WO2019201470A1 - Bewegungssensor sowie anzug zur körperbewegungserfassung - Google Patents

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WO2019201470A1
WO2019201470A1 PCT/EP2019/000119 EP2019000119W WO2019201470A1 WO 2019201470 A1 WO2019201470 A1 WO 2019201470A1 EP 2019000119 W EP2019000119 W EP 2019000119W WO 2019201470 A1 WO2019201470 A1 WO 2019201470A1
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WO
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sensor
movement
sensor element
joint
evaluation device
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/000119
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French (fr)
Inventor
Maximilian Maier
Maxime Chalon
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Deutsches Zentrum Für Luft- Und Raumfahrt E.V. (Dlr E.V.)
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Publication date
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
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    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
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    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4571—Evaluating the hip
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    • A61B5/458—Evaluating the elbow
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    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4585—Evaluating the knee

Definitions

  • the present invention relates to a suit for body movement detection, and a motion sensor for detecting a movement, in particular of a human or an animal.
  • IMU's intial motion unit motion sensor units
  • an exoskeleton In an exoskeleton, a mechanical construction is attached to the body that can absorb and interpret the movement of the body.
  • an exoskeleton is difficult to use as motion analysis because
  • BESTATIGUNGSKOPIE this construction is too bulky and obstructs the body to be analyzed in certain movements. Although an exoskeleton has the ability to provide force feedback, this is not required for a motion capture procedure
  • Object of the present invention is to provide a simple and versatile system for body movement detection.
  • the object is achieved by a suit according to claim 1 and a motion sensor for body movement detection according to claim 14.
  • the suit according to the invention for detecting a movement in particular of a human or animal has a garment.
  • the garment is tight-fitting so that the garment follows the movements of the wearer.
  • the garment is flexible, so that a movement of the wearer actually leads to a stretching or compression of the garment and the sensor element integrated therewith.
  • the suit according to the invention has a sensor element for detecting sensor data.
  • the sensor element is connected to the garment or integrated into this.
  • the sensor element is particularly flexible, so that it is the contours of the joint or the respective body part follows and is attached to it. This ensures that the sensor element follows the movements of the wearer and thus movements of the joint or of the moved body part are transmitted to the sensor element.
  • the joints can be any joints of the human or animal body.
  • Moving body parts include multiple joints such as the spine, in particular the trunk flexion as movements or movements of the metacarpus or metatarsus.
  • the sensor element can also be attached, for example, to parts of the face to capture the facial expression of the wearer.
  • the sensor element is connected to an evaluation device, wherein the evaluation device is designed to determine from the detected sensor data a movement of the joint and / or a movement of the moving body part.
  • a deflection / extension of the respective joint can be determined by the motion sensor.
  • the sensor element is arranged at right angles to a direction of rotation of a joint such as the shoulder joint, a rotation by the corresponding sensor element can be detected.
  • the sensor element is arranged in a region of the garment which, when worn, bears against a joint or a moving body part of the wearer.
  • the sensor element can be arranged in the region of the garment which rests against the elbow in the worn state, whereby bending or stretching of the elbow of the wearer can be detected by the motion sensor.
  • the garment comprises a pair of trousers, wherein at least one sensor element of the movement sensor is arranged in at least one of the following areas: in the region of the knee for detecting flexion and / or extension of the knee, in the region of the flexion detection strip, and / or or an extension and / or rotation of the hip joint or in the area of the ankle for detecting flexion and / or extension and / or rotation of the ankle.
  • more than one sensor element are provided, wherein more than one sensor element in the region of the respective knee, the groin or the ankle is provided, in particular for the complete detection of the movement of the respective joint.
  • a sensor element is provided in each of the above-mentioned regions, so that the complete movement of the legs of the wearer can be detected.
  • the garment comprises a top, wherein a movement sensor is arranged in at least one of the following areas: in the region of the shoulder for detecting a flexion and / or extension and / or rotation of the shoulder, in the region of the lumbar vertebrae for detecting a flexion and / or extension and / or rotation of the trunk by movement in the lumbar vertebra, in the area of the neck to detect movement of the neck or in the area of the elbow joint to detect flexion and / or extension of the elbow joint.
  • more than one sensor element is arranged in one of the abovementioned regions.
  • at least one or more sensor elements are provided in more than one of the abovementioned regions, and in particular in all regions, so that complete detection of the movement of the upper body can take place.
  • the suit has both a pair of trousers and a top, to detect the full movement of the wearer, and is preferably a body suit.
  • the garment is sportswear, workwear or everyday wear.
  • a movement analysis can be performed to increase performance or to exclude erroneous movements.
  • a detected movement can be monitored remotely, which is necessary, for example, in space applications, where the work clothing can be designed here as a space suit.
  • the evaluation device is integrated in the sensor element.
  • the evaluation device is preferably wirelessly readable, in particular by means of near-field communication, such as WIFI, Bluetooth, NFC, RFID or the like.
  • each sensor element has an evaluation device.
  • the sensor elements are arranged on at least two different joints or moving body parts, so that detection can also detect a complex movement, such as an arm movement consisting of a movement of the shoulder and a movement of the elbow.
  • the sensor element is preferably a capacitive sensor, so that a capacitance change occurs when the sensor element is compressed or stretched.
  • the evaluation device is embodied to determine a movement of the joint and / or a movement of the moved body part from the changing capacitance of the capacitive sensor element.
  • At least one sensor element is a bending sensor, strain sensor, gyroscope, magnetometer and / or acceleration sensor.
  • all the sensor elements can be designed as identical and / or identical sensors.
  • at least two sensor elements are designed as different sensors.
  • the sensor elements are different sensors, movements with different accuracy can be measured.
  • environmental influences such as temperature or humidity, have different effects on individual sensors, so that these influences can be compensated for by the provision of at least two different sensors.
  • At least two sensor elements are connected to a common evaluation device.
  • all sensor elements are connected to a common evaluation device.
  • the evaluation device can be used by the evaluation device on a variety of different sensor data, whereby the accuracy of the motion detection is increased.
  • the number of sensors required for complete motion detection can be reduced.
  • the evaluation device is designed to apply the detected sensor data to a movement model.
  • the model is a model that determines the biophysical conditions of the movements of the body Carrier of the suit contains.
  • the evaluation device is thus designed to "map" the acquired sensor data to the movement model.
  • the movement model does not have to be limited to human mobility.
  • a robot arm can have greater mobility and the movements detected by a wearer of the suit can be transferred or "mapped" to the mobility of the robot arm by means of an evaluation device.
  • the provision of a common evaluation device guarantees, in addition to a certain degree of redundancy, that a large number of complex movements can be detected, in particular with greater accuracy and improved stability. This process is also described as a "sensor fusion".
  • the evaluation device has an evaluation module, which is designed as a self-learning algorithm, neural network or the like.
  • the self-learning algorithm is a KI learning or machine learning algorithm.
  • the evaluation module is trained on the basis of predefined movements or an external monitoring of the movement. Such a trained evaluation module can then be used in a variety of different suits. Alternatively, a training is done before each use or for each user.
  • the invention relates to a motion sensor for detecting a movement in particular of a human or animal has a sensor element which can be attached to a joint or moving body part.
  • the sensor element is particularly flexible, so that it follows the contours of the joint or the respective body part and rests against it. This ensures that the sensor element follows the movements of the wearer and Thus, movements of the joint or the moving body part are transmitted to the sensor element.
  • the joints can be any kind of joints of the human or animal body. Moving body parts include multiple joints such as the spine, in particular the trunk flexion as movements or movements of the metacarpus or metatarsus.
  • the sensor element can also be attached, for example, to parts of the face to capture the facial expression of the wearer.
  • the sensor element is it according to the invention by a capacitive sensor such that upon compression or stretching of the sensor element a capacitance change takes place.
  • the sensor element is connected to an evaluation device, wherein the evaluation device is designed to determine a movement of the joint and / or a movement of the moving body part from the changing capacitance of the capacitive sensor element.
  • the motion sensor diffraction / extension of the respective joint can be determined.
  • the sensor element is arranged at right angles to a direction of rotation of a joint such as, for example, the shoulder joint, a rotation by the movement sensor can also be detected.
  • the evaluation device is integrated in the sensor element.
  • the evaluation device is preferably wirelessly readable, in particular by means of near field communication, such as WIFI, Bluetooth, NFC, RFID or the like.
  • more than one sensor element is provided for detecting the movement of a joint or moving body part.
  • each sensor element has an evaluation device.
  • all sensor elements are connected to a common evaluation device.
  • the sensor element is self-adhesive for attachment to the respective joint or moving body part.
  • the present invention relates to a use of a capacitive sensor, wherein the capacitive sensor changes its capacity during compression or extension.
  • the sensor is attached to at least one joint or moving body part of a human or animal and connected to a Ausncevor- device.
  • the evaluation device is designed to determine from the changing capacitance of the capacitive sensor to a diffraction and / or extension and / or rotation of the joint and / or movement of the moving body part.
  • the invention relates to an input device for controlling a humanoid robot or an avatar in a virtual reality.
  • the input device has a suit as described above, wherein the movements detected by the suit are transmitted to the humanoid robot or the avatar and thus control the humanoid robot or the avatar. For example, if the wearer lifts the arm, the humanoid robot or the avatar follows this movement in virtual reality.
  • the present invention relates to a use of a suit as described above for remote monitoring or movement analysis, in particular for improving performance, exclusion of incorrect movements and the like.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the suit according to the invention
  • Figure 2 shows another embodiment of the suit according to the invention.
  • the figure shows the suit according to the invention for detecting a movement of a schematically illustrated person 10.
  • the suit has a multiplicity of sensor elements which can either be attached directly to the body of the wearer 10 or alternatively can be integrated into a garment of the suit ,
  • a first sensor element 12 is arranged in the region of the knee 14 of the carrier 10. If the knee 14 is flexed or stretched, the first sensor element 12 is stowed or stretched. This changes the capacitance of the first sensor element 12, which is determined by an evaluation device (not shown) and determines the movement of the knee 14 can be.
  • a second sensor 16 is arranged in the region of the strip 18 of the carrier, wherein a diffraction or extension of the hip joint can be detected via the second sensor element 16.
  • a third sensor element 22 and a fourth sensor element 24 are provided in the area of the ankle joint 20, wherein the complete movement of the ankle 20 can be detected by the combined detection of the third sensor element 22 and the fourth sensor element 24, ie also rotations of the jump element 20.
  • a fifth sensor element 28 and a sixth sensor element 30 as well as a seventh sensor element 32 are provided in the area of the shoulder 26 in order to detect the complete movement of the arm 34 in the shoulder joint 26.
  • An eighth sensor element 36 is provided on the neck 38 of the carrier 10 to detect movement of the neck.
  • sensor elements can be provided, in particular for detecting the movement of the second leg, the second shoulder of the elbow joints, the trunk movement or the like. Sensory elements can also be provided on the face in order to detect the facial expression of the wearer 10.
  • the sensor elements shown in FIG. 1 may, for example, be capacitive sensors, which are designed as strain sensors and / or beige sensors.
  • Fig. 2 shows a further embodiment, wherein like elements are identified by the same reference numerals.
  • the suit of FIG. 2 has a multiplicity of different sensor elements.
  • magnetometers are additionally arranged on the arm 34 and on the upper body 41, which detect a change in a magnetic field.
  • 41 gyroscopes or acceleration sensors 42 are provided on the arm 34 and the upper body.
  • the movement of the arm 34 is for example detected by the fifth sensor element 28, the sixth sensor element 30, the seventh sensor element 32 and the magnetometer 40 and the accelerometer 42.
  • the sensors are preferably connected to a common evaluation device. By providing a plurality of different sensors, the movement of the arm 34 can be detected with increased accuracy, whereby the number of sensor elements required for this purpose can be reduced.
  • a suit and motion sensor for detecting a movement in particular of a human or animal is provided in a simple manner, wherein the detected movements for motion analysis, for controlling in particular a humanoid robot or avatar can be used in a virtual reality or in the motion capture method ,
  • a lengthy calibration, as with the use of IMU's is not required.
  • the capacitance sensor elements are also significantly less sensitive to external influences and less expensive. Also, it does not require a variety of cameras It is preferable to track which tracking points, with the present invention also not resulting in the problem that individual movements are concealed by the person himself.

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Abstract

Anzug zur Körperbewegungserfassung mit einem Kleidungsstück, wobei mit dem Kleidungsstück mindestens ein Sensorelement verbunden [integriert] ist zur Erfassung von Sensordaten, insbesondere in einem Bereich des Kleidungsstückes, welcher im getragenen Zustand an einem Gelenk oder einem bewegten Körperteil anliegt, wobei das Sensorelement mit einer Auswertevorrichtung verbunden ist, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus den erfassten Sensordaten auf eine Bewegung des Gelenks und/oder eine Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.

Description

Beweaunassensor sowie Anzua zur Körperbeweaunaserfassuna
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anzug zur Körperbewegungserfassung, sowie einen Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegung insbesondere eines Menschen oder eines Tieres.
Bekannte Eingabegeräte für einen Körper/ oder einzelne Körperteile, sei es bei Menschen oder Tieren, werden entweder mit einem Exoskelett ermöglicht oder mit einem Anzug als Eingabegerät, welcher mit IMU's (Inertial-Motion-Units- Bewegungssensoreinheiten) bestückt wird . Weiterhin sind Verfahren bekannt, die Bewegungen mit Hilfe eines aufwendigen Kamera-Tracking-Systems aufneh- men.
Bei einem Anzug, welcher mit I MU's bestückt wird, werden die Positionen der einzelnen Gelenke zu einer Referenz-IMU eingemessen. Leider ist dieser Anzug kompliziert zu verarbeiten, sowie aufwendig zum Berechnen der einzelnen Ge- lenkspositionen. Falls man mit dieser Art von Anzug stolpern oder gar fallen würde, würden die IMU's sofort einen Ausschlag geben und jegliche Messung verhindern. Durch das Rauschen der IMU's kann es zu einer erschwerten Positionsbestimmung kommen. Aber auch bei der Durchführung von Stunts (zum Beispiel einem Sprung), wäre eine Positionsbestimmung gestört.
Bei einem Exoskelett wird auf den Körper eine mechanische Konstruktion befestigt, welche die Bewegung des Körpers aufnehmen und interpretieren kann. Jedoch ist ein Exoskelett als Bewegungsanalyse nur schwer einzusetzen, da
BESTATIGUNGSKOPIE diese Konstruktion zu sperrig ist und den zu analysierenden Körper in bestimmten Bewegungen behindert. Ein Exoskelett besitzt zwar die Möglichkeit, eine Kraft-Rückkopplung zu geben, jedoch wird das für ein Motion-Capture-Verfah- ren nicht benötigt
Bei dem bekannten Motion-Capture-Verfahren werden mehrere Kameras in einem Raum platziert und dienen zur Aufnahme von Trackingpunkten. Diese Trackingpunkte werden dann auf dem zu analysierenden/aufzunehmenden Körper angebracht. Durch das immer benötigte Sichtfeld zu den Trackern kann es hier ebenfalls Vorkommen, dass einzelne Bewegungen nicht erfassbar sind, da diese durch andere Körperteile abgedeckt werden. Um mehrere Personen gleichzeitig aufnehmen zu können, bedarf es hier einem erheblichen Aufwand, da diese sich sonst gegenseitig stören würden. Dabei müssen diese Tracker zunächst aufwendig kalibriert und abgeglichen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und vielseitiges System zum Köperbewegungserfassung zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Anzug gemäß Anspruch 1 sowie einen Be- wegungssensor zur Körperbewegungserfassung gemäß Anspruch 14.
Der erfindungsgemäße Anzug zur Erfassung einer Bewegung insbesondere eines Menschen oder Tieres weist ein Kleidungsstück auf. Insbesondere ist das Kleidungsstück enganliegend, so dass das Kleidungsstück den Bewegungen des Trägers folgt. Weiterhin ist bevorzugt, dass das Kleidungsstück flexibel ist, so dass eine Bewegung des Trägers tatsächlich zu einer Streckung oder Stauchung des Kleidungsstücks sowie dem damit integrierten Sensorelement führt. Weiterhin weist der Anzug erfindungsgemäß ein Sensorelement auf zur Erfassung von Sensordaten. Dabei ist das Sensorelement mit dem Kleidungsstück verbunden oder in dieses integriert. Dabei ist das Sensorelement insbesondere flexibel ausgebildet, so dass es den Konturen des Gelenks oder des jeweiligen Körperteils folgt und daran anliegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Sensorelement den Bewegungen des Trägers folgt und somit Bewegungen des Gelenks oder des bewegten Körperteils auf das Sensorelement übertragen werden. Bei den Gelenken kann es sich um jegliche Gelenke des menschlichen oder tierischen Körpers handeln. Bewegte Körperteile umfassen dabei Mehrfach-Gelenke wie die Wirbelsäule, insbesondere die Rumpfbeugung als Bewegungen oder Bewe- gungen der Mittelhand oder des Mittelfußes. Auch kann das Sensorelement bei- spielsweise an Gesichtspartien angebracht werden zur Erfassung der Mimik des Trägers. Das Sensorelement ist mit einer Auswertevorrichtung verbunden, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus den erfassten Sensordaten eine Bewegung des Gelenks und/oder einer Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln. So kann beispielsweise durch den Bewegungssensor eine Beu- gung/Streckung des jeweiligen Gelenks ermittelt werden. Insbesondere, falls das Sensorelement rechtwinklig zu einer Drehrichtung eines Gelenks wie beispielsweise dem Schultergelenk angeordnet ist, ist auch eine Drehung durch das entsprechende Sensorelement erfassbar.
Vorzugsweise ist das Sensorelement in einem Bereich des Kleidungsstücks angeordnet, welcher in getragenem Zustand an einem Gelenk oder einem bewegten Körperteil des Trägers anliegt. So kann das Sensorelement beispielsweise im Bereich des Kleidungsstücks angeordnet sein, welcher in getragenem Zustand am Ellenbogen anliegt, wodurch durch den Bewegungssensor ein Beugen oder Strecken des Ellbogens des Trägers erfassbar ist.
Vorzugsweise weist das Kleidungsstück eine Hose auf, wobei mindestens ein Sensorelement des Bewegungssensors in mindestens einem der folgenden Be reich angeordnet ist: im Bereich des Knies zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung des Knies, im Bereich der Leiste zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung und/oder einer Drehung des Hüftgelenks oder im Bereich des Sprunggelenks zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung und/oder einer Drehung des Sprunggelenks. Besonders bevorzugt sind mehr als ein Sensorelement vorgesehen, wobei mehr als ein Sensorelement im Bereich des jeweiligen Knies, der Leiste oder des Sprunggelenks vorgesehen ist, insbesondere zur vollständigen Erfassung der Bewegung des jeweiligen Gelenks. Besonders bevorzugt ist in jedem der vorstehend genannten Bereiche ein Sensorelement vorgesehen, so dass die vollständige Bewegung der Beine des Trägers erfassbar ist.
Vorzugsweise weist das Kleidungsstück ein Oberteil auf, wobei ein Bewegungssensor in mindestens einem der folgenden Bereiche angeordnet ist: im Bereich der Schulter zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung und/oder einer Drehung der Schulter, im Bereich der Lendenwirbel zu Erfassung einer Beugung und/oder Streckung und/oder Drehung des Rumpfes mittels Bewegung in den Lendenwirbel, im Bereich des Halses zur Erfassung einer Bewegung des Halses oder im Bereich des Ellbogengelenks zur Erfassung einer Beugung und/o der einer Streckung des Ellbogengelenks. Vorzugsweise sind mehr als ein Sensorelement in einem der vorstehend genannten Bereiche angeordnet. Besonders bevorzugt ist in mehr als einem der vorstehend genannten Bereiche und insbesondere in allen Bereichen mindestens ein oder mehr Sensorelemente vorgesehen, so dass eine vollständige Erfassung der Bewegung des Oberkörpers erfol gen kann.
Vorzugsweise weist der Anzug sowohl eine Hose als auch ein Oberteil auf, zur Erfassung der vollständigen Bewegung des Trägers und bevorzugt handelt es sich um einen Ganzkörperanzug.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kleidungsstück um Sportbekleidung, Arbeitsbekleidung oder Alltagsbekleidung. Bei der Integration in eine Sportbekleidung kann beispielsweise eine Bewegungsanalyse erfolgen zur Leistungssteigerung oder zum Ausschluss von Fehlbewegungen. Bei der Ausbildung als Arbeits- kleidung kann eine erfasste Bewegung entfernt überwacht werden, was beispielsweise in Raumfahrtanwendungen erforderlich ist, wobei die Arbeitsklei- dung hier als Raumanzug ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise ist die Auswertevorrichtung in das Sensorelement integriert. Be- vorzugt ist dabei die Auswertevorrichtung drahtlos auslesbar, insbesondere mit- tels Near Field Kommunikation, wie beispielsweise WIFI, Bluetooth, NFC, RFID oder dergleichen.
Vorzugsweise sind mehr als ein Sensorelement vorgesehen zur Erfassung der Bewegung eines oder mehrerer Gelenke oder bewegten Körperteilen. So kann durch mehr als ein Sensorelement sichergestellt werden, dass eine vollständige Erfassung.jeglicher Bewegung des jeweiligen Gelenks oder bewegten Körperteils erfolgt. Insbesondere weist jedes Sensorelement eine Auswertevorrichtung auf.
Vorzugsweise sind die Sensorelemente an mindestens zwei Unterschiedlichen Gelenken oder bewegten Körperteilen angeordnet, so dass eine Erfassung auch einer komplexen Bewegung, wie beispielsweise einer Armbewegung bestehend aus einer Bewegung der Schulter und einer Bewegung des Ellenbogens, erfassen kann.
Vorzugsweise sind mindestens zwei Sensorelemente an ein und demselben Gelenk oder bewegten Körperteil angeordnet. Hierdurch wird eine Redundanz geschaffen. Gleichzeitig können Messfehler oder Messungenauigkeiten ausgeglichen werden. Insbesondere, falls es sich bei den Sensorelementen um unter schiedliche Sensoren handelt, können Bewegungen mit unterschiedlicher Genauigkeit gemessen werden. Gleichzeitig wirken sich Umwelteinflüsse wie beispielsweise Temperatur oder Nässe, unterschiedlich auf einzelne Sensoren aus, so dass diese Einflüsse durch das Vorsehen von mehr als einem Sensorelement pro Gelenk oder bewegten Körperteil kompensiert werden können. Vorzugsweise handelt es sich erfindungsgemäß bei dem Sensorelement um ei- nen kapazitiven Sensor, so dass bei Stauchung oder Streckung des Sensorele- ments eine Kapazitätsänderung erfolgt. Dabei ist die Auswertevorrichtung aus- gebildet ist, um aus der sich ändernden Kapazität des kapazitiven Sensorele- ments eine Bewegung des Gelenks und/oder einer Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.
Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens einem Sensorelement um einen Biegesensor, Dehnungssensor, Gyroskop, Magnetometer und/oder Beschleuni- gungssensor. Dabei können alle Sensorelemente als identische und/oder gleiche Sensoren ausgebildet sein. Bevorzugt jedoch sind jedoch mindestens zwei Sensorelemente als unterschiedliche Sensoren ausgebildet. Insbesondere, falls es sich bei den Sensorelementen um unterschiedliche Sensoren handelt, können Bewegungen mit unterschiedlicher Genauigkeit gemessen werden. Gleichzeitig wirken sich Umwelteinflüsse wie beispielsweise Temperatur oder Nässe, unter- schiedlich auf einzelne Sensoren aus, so dass diese Einflüsse durch das Vorsehen von mindestens zwei unterschiedlichen Sensoren gerade kompensiert wer den können.
Vorzugsweise sind mindestens zwei Sensorelemente mit einer gemeinsamen Auswertevorrichtung verbunden. Bevorzugt sind alle Sensorelemente mit einer gemeinsamen Auswertevorrichtung verbunden. Somit kann durch die Auswertevorrichtung auf eine Vielzahl unterschiedlicher Sensordaten zurückgegriffen werden, wodurch die Genauigkeit der Bewegungserfassung erhöht wird. Gleichzeitig kann die Anzahl der erforderlichen Sensoren für eine vollständige Bewegungserfassung reduziert werden.
Vorzugsweise ist die Auswertevorrichtung ausgebildet um die erfassten Sensordaten auf ein Bewegungsmodell anzuwenden. Bei dem Modell handelt es sich um ein Modell, welches die biophysikalischen Bedingungen der Bewegungen des Trägers des Anzugs enthält. So weisen die meisten menschlichen Gelenke na- türliche Beschränkungen in der Beweglichkeit auf. Ein Ellbogen ist nicht trans- versal zu seiner natürlichen Bewegungsebene bewegbar und lässt sich ebenfalls nicht über einen Winkel von 180° strecken. Diese Randbedingungen der Bewe- gung sind im Bewegungsmodell hinterlegt. Die Auswerteeinrichtung ist somit ausgebildet die erfassten Sensordaten auf das Bewegungsmodell zu "mappen". Dabei muss jedoch das Bewegungsmodell nicht auf die menschliche Beweglich- keit beschränkt sein. So kann ein Roboterarm eine größere Beweglichkeit auf- weisen und die von einem Träger des Anzugs erfassten Bewegungen durch Aus- wertevorrichtung auf die Beweglichkeit des Roboterarms übertragen bzw. "ge- mappt" werden. Das Vorsehen einer gemeinsamen Auswertevorrichtung garan- tiert neben einer gewissen Redundanz auch, dass eine Vielzahl komplexer Bewegungen erfasst werden können insbesondere mit einer höheren Genauigkeit und einer verbesserten Stabilität. Diesen Prozess beschreibt man auch als "Sen- sor-Fusion".
Vorzugsweise weist die Auswertevorrichtung ein Auswertemodul auf, welches als selbstlernender Algorithmus, neuronales Netz oder dergleichen ausgebildet ist. Bei dem selbstlernenden Algorithmus handelt es sich um ein KI-Learning- oder Machine-Learning-Algorithmus. Das Auswertemodul wird dabei anhand vordefinierter Bewegungen oder einer externen Überwachung der Bewegung trainiert. Ein solch trainiertes Auswertemodul kann sodann in eine Vielzahl un- terschiedlicher Anzüge verwendet werden. Alternativ erfolgt ein Training vor jeder Benutzung oder für jeden Benutzer.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Bewegungssensor zur Erfassung einer Be- wegung insbesondere eines Menschen oder Tieres weist ein Sensorelement auf, welches an einem Gelenk oder bewegten Körperteil anbringbar ist. Dabei ist das Sensorelement insbesondere flexibel ausgebildet, so dass es den Konturen des Gelenks oder des jeweiligen Körperteils folgt und daran anliegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Sensorelement den Bewegungen des Trägers folgt und somit Bewegungen des Gelenks oder des bewegten Körperteils auf das Sensorelement übertragen werden. Bei den Gelenken kann es sich um jegliche Ge- lenke des menschlichen oder tierischen Körpers handeln. Bewegte Körperteile umfassen dabei Mehrfach-Gelenke wie die Wirbelsäule, insbesondere die Rumpfbeugung als Bewegungen oder Bewegungen der Mittelhand oder des Mittelfußes. Auch kann das Sensorelement beispielsweise an Gesichtspartien an- gebracht werden zur Erfassung der Mimik des Trägers. Dabei handelt’ es sich erfindungsgemäß bei dem Sensorelement um einen kapazitiven Sensor, so dass bei Stauchung oder Streckung des Sensorelements eine Kapazitätsänderung erfolgt. Das Sensorelement ist mit einer Auswertevorrichtung verbunden, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus der sich ändernden Kapazität des kapazitiven Sensorelements eine Bewegung des Gelenks und/oder einer Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln. So kann beispielsweise durch den Bewegungssensor eine Beugung/Streckung des jeweiligen Gelenks ermittelt werden. Insbesondere, falls das Sensorelement rechtwinklig zu einer Drehrich tung eines Gelenks wie beispielsweise dem Schultergelenk angeordnet ist, ist auch eine Drehung durch den Bewegungssensor erfassbar.
Vorzugsweise ist die Auswertevorrichtung in das Sensorelement integriert. Bevorzugt ist dabei die Auswertevorrichtung drahtlos auslesbar, insbesondere mittels Near Field Kommunikation, wie beispielsweise WIFI, Bluetooth, NFC, RFID oder dergleichen.
Vorzugsweise sind mehr als ein Sensorelement vorgesehen zur Erfassung der Bewegung eines Gelenkes oder bewegten Körperteils. So kann durch mehr als ein Sensorelement sichergestellt werden, dass eine vollständige Erfassung jeglicher Bewegung des jeweiligen Gelenks oder bewegten Körperteils erfolgt. Insbesondere weist jedes Sensorelement eine Auswertevorrichtung auf. Alternativ sind alle Sensorelemente mit einer gemeinsamen Auswertevorrichtung verbunden. Vorzugsweise ist das Sensorelement selbstklebend ausgebildet zur Befestigung am jeweiligen Gelenk oder bewegten Körperteil.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines kapazitiven Sensors, wobei der kapazitive Sensor bei Stauchung oder Streckung seine Ka- pazität verändert. Der Sensor wird an mindestens einem Gelenk oder bewegten Körperteil eines Menschen oder Tieres angebracht und mit einer Auswertevor- richtung verbunden. Dabei ist die Auswertevorrichtung ausgebildet, um aus der sich ändernden Kapazität des kapazitiven Sensors auf eine Beugung und/oder eine Streckung und/oder Drehung des Gelenks und/oder eine Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Eingabegerät zur Steuerung eines humano- iden Roboters oder eines Avatars in einer virtuellen Realität. Dabei weist das Eingabegerät einen Anzug auf wie vorstehend beschrieben, wobei die durch den Anzug erfassten Bewegungen auf den humanoiden Roboter oder den Avatar übertragen werden und so den humanoiden Roboter oder den Avatar steuern. Hebt der Träger des Anzugs beispielsweise den Arm, so folgt dieser Bewegung der humanoide Roboter oder der Avatar in der virtuellen Realität.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Anzugs wie vorstehend beschrieben zur Fernüberwachung oder Bewegungsanalyse, insbe- sondere zur Leistungsverbesserung, Ausschluss von Fehlbewegungen und der- gleichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzugs und
Figur 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anzugs. Die Figur zeigt den erfindungsgemäßen Anzug zur Erfassung einer Bewegung eines schematisch dargestellten Menschen 10. Dabei weist der Anzug eine Viel- zahl von Sensorelementen auf, die entweder unmittelbar am Körper des Trägers 10 angebracht werden können oder alternativ hierzu in ein Kleidungsstück des Anzugs integriert sein können.
So ist ein erstes Sensorelement 12 im Bereich des Knies 14 des Trägers 10 angeordnet. Bei einer Beugung oder Streckung des Knies 14 erfolgt eine Stau- chung oder Streckung des ersten Sensorelementes 12. Hierdurch ändert sich die Kapazität des ersten Sensorelements 12, was durch eine Auswertevorrich- tung (nicht dargestellt) ermittelt wird und hierüber die Bewegung des Knies 14 ermittelt werden kann. Ein zweiter Sensor 16 ist im Bereich der Leiste 18 des Trägers angeordnet, wobei über das zweite Sensorelement 16 eine Beugung oder Streckung des Hüftgelenks erfasst werden kann. Im Bereich des Sprung- gelenks 20 des Trägers 10 ist ein drittes Sensorelement 22, sowie ein viertes Sensorelement 24 vorgesehen, wobei durch die kombinierte Erfassung des dritten Sensorelements 22 und des vierten Sensorelements 24 die vollständige Be- wegung des Sprunggelenks 20 erfasst werden kann, also auch Drehungen des Sprungelements 20.
Weiterhin ist dargestellt, dass im Bereich der Schulter 26 ein fünftes Sensorel- ement 28 und ein sechstes Sensorelement 30 sowie ein siebtes Sensorelement 32 vorgesehen ist, um die vollständige Bewegung des Arms 34 im Schulterge- lenk 26 zu erfassen. Ein achtes Sensorelement 36 ist vorgesehen am Hals 38 des Trägers 10, um eine Bewegung des Halses zu erfassen.
Darüber hinaus können weitere Sensorelemente vorgesehen werden, insbeson- dere zur Erfassung der Bewegung des zweiten Beins, der zweiten Schulter der Ellbogengelenke, der Rumpfbewegung oder dergleichen. Auch können Senso- relemente im Gesicht vorgesehen sein, um die Mimik des Trägers 10 zu erfas sen. Bei den in Figur 1 gezeigten Sensorelementen kann es sich beispielsweise um kapazitive Sensoren handeln, welche als Dehnungssensoren und/oder Beige- sensoren ausgebildet sind. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Im Unterschied zu der Fig. 1 weist der Anzug der Fig. 2 eine Vielzahl unterschiedlicher Sensorelemente auf. So sind am Arm 34 sowie am Oberkörper 41 zusätzlich Magnetometer angeordnet, welche eine Änderung eines Magnetfelds erfassen. Zusätzlich sind am Arm 34 und am Oberkörper 41 Gyroskope oder Beschleunigungssensoren 42 vorgesehen. Somit wird die Bewegung des Arms 34 beispielswiese erfasst durch das fünfte Sensorelement 28, das sechste Sen- sorelement 30, das siebte Sensorelement 32 sowie die Magnetometer 40 und die Beschleunigungsmesser 42. Die Sensoren sind dabei bevorzugt mit einer gemeinsamen Auswertevorrichtung verbunden. Durch das Vorsehen einer Viel- zahl unterschiedlicher Sensoren kann die Bewegung des Arms 34 mit einer er- höhten Genauigkeit erfasst werden, wobei die Anzahl der hierfür erforderlichen Sensorelemente verringert werden kann.
Die in den Figuren gezeigte Auswahl der Sensoren ist rein exemplarisch. Die tatsächliche Wahl der Sensoren, welche miteinander kombiniert werden, richtet sich nach der jeweiligen Anwendung. Stets ist es jedoch vorteilhaft mindestens zwei Sensorelemente insbesondere für die selbe Bewegung vorzusehen.
Somit ist auf einfache Weise ein Anzug und Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegung insbesondere eines Menschen oder Tieres geschaffen, wobei die erfassten Bewegungen zur Bewegungsanalyse, zur Steuerung insbesondere eines Humanoiden Roboters oder eines Avatars in einer virtuellen Realität oder im Motion-Capture-Verfahren verwendet werden können. Eine langwierige Ka- librierung wie bei der Verwendung von IMU's ist nicht erforderlich. Auch sind die Kapazitätensensorelemente deutlich unempfindlicher gegen äußere Einflüsse sowie kostengünstiger. Auch ist es nicht erforderlich, eine Vielzahl von Kameras vorzugsehen, welche Trackingpunkte nachverfolgen, wobei sich bei der vorlie- genden Erfindung auch nicht das Problem ergibt, dass einzelne Bewegungen durch die Person selbst verdeckt werden.
Somit ist ein einfaches und vielseitiges System geschaffen, zur Erfassung der Bewegung eines Menschen oder Tieres.

Claims

Patentansprüche
1. Anzug zur Körperbewegungserfassung mit einem Kleidungsstück, wobei mit dem Kleidungsstück mindestens ein Sensorelement verbunden [integriert] ist zur Erfassung von Sensordaten, insbesondere in einem Bereich des Kleidungsstückes, welcher im getra- genen Zustand an einem Gelenk oder einem bewegten Körperteil anliegt, wobei das Sensorelement mit einer Auswertevorrichtung verbunden ist, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus den erfassten Sensordaten auf eine Bewegung des Gelenks und/oder eine Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.
2. Anzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kleidungs- stück eine Hose aufweist, wobei ein Bewegungssensor in mindestens ei- nem der folgenden Bereiche angeordnet ist: im Bereich des Knies zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung des Knies, im Bereich des Leiste zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung und/oder einer Drehung des Hüftgelenks oder im Bereich des Sprunggelenks zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung und/oder einer Drehung des Sprunggelenks.
3. Anzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kleidungsstück ein Oberteil aufweist, wobei ein Bewegungssensor in mindestens einem der folgenden Bereiche angeordnet ist: im Bereich der Schul- ter zur Erfassung einer Beugung und/oder einer Streckung und/oder einer Drehung der Schulter, im Bereich der Lendenwirbel zur Erfassung einer Beugung und/oder Streckung und/oder Drehung des Rumpfes mittels Bewegung in den Lendenwirbeln, im Bereich des Halses zur Erfassung einer Bewegung des Halses oder im Bereich des Ellenbogengelenks zur Erfas sung einer Beugung und/oder einer Streckung des Ellenbogengelenks.
4. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem Kleidungsstück um Sportbekleidung, Arbeitskleidung oder Alltagskleidung handelt.
5. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Sensorelement vorgesehen ist zur Erfassung der Bewegung eines oder mehrerer Gelenke oder bewegten Körperteilen.
6. Anzug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente an mindestens zwei unterschiedlichen Gelenken oder bewegten Körperteilen angeordnet sind.
7. Anzug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sensorelemente an demselben Gelenk oder bewegten Körper teil angeordnet sind.
8. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einem Sensorelement um einen kapazitiven Sensor handelt, so dass bei Stauchung oder Streckung des Sensorelements eine Kapazitätsänderung erfolgt, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus der sich ändernden Kapazität des kapazitiven Sensors auf eine Bewegung des Gelenks und/oder eine Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.
9. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einem Sensorelement um einen Biegesensor, Deh¬ nungssensor, Gyroskop, Magnetometer und/oder Beschleunigungssensor handelt.
10. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung in das Sensorelement integriert ist und insbesondere drahtlos auslesbar ist.
11. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Auswertevorrichtung vorgesehen ist mit der mindes- tens zwei der Sensorelemente verbunden sind, wobei durch die Auswertevorrichtung die erfassten Sensordaten gemeinsam ausgewertete werden.
12. Anzug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte vorrichtung die erfassten Sensordaten auf ein Modell des Nutzers anwendet, so dass aus den mindestens zwei Sensoren eine Bewegung des Mo dells bestimmbar ist.
13. Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Auswertevorrichtung einen selbstlernenden Algorithmus aufweist.
14. Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegung insbesondere eines Menschen oder eines Tieres, mit einem Sensorelement, welches an einem Gelenk oder bewegten Körperteil anbringbar ist, wobei es sich bei dem Sensorelement um einen kapazitiven Sensor handelt, so dass bei Stauchung oder Streckung des Sensorelements eine Kapazitätsänderung erfolgt, wobei das Sensorelement mit einer Auswertevorrichtung verbunden ist, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus der sich ändern- den Kapazität des kapazitiven Sensors auf eine Bewegung des Gelenks und/oder eine Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.
15. Bewegungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung in das Sensorelement integriert ist und insbeson- dere drahtlos auslesbar ist.
16. Bewegungssensor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Sensorelement vorgesehen ist zur Erfassung der Bewe- gung eines Gelenkes oder bewegten Körperteils.
17. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Sensorelement selbstklebend ausgebildet ist zur Be- festigung am jeweiligen Gelenk oder bewegten Körperteil.
18. Verwendung eines kapazitiven Sensors, wobei der kapazitive Sensor bei Stauchung oder Streckung seine Kapazität verändert, wobei der Sensor mindestens einem Gelenk oder bewegten Körperteil eines Menschen oder Tieres angebracht wird und mit einer Auswertevorrichtung verbunden ist, wobei die Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um aus der sich ändern- den Kapazität des kapazitiven Sensors auf eine Beugung und/oder eine Streckung des Gelenks und/oder eine Bewegung des bewegten Körperteils zu ermitteln.
19. Eingabegerät zur Steuerung eines humanoiden Roboters oder eines Ava- tars in einer Virtuellen Realität, mit einem Anzug nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einem Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die durch den Anzug erfassten Bewegungen auf den huma¬ noiden Roboter oder den Avatar übertragen werden.
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