CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención es un auxiliar para que personas con limitaciones motrices y poca movilidad, puedan controlar un vehículo móvil para acercarse o alejar objetos, así como controlar objetos a distancia, tales como televisores, ventilador, apagadores, etcétera, mediante señales electrooculográficas (EOG), ya que aporta un dispositivo decodificador para controlar objetos a distancia mediante gestos faciales, específicamente una combinación de guiños, movimientos oculares y espacios de tiempo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen comercialmente bandas para la cabeza que cuentan con sensores de electroencefalografía EGG, acompañado de una aplicación para teléfono inteligente que convierte las señales EGG en audio que retroalimenta al usuario vía audífonos; un aparato similar es Neurosky©, el cual también cuenta con sensores EGG. La patente de los Estados Unidos US 9994228 (B2) publicada el 12 de junio de 2018, refiere un sistema de control de vehículos como automóviles, trenes, autobuses, aviones, botes o dispositivos tales como vehículos operativos, controlador, computadoras e interfaces de computadora en respuesta a una acción humana medida en ambiente provocativo. Los usos incluyen, pero no se limitan a deportes, entretenimiento, cine, medicina, militar, social, juegos, simuladores y otras aplicaciones vocacionales y comerciales para entrenamiento, propósitos de educación o rehabilitación para mitigar, previniendo o controlando síntomas de mareo, simulación, mareo por juegos, enfermedad de desorientación espacial, síndrome de visión 3D o movimiento inducido por la visión.

El dispositivo tiene una unidad acoplable a la cabeza que incluye detección de orientación y un elemento para sentir el movimiento de la cara o de la cabeza de la persona, mediante varios sensores de respuesta humana.

La patente de los Estados Unidos US10028703 (B) "Sistema utilizable para detectar o medir bioseñales", cuenta con un conjunto de sensores para detectar señales electroencefalográficas (EEG) de un usuario. Un subsistema electrónico comprende un módulo energizador para distribuir la energía al sistema, y un módulo de procesamiento de señal para procesar las señales EEG del conjunto de sensores. Un conjunto de interfaces de sensores acopla el sensor con el subsistema electrónico. Cada interfaz de sensor conprende un acoplamiento de corriente alterna (AC) de pre-ganancia y un nivel de cambio acoplado a un amplificador, en donde el amplificador está acoplado a un acoplamiento AC post-ganancia y un nivel de cambio acoplado al sistema electrónico. El sistema también puede ser utilizado para detectar señales de movimiento corporal y señales de movimiento ocular.

La patente de los Estados Unidos US10117576 (B2), refiere un sistema, método y medio accesible para computadora, para determinar el movimiento del ojo mediante la imagen de la retina, proveyendo retroalimentación para adquisición de señales desde la retina. El aparato define una cámara con una tasa de cuadros nativa de 180 cuadros por segundo. Se enfoca principalmente al movimiento de la retina del ojo. Los dispositivos anteriormente mencionados representan ciertas dificultades para el usuario, requieren de un entrenamiento ya que se basan en señales EEG (electroencefalográficas), que son señales compuestas y tienen varios tipos de señales inmersas en una sola (alfa, beta y gama), además de que las señales EEG cambian dependiendo del estado de alerta del individuo, es decir, si está despierto, si está durmiendo y dependiendo de la fase del sueño en que se encuentra.

Por su parte, las señales EOG (electrooculograma) son de tipo muscular y solo se requiere interpretar si hay presencia o ausencia de la señal. Si bien se requiere un periodo de personalización entre el dispositivo y el paciente, debido a que, dependiendo de su síndrome individual, serán las amplitudes y duración de las señales que serán generadas. Sin embargo, es más fácil para el usuario, aprender y ejecutar comandos mediante un código de señales EOG que requiere de movimientos voluntarios y tiempos personalizados; además, las señales EOG son más fáciles de interpretar y de personalizar por medio de software, con respecto a las señales EEG.

La presente invención plantea una solución sencilla al trabajar con señales que ejecutan comandos binarios tales como acercar o alejar, encender o apagar y, por lo tanto, no requieren la interpretación de planos coordenados (X, Y), siendo innecesario la ubicación en un plano cartesiano del objeto a mover.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como objeto que personas con escasa o nula motricidad o limitaciones de movimiento que les impida trasladarse de un punto a otro, cuenten con la capacidad de acercarse o alejar objetos que requieran, utilizando una diadema con decodificador y transmisor con la cual el usuario puede controlar, mediante gestos, un vehículo que contiene los objetos que necesita. Adicionalmente, un objeto de la presente invención es un vehículo porta objetos que es controlado mediante señales remotas generadas desde una diadema que interpreta gestos faciales para convertirlos en comandos e instrucciones para el vehículo.

Un objeto adicional de la presente invención es la personalización de comandos, para controlar un objeto especifico mediante movimientos oculares y guiños.

Otro objeto de la presente invención es un código de comunicación basado en gestos faciales, específicamente movimientos oculares y guiños que son convertidos a comandos específicos y transmitidos posteriormente a diferentes aparatos o equipos, para realizar acciones específicas, teniendo asignado un comando inteligente para cada aparato, de tal forma que se elimina la posibilidad de confusión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS GIGURAS

Los detalles característicos de este novedoso sistema de control remoto de objetos, aparatos o equipos mediante señales EOG, se muestran claramente en la siguiente descripción y en las figuras que se acompañan, asi como una ilustración de aquella, y siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes mostradas. Sin embargo, dichas figuras se muestran a manera de ejemplo y no deben de ser consideradas como limitativas para la presente invención.

La figura 1 representa de forma general el sistema de control remoto de objetos, aparatos o equipos mediante señales EOG, con dispositivo de adquisición de señales EOG y receptor del dispositivo decodificador para controlar objetos a distancia mediante guiños.

La figura 2 representa un diagrama bloques que muestra de manera general los componentes del dispositivo decodificador para controlar objetos a distancia mediante guiños.

La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra la adquisición de señal tipo electrooculográfica (EOG) en el emisor. La figura 4 es un diagrama de bloques que representa el circuito encargado de cambiar los niveles de referencia de ganancia dependiendo de las señales del paciente.

La figura 5 es un diagrama de bloques que representa el emisor con los puntos de prueba o referencia.

La figura 6 es un diagrama de bloques que muestra los módulos de comunicación, control, y operación del emisor.

La figura 7 muestra en un diagrama de bloques los elementos que conforman el receptor que estará instalado en el objeto a controlar.

La figura 8 muestra mediante un diagrama los puntos de prueba en el receptor.

Las figuras 9 a 11, muestran un ejemplo de un objeto a controlar.

La figura 12 muestra la secuencia lógica de operación de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención es un sistema de control remoto de objetos, aparatos o equipos mediante señales EOG, la cual se compone principalmente de: a) Un dispositivo de adquisición de señales EOG (1) colocado en un accesorio adaptable a la cabeza del usuario, b) Un receptor y transductor de señales (7) colocado en el objeto a controlar, c) Un código de señales EOG para ejecutar comandos mediante gestos faciales.

En donde, de acuerdo con la figura 1, el dispositivo de adquisición de señales EOG (1) es un accesorio adaptable, colocado en la cabeza del usuario, preferentemente con forma de diadema, al cual de forma genérica nombraremos como diadema, mismo que cuenta con tres electrodos, un electrodo de adquisición de señal positiva (2), un electrodo de adquisición de señal negativa (3) y un electrodo de referencia (4), los cuales estarán en contacto alrededor del ojo del usuario, siendo los electrodos ajustables en posición, para monitorear los movimientos oculares del usuario; donde las señales adquiridas serán recibidas, procesadas y transmitidas por medio de un emisor (5) que cuenta con una antena de emisión (6) para transmisión de señales, estando el emisor (5) soportado en el dispositivo de adquisición de señales EOG (1).

Las señales transmitidas por el emisor (5) serán recibidas por una antena de recepción (10) asociada a un receptor (7), que estará colocado en el objeto que se desea controlar. El receptor (7) se encargará de convertir las señales recibidas en comandos.

El dispositivo de adquisición de señales EOG (1) está configurado para recibir señales por parte del usuario, las cuales interpreta como un código, estando conformando el código por una combinación de gestos y movimientos que incluyen guiños del ojo, movimientos del ojo (izquierda, derecha, arriba y abajo) y tiempos de espera (te).

El inicio siempre se hace con un guiño, lo cual será interpretado por el dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1) como el inicio de una instrucción.

El dispositivo se personaliza mediante una serie de adquisiciones biológicas del paciente como el tiempo te, Para determinar si se trata de una señal EOG, se requiere hacer un ajuste de ganancia para cada usuario, ya que no es igual adquirir la señal generada por un niño, que la señal generada por un adulto mayor, lo que implica un ajuste de nivel.

Cuando el dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1) detecta que el movimiento realmente se trata de un comando de acuerdo con el código de comandos establecido, entonces el transmisor (5) envía el comando al receptor (7), colocado en el aparato que se desea controlar; el receptor (7) transmite el comando a diferentes drivers o actuadores, para que sea ejecutado.

El receptor (7) cuenta con elementos de aprendizaje (IA) para poder realizar ajustes. En caso de que el movimiento ocular no corresponda a un comando, el receptor (7) se pone a hibernar para disminuir el consumo de energía.

Con referencia a la figura 2, el diagrama de bloques muestra al emisor (5) y al receptor (7) que deberá estar colocado en el objeto que se desea controlar; tanto el emisor (5) como el receptor (7), cuentan con un radio (8 y 9), siendo el radio del emisor (8) el que emite la señal inalámbrica generada por el emisor (5) y el radio del receptor (9) el que recibe la señal. Con referencia a la figura 3, se muestra en un diagrama de bloques los componentes del emisor (5), en donde se muestran el electrodo de adquisición positiva (2), el electrodo de adquisición negativa (3) y el electrodo de referencia (4). Los electrodos (2) y (3) envían las señales al filtro Notch (11) que se encarga de filtrar las señales externas provenientes de los electrodos; una vez filtradas las señales, pasan por un amplificador analógico de señal (12) que amplifica la señal mediante un circuito selector de ganancia (13); si la señal adquirida (14) es lo suficientemente grande, entonces la señal no se amplifica y es transmitida como señal de salida (15) a través del puerto de conexión para señal amplificada, la cual se envía a un microcontrolador (16). Además de la ganancia, también es necesario cambiar el nivel de referencia mediante el circuito selector de referencia (17), el cual también sirve para proteger al paciente de posibles descargas, ya que permanentemente está censando el nivel de referencia (corriente) correcto que debe estar trabajando el aparato de forma activa y si el dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1) está en reposo, el valor de referencia se va a un valor mínimo de corriente; en caso de requerir modificar la señal de referencia se retroalimenta al electrodo de referencia (4) mediante el puerto para selector de referencia (18) del microcontrolador (16).

Adicionalmente, el transmisor cuenta con un primer circuito de carga de batería (19) y baterías (no mostradas) lo que permite un uso continuo de al menos dieciocho horas.

Con referencia a la figura 4, en donde se ejemplifica el circuito encargado de cambiar los niveles de referencia de ganancia (20) dependiendo de las señales del paciente, se tiene que en caso de que las señales no sean vistas por dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1), entonces hace un cambio de referencia. El electrodo de referencia (4) emite una señal de forma continua hacia el comparador (21), el cual compara las señales que recibe con la señal que envía el microcontrolador (16) a través del puerto de conexión del microcontrolador para selector de referencia (18), la cual compara la señal del microcontrolador con la señal del electrodo de referencia (4); la seftal (22) es la salida del convertidor analógico/digital DAC de un comparador (21); mientras que el bloque (23) representa el valor del selector de ganancia; en caso de haber algún cambio en la señal de referencia comunicada a través del puerto de conexión del microcontrolador para la señal de salida del puerto para selector de referencia (18), ésta es comparada en el comparador (21) y en caso de existir algún cambio, obtiene la señal ajustada y la envía al electrodo de referencia (4).

La figura 5 muestra un diagrama de bloques del emisor, con los puntos de referencia o prueba, en donde se pueden verificar y monitorear las señales del microcontrolador. El (16) representa al microcontrolador, mientras que el (24) representa la seftal EOG amplificada, (23) es valor del selector de ganancia, (18) es el puerto para selector de referencia en conexión con el microcontrolador (16) para comunicar la señal de salida (15) del circuito selector de referencia (17), mientras que (22) la seftal de salida del convertidor analógico/digital DAC y (25) la seftal salida del radio del emisor (8).

La figura 6 muestra el uso y comunicación de los módulos del microcontrolador (16) del emisor (5); siendo estos módulos el radio del emisor (8), que cuenta con el módulo de comunicación (26) tipo SPI, el cual permite comunicar el radio (8) con el microcontrolador (16), a través del convertidor analógico digital del microcontrolador (27), que cambia las señales de analógico a digital. El módulo de interrupciones (28) es un módulo que trabaja por medio de interrupciones, es el que indica cuál señal tiene prioridad, en caso de que reciba una señal en medio de una decodificación, no se puede atender la señal hasta que termine la decodificación en curso. El módulo (29) es un módulo temporizador que recibe las señales externas y las compara con una tabla interna/ una vez grabado el tiempo te que es el tiempo personalizado para cada paciente, por medio del módulo temporizador (29), se comparan los valores y se pueden ejecutar los comandos; el módulo de memoria (30) aloja los comandos grabados, los cuales pueden ser modificados con base a las necesidades del paciente, siendo posible personalizarlo para cada paciente; adicionalmente, el módulo de memoria (30) también guarda información relativa al entorno, tal como distancias, obstáculos, etc. El comparador (21), en caso de recibir señales pequeñas, compara y decide si se requiere una amplificación o no. El módulo (31) es un módulo integrador y el (32) es un modulador de amplitud de pulsos PWM, los cuales en conjunto forman un DAC, diferente al que previamente se habla mencionado; la ventaja es que el DAC guarda características esenciales que permiten se decodifique la señal en los tiempos específicos; el (33) es un amplificador digital y el (35) es el circuito de carga de baterías del emisor.

Continuando con la figura 6, el microcontrolador (5) cuenta además con un módulo UART (34) que se encarga de controlar los puertos y dispositivos en serie.

La figura 7 muestra los elementos mínimos necesarios en el receptor (7) para funcionar adecuadamente en comunicación con el emisor (5), dicho receptor estarla colocado en la canasta o en el objeto a controlar (40). El receptor cuenta con un radio (9) para recibir señales del emisor (5) y comunicar comandos al objeto a controlar (40). Cuenta con un módulo decodificador y comparador de comandos (41), por si existiera algún problema de comunicación, los comandos también se encuentran grabados en el módulo comparador y decodificador de comandos (41); adicionalmente, para cada emisor (5), se puede tener un número variable de receptores (7), dependiendo de la cantidad de objetos (40) a controlar y por lo tanto, los códigos para un interruptor de luz, no serán los mismos que para un vehículo portador de objetos o una televisión; adicionalmente, el receptor cuenta con un módulo de ejecución de comandos (42) que recibe la instrucción y ejecuta el comando dependiendo del objeto a controlar (40), ya que los códigos varían dependiendo del objeto, no serán interpretados de igual forma si se trata de un ventilador o un interruptor de corriente. EL receptor (7) también cuenta con un módulo de sensores (43) que censan todo el tiempo condiciones del entorno, para el caso de un vehículo, podrían ser sensores de proximidad, obstáculos, presencia, características del suelo, etc., dicho módulo de sensores está asociado a un módulo de inteligencia artificial (44) que "aprende" y realiza ajustes para que el objeto a controlar (40) pueda tener cierta autonomía; el receptor (7) cuenta además con un circuito de carga de baterías del receptor (45) que le permite un funcionamiento de 18 horas continuas con un uso mínimo. El objeto a controlar puede ser cualquier objeto que pueda ser controlado mediante circuitos electrónicos lógicos, tales como un ventilador, un interruptor, un vehículo, un televisor, etc.

La figura 8, al igual que en el emisor (5), el receptor (7) cuenta con puntos de prueba asociados al microprocesador (16), que permiten monitorear las señales que están transitando y por lo tanto, se tienen señales equivalentes a las del emisor (5), de tal forma que se tiene una conexión con el convertidor analógico digital (21), con el selector de nivel de referencia (17), con el selector de ganancia (22) y la señal EOG amplificada (24).

MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Para el presente ejemplo, la figura 9, muestra que la invención está compuesta por el dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1) y un vehículo de orugas (51) que soporta una canasta (52), que cuenta con un par de soportes (53) preferentemente metálicos, en donde se colocan los objetos a mover que requiere el usuario, y al menos un par de arneses (54) que mejoran el soporte de la canasta (52). Continuando con las figuras 9, 10 y 11, el vehículo de orugas (51), se mueve por medio de un par de orugas (55) colocadas en paralelo, propulsadas por dos ruedas motrices (56) accionadas cada una por un par motores (57) asociado uno a cada rueda motriz (56) y dos ruedas de giro libre (58), de tal forma que permiten un movimiento síncrono, asincrono u opuesto, confiriendo movilidad y maniobrabilidad al vehículo de orugas (51).

Para que el vehículo de orugas (51) responda a las necesidades del usuario, se ha generado una código de señales EOG, que son captadas por el dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1) y en viadas al emisor (5) que procesa las señales analógicas, las convierte en señales digitales y las comunica al receptor (7) ubicado en el vehículo de orugas (51); el receptor (7) decodifica las señales y las convierte en comandos u órdenes para el desplazamiento del vehículo de orugas, de acuerdo con el código de la tabla 1, en donde la distancia "A", es un valor personalizó le para cada usuario, es una medida proporcional a la distancia más larga entre el objeto y el usuario, es decir, la distancia más larga en la habitación se divide entre 6 y éste valor se le asigna a la variable "A", de tal forma que la habitación mide 6A y por lo tanto, la distancia "A" se trabaja con múltiplos, donde la máxima distancia a recorrer son 5A que se encuentra en el último comando de la tabla.

Tabla 1; Descripción de los principales comandos inteligentes con base al tiempo de espera te y las distancias A.

La figura 12 muestra mediante un diagrama de flujo, el proceso lógico de funcionamiento para el ejemplo descrito previamente, en donde primero se requiere la personalización del tiempo te (60) para cada paciente, el cual corresponde al espacio de tiempo entre dos guiftos voluntarios; una vez personalizado el tiempo te, el emisor (5) es capaz de reconocer si un movimiento ocular corresponde a una señal de tipo comando. Cuando el dispositivo de adquisición y transmisión de señales EOG (1) detecta un movimiento, debe realizar una discriminación de tiempo (61), para validar si ese movimiento corresponde a una señal EOG, en caso EOG negativo (62), el dispositivo regresa a hibernar (63) para ahorrar de energía; en caso de EOG afirmativo (64), la señal EOG es adquirida (65) y se realiza el ajuste de ganancia (66) y el ajuste de nivel (67); una vez realizados los ajustes, se realiza la validación (68), para verificar si la señal corresponde o no a un comando, en caso negativo, la señal corresponde a un no comando (69) y por lo tanto, se trata de un movimiento natural del ojo, y el dispositivo regresa a hibernar (63), en caso afirmativo, se trata de un comando (70), el emisor comunica el comando al receptor (7) , y éste a su vez realiza la interacción con los sensores (71) para obtener información del entorno y acciona los actuadores (72) para el desplazamiento del vehículo de orugas (51), ejecuta el comando (73) y adquiere retroalimentación del módulo de inteligencia artificial (44). Una vez ejecutada la instrucción, regresa a hibernar (63). El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura de este, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.