• 한국정밀공학회지
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• 제25권8호
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• pp.104-110
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• 2008

The aim of this study ultimately is verifying that PGO gait is more efficient than RGO fur paraplegics because the air muscle assists hip flexion power in heel off movement. The gait characteristics of the paraplegic wearing the PGO or RGO are compared with that of a normal person. PGO with air muscles was used to analyze the walking of patients with lower-limb paralysis, and the results showed that the hip joint flexion and pelvic tilt angle decreased in PGO. In comparison to RGO gait, which is propelled by the movements of the back, PGO uses air muscles, which decreases the movement in the upper limb from a stance phase rate of 79$\pm$4%(RGO) to 68$\pm$8%. The energy consumption rate was 8.65$\pm$3.3 (ml/min/Kg) for RGO, while it decreased to 7.21t2.5(ml/min/Kg) for PGO. The results from this study show that PGO decreases energy consumption while providing support for patients with lower-limb paralysis, and it is helpful in walking for extended times.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.400-405
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• 2021

본 연구에서는 인장 시 에너지 하베스팅을 하는 Polyvinylidene Fluoride(PVDF) 리본 하베스터를 신발에 접목한 스마트 슈즈의 에너지 하베스팅 효율을 증가시키기 위한 복합재료 프레임을 설계하였다. 프레임의 하중방향 변형량을 최소화하기 위해 이방성 재료인 탄소 연속 섬유를 사용하여 설계하고 3D 프린터를 이용하여 복잡한 형상을 제작하였다. 보행 시 발생하는 하중에 의한 안창과 중창의 변형량을 계산하기 위해 스프링 요소를 이용하여 안창과 중창을 모델링 하였다. 유한요소 해석을 사용하여 보행 시 스마트 슈즈에 장착된 리본형 하베스터의 인장량을 계산하였다. 예측된 하베스터의 최종 인장 길이 정보는 스마트 슈즈의 에너지 하베스팅 효율 증대에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.1266-1273
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• 2013

본 연구에서는 double rocker sole을 채용한 기능성(complex function double rocker sole; CDR) 신발과 negative-heel rocker sole(NR)을 채용한 신발의 보행 중 에너지 소비량을 비교하여 보행시 에너지 사용을 증가시킬 수 있는 기능성 신발에 대한 기초자료를 제공하고자 하였다. 이를 위해 2011년 3~8월까지 40~50대 중년여성 11명을 대상으로 inbody 4.0 (Biospace, Korea)로 체성분 검사와 Vmax ST(SensorMedics, USA)로 운동부하 심폐기능 검사를 실시한 후, 분당 보행에너지 소비량(walking energy cost per time; WECt)과 심박수 운동강도(Heart rate intensity; HRi)를 산출하였다. 연구 결과, CDR신발은 NR신발에 비하여 심박수 운동강도의 통계적 유의차 없이 분당 보행에너지 소비량과 총 칼로리 소비량이 높게 나타나, CDR신발은 동일한 운동 조건 속에서 자각적 운동강도를 증가시키지 않고 운동량을 증가시킬 수 있으므로 에너지소모량을 높이고자 하는 사람에게 적합할 것으로 생각된다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제28권7호
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• pp.1044-1052
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• 2015

The aim of this modelling study was to investigate the effect of large herd size (and land areas) on walking distances and milking interval (MI), and their impact on milk yield and economic penalties when 50% of the total diets were provided from home grown feed either as pasture or grazeable complementary forage rotation (CFR) in an automatic milking system (AMS). Twelve scenarios consisting of 3 AMS herds (400, 600, 800 cows), 2 levels of pasture utilisation (current AMS utilisation of 15.0 t dry matter [DM]/ha, termed as 'moderate'; optimum pasture utilisation of 19.7 t DM/ha, termed as 'high') and 2 rates of incorporation of grazeable complementary forage system (CFS: 0, 30%; CFS = 65% farm is CFR and 35% of farm is pasture) were investigated. Walking distances, energy loss due to walking, MI, reduction in milk yield and income loss were calculated for each treatment based on information available in the literature. With moderate pasture utilisation and 0% CFR, increasing the herd size from 400 to 800 cows resulted in an increase in total walking distances between the parlour and the paddock from 3.5 to 6.3 km. Consequently, MI increased from 15.2 to 16.4 h with increased herd size from 400 to 800 cows. High pasture utilisation (allowing for an increased stocking density) reduced the total walking distances up to 1 km, thus reduced the MI by up to 0.5 h compared to the moderate pasture, 800 cow herd combination. The high pasture utilisation combined with 30% of the farm in CFR in the farm reduced the total walking distances by up to 1.7 km and MI by up to 0.8 h compared to the moderate pasture and 800 cow herd combination. For moderate pasture utilisation, increasing the herd size from 400 to 800 cows resulted in more dramatic milk yield penalty as yield increasing from c.f. 2.6 and 5.1 kg/cow/d respectively, which incurred a loss of up to $AU 1.9/cow/d. Milk yield losses of 0.61 kg and 0.25 kg for every km increase in total walking distance (voluntary return trip from parlour to paddock) and every one hour increase in MI, respectively. The high pasture utilisation combined with 30% of the farm in CFR in the farm increased milk yield by up to 1.5 kg/cow/d, thereby reducing loss by up to $0.5/cow/d (c.f. the moderate pasture and 800 cow herd scenario). Thus, it was concluded that the successful integration of grazeable CFS with pasture has the potential to improve financial performance compared to the pasture only, large herd, AMS.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제19권5호
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• pp.519-530
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• 1998

본 논문에서는 하지 전단 환자의 보행 성능을 개선하고, 활동성을 증대시긴 목적으로 에너지 저장형 의족의 유연 용골 선계를 위한 기초 연구를 수행하였다. 문헌에서 얻을 수 있는 2차원 시상면에서의 정성걸음새와 인체측정 데이터를 분석하여, 의족의 유연 용골 기초 구조 모델을 제시하였다. 기초 구조 모델은 단순한 빔과 선혈 회전 스프링 ·댐퍼로 구성되었다. 고강도 경량 소재를 의족의 유연 용골 기초 구조에 적용하기 위해 탄소섬유 강화 복합재료를 용골의 기초 구조 소재로 선정하였다. 빔의 형상 변화에 따른 복원변형에너지를 유한요소해석에 의해 계산해내고, 빔형상 변화가 설계변수가 될 수 있음을 제시하였다. 복원변형에너지를 많이 저장할 수 있는 유연 용골 구조의 설계를 위해, 직교배열표를 이용한 조지전 시뮬레이션 계획을 세우고, 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 계획에 따른 유한요소해석을 수행하고, 분산활석을 통해 효과적인 에너지 저장형 의족의 유연 용골 구조를 얻어냈다. 유연 용골 구조를 이용한 의족걸음새의 동적 시뮬레이션 모델을 완성하고, 한 보행 사이클 동안의 동적 해석을 수행하였다. 그리하여 의족 시스템 개발을 위한 효과적 설계 과정이 제시되었다.

• 전자공학회논문지CI
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• 제48권2호
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• pp.127-137
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• 2011

본 논문에서는 3축 가속도 센서를 이용하여 사람이 보행 시 발생하는 센서 데이터를 획득하여 실시간 걸음 수 검출과 활동량으로 변환 가능한 웨어러블 디바이스를 개발하였다. 피험자 59명을 대상으로 트레드밀에서 호흡가스대사분석기(K4B2), Actical 그리고 본 연구에서 개발된 디바이스를 착용 후 36분 동안 테스트 프로토콜에 따라 느리게 걷기, 걷기, 빠르게 걷기, 천천히 뛰기, 뛰기, 빠르게 뛰기 등의 다양한 걸음 속력에서 테스트를 진행하였다. 3축 가속도 센서의 X, Y, Z축 출력 값을 하나의 대표 값으로 처리하는 신호벡터크기(Signal Vector Magnitude :SVM)를 사용하였다. 또한 정확한 걸음 수를 검출하기 위해 휴리스틱 알고리즘(Heuristic Algorithm :HA)을 제안하고 적응적인 임계값 알고리즘(Adaptive Threshold Algorithm :ATA), 적응적인 잠금 구간 알고리즘(Adaptive Locking Period Algorithm :ALPA)을 제안한다. 그리고 인체 활동량 측정을 위하여 가속도 센서 출력 데이터와 피험자 정보를 이용하여 에너지소비량(Energy Expenditure :EE)을 추정하는 회귀식을 도출하였다. 실험결과 제안하는 알고리즘의 걸음 수 인식률은 97.34%를 보였으며 활동량 변환 알고리즘도 Actical의 성능보다 1.61% 향상 되었다.

• 한국전문물리치료학회지
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• 제20권1호
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• pp.18-27
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• 2013

The purpose of this study was to compare the ring lock type knee-ankle-foot orthosis (KAFO) with newly developed 4-bar linkage KAFO on the gait characteristics of persons with poliomyelitis clinically. This 4-bar linkage is the stance control type KAFO which provide the stability during stance phase and knee flexion during swing phase. Two subjects participated in this study voluntarily. We provided the customized 4-bar linkage KAFO then asked the subjects to walk in level surface and stairs under the two different KAFO conditions. The characteristics of gait in the persons with poliomyelitis were evaluated using a 3D motion analysis system and force plate. Additionally 6 minute walk test for physiological cost index were conducted using pulse oximeter to measure the energy consumption. In the results of this study, the differences of 4-bar linkage KAFO compared with ring lock type KAFO are as follows: (1) Walking speed, stride length, and step length on level increased in subjects, (2) The gait symmetry was improved by generated knee flexion and decreased pelvic external rotation on level and stairs walking, (3) Decreased vertical excursion of center of mass and pelvic elevation during swing phase was decreased on level, (4) Knee extension moment, hip flexion moment, hip and knee internal rotation moment of non-braced limb were decreased on level walking, (5) Walking speed in 6-minute walk test was increased and physiological cost index was decreased. These findings indicate that 4-bar linkage KAFO compared with ring lock type KAFO is effective in enhancing pattern, endurance, and energy consumption in level surface and stairs walking.

• 한국정밀공학회지
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• 제29권3호
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• pp.346-353
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• 2012

The purpose of this study is to verify the energy efficiency of the integrated system combining human and a lower extremity exoskeleton robot when it is applied to the proposed gait pattern. Energy efficient gait pattern of the lower limb was proposed through leg function distribution during stance phase and the dynamic-manipulability ellipsoid (DME). To verify the feasibility and effect of the redefined gait trajectory, simulations and experiments were conducted under the conditions of walking on level ground and ascending and descending from a staircase. Experiments to calculate the metabolic cost of the human body with or without the assistance of the exoskeleton were conducted. The energy consumption of the lower extremity exoskeleton was assessed, with the aim of improving the efficiency of the integrated system.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제22권6호
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• pp.543-550
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• 2001

본 연구에서는 하퇴 절단환자에서 고정형. 단축형, 다축형 인공족관절 장착시 지면반발력과 에너지 소비량을 측정하여 하퇴의지에 대한 생체역학적 평가를 하였다. 실험에는 각각 2명의 남성과 여성 하퇴 절단 환자가 3종류의 의지를 착용하고 참여하였으며. 3차원 보행분석은 7개의 기준점에 대하여 전체 입각기에 대한 지면 반발력의 체중에 대한 비율로 나타내었다. 하퇴의지 에너지 소비량은 피 실험자들이 각각 2km/h, 3km/h 그리고 가장 걷기 편한 속도로 런닝머신 위에서 보행하게 하면서 측정하였다 실험결과는 지면반발력에서 다축형 인공족관절 장착시 추진력과 후진력의 보행특성에 대하여 우위를 보이며, 고정형 인공족관절 장착시에는 보행균형과 무게중심의 이동에 대해 상대적인 우위를 보였다. 에너지 소비량은 2.3km/h 이상의 보행속도에서 단축형 인공족관절 장착시 다른 두 의지에 비해 적은량의 에너지 소비를 보였다.

• 대한전기학회논문지:시스템및제어부문D
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• 제55권7호
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• pp.319-326
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• 2006

This paper proposes a novel fault-tolerant gait for Quadruped robots using energy stability margins. The previously developed fault-tolerant gaits for quadruped robots have a drawback of having marginal stability margin, which may lead to tumbling. In the process of tumbling, the potential energy of the center of gravity goes through a maximum. The larger the difference between the potential energy of the center of gravity of the initial position and that of this maximum, the less the robot tumbles. Hence this difference of potential energy, dubbed as Energy Stability Margin (ESM), can be regarded as the stability margin. In this paper, a novel fault-tolerant gait is presented which gives positive ESM to a quadruped robot suffering from a locked joint failure. Positive ESM is obtained by adjusting foot positions between leg swing sequences. The advantage of the proposed fault-tolerant gait is demonstrated in a case study where a quadruped robot with a failed leg walks on a even slope.