Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.10
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pp.913-922
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2014
This paper describes design of a robotic above-knee prosthetic leg which is powered by electrical motors. As a special feature, the robotic prosthetic leg has enough D.O.F.s. For mimicking the human leg, the robotic prosthetic leg is composed of five joints. Three of them are called 'active joint' which is driven by electrical motors. They are placed at the knee-pitch-axis, the ankle-pitch-axis, and the an! kle-roll-axis. Every 'active joint' has enough torque capacity to overcome ground reaction forces for walking and is backlashless for accurate motion generation and high-performance balance control. Other two joints are called 'passive joint' which is activating by torsion spring. They are placed at the toe part and designed by Crank-rocker mechanism using kinematic design approach. In order to verify working performance of the robotic prosthetic leg, we designed a gait trajectory through motion capture technique and experimentally applied it to the robot.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.1
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pp.89-96
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2005
This paper is concerned with a balancing motion formulation and control of the ZMP (Zero Moment Point) for a biped-walking robot that has a prismatic balancing weight or a revolute balancing weight. The dynamic stability equation of a walking robot which have a prismatic balancing weight is conditionally linear but a walking robot's stability equation with a revolute balancing weight is nonlinear. For a stable gait, stabilization equations of a biped-walking robot are modeled as non-homogeneous second order differential equations for each balancing weight type, and a trajectory of balancing weight can be directly calculated with the FDM (Finite Difference Method) solution of the linearized differential equation. In this paper, the 3dimensional graphic simulator is developed to get and calculate the desired ZMP and the actual ZMP. The operating program is developed for a real biped-walking robot IWRⅢ. Walking of 4 steps will be simulated and experimented with a real biped-walking robot. This balancing system will be applied to a biped humanoid robot, which consist legs and upper body, as a future work.
Journal of the Korean Society of Physical Medicine
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v.5
no.3
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pp.445-453
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2010
Purpose : The purpose of this study was to investigate the effect of pelvic tilt exercise with changing the body position on foot contact pattern in the hemiplegic patients. Methods : Thirty seven hemiplegic patients were randomly divided 3 groups; control group (CG), sitting exercise group (SIEG) and standing exercise group (STEG). F-mat system and F-scan system were used for the measurement of foot contact pattern of hemiplegic side in walking. Data were analyzed statistically using paired t-test and one-way ANOVA. Results : The results were as follows : 1) Contact area of CG and SIEG were not significant difference in walking. Contact area of STEG was significant increased in walking. 2) Anteroposterior distance of COP of SIEG and STEG were significant increased in walking. Conclusion : These results suggest that pelvic tilt exercise in sitting and standing position are effective in the improvement of Anteroposterior distance of COP and gait stability are increased in only standing position.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.4
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pp.299-309
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2014
When biped robots make turns, the ability to walk stably and precisely along any circular path is crucial. In this context, inverse kinematics solutions are found for accurate gait realization, and new zero moment point(ZMP) equations are derived with respect to the cyclindrical coordinate system to facilitate generation of stable walking patterns. Then, appropriate steady and transitional walking patterns are both proposed in form of time functons. Subsequently, walking patterns for a path but of different speeds are generated using the functions and associated formulas, and preliminarily checked for stability based on the ZMP equations. Upon comparison of those cases, one can see how and when robots may fall down during circular walking. Finally, those patterns are put to test on the sample robot by ADAMS(R) along with the inverse kinematics solutions and a new balance control scheme compensating for insufficient stability particulary during the initial transition period. Test results show that the robot can walk along the circular path as predicted at a resonably high speed despite the distributed mass and ground contact effects, validating effectiveness of the suggested approach.
It is necessary to develop the simulator for the test of stability and torque before the walking experiment of biped robot, because a robot may be damaged in an actual experiment. This thesis deals with the development of three-dimensional simulator for improving efficiency and safety during development and experimentation. The simulator is composed of three parts-solving dynamics, rendering pictures and communicating with the robot. In the first part, the D-H parameter and parameter of links can be loaded from the file and edited in the program. The results are obtained by using the Newton-Euler method and are stored in the file. Through the above process, the proper length of link and driving force can be found by using simulator before designing the robot. The second part is organized so that the user can easily see a specific value or a portion he wants by setting viewing parameters interactively. A robot is also shown as a shaded rendering picture in this part. In the last part, the simulator sends each desired angle of joints to the robot controller and each real angle of joints is taken from the controller and passed to the second part. The safety of the experiment is improved by driving the robot after checking whether the robot can be actuatable or not and whether the ZMP is located within the sole of the foot or not for a specific gait. The state of the robot can be easily grasped by showing the shaded rendering picture which displays the position of the ZMP, the driving force and the shape of robot.
International journal of advanced smart convergence
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v.9
no.1
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pp.202-208
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2020
Body balance necessary for ordinary daily activities can be undermined by diverse causes. In this study, as a way to control such a problem, we have produced smart insole as a wearable device in the form of insole and developed analysis software evaluating body balance, which measures ground reaction force applied to each area of sole and Center of Pressure (COP). The software visualized changes in COP positions while a user was moving and average COP positions, and it is also capable of measuring the COP values in the Anterior-Posterior (AP) and Medial-Lateral (ML) areas of feet. Through gait analysis, it can analyze the time of walking, strides, speed, COP trajectory while walking, etc. In addition, we have developed training contents for body balance improvement designed in consideration of Y-Balance Test and Timed Up and Go (TUG) Test. They were established in virtual reality similar to daily living environment so that people can expect more effective training results regardless of places.
Purpose: The purpose of this study was to describe the effects of neck and trunk stabilization exercise on the onset time of trunk muscle contraction in the elderly. Methods: Elderly subjects were divided into 2 groups: a neck and trunk stabilization exercise group (NTSG) and a control group (CG). The NTSG performed both neck and trunk stabilization exercises and the CG performed gait training on a treadmill, at 30 min per session, 3 times per week, over 8 weeks. Surface electromyography was employed to measure the onset times of trunk muscle contractions in the right anterior deltoid, rectus abdominis, external oblique abdominis, internal oblique abdominis, and erector spinae muscles. Results: The NTSG subjects showed earlier and statistically significant onset of contraction in trunk muscles as compared to the CG. Conclusion: The combination of neck and trunk stabilization exercises may more effectively improve the onset of muscle contractions in the elderly than other types of exercise. The present study's findings may be used as basic data for the development of exercise programs suitable to the elderly, specifically for the design of home exercise programs.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.4
s.181
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pp.75-82
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2006
In this paper, we propose an optimal trajectory for biped robots to move up-and-down stairs using a genetic algorithm and a computed-torque control for biped robots to be dynamically stable. First, a Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA) which of operators are composed of reproduction, crossover and mutation is used to minimize the total energy. Constraints are divided into equalities and inequalities: Equality constraints consist of a position condition at the start and end of a step period and repeatability conditions related to each joint angle and angular velocity. Inequality constraints include collision avoidance conditions of a swing leg at the face and edge of a stair, knee joint conditions with respect to the avoidance of the kinematic singularity, and the zero moment point condition with respect to the stability into the going direction. In order to approximate a gait, each joint angle trajectory is defined as a 4-th order polynomial of which coefficients are chromosomes. The effectiveness of the proposed optimal trajectory is shown in computer simulations with a 6-dof biped robot that consists of seven links in the sagittal plane. The trajectory is more efficient than that generated by the modified GCIPM. And various trajectories generated by the proposed GA method are analyzed in a viewpoint of the consumption energy: walking on even ground, ascending stairs, and descending stairs.
In the last years, it has become possible to regain some locomotor activity in patients with incomplete spinal cord injury (SCI) through intense training on a treadmill. The ideas behind this approach owe much to insights derived from animal studies. Many studies showed that cats with complete spinal cord transection(spinalized animals) can recover locomotor function. These observations were at the basis of the concept of the central pattern generator located at spinal level. The neural system responsible for the locomotor restoration in both cats and humans is thought to be located at spinal level and is referred to as the central pattern generator(CPG). The evidence for such a spinal CPG in human is emphasis on some recent developments which support the view that there is a human spinal CPG for locomotion. An important element in afferent inputs for both spinal injured cats and humans is the provision of adequate sensory input related locomotor, which can possibly activate and/or regulate the spinal locomotor circuitry This review article deals with the afferent control of the central pattern generator. Furthermore, the application of adequate afferent inputs related locomotor for stroke patients will be able to facilitate locomotion ability, which is automatic, cyclic, rhythmic. These insights can possibly contribute to a better therapeutic approach for the rehabilitation of gait in patients with stroke.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.1
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pp.10-18
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2003
This paper presented a design and control of a biped walking RGO(robotic gait orthosis) and its simulation. The biped walking RGO was distinguished from the other one by which had a very light-weight and a new RGO system will be made of 12-servo motors and 12-controllers. The vibration evaluation of the dynamic PLS(posterior leaf splint) on the biped walking RGO was used to access by the 3-axis accelerometer with a low frequency vibration of less than 30 Hz. The galt of the biped walking RGO depends on the constrains of mechanical kinematics and the initial posture. The stability of dynamic walking was investigated by analyzing the ZMP (zero moment point) of the biped walking RGO. It was designed according to the human wear type and was able to accomodate itself to the environments of S.C.I. Patients. The Joints of each leg were adopted with a good kinematic characteristics. To analyse joint kinematic properties. we made the strain stress analysis of the dynamic PLS and the analysis study of FEM with a dynamic PLS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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