WO2020142047A1 - System for detecting, analysing and following movement - Google Patents

Abstract

The inventive product is a system for collecting movement data from human body in a detailed manner, wherein it relates to an apparatus foreseeing to collect data through a sensor array that can be put on human body externally and can be taken off easily when desired and to render said data meaningful by processing the data in a 3-D animation motor. Said data are collected such that they are used, evaluated, animated and stored for various reasons.

Description

HAREKET ALGILAMA, ANALİZ VE TAKİP İÇİN BİR SİSTEM

Buluş konusu ürün kişilerin hareketlerinin tam olarak tespitini amaçlayan bir sensör düzeneği ve bunların toplanıp aktarılması için bir bilgi işlem düzeneği ile ilgilidir. Bu bakımdan insan vücudundan veri alan sensör grubu ile ilgilidir.

Tekniğin bilinen durumunda karşılaşılan uygulamalarda kişilerin uzaktan takibi için yeterli nitelik ve hassasiyette veri toplanmasını mümkün kılacak sistemler olmadığı, bulunan sistemlerin çeşitli simülasyon ve veri analizi uygulamalarında kullanılması gereken veri ihtiyacını karşılamadığı görülmektedir. Bunlara bazı örnekler şunlardır;

EP1970005 numaralı Avrupa patentinde insan vücuduna IMU üniteleri yerleştirilerek yapılan bir ölçümden, sonrasında doğrudan Kalman filtresi kullanılarak yapılan bir veri sadeleştirmesinden bahsedilmektedir. Bahsedilen sistem her ne kadar 12 sensör kullanıyor olsa da 6 serbestlik derecesi sağlayabilmiştir. Bunun temel sebebi, magnetometre olmaması, verilerin toplanması esnasında sıcaklık ve nabız sensoru ile eşlenik bir biçimde toplanmamış olması; yani bir sensör ünitesi yerine tek bir sensör kullanarak işlem yapmasıdır. Bu sebeple bir insan vücudundan ilgili verileri hassas bir biçimde alması ve doğru bir biçimde görselleştirme yapması olanaklı değildir.

US2011046915 sayılı ABD patentinde insan vücuduna yerleştirilen birtakım sensörler ile geniş bant ağ ve GPS kullanılarak bazı ölçümler alınması öngörülmüştür. Bu ağların kapsama alanları sabit olmadığından tüm ölçümlerde kullanılması mümkün değildir; örneğin itfaiyecilerin vücut parçalarının konumlarını almak isteyen bir sistem için böylesi bir düzeceğin kullanılması pratikte mümkün değildir. Dahası, askeri sistemler için de kararlı bir geniş bant ve kararlı bir GPS iletişiminden söz edilemez. Kapsama sorununun ötesinde bahsedilen sistemler ile (ör.GPS) santimetre hassasiyetinde veri alınması uygulamada mümkün değildir. Diğer yandan insan hareketlerini izlerken birçok uygulamada önem arz eden sıcaklık, nabız gibi veriler de taşınamaz. Dahası, örneğin izlenen kişinin elinin titreyip titremediği gibi kritik ve hassasiyet gerektiren verileri de böylesi bir düzenek ile almak mümkün değildir.

WO2017120669 numaralı PCT başvurusunda ise kişi postürünün üç boyutlu modellenmesi için üzerine sensör yerleştirmek yerine üç boyutlu lokalizasyon tekniği ile bir biyomekanik model üzerinde yapılacak işlemler dizisinden söz edilmektedir. Bu yolla insan vücudundan veri almanın farklı avantajları olsa da, hassas bir biçimde veri alınması mümkün değildir. Dahası, bu yolla nabız, sıcaklık gibi veriler alınamaz.

EP2667776 numaralı Avrupa patenti başvurusunda hastanın seçilen bir hareketi için bir takım işlem dizisinin tetiklenmesi öngörülmektedir. Bu datanın anlık olarak bir sağlık kurumuna beslenmesine dayanan bir sistem olduğu da dokümanda açıkça belirtilmektedir. Fakat böylesi bir seçime dayanan bir işlemin tutarlı sonuç vermesi ihtimal dahilinde değildir; birçok hastalık açısından sağlıklı bir analiz için ciddi bir işlem gücü gerekmekte, bu da ancak tüm verinin bir merkezde toplanması yoluyla yapılabilmektedir. Dahası, çeşitli öğrenme tekniklerine dayanan bir sistem ile eşzamanlı kullanılmazsa böylesi bir sistemin güvenilirliği düşecek, zaman içerisinde kendini geliştirme olacağı kalmayacaktır. Dahası, bu ölçümü hasta üzerine yerleştirilen ve bir süre için üzerinde kalabilen bir cihazla değil, sabit bir bilgisayar ve bu sabit bilgisayara bağlı bir takım aparatlarla yapmaktadır. Bu ölçümün sürekli olmasını olanaksız kılar.

Buluş konusu ürün insan vücudundan hareket verisini detaylı bir şekilde almak için bir sistem olup, insan vücuduna dışarıdan takılan ve istendiğinde kolaylıkla çıkarılabilen sensör dizilimi ile veri toplamayı ve bu topladığı verileri bir üç boyutlu canlandırma motorunda işleyerek anlamlı hale getirmeyi öngören bir düzenek ile ilgilidir. Bu veriler daha sonra çeşitli amaçlarla kullanılabilir, değerlendirilebilir nitelikte olarak alınmakta, görselleştirilmekte ve saklanmaktadır.

Buluş konusu ürün insan vücuduna yerleştirilecek bir sensör grubu ile kişilerin hareketlerini takibini amaçlayan bir sistem ile ilgilidir. Böylelikle kişinin hareket verilerinin hassas bir biçimde toplanarak uzuv konumlarının ve uzuvlarına ait konum geçmişlerinin tam olarak tespit edilmesi sorununa bir çözüm önermektedir. Daha sonra bu veriler farklı platformlar üzerinde işlenerek farklı sonuçlar üretilmesi mümkündür.

Buluş konusu ürün insan vücudundan veri toplamak için bir düzenektir. Bu düzenek ile toplanan veriler birtakım yöntemler ile işlenerek birtakım hastalıklarda tanı koymaya, tedavi etkinliğini ölçmeye yarayabilir. Dahası, bu alınan veri insan gibi hareket etmesi istenen robotların programlanmasında, hassas ortamlarda çalışan askeri ve sivil personelin hareketlerinin izlenmesinde, sporcuların eğitiminde, robotların hareketlerinin programlanmasında, dijital ikiz oluşturarak çeşitli simülasyonların koşturulmasında kullanılabilir.

Bunu sağlamak için buluş konusu ürün sensör üniteleri içerir. Bu sensör üniteleri tercihen on adettir ve vücudun çeşitli yerlerine dışarıdan çeşitli yollarla sabitlenerek takılır. Sağlıklı bir ölçüm almak için bu sensör ünitelerinin sayısı artırılabilir. Buluş konusu sistemin bir örnek düzeneği için yerleştirilme noktası dizilimi Çizim 1 ile verilmiştir. Bu sensör ünitesi içerisinde çeşitli sensörleri bulunduran bir ünitedir; her bir sensör ünitesi içerisinde bir adet magnetometre, bir ivmeölçer, bir dönüölçer, bir sıcaklık sensörü, bir nabız sensörü, bir işlemci, bir BLE ve bir wi-fi modülünden oluşur. İşlemci dışındaki tüm elemanlar işlemciye bağlıdır; sensörlerden gelen veriler işlemcide derlenir ve BLE veya wi-fi modülü kullanılarak aktarılmak üzere gönderilir.

Burada bahsedilen magnetometre teknikte bilinen bir sensör tipidir. Buna göre magnetometre yatay eksendeki açı kaymalarını tespit etmek için kullanılır. Manyetik alan değişimlerini ölçme temelli bir sensördür. Buna göre takıldığı nokta herhangi bir biçimde açı değiştirdiğinde magnetometre bu döndüğü noktanın açı değerlerini sayısal olarak ifade eder. Bu veriyi sensör ünitesi üzerinde bulunan işlemciye göndermek üzere bağlanmıştır.

İvmeölçer (accelerometer) tercihen dönüölçer ile bir blok olarak kullanılabilir. İvmeölçer bağlı olduğu nesnenin üç boyutta ivmesini ölçen ve bunu elektromanyetik sinyale çeviren bir sensördür. Buna göre ivmeölçer, takıldığı nokta herhangi bir biçimde ivmelendiğinde bu ivmeyi sayısal olarak sensör ünitesi üzerinde bulunan işlemciye gönderecek biçimde bağlanmıştır.

Dönüölçer tercihen ivmeölçer ile bir blok olarak kullanılabilir. Dönüölçer bağlı olduğu nesnenin üç boyuta açısal değişimini ölçen ve bu değerleri elektromanyetik sinyale çeviren bir sensördür. Buna göre dönüölçerün takıldığı nokta herhangi bir biçimde dönme hareketi gerçekleştirdiğinde bu dönmeyi sayısal olarak sensör ünitesi üzerinde bulunan işlemciye gönderecek biçimde bağlanmıştır.

Sıcaklık sensörü, nabız sensörü ile bir blok olarak kullanılabilir. Sıcaklık sensörü bulunduğu ortamın sıcaklığını ölçen ve bu değeri elektromanyetik sinyale çeviren bir sensördür. Buna göre, sıcaklık sensörü takıldığı noktadaki sıcaklığı önceden tanımlı zaman aralığında ölçerek bu değeri sayısal olarak sensör ünitesi üzerinde bulunan işlemciye gönderecek biçimde bağlanmıştır. Burada tercihen en azından sıcaklık sensörünün vücuda mümkün olan en yakın katmana bağlı olarak çalışmasıdır. Belli kıyafetler üzerinden bağlanmasında bir sakınca bulunmasa da, doğrudan kişinin deri yüzeyine de bağlanabilir. Fakat buluş konusu ürün herhangi bir biçimde deriye veya deri altına takılan bir sensörü kapsamaz.

Nabız sensörü tercihen sıcaklık sensörü ile bir blok olarak kullanılabilir. Nabız sensörü dokunduğu noktada nabız bilgisini alarak bu değeri elektromanyetik bir sinyale çeviren elektronik bir sensördür. Buna göre nabız sensörü takıldığı noktadaki nabız değerini önceden belirli aralıklarla ölçerek sensör ünitesi üzerinde bulunan işlemciye gönderecek biçimde bağlanmıştır. Burada esas olan en azından nabız sensörünün vücuda mümkün olan en yakın katmana bağlı olarak çalışmasıdır. Belli kıyafetler üzerinden bağlanmasında bir sakınca bulunmasa da, doğrudan kişinin deri yüzeyine de bağlanabilir. Fakat buluş konusu ürün herhangi bir biçimde deriye veya deri altına takılan bir sensörü kapsamaz.

Burada sensörlerin takılmasından kasıt takılan kişinin işlem yaptığı alanda teknikte bilinen geçici sabitleme yolları ile takılması, işlem sonunda da yine kişinin işlem yaptığı alanda geçici sabitleme yollarının açılması suretiyle çıkarılmasıdır. Bu sensörlerin takılması ve çıkarılması tıbbi yardım ile yapılan işlemler olmayıp gerdirme kemeri, cırt-cırt bant tabir edilen Velcro tarzı bantlar ile de yapılabilir.

BLE veya Wi-fi üniteleri işlemciye aktarılan verinin ağ geçidi üzerinden sunucuya aktarılması için kullanılan bağlantı arayüzleridir.

Ağ geçidi sensör ünitesi üzerinde bulunan işlemci tarafından gönderilen verilerin toplanıp sunucuya aktarılmasını sağlayan ağ elemanıdır.

Sunucu toplanan verilerin derlenip analiz edildiği bilgisayar veya bilgisayarlar bütünüdür. Toplanan veri çeşitli yöntemlerle analiz edilir ve ihtiyaç olması halinde aktarılarak kullanılır. Burada standart olarak yapılan işlem alınan verilerin standart olarak üç boyutlu hale getirilip görselleştirilmesidir. Bunun için üç boyutlu canlandırma motoru kullanılır.

Tarifname ekinde verilen çizimlerin açıklamaları şöyledir;

Fig.1

buluş konusu sistemin yerleştirilme ve veri akış yollarını gösterir. Buna göre gösterilen biçimde yerleştirilen sensör ünitesi üzerindeki sensörler tarafından toplanan ve işlemciye aktarılan veriler ağ geçidi üzerinden sunucuya aktarılır ve burada analiz edilir.

Fig.2

buluş konusu sistemin yaptığı işlemlerin bir şemasını göstermektedir. Buna göre öncelikle kullanılan sensör üniteleri kullanıcının vücuduna yerleştirilir ve sensör üniteleri açılır. Bunun ardından sensör ünitelerinin birim içi testleri yapılır, kalibre edilir ve kablosuz haberleşme başlatılır. Bunun ardından takılan kişinin vücut ölçüleri girilir. Bu üç boyutlandırma için yapılması zorunlu bir işlemdir. Ardından, sensör modülü veri işlemeye başlar, ivme, dönü ve manyetik alan verisinin toplanmasına başlanır. Ardından Euler açıları sensör modülü üzerinde hesaplanır ve tüm sensör modüllerinden toplanan veriler wi-fi veya BLE üzerinden ağ geçidi aracılığıyla sunucuya aktarılır ve burada işlenir.

Fig.3

bileşenler üzerinde veri ve işlem yönetimi için örnek bir düzenlemeyi gösteren şekildir. Buna göre sensör ünitesi üzerinde bulunan magnetometre, ivmeölçer, dönüölçer, işlemci, sıcaklık sensörü, nabız sensörü, BLE modülü ve wi-fi bağlantısı bulundurur. Burada birer blok olarak konumlandırılmış olan ivmeölçer ve dönüölçer ile sıcaklık sensör ve nabız sensörü birlikte gösterilmiştir. Burada alınan ve işlenen veri ağ geçidi üzerinden wi-fi ile sunucuya gönderilir. Burada üç boyutlu canlandırma motoruna sokulur ve veriler işlenerek derin öğrenme modülüne hazır hale getirilir. Bu veriler aynı zamanda kullanıcı arayüzü üzerinden kullanıcıya da sunulur.

Examples

PTL1:

NPL1:

Claims (4)

1. Buluş konusu ürün insan vücudunda meydana gelen hareketleri algılamak, analiz etmek ve takip için bir düzenek olup özelliği;

   1. İnsan vücudu üzerine en az on sensör ünitesinin hareketin algılanmasının istendiği noktalara yerleştirilmesi;
   2. Her bir sensör ünitesinin vücudun dışından sabitlenmesi;
   3. Her bir sensör ünitesinin bir magnetometre, bir ivmeölçer, bir dönüölçer, bir sıcaklık sensörü, bir nabız sensörü, bir işlemci, bir BLE ve bir wi-fi ünitesinden oluşması;
   4. Magnetometre, ivmeölçer, dönüölçer, sıcaklık sensörü ve nabız sensöründen alınan verilerin işlemciye aktarılması;
   5. Aktarılan bu verilerin işlemcide derlenmesi;
   6. Derlenen verilerin BLE veya wi-fi aracılığı ile ağ geçidine gönderilmesi;
   7. Gönderilen verilerin ağ geçidinde toplanarak sunucuya gönderilmesi;
   8. Sunucu üzerinde bu verilerin saklanması; bir üç boyutlandırma işlemine tabi tutularak kullanıcıya grafik halde sunulması ve ileri analizler için saklanması ile karakterize edilmesidir.
2. İstem 1’de bahsedilen yöntem olup özeliği; bahsedilen işlem adımlarından (c)-(h) adımları arasındaki adımların aynı sıra ile önceden belirli bir zaman aralığından tekrar edilerek sürekli veri akışının sağlanması ile karakterize edilmesidir.
3. İstem 2’de bahsedilen yöntem olup özelliği; sensörlerden ivmeölçer ve dönüölçerin tercihen bir blok olarak kullanılması ile karakterize edilmesidir.
4. İstem 2’de bahsedilen yöntem olup özelliği; sensörlerden sıcalıklık sensörü ve nabız sensörünün tercihen bir blok olarak kullanılması ile karakterize edilmesidir.

Images