izgudrojuma mērķis un būtībaPurpose and essence of the invention

[008] Izgudrojuma mērķis ir elastīgu ķermeņu formas noteikšana, kad tie tiek pakļauti lieces un stiepes deformācijām, neizmantojot ārēju ārējo aprīkojumu, piemēram, attēlu kameras vai lāzera skenerus.[008] The object of the invention is to determine the shape of flexible bodies when subjected to bending and stretching deformations without the use of external external equipment such as image cameras or laser scanners.

[009] Atšķirībā no tehnoloģijām [4-5], kas izmanto pjezoelektriskos un pjezorezistīvos sensorus, izgudrojums balstīts elektriskos orientācijas sensoros, kas ļauj iegūt augstāku precizitāti plašā ķermeņa formas izmaiņu diapazonā.[009] Unlike the technologies [4-5] that use piezoelectric and piezoresistive sensors, the invention is based on electrical orientation sensors, which allows for higher accuracy in a wide range of body shape changes.

[010] Atšķirībā no tehnoloģijas [1], kur orientācijas sensori ir fiksēti uz ķermeņa, šajā izgudrojumā orientācijas sensori ir fiksēti uz elastīgām struktūrām, kas ar ķermeni fiksētas atsevišķos savienojuma punktos. Tādējādi stiepes deformāciju gadījumos attālumi starp savienojuma punktiem uz ķermeņa var mainīties noteiktās robežās, kuras nosaka elastīgās struktūras ģeometrija, neietekmējot attālumus starp sensoriem uz struktūras. Attiecīgi attālumus starp sensoriem uz struktūras nemainās, ķermeni pakļaujot stiepes deformācijām, un nav nepieciešami papildu sensori šī attāluma atkārtotai noteikšanai.[010] Unlike the technology [1], where the orientation sensors are fixed on the body, in this invention the orientation sensors are fixed on flexible structures fixed to the body at separate connection points. Thus, in the case of tensile deformations, the distances between the connection points on the body can change within certain limits determined by the geometry of the flexible structure, without affecting the distances between the sensors on the structure. Accordingly, the distances between the sensors on the structure do not change when the body is subjected to tensile deformations, and no additional sensors are needed to re-determine this distance.

[011] Atšķirībā no tehnoloģijas [3], kurā formas noteikšanai izmantotas elastīgas struktūras ar nedeformējamiem, taisniem segmentiem, kas piekļaujas ķermenim, piedāvātajā izgudrojumā elastīga struktūra ir savienota ar ķermeni atsevišķos fiksētos punktos, pieļaujot, ka izgudrojuma lietošanas laikā ķermenis var tikt pakļauts stiepes un lieces deformācijām, kuras ar izgudrojuma palīdzību var noteikt.[011] Unlike the technology [3], which uses flexible structures with non-deformable, straight segments that adhere to the body to determine the shape, in the proposed invention, the flexible structure is connected to the body at certain fixed points, allowing the body to be subjected to stretching and bending deformations that can be determined with the help of the invention.

[012] Atšķirībā no tehnoloģijas [2], kurā sensori ir fiksētās pozīcijās uz zigzag struktūras, kas visa iestrādāta (ieausta) elastīgā pamatē, kas piekļaujas ķermenim vai daļai no tā, šajā izgudrojumā elastīgā struktūra ar pamatni un ķermeni ir savienota tikai atsevišķos, fiksētos punktos. Šis modelis ir vienkāršāks ķermeņa formu raksturojošo koordinātu aprēķināšanai un rada mazākus ierobežojumus struktūras formas izvēlei, jo tai ir jāpiekļaujas ķermenim tikai fiksētajos savienojuma punktos.[012] Unlike technology [2] in which the sensors are in fixed positions on a zigzag structure all embedded (woven) in a flexible base that adheres to the body or a part thereof, in this invention the flexible structure is connected to the base and the body only in separate, fixed in points. This model is simpler to calculate the coordinates describing the shape of the body and creates fewer restrictions on the choice of the shape of the structure, since it has to fit the body only at the fixed connection points.

Izgudrojuma īstenošanas piemēriExamples of implementation of the invention

[013] Izgudrotā paņēmiena būtību vienkāršotā veidā atspoguļo shematiskā 1. zīmējumā, kur stiprinājuma punktos (2a) ar ķermeni (la), savienota lokana struktūra (4a) un, uz lokanās struktūras(4a) ir izvietoti elektriski orientācijas sensori (3), kuru savstarpējais attālums uz lokanās struktūras(4a) virsmas ir fiksēts.[013] The essence of the invented technique is represented in a simplified form in schematic drawing 1, where a flexible structure (4a) is connected to the body (la) at the attachment points (2a) and electrical orientation sensors (3) are placed on the flexible structure (4a), which the mutual distance on the surface of the flexible structure (4a) is fixed.

[014] Lokanās struktūras (4a) forma un materiāli ir izvēlēti tā, lai tiktu nodrošināta pietiekama lokanība, neietekmējot ķermeņa (la) formas izmaiņas un raksturīgās fiziskās īpašības.[014] The shape and materials of the flexible structure (4a) are selected in such a way as to ensure sufficient flexibility without affecting the shape changes and characteristic physical properties of the body (la).

[015] Savienojuma punktos (2a) ķermenis (la) ir savienots ar lokano struktūru (4a), sasaistot lokanas struktūras (4a) formu raksturojošās koordinātes ar atbilstošajām ķermeņa (la) formu raksturojošajām koordinātēm.[015] At the connection points (2a), the body (la) is connected to the flexible structure (4a), connecting the coordinates characterizing the shape of the flexible structure (4a) with the corresponding coordinates characterizing the shape of the body (la).

[016] Struktūras (4a) uzbūve pieļauj, ka ķermeņa (la) virsmai liecoties vai stiepjoties, stiprinājuma punktu (2a) koordinātes var brīvi mainīties noteiktās robežās, saglabājot nemainīgu sensoru savstarpējos attālumus uz struktūras (2a).[016] The construction of the structure (4a) allows that when the surface of the body (la) bends or stretches, the coordinates of the attachment points (2a) can change freely within certain limits, keeping the mutual distances of the sensors on the structure (2a) unchanged.

[017] Ja orientācijas sensoru (3) savstarpējie attālumi ir zināmi, pēc sensoru orientācijas datiem lokanās struktūras (4a) formu un stiprinājuma punktu koordinātes var aprēķināt, izmantojot zināmās līniju interpolēšanas metodes.[017] If the mutual distances of the orientation sensors (3) are known, the shapes of the flexible structure (4a) and the coordinates of the attachment points can be calculated using known line interpolation methods based on the orientation data of the sensors.

[018] Kā elektriskos orientācijas sensorus (3) var izmantot akselerometrus, žiroskopus, magnetometrus vai šo sensoru kombinācijas. Izmantojot datu sapludināšanas algoritmus, no sensoru (3) elektriskajiem signāliem iegūst sensoru orientāciju aprakstošus leņķus un kvaternionus [6].[018] Accelerometers, gyroscopes, magnetometers or combinations of these sensors can be used as electrical orientation sensors (3). Using data fusion algorithms, angles and quaternions describing sensor orientation are obtained from the electrical signals of sensors (3) [6].

[019] Atšķirībā no [1], kur ķermenim piestiprinātie sensori (3) sniedz informāciju par ķermeņa ģeometriju sensora stiprinājuma vietā, šeit aprakstītajā metodē no sensoru datiem tiek noteiktas struktūras (4a), piestiprinājumu punktu (2a) koordinātes. Turklāt struktūras (4a) noteiktajās kustību robežās attālums starp struktūras piestiprinājuma punktiem (2a) var brīvi mainīties, pieļaujot ķermeņa (la) izstiepšanos un saraušanos.[019] Unlike [1], where body-mounted sensors (3) provide information about the geometry of the body at the point of sensor attachment, in the method described here, the coordinates of the structure (4a), attachment points (2a) are determined from the sensor data. In addition, within the limits of movement determined by the structure (4a), the distance between the attachment points of the structure (2a) can be freely changed, allowing the body (la) to stretch and contract.

[020] Šeit aprakstītam izgudrojumam tas dod priekšrocību, ka stiepjama ķermeņa (la) formas noteikšanai elektroniskajiem orientācijas sensoriem (3) nav nepieciešami papildu sensori orientācijas sensoru (3) savstarpējā attāluma noteikšanai, lai aprēķinātu ķermeņa (la) formu.[020] The invention described here has the advantage that for determining the shape of the stretchable body (la) the electronic orientation sensors (3) do not need additional sensors for determining the mutual distance between the orientation sensors (3) in order to calculate the shape of the body (la).

[021] Struktūrām (4a) var būt dažādas formas, piemēram, lauzta līnija, un tās var izvietot ne tikai uz līnijas, bet arī pa visu ķermeņa virsmu, ļaujot noteikt savienojuma punktu koordinātes uz visas ķermeņa virsmas. » s[021] The structures (4a) can have different shapes, such as a broken line, and can be placed not only on the line, but also on the entire surface of the body, allowing the coordinates of the connection points to be determined on the entire surface of the body. » s

[022] 2. zīmējumā ir attēlots piemērs izgudrotā paņēmiena un ierīces pielietošanai ķermeņa (2b) virsmas formas noteikšanai, izmantojot lauztas līnijas struktūras (4b), kurām ir kopīgi stiprinājuma punkti (2b). Kopīgajiem stiprinājuma punktiem (2b) ir iespējams iegūt vairākus stiprinājuma punkta koordināšu novērtējumus, kas attiecībā pret references punktu (2c) parādīti ar lauztas līnijas segmentiem (4bl), (4b2), izmantojot aprēķinos dažādu sensoru (3) datus. Precizitātes uzlabošanai šos novērtējumus ir iespējams papildus apstrādāt, piemēram, aprēķinot vidējo svērto vērtību.[022] Figure 2 shows an example of the application of the invented technique and device for determining the surface shape of a body (2b) using broken line structures (4b) that share common attachment points (2b). For the common attachment points (2b), it is possible to obtain several estimates of the attachment point coordinates, which are shown with broken line segments (4bl), (4b2) in relation to the reference point (2c), using data from different sensors (3) in calculations. To improve accuracy, these estimates can be further processed, for example by calculating a weighted average value.

[023] Struktūras (4a), (4b) var būt arī ķermenim pieguļošas vai integrētas ķermenī (la), (1b), kura forma tiek noteikta.[023] The structures (4a), (4b) can also be body-fitting or integrated into the body (la), (1b), the shape of which is determined.

[024] Ierīce shematiskajos zīmējumos 1. un 2. parādīta ar elektronisku datu apstrādes bloku (8), kas paredzēts sensoru (3) signālu apstrādei, savienojuma punktu (2a), (2b) koordināšu noteikšanai un ķermeņa (la), (1b) virsmas punktu koordinātu iegūšanai.[024] The device in schematic drawings 1 and 2 is shown with an electronic data processing unit (8) intended for processing signals from sensors (3), determining the coordinates of connection points (2a), (2b) and body (la), (1b) for obtaining coordinates of surface points.

[025] Lai nolasītu sensoru (3) mērījumus, ierīcē ir mērījumu savākšanas bloks (7), kas datus par sensoru mērījumiem nodod datu apstrādes blokam (8).[025] In order to read the measurements of the sensors (3), the device has a measurement collection unit (7), which transfers the data on the sensor measurements to the data processing unit (8).

[026] Sensori (3) ir savienoti ar mērījumu savākšanas bloku (7), caur vadu vai bezvadu savienojumu (6). Elementi (5a) un (5b) apzīmē neobligāti nepieciešamās elektroniskās komponentes, kas iestrādātas struktūrās (4a), (4b), lai sensoru (3) mērījumus varētu caur savienojumu (6) nogādāt līdz mērījumu savākšanas blokam (7) un tālāk līdz datu apstrādes blokam (8).[026] The sensors (3) are connected to the measurement collection unit (7) through a wired or wireless connection (6). Elements (5a) and (5b) denote optional electronic components embedded in structures (4a), (4b) so that the measurements of the sensors (3) can be delivered through the connection (6) to the measurement collection unit (7) and further to data processing for block (8).

[027] Izgudrojuma īstenošanas piemērs, attēlots 3.zīmējumā, paredzēts cilvēka (9) ķermeņa daļu formas, orientācijas un apkārtmēra monitoringam reālajā laikā. Izgudrojuma īstenošanas piemēra sistēma ir pieguļošs apģērbs (10) ar datu savākšanas un priekšapstrādes mezglu (16) un uz interesējošajām ķermeņa daļām pieguļošā apģērbā (10) iestrādātām vairākām lauztas līnijas formas stiepjamām struktūrām (20) ar inerciālo sensoru mezgliem (13).[027] An example of the implementation of the invention, depicted in drawing 3, is intended for real-time monitoring of the shape, orientation and circumference of human (9) body parts. An example system for implementing the invention is a fitting garment (10) with a data collection and pre-processing unit (16) and several broken line-shaped stretchable structures (20) with inertial sensor units (13) embedded in the fitting garment (10) on the parts of the body of interest.

[028] Stiepjamās struktūras (20) ir izgatavotas no fiksēta izmēra, nedeformējamiem, polimēra segmentiem (12), kas savienoti ar elastīga polimēra savienojumiem (11), veidojot lauztas līnijas formu. Apakšējos savienojumos ir izgriezti stiprinājuma caurumi (14), kas paredzēti struktūras piestiprināšanai pieguļošajam apģērbam (10) un savienojumu punktu (2a) izveidei.[028] Stretchable structures (20) are made of fixed size, non-deformable, polymer segments (12) connected by flexible polymer joints (11) to form a broken line shape. Attachment holes (14) are cut in the lower joints for attaching the structure to the fitted garment (10) and for creating connection points (2a).

[029] Cietajos segmentos (12) ir iestrādāti inerciālo sensoru mezgli (13), kas katrs satur trīs elektriskos sensorus - akselerometru, magnetometru un žiroskopu, un procesoru sensoru datu savākšanai, priekšapstrādei un tālākai pārsūtīšanai pa ar elastīgiem vadiem savienotu sensoru ķēdi uz datu savākšanas mezglu (16).[029] Inertial sensor nodes (13) are embedded in solid segments (12), each containing three electrical sensors - accelerometer, magnetometer and gyroscope, and a processor for sensor data collection, pre-processing and further transmission through a sensor chain connected by flexible wires to the data collection node (16).

[030] Datu savākšanas mezgls (16) sastāv no mikrokontrollera (MCU) (17), kas, izmantojot vadu virknes interfeisus (18), veic sensoru datu ielasīšanu no vairākām elastīgajām struktūrām (20) ar virknē saslēgtiem sensoru mezgliem (13) reālajā laikā, barošanas bloka ar bateriju (19), kas nodrošina barošanas spriegumu gan (16), gan (13) mezgliem, un bezvadu raidītāja (15), kas nodrošina (17) savākto sensoru datu pārraidīšanu uz ārēju ierīci tālākai apstrādei.[030] The data collection node (16) consists of a microcontroller (MCU) (17) which, using serial interfaces (18), reads sensor data from several flexible structures (20) with sensor nodes (13) connected in series in real time , a power supply unit with a battery (19) that provides power to both (16) and (13) nodes, and a wireless transmitter (15) that provides (17) the transmission of collected sensor data to an external device for further processing.

[031] Izgudrojuma īstenošanas piemēra sistēmām ir vairāki pielietojumi sportā, medicīnā un rehabilitācijā, sniedzot informāciju par fizioloģiskajiem parametriem, kas ir saistīti ar valkātāja ķermeņa fizisko stāvokli [7].[031] Exemplary systems of the invention have several applications in sports, medicine and rehabilitation, providing information on physiological parameters related to the physical state of the wearer's body [7].

[032] Izgudrojuma īstenošanas piemēra sistēmā papildus informācijai par ķermeņa daļu orientāciju, kas izmantojama ķermeņa kustību noteikšanai [8], tiek iegūta arī informācija par ķermeņa daļu formas un apkārtmēra izmaiņām laikā, kas saistītas, piemēram, ar elpošanas ritmu un muskuļu tonusu.[032] In the system of the example implementation of the invention, in addition to the information about the orientation of the body parts, which can be used for determining body movements [8], information is also obtained about the changes in the shape and circumference of the body parts over time, related, for example, to the breathing rhythm and muscle tone.

Zīmējumu sarakstsList of drawings

[033] 1. Zīmējumā parādīta ķermeņa formas stiepes un lieces deformācijas noteikšanas paņēmiena shēma.[033] 1. The drawing shows the scheme of the method for determining the stretching and bending deformation of the body shape.

[034] 2. Zīmējumā parādīts lauztas līnijas struktūras piemērs ķermeņa virsmas formas noteikšanai, izmantojot vairākus novērtējuma ceļus, kuri iespējami kopīgiem stiprinājuma punktiem.[034] 2. The drawing shows an example of a broken line structure for determining the shape of a body surface using multiple evaluation paths that are possible for common attachment points.

[035] 3. Zīmējumā parādīts cilvēka ķermeņa daļu formai pieguļošs apģērbs, orientācijas un apkārtmēra monitoringam reālajā laikā, izmantojot elastīgā, lauztas līnijas formas struktūrā iestrādātus inerciālos sensorus.[035] 3. Figure 3 shows form-fitting clothing for real-time orientation and girth monitoring using inertial sensors embedded in a flexible, broken-line-shaped structure.

Informācijas avotiSources of information

[1] Dāvid Dominique; Sprynski Nathalie, Method and Device For Acquisition of a Geometric Shape. United States Patent US20082118O8A1, filled 6 March, 2006, and issued 4 September, 2008.[1] David Dominique; Sprynski Nathalie, Method and Device For Acquisition of a Geometric Shape. United States Patent US20082118O8A1, filed March 6, 2006, and issued September 4, 2008.

[2] Dāvid Dominique; Roland Blanpain, Process and acquisition device of a deformable geometrical form, United States Patent US20080066334A1, filled 11 September, 2007, and issued 20 March, 2008.[2] David Dominique; Roland Blanpain, Process and acquisition device of a deformable geometrical form, United States Patent US20080066334A1, filed September 11, 2007, and issued March 20, 2008.

[3] T. Hoshi, S. Ozaki and H. Shinoda, Three-Dimensional Shape Capture Sheet Using Distributed Triaxial Accelerometers, 2007 Fourth International Conference on Networked Sensing Systems, Braunschweig, Germany, 2007, pp. 207-212, doi: 10.1109/INSS.2007.4297421.[3] T. Hoshi, S. Ozaki and H. Shinoda, Three-Dimensional Shape Capture Sheet Using Distributed Triaxial Accelerometers, 2007 Fourth International Conference on Networked Sensing Systems, Braunschweig, Germany, 2007, pp. 207-212, doi: 10.1109/INSS.2007.4297421.

[4] Pasindu Lugoda, Leonardo A. Garcia-Garcia, Sebastien Richoz, Niko Munzenrieder, and Daniel Roggen. 2019. ShapeSense3D: textile-sensing and reconstruction of body geometries. In Adjunct Proceedings of the 2019 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing and Proceedings of the 2019 ACM International Symposium on Wearable Computers (UbiComp/ISWC '19 Adjunct). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 133-136. DOI:https://doi.org/10.1145/3341162.3343846[4] Pasindu Lugoda, Leonardo A. Garcia-Garcia, Sebastien Richoz, Niko Munzenrieder, and Daniel Roggen. 2019. ShapeSense3D: textile-sensing and reconstruction of body geometries. In Adjunct Proceedings of the 2019 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing and Proceedings of the 2019 ACM International Symposium on Wearable Computers (UbiComp/ISWC '19 Adjunct). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 133-136. DOI:https://doi.org/10.1145/3341162.3343846

[5] Brine, Jennifer Maria; Gailius, Marius; Gong, Nan-Wei; Ren, Tiegeng; Scarborough, Donna Susan. Body part motion analysis with wearable sensors. United States Patent US10758160B2, filled June 1, 2018, and issued 1 Sept, 2020.[5] Brine, Jennifer Maria; Gailius, Marius; Gong, Nan-Wei; Ren, Tiegeng; Scarborough, Donna Susan. Body part motion analysis with wearable sensors. United States Patent US10758160B2, filed June 1, 2018, and issued Sept 1, 2020.

[6] M. W. Givens and C. Coopmans,A Survey of Inertial Sensor Fusion: Applications in sUAS Navigation and Data Collection, 2019 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2019, pp. 1054-1060.[7] Brine, Jennifer Maria; Gailius, Marius; Gong, NanWei; Ren, Tiegeng; Scarborough, Donna Susan. Body part motion analysis with wearable sensors. United States Patent US10758160B2, filled June 1, 2018, and issued 1 Sept, 2020.[6] M. W. Givens and C. Coopmans, A Survey of Inertial Sensor Fusion: Applications in sUAS Navigation and Data Collection, 2019 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2019, pp. 1054-1060.[7] Brine, Jennifer Maria; Gailius, Marius; Gong, NanWei; Ren, Tiegeng; Scarborough, Donna Susan. Body part motion analysis with wearable sensors. United States Patent US10758160B2, filed June 1, 2018, and issued Sept 1, 2020.

[7] Milosevic, B., Leardini, A. & Farella, E. Kinect and wearable inertial sensors for motor rehabilitation programs at home: State of the art and an experimental comparison. BioMed Eng OnLine 19, 25 (2020). https://doi.org/10.1186/sl2938-020-00762-7[7] Milosevic, B., Leardini, A. & Farella, E. Kinect and wearable inertial sensors for motor rehabilitation programs at home: State of the art and an experimental comparison. BioMed Eng OnLine 19, 25 (2020). https://doi.org/10.1186/sl2938-020-00762-7

[8] Ancans, A.; Greitans, M.; Cacurs, R.; Banga, B.; Rozentals, A. Wearable Sensor Clothing for Body Movement Measurement during Physical Activities in Healthcare. Sensors 2021, 21, 2068. https://doi.org/10.3390/s21062068[8] Ancan, A.; Greitan, M.; Cacurs, R.; Banga, B.; Rosenthal, A. Wearable Sensor Clothing for Body Movement Measurement during Physical Activities in Healthcare. Sensors 2021, 21, 2068. https://doi.org/10.3390/s21062068

Claims

1. Device for determining the geometric shape and spatial orientation of the body, which contains flexible structures (4a), (4b) connected to the body at fixed attachment points (2a), (2b), electrical orientation sensors (3) that provide orientation information about the shape of the stretchable structures (4a), (4b) at fixed sensor location points, means (5a), (5b) for sensor data transmission to the measurement collection unit (7) and the data processing unit (8) through the connection (6).

Device according to claim 1, wherein the orientation sensors (3) comprise an accelerometer, a gyroscope or a magnetometer.

3. Device according to claim 1, wherein the structure (4a), (4b) comprises non-deformable segments and flexible connection points.

4. Device according to claim 1, wherein the attachment points (2a), (2b) represent a line on the body surface.

» s

5. Device according to claims 1 to 4, where the attachment points (2a), (2b) represent the body surface.

6. A method for determining the geometric shape and spatial orientation of physical objects, which includes attaching sensors (3) to a flexible structure (4a), (4b) at fixed locations where the sensors give electrical signals according to the orientation of the flexible structure at the sensor attachment points, a fixed attachment point (2a) , (2b) creation between the flexible structure and the body, determining the locations of sensors and structure attachment points in relation to the flexible structure, choosing a model representing the structure's shape, choosing a model representing the body's shape, determining the spatial coordinates of the points characterizing the body's shape based on the body's shape and flexible structure's models parameters, sensor signals, locations of sensors (3) and attachment points (2a), (2b) on the structure.

7. Method according to claim 6, where the attachment points (2a), (2b) represent a line on the body surface.

8. Method according to claims 6 and 7, where the attachment points (2a), (2b) represent the body surface.