ES1300058U - MOTOR ACTIVITY IMPROVEMENT DEVICE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO DE MEJORA DE LA ACTIVIDAD MOTRIZMOTOR ACTIVITY IMPROVEMENT DEVICE
Sector de la técnicaTechnical sector
La presente invención se refiere a un dispositivo de mejora de la actividad motriz que está configurado para la obtención de un índice de desarrollo motor de un niño a partir de variables biomecánicas de la marcha mediante un sensor inercial integrado en un zapato y promoviendo una actividad física personalizada para el niño. Es de especial aplicación en el campo de la ortopedia, de la fisioterapia y de la puericultura.The present invention refers to a device for improving motor activity that is configured to obtain a child's motor development index from biomechanical gait variables by means of an inertial sensor integrated into a shoe and promoting physical activity. customized for the child. It is especially applicable in the field of orthopedics, physiotherapy and childcare.
Estado de la técnicastate of the art
Para controlar el desarrollo motor de los niños, en especial de los de corta edad, es necesario realizar una serie de pruebas bajo el control de personal médico o técnico especialmente formado. Éste ha de evaluar la cadencia de andar, el riesgo de caídas, la velocidad... durante la marcha del niño. Para poder estimar de forma adecuada las diferentes variables de su marcha y definir un índice de desarrollo motor adecuado, con frecuencia debe recurrir a grabar en vídeo el movimiento y pasar un tiempo elevado analizándolo, con posibilidades de error o recurrir a laboratorios biomecánicos con equipos de fotogrametría donde se realizan valoraciones de la marcha profesionales teniendo en cuenta el coste que ello conlleva.To control the motor development of children, especially young ones, it is necessary to carry out a series of tests under the supervision of specially trained medical or technical personnel. This has to evaluate the cadence of walking, the risk of falls, the speed... during the march of the child. In order to adequately estimate the different variables of your gait and define an adequate motor development index, you often have to resort to recording the movement on video and spend a long time analyzing it, with the possibility of error, or resort to biomechanical laboratories with photogrammetry where professional gait assessments are carried out taking into account the cost that this entails.
Sin embargo, de documentos como WO2014100045A1 se conocen sistemas para la monitorización biométrica que se basan en la incorporación de sensores de presión, orientación, movimiento y posición en las suelas de los zapatos para la captación de información biomecánica que puede ser transmitida a un sistema externo. En el documento US2013118039A1 describe un dispositivo de localización y seguimiento de personas (niños) que se inserta en el calzado. Incorpora una batería recargable, antena, un módulo de localización y un módulo de comunicaciones inalámbricas para facilitar su posición a un servidor de seguridad externo.However, from documents such as WO2014100045A1, biometric monitoring systems are known that are based on the incorporation of pressure, orientation, movement and position sensors in the soles of shoes to capture biomechanical information that can be transmitted to an external system. . Document US2013118039A1 describes a device for locating and tracking people (children) that is inserted into footwear. It incorporates a rechargeable battery, antenna, a location module and a wireless communications module to facilitate its position to an external security server.
En el documento US2013211290A1 se detalla un sistema para el diagnóstico de la actividad de marcha para corregir, si fuera necesario, aquellos defectos que pudieran afectar potencialmente a la salud de las personas. Finalmente, el documento WO2013038214A2 corresponde a un método y dispositivo para la monitorización del equilibrio y parámetros relacionados con la posición del cuerpo y la marcha de pacientes (Parkinson, esclerosis, rehabilitación). La invención está basada en una plancha que se coloca en la suela de los zapatos y que incorpora diferentes sensores, batería recargable, unidad central de procesamiento y comunicaciones inalámbricas. Un algoritmo basado en red neural permite determinar el centro de gravedad del cuerpo y evaluar su equilibrio, estado o localización.Document US2013211290A1 details a system for the diagnosis of walking activity to correct, if necessary, those defects that could potentially affect people's health. Finally, the document WO2013038214A2 corresponds to a method and device for monitoring balance and parameters related to body position and gait of patients (Parkinson's, sclerosis, rehabilitation). The invention is based on an iron that is placed on the sole of the shoes and that incorporates different sensors, a rechargeable battery, a central processing unit, and wireless communications. An algorithm based on a neural network makes it possible to determine the center of gravity of the body and evaluate its balance, state or location.
Es decir, se conocen herramientas para aumentar la precisión de las medidas de los movimientos, pero no se han utilizado para el vigilar y mejorar el desarrollo motor de los niños, pero no se conoce un dispositivo como el de la reivindicación 1.That is, tools are known to increase the precision of movement measurements, but they have not been used to monitor and improve the motor development of children, but a device like the one in claim 1 is not known.
Explicación de la invenciónExplanation of the invention
La invención consiste en un dispositivo de mejora de la actividad motriz según las reivindicaciones que acompañan a la presente memoria descriptiva. El dispositivo de la invención permite, en sus diferentes realizaciones, promover actividad y vida saludable para el niño mediante juegos específicos con el fin de mejorar el índice de desarrollo motor, y una valoración de la marcha obteniendo variables biomecánicas de relevancia clínica. A partir de estas medidas y variables obtenidas el personal adecuado podrá valorar el desarrollo del niño.The invention consists of a device for improving motor activity according to the claims that accompany the present specification. The device of the invention allows, in its different embodiments, to promote activity and a healthy life for the child through specific games in order to improve the index of motor development, and an assessment of gait, obtaining clinically relevant biomechanical variables. Based on these measurements and variables obtained, the appropriate personnel will be able to assess the development of the child.
Con el dispositivo de la invención lo que se obtienen las siguientes ventajas:With the device of the invention, the following advantages are obtained:
— Obtención de un índice de desarrollo motor de un niño, que podrá ser comparado con los percentiles para su edad.— Obtaining a child's motor development index, which can be compared with the percentiles for their age.
— Identificar la actividad que se está realizando (caminar, correr o gatear).— Identify the activity being performed (walking, running or crawling).
— Hacer una estimación del gasto energético utilizando los momentos de actividad, con el fin de controlar el riesgo de obesidad infantil.— Make an estimate of energy expenditure using moments of activity, in order to control the risk of childhood obesity.
— Promover actividad física para el niño mediante juegos.— Promote physical activity for the child through games.
— Obtención de una serie de variables biomecánicas de la marcha (cadencia, tiempo de zancada, tiempo de paso, tiempo de apoyo, tiempo de vuelo y tiempo de doble apoyo).— Obtaining a series of biomechanical gait variables (cadence, stride time, step time, support time, flight time and double support time).
En particular, el dispositivo de mejora de la actividad motriz de la invención aprovecha los zapatos indicados anteriormente, que poseen sensores de la aceleración en los tres ejes, una unidad de control, un transmisor (alámbrico o inalámbrico) y una fuente de alimentación en sendos zapatos de un niño. Con ellos detecta las aceleraciones sufridas por el zapato durante un periodo corto de tiempo, con las que logra estimar el tipo de movimiento realizado por el niño. Con ello acumula el tiempo ejercido en cada tipo de movimiento y puede calcular el gasto energético (a partir de datos introducidos en la unidad de control o un dispositivo externo que se comunica con ambas unidades de control).In particular, the device for improving motor activity of the invention makes use of the aforementioned shoes, which have acceleration sensors in the three axes, a control unit, a transmitter (wired or wireless) and a power supply. in two separate shoes of a child. With them, it detects the accelerations suffered by the shoe during a short period of time, with which it manages to estimate the type of movement made by the child. With this, it accumulates the time spent in each type of movement and can calculate the energy expenditure (from data entered in the control unit or an external device that communicates with both control units).
En una realización más preferida, una vez reconocido el tipo de movimiento, calcula la cadencia, el tiempo de vuelo y el tiempo de apoyo en cada pie a partir de las aceleraciones captadas por los sensores. Igualmente puede estimar un índice de desarrollo motor del niño. Se puede completar con una etapa de selección de una actividad (generalmente un juego) a realizar por el niño y de medición de los movimientos realizados por el niño durante la realización de la actividad.In a more preferred embodiment, once the type of movement has been recognized, it calculates the cadence, the flight time and the support time on each foot from the accelerations captured by the sensors. It can also estimate an index of motor development of the child. It can be completed with a stage of selecting an activity (usually a game) to be carried out by the child and measuring the movements carried out by the child during the activity.
Dado que los dos zapatos son independientes, es conveniente que se añada una etapa de coordinación entre las unidades de control de cada zapato. Puede ser por una comunicación entre ambos, con el transmisor, o por un conteo y marcador de tiempo a partir de la señal de un dispositivo externo. La transmisión puede servir, igualmente, para asistir en la calibración de los sensores.Since the two shoes are independent, it is convenient to add a coordination stage between the control units of each shoe. It can be due to a communication between the two, with the transmitter, or due to a countdown and time marker based on the signal from an external device. The transmission can also be used to assist in the calibration of the sensors.
Un cálculo preferido de estimación del tipo de movimiento incluye realizar una transformada de Fourier rápida y la comparación del resultado con un registro en memoria. Ese registro comprenderá los resultados tipo del gateo, la marcha, la carrera y cualquier otra actividad interesante: subir escaleras (alta componente vertical), chutar (movimiento descompensado entre ambos zapatos habiendo un pico de aceleración en uno de los pies), baile (escasa componente frontal y señales armónicas y rítmicas) entre otros.A preferred motion type estimate calculation includes performing a fast Fourier transform and comparing the result to a record in memory. This record will include the typical results of crawling, walking, running and any other interesting activity: climbing stairs (high vertical component), kicking (unbalanced movement between both shoes with a peak of acceleration in one of the feet), dancing (scarce frontal component and harmonic and rhythmic signals) among others.
Para reducir el consumo, manteniendo la utilidad del sistema, se prefiere que el cálculo de cadencia, tiempo de vuelo y tiempo de apoyo en cada pie se realiza con la recepción de un comando desde un dispositivo externo.In order to reduce consumption while maintaining the usefulness of the system, it is preferred that the calculation of cadence, flight time and support time on each foot is performed upon receipt of a command from an external device.
Las partes de cálculo y estimación pueden realizarse en el dispositivo externo. Por ejemplo, el cálculo de cadencia, tiempo de vuelo y de apoyo o la estimación del índice de desarrollo motor.The calculation and estimation parts can be performed on the external device. For example, the calculation of cadence, flight and support time or the estimation of the motor development index.
Otras variantes se describirán más adelante. Other variants will be described later.
Descripción de los dibujosDescription of the drawings
Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras.For a better understanding of the invention, the following figures are included.
Figura 1: Esquema de un ejemplo de zapato utilizable en la invención.Figure 1: Diagram of an example of a shoe that can be used in the invention.
Figura 2: Cuadro de percentiles del índice de desarrollo motor.Figure 2: Table of percentiles of the motor development index.
Modos de realización de la invenciónModes of carrying out the invention
A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.An embodiment of the invention is briefly described below, as an illustrative and non-limiting example thereof.
El dispositivo comprende unos zapatos infantiles como los descritos en las patentes del estado de la técnica. Es decir, cada zapato posee unos sensores (1) para la obtención de una serie de variables biomecánicas de la marcha (cadencia, tiempo de zancada, tiempo de paso, tiempo de apoyo, tiempo de vuelo y tiempo de doble apoyo). Por ejemplo, pueden corresponder a un acelerómetro tri-axial, a tres acelerómetros dispuestos adecuadamente, un giroscopio, u otros sensores equivalentes.The device comprises children's shoes such as those described in the patents of the state of the art. That is, each shoe has sensors (1) to obtain a series of biomechanical gait variables (cadence, stride time, step time, support time, flight time and double support time). For example, they may correspond to a tri-axial accelerometer, three suitably arranged accelerometers, a gyroscope, or other equivalent sensors.
El zapato poseerá un transmisor (2) de la información captada, que preferiblemente será inalámbrico (Bluetooth Low Energy) pero que puede igualmente comprender un puerto físico para descargar los datos cuando se visita al médico o responsable de la vigilancia del desarrollo del niño.The shoe will have a transmitter (2) of the information captured, which will preferably be wireless ( Bluetooth Low Energy) but can also include a physical port to download the data when visiting the doctor or responsible for monitoring the child's development.
Todos los componentes citados se controlarán por una unidad de control (3) y se alimentarán de una batería (4), preferiblemente recargable por inducción. Se prefiere disponer todos estos elementos en el talón por estar más protegidos y tener más espacio para su colocación y evitar las zonas de flexión del pie. En todo caso, puede ser interesante colocar algún sensor (1) en la puntera para mejorar la captación de datos.All the aforementioned components will be controlled by a control unit (3) and will be powered by a battery (4), preferably rechargeable by induction. It is preferred to have all these elements in the heel because they are more protected and have more space for their placement and avoid flexion zones of the foot. In any case, it may be interesting to place a sensor (1) in the toecap to improve data collection.
La unidad de control (3) puede realizar parte del procesamiento y los cálculos del proceso, o remitir los datos brutos para su tratamiento a un dispositivo externo (5), como puede ser un móvil o una tableta con capacidad suficiente y una aplicación adecuada. Otros tipos de dispositivos también son utilizables. La aplicación termina de realizar los cálculos del índice de desarrollo motor, reconociendo el tipo de actividad realizada por la posición de los sensores, su cadencia y otras variables. Así determina si la actividad es un gateo, una marcha, una carrera... o incluso la existencia de caídas. Puede comparar el índice de desarrollo motor con los demás usuarios de su edad o estado de lesiones, para contrastar su evolución. Por ejemplo, estimará su índice de desarrollo motor y lo clasificará según el percentil para su rango de edad y el gasto energético realizado en cada momento.The control unit (3) can carry out part of the processing and calculations of the process, or send the raw data for treatment to an external device (5), such as a mobile phone or a tablet with sufficient capacity and a suitable application. Other types of devices are also usable. The application finishes calculating the motor development index, recognizing the type of activity carried out by the position of the sensors, your cadence and other variables. This is how it determines if the activity is a crawl, a march, a race... or even the existence of falls. You can compare the motor development index with other users of your age or injury status, to contrast your evolution. For example, it will estimate your motor development index and classify it according to the percentile for your age range and the energy expenditure made at each moment.
El índice de desarrollo motor se puede estimar a partir de la desviación estándar del tiempo de zancada, dividido entre la media de tiempo de zancada:The index of motor development can be estimated from the standard deviation of the stride time, divided by the mean of the stride time:
100 * GTiempo Zancada 100 * Stride Time
Tiempo ZancadaTime Stride
Con este resultado y la edad se clasifica el índice de desarrollo motor.With this result and age, the motor development index is classified.
A partir de estas estimaciones, promueve la actividad física sugiriendo juegos que sean específicos a la actividad que se deba desarrollar del niño, permitiendo analizar en tiempo real su evolución. Ejemplos de esos juegos serían: chutar un balón, saltar, el escondite o seguir el ritmo en un baile.Based on these estimates, it promotes physical activity by suggesting games that are specific to the activity that the child must develop, making it possible to analyze their evolution in real time. Examples of these games would be: kicking a ball, jumping, hide-and-seek or following the rhythm in a dance.
Los componentes integrados en cada zapato tendrán una serie de pasos de funcionamiento.The components built into each shoe will have a series of operating steps.
Mientras los sensores (1) no detecten movimiento, estarían en modo reposo. Al iniciarse la actividad, capta que se están produciendo aceleraciones y en ese mismo instante realiza la transformada de Fourier rápida para considerar si el movimiento es de andar, correr o gatear. Otro método para clasificar el tipo de movimiento es utilizar los valores medios de los diferentes ejes del sensor. Una vez clasificado, analiza el número de pasos a partir de las aceleraciones y, usando el número de pasos, el tiempo dedicado a cada actividad y los datos del niño, se estima el gasto energético. Es necesario que la calibración de los sensores (1) de cada zapato sea coherente, o disponer de un medio de transmisión entre ambos para coordinar sus evaluaciones.As long as the sensors (1) do not detect movement, they would be in sleep mode. When the activity starts, it captures that accelerations are taking place and at that very moment performs the fast Fourier transform to consider whether the movement is walking, running or crawling. Another method to classify the type of movement is to use the average values of the different axes of the sensor. Once classified, it analyzes the number of steps from the accelerations and, using the number of steps, the time dedicated to each activity and the child's data, the energy expenditure is estimated. It is necessary for the calibration of the sensors (1) of each shoe to be consistent, or to have a means of transmission between the two to coordinate their evaluations.
Si se desea, se pueden analizar datos más precisos como la cadencia, el tiempo de apoyo en cada pie o de ambos, el tiempo de vuelo. Generalmente, para evitar sobrecargar los componentes, se prefiere realizar los análisis más precisos en pruebas puntuales, comandadas desde el dispositivo. Para ello, el transmisor (2) será igualmente receptor de estos comandos. Para que sean fácilmente comparables, se realizarán estas pruebas en recorridos fijos (línea recta, circuito ovalado, con o sin escaleras) o en los juegos que se han recomendado a partir de las mediciones. Para medir correctamente las variables, se tendrán que coordinar las medidas de ambos zapatos, por ejemplo, utilizando un marcado de tiempo a partir del momento en que se reciba el comando. Estos datos los puede ir acumulando o transmitir en streaming al dispositivo externo. If desired, more precise data such as cadence, time on each foot or both, time of flight can be analyzed. Generally, to avoid overloading the components, it is preferred to perform the most accurate analyzes in specific tests, commanded from the device. To do this, the transmitter (2) will also be the receiver of these commands. In order to be easily comparable, these tests will be carried out in fixed routes (straight line, oval circuit, with or without stairs) or in the games that have been recommended from the measurements. To correctly measure the variables, the measurements of both shoes will have to be coordinated, for example, using a time stamp from the moment the command is received. This data can be accumulated or transmitted in streaming to the external device.
Claims (4)
Priority Applications (1)
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ES202330427U ES1300058Y (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | MOTOR ACTIVITY IMPROVEMENT DEVICE |
Publications (2)
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ES1300058Y ES1300058Y (en) | 2023-08-23 |
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ES1300058Y (en) | 2023-08-23 |
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