Plattform-Dokumentation

QSense Motion Intelligence Plattform - Technischer Überblick

Die QSense-Plattform ist ein modulares, hochleistungsfähiges Motion-Intelligence-System, das für die genaue Erfassung menschlicher Bewegungen in Echtzeit in anspruchsvollen realen Umgebungen entwickelt wurde. Es kombiniert tragbare IMU-Hardware, drahtlose Kommunikation, eingebettete Verarbeitung, Synchronisationstechnologie, offene APIs und Werkzeuge in einem einzigen kohärenten Ökosystem.

Diese Seite bietet einen technischen Überblick darüber, wie die QSense-Plattform aufgebaut ist, wie Daten durch das System fließen und wie die Komponenten zusammenarbeiten - vom Sensor bis zur Anwendung, vom Prototyp bis zum Produkt.

1. Überblick über die Plattform

Im Kern ist die QSense-Plattform darauf ausgerichtet, eine Frage zu beantworten:

Wie können wir menschliche Bewegungsdaten in Umgebungen, in denen es auf Genauigkeit, Timing und Robustheit ankommt, zuverlässig erfassen, synchronisieren, verarbeiten und darstellen?

Um dies zu erreichen, kombiniert QSense:

• Leistungsstarke, tragbare IMU-Sensoren
• Drahtlose Kommunikation in Echtzeit
• Deterministische Zeitsynchronisation
• Eingebettete Firmware & Bewegungsalgorithmen
• Offene SDKs und APIs
• Visualisierungs-, Einrichtungs- und Protokollierungswerkzeuge
• OEM- und Scale-up-Unterstützung

Alle Komponenten sind so konzipiert, dass sie nahtlos zusammenarbeiten und gleichzeitig modular und offen für die Integration in Ihre eigenen Systeme bleiben.

2. Systemarchitektur

Die QSense-Plattform folgt einer mehrschichtigen Architektur:

a) Sensorschicht - am Körper zu tragende IMU-Geräte

Am Rande des Systems befinden sich die tragbaren QSense IMU-Sensoren. Jeder Sensor ist integriert:

• 3-Achsen-Beschleunigungsmesser
• 3-Achsen-Gyroskop
• 3-Achsen-Magnetometer (optionale Verwendung)
• Eingebettete Verarbeitung
• Drahtlose BLE 5.2-Kommunikation
• Lokale Speicher- und Kontrollschnittstellen

Diese Sensoren sind für folgende Zwecke konzipiert:

• geringe Drift
• geringe Latenzzeit
• hohe mechanische Stabilität
• lang andauernde tragbare Nutzung
• Innen- und Außenbereiche

b) Kommunikationsschicht - Drahtloser Transport

QSense verwendet BLE 5.2 als primäre drahtlose Transportschicht. Je nach Konfiguration werden die Daten übertragen:

• direkt auf einen PC, ein Tablet oder ein mobiles Gerät
• über den QSense BLE-Dongle für maximalen Durchsatz und Stabilität
• mit dem FieldSync Hub für einen vollständig mobilen Betrieb ohne Computer

Die Kommunikationsschicht unterstützt:

• hohe Datenraten (bis zu 2 Mbps)
• Multi-Sensor-Konfigurationen
• deterministische Verbindungsintervalle
• zeitsynchroner Betrieb

c) Firmware & Verarbeitungsschicht

Jeder QSense-Sensor verfügt über eine eingebettete Firmware, die für Folgendes verantwortlich ist:

• Sensor-Konfiguration
• Datenerfassung
• Pufferung und Streaming
• Zeitsynchronisierung
• Ausführung von Algorithmen (z. B. Madgwick-Fusion)
• Qualitätsüberwachung

Diese Ebene ist optimiert für:

• Echtzeitbetrieb
• geringer Stromverbrauch
• vorhersehbares Zeitverhalten

d) Synchronisationsschicht - QSync-Architektur

Eine genaue Bewegungsanalyse hängt von einem präzisen Timing ab.

QSense implementiert eine spezielle Synchronisationsarchitektur (QSync), die Folgendes unterstützt:

• kontinuierliche drahtlose Uhrensynchronisation über Sensoren hinweg
• absolute Zeitstempel für alle Datenproben
• Abgleich zwischen den Sensoren im Sub-Millisekundenbereich

Es werden hauptsächlich zwei Modi unterstützt:

TimeSync-Modus

• Kontinuierliche Laufzeitsynchronisation
• Typische Genauigkeit < 60 µs (max < 150 µs)
• Für Analysen auf Forschungsniveau und multimodale Fusion

Modus mit niedriger Latenzzeit

• Minimale Ende-zu-Ende-Verzögerung
• Lokale Zeitstempel pro Sensor
• Drift ≤ 2 ms pro Minute
• Für geschlossene Kreisläufe und interaktive Anwendungen

Dies ermöglicht eine saubere Ausrichtung mit:

• EMG
• EKG / PPG
• Kraftmessplatten
• Video
• externe Auslöser

e) SDK & API-Schicht - Datenzugriff

QSense stellt Bewegungsdaten über offene, dokumentierte Schnittstellen zur Verfügung.

Folgende Schnittstellen sind verfügbar:

• C# / .NET API
• Integration der Einheit
• Python-Schnittstelle (für die Forschung)
• MATLAB-Schnittstelle (auf Anfrage)
• Native iOS-API (Beta)

Die API-Schicht ermöglicht es Ihnen,:

• Geräte konfigurieren
• Streaming und Protokollierung kontrollieren
• Zugriff auf Rohdaten oder fusionierte Daten
• Verwaltung von Multi-Sensor-Konfigurationen
• Metadaten und Qualitätsindikatoren abrufen

QSense APIs sind dafür ausgelegt:

• transparent
• deterministisch
• Entwicklerfreundlich
• geeignet für Produktionssysteme

f) Anwendung & Werkzeugschicht

Über die Plattform hinaus bietet QSense Werkzeuge für:

• Sensorzuordnung und Kalibrierung
• Live-3D-Visualisierung
• Aufzeichnung und Export
• Systemvalidierung

Dazu gehören:

• Windows-Setup & Visualisierungsanwendung
• Mobile Demo-Anwendungen
• FieldSync Hub-Schnittstelle
• Hochgeschwindigkeits-Download-Tooling
• Anwendungsbeispiele und Referenzimplementierungen

Diese Tools beschleunigen die Einrichtung, verringern die Integrationsprobleme und unterstützen die Validierung.

3. Datenfluss - vom Sensor zur Anwendung

Ein typischer Datenpfad in der QSense-Plattform sieht wie folgt aus:

1. IMU-Sensor zur Erfassung von Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit und Magnetfeld
2. Firmware verarbeitet Daten
3. (fakultativ) Fusionsalgorithmen berechnen die Orientierung
4. Proben werden mit einem Zeitstempel versehen und synchronisiert
5. Daten werden drahtlos über BLE übertragen
6. Daten werden von Dongle, Hub oder nativem BLE-Stack empfangen
7. API-Schicht macht Daten für Ihre Anwendung zugänglich
8. Ihre Anwendung verarbeitet, visualisiert oder speichert die Daten

Diese Architektur unterstützt:

• Echtzeit-Streaming
• Offline-Protokollierung (über den FieldSync HUB)
• hybride Arbeitsabläufe
• geregelte Rückkopplungssysteme

4. Datentypen und Ausgabeformate

Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Datendarstellungen. QSense unterstützt:

Sensor-Rohdaten

• Beschleunigungsmesser
• Gyroskop
• MagnetometerFür volle Kontrolle, benutzerdefinierte Algorithmen und Transparenz in der Forschung.

Gesicherte kinematische Daten

• Stabile Orientierungs- und Bewegungsschätzungen Für Biomechanik, Haltungs- und Belastungsanalysen.

Quaternion-Daten (6DoF / 9DoF)

• Orientierungsausgabe in EchtzeitFür Bewegungserfassung, XR, Robotik und Steuerung.

BVH (Biovision-Hierarchie)

• Darstellung von SkelettbewegungenFür Animation, Simulation und XR-Pipelines.

Gemischter Modus

• Kombinieren Sie Raw + Fused + Quaternion in einer Sitzung. Für hybride Arbeitsabläufe.

Alle Ausgänge teilen sich:

• einheitliche Zeitstempel
• synchronisierte Zeitbasis
• konfigurierbare Abtastraten (1-800 Hz je nach Konfiguration)

5. Typische Plattform-Konfigurationen

Die QSense-Plattform wird je nach Anwendung in verschiedenen Konfigurationen eingesetzt:

Labor-/Klinikeinrichtung

• Mehrere IMU-Sensoren
• BLE-Dongle
• Windows-Anwendung
• TimeSync-ModusFür Biomechanik, Rehabilitation und Validierungsstudien.

Feld-/Außeneinrichtung

• IMU-Sensoren + FieldSync Hub
• Vollständig tragbar, kein Laptop oder Telefon
• Hohe RobustheitFür Sport, Biomechanik im Freien und Überwachung im täglichen Leben.

XR / Interaktive Einrichtung

• IMU-Sensoren
• Direktes Streaming zum Headset (kein Funk-Dongle erforderlich)
• Unity / Unreal Integration
• Modus "Niedrige Latenz". Für Avatarsteuerung und Feedback in Echtzeit.

OEM/Eingebettetes Setup

• Bare PCB oder kundenspezifisches Gehäuse
• Kundenspezifische Firmware und Algorithmen
• Direkte API-IntegrationFür kommerzielle Produkte.

6. Algorithmen und Verarbeitung

QSense bietet integrierte Unterstützung für:

• 6DoF Madgwick-Fusion
• 9DoF Madgwick-Fusion
• Kompensation magnetischer Störgrößen
• Kompensation der Kreiselvorspannung
• Qualitätsindikatoren

Die Rohdaten sind jederzeit verfügbar und ermöglichen:

• individuelle Fusionsstrategien
• Pipelines für maschinelles Lernen
• bereichsspezifische Verarbeitung
• Reproduzierbarkeit der Forschung

7. Werkzeuge und Softwarekomponenten

Die Plattform umfasst:

• Windows-Setup & Visualisierungsanwendung
• Mobile Demo-Anwendungen (Android / iOS)
• FieldSync Hub-Software
• Hochgeschwindigkeits-Download-Tooling für Logger
• Beispielcode und Referenzprojekte

Diese Werkzeuge unterstützen:

• Einrichtung
• Kalibrierung
• Validierung
• Fehlersuche
• Vorführung

8. Vom Prototyp zum Produkt

Die QSense-Plattform ist auf Skalierbarkeit ausgelegt.

Sie können dieselbe Kerntechnologie verwenden, um:

• Konzepte validieren
• Lotsen
• Anwendungen erstellen
• in Produkte einbetten
• Skalierung auf Serienproduktion

Durch 2M Engineering bietet QSense:

• kundenspezifische Geräteentwicklung
• Algorithmusentwicklung
• Datenkalibrierung und -validierung
• DFM-Unterstützung
• EVT / DVT / PVT-Anleitung
• Unterstützung von Produktion und Lieferkette

Dadurch wird sichergestellt, dass die Prototypen bei der Überführung in die Produktion nicht an technische Grenzen stoßen.

9. Konzipiert für den Einsatz in der Praxis

Die QSense-Plattform wurde entwickelt für:

• unvorhersehbare Umgebungen
• langanhaltender Verschleiß
• Außenanwendung
• Hochbetriebsszenarien
• professionelle Arbeitsabläufe

Es wird verwendet in:

• klinische Rehabilitation
• sportliche Leistung
• industrielle Ergonomie
• Verteidigung & taktische Ausbildung
• XR & Simulation
• Forschungsumgebungen

Der gemeinsame Nenner:

realen Bedingungen, bei denen Genauigkeit, Timing und Robustheit entscheidend sind.

10. Offen durch Design

QSense ist auf dem Prinzip aufgebaut, dass:

Ihre Daten sind Ihre Daten.

Wir sperren Sie nicht ein:

• proprietäre Dashboards
• geschlossene Formate
• Blackbox-Pipelines

Stattdessen bieten wir:

• Rohzugang
• dokumentierte APIs
• exportierbare Formate
• transparente Abwicklung

So behalten Sie die Kontrolle über:

• Ihre Architektur
• Ihr Fahrplan
• Ihre Produktstrategie

11. Zusammenfassung

Die QSense Motion Intelligence Platform ist ein komplettes, modulares System zur Erfassung, Synchronisierung und Verarbeitung von menschlichen Bewegungsdaten in anspruchsvollen realen Umgebungen.

Es kombiniert:

• leistungsstarke tragbare Hardware
• deterministisches Zeitverhalten
• offene Integration
• Echtzeitfähigkeit
• und OEM-Skalierbarkeit

zu einer kohärenten Plattform.

Ganz gleich, ob Sie eine Forschungseinrichtung, ein interaktives Schulungssystem oder ein kommerzielles Produkt entwickeln - QSense bietet die technische Grundlage, auf der Sie aufbauen können.

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