$\textbullet$ This paper deals with obstacle avoidance of a quadruped robot with a vision system and a PSD sensor. $\textbullet$ The vision system needs for obstacle recognition toward robot. $\textbullet$ Ths PSD sensor is also important element for obstacle recognition. $\textbullet$ We propose algorithm that recognizes obstacles with one vision and PSD sensor. $\textbullet$ We also propose obstacle avoidance algorithm with map from obstacle recognition algorithm. $\textbullet$ Using these algorithm, Quadruped robot can generate gait trajectory. $\textbullet$ Therefore, robot can avoid obstacls, and can move to target point.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.1029-1036
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2011
An energy-efficient reference walking trajectory generation algorithm is suggested utilizing allowable ZMP (Zero-Moment-Point) region, which maxmizes the energy efficiency for cyclic gaits, based on three-dimensional LIPM (Linear Inverted Pendulum Model) for biped robots. As observed in natural human walking, variable ZMP manipulation is suggested, in which ZMP moves within the allowable region to reduce the joint stress (i.e., rapid acceleration and deceleration of body), and hence to reduce the consumed energy. In addition, opimization of footstep planning is conducted to decide the optimal step-length and body height for a given forward mean velocity to minimize a suitable energy performance - amount of energy required to carry a unit weight a unit distance. In this planning, in order to ensure physically realizable walking trajectory, we also considered geometrical constraints, ZMP stability condition, friction constraint, and yawing moment constraint. Simulations are performed with a 12-DOF 3D biped robot model to verify the effectiveness of the proposed method.
This paper presents a three dimensional modeling and a trajectory generation for minimized impact walking of the biped robot. Inverse dynamic analysis and forward dynamic analysis are performed considering impact force between the foot and ground for determining the actuator capacity and for simulating the proposed biped walking robot. Double support phase walking is considered for close to human's with adding the kinematic constraints on the one of the single support phase.
Kinematic analysis of MTC (Muscle-Tendon Complex) units is a key indicator for diagnosis of patients with musculoskeletal disorders because the contracture or shortening of musculo-tendinous units is known to produce pathological gaits. Therefore, the principal objective of this study was to assess the length change in the triceps surae prior to and after wearing an AFO (Ankle-Foot Orthoses) in patients with musculoskeletal disorders during a gait. In this study, analyses were conducted using a Muscle Tendon Complex model coupled with the trajectory data from markers attached to anatomical landmarks. As a result, the maximum length change in the triceps surae during a gait was 4.87% when a barefoot walking group and a walking group with AFO were compared. In particular, the difference in length changes between both groups in Soleus MTC units was found to be statistically significant in all gait phases. Our results revealed that MTC length in the AFO walking group was clearly increased over that of the barefoot walking group. In the future, further studies will be required in order to more adequately assess musculoskeletal disorders using many cases studies with regard to agricultural working conditions because this study deals with the kinematic analysis of musculo-tendinous units in the case of clinical experiments.
The purpose of this study was to investigate the changes of the center of pressure (COP) trajectory in healthy elderly subjects while crossing an obstacle before and after participation in Tai Chi training. Forty healthy elderly subjects participated either in a 12-week intervention of Tai Chi training or in a health education program. The participants were divided into two groups (the experimental group and the control group). Subsequently, the participants were pre- and post-tested on crossing over an obstacle from a quiet stance. Participants in the experimental group received Tai Chi training that emphasized the smooth integration of trunk rotation, a shift in weight bearing from bilateral to unilateral support and coordination and a gradual narrowing of the lower-extremity stance three times weekly. The participants in the control group attended a health education program one hour weekly and heard lectures about general information to promote health. Performance was assessed by recording the changes in the displacement of the COP in the anteroposterior (A-P) and mediolateral (M-L) directions using a force platform. Participants in the Tai Chi group significantly increased the A-P and M-L displacement of the COP after Tai Chi training (p<.05). No significant differences in the A-P and the M-L displacement of the COP between pre-testing and post-testing in the control group were found. This study has shown that participation in Tai Chi exercise increased the magnitude of the A-P and M-L displacement of the COP, thereby improving the ability of healthy elderly participation to generate momentum to initiate gait. These findings support the use of Tai Chi training as an effective fall-prevention program for the elderly.
Jeong Im Sook;Ahn Seung Chan;Yi Jin Bok;Kim Han Sung;Kim Young Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.6
s.171
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pp.213-221
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2005
An insole type local shear force measurement system was developed and local shear stresses in the foot were measured during level walking. The shear force transducer based on the magneto-resistive principle, was a rigid 3-layer circular disc. Sensor calibrations with a specially designed calibration device showed that it provided relatively linear sensor outputs. Shear transducers were mounted on the locations of four metatarsal heads and heel in the insole. Sensor outputs were amplified, decorded in the bluetooth transmission part and then transferred to PC. In order to evaluate the developed system, both shear and plantar pressure measurements, synchronized with the three-dimensional motion analysis system, were performed on twelve young healthy male subjects, walking at their comfortable speeds. The maximum peak pressure during gait was 5.00kPa/B.W at the heel. The time when large local shear stresses were acted correlated well with the time of fast COP movements. The anteroposterior shear was dominant near the COP trajectory, but the mediolateral shear was noted away from the COP trajectory. The vector sum of shear stresses revealed a strong correlation with COP movement velocity. The present study will be helpful to select the material and to design of foot orthoses and orthopedic shoes for diabetic neuropathy or Hansen disease.
Lee, Dong-Goo;Shin, Wu-Hyeon;Kim, Tae-Jung;Lee, Jeong-Ho;Lee, Young-Seok;Hwang, Heon;Choi, Sun
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.12
no.2
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pp.170-177
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2019
In this paper, three theories for improving the stability of quadruped robot are presented. First, the Minimum-Jerk Trajectory is used to optimize the leg trajectory. Second, we compare the newly proposed sine wave and the conventional LSM in this paper based on the Jerk value. Third, we calculate the optimum stride of the sway through repetitive robot simulation using ADAMS-MATLAB cosimulation. Through the above process, the improvement of the robot walking is compared with the existing theory. First, the average gradient of the point where the leg trajectory changes rapidly was reduced from at least 1.2 to 2.9 by using the Minimum-Jerk targetory for the movement of the body and the end of the leg during the first walk, thereby increasing the walking stability. Second, the average Jerk was reduced by 0.019 on the Z-axis, 0.457 on the X-axis, and 0.02, 3D on the Y-axis by 0.479 using the Sin wave type sways presented in this paper, rather than the LSM(Longitude Stability Margin) method. Third, the length of the optimal stride for walking at least the Jerk value was derived from the above analysis, and the 20cm width length was the most stable.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the plantar pressure distribution between the affected and unaffected side in adult hemiplegia during gait with the use of a quad-cane. Methods: Thirty-four stroke patients from 34 to 83 years of age were enrolled in this study, and in random order, all patients were asked to walk at their most comfortable speed three times along a walkway with the use of quad-cane over a period of three days. Plantar pressure distribution was measured with regard to foot contact pattern and center of pressure (CoP) trajectories during the stance phase, progressing from heel-strike to toe-off. The F-scan system was used to compare the foot pressure of the affected and unaffected sides. Results: A significant reduction in the total contact area, the width of fore foot (FF) and hind foot (HF), and anterior/posterior (AP) CoP trajectory of the affected side was found. However, contact pressure of the hind foot on the affected side during walking increased when compared to that on the unaffected side. Conclusion: We demonstrated that plantar pressure distribution on the affected side of adult hemiplegia patients was generally poorer than that on the unaffected side when these patients walked with cane assistance. However, the use of a quad-cane was shown to increase contact pressure of the hind foot on the affected side because weight can be borne on the affected side during heel-strike with use of the cane.
This paper deals with the gait generation of Biped Walking Robot (IWR-III) to have a continuous walking pattern like human. For this, trajectory planning with the consideration of kick action is done in each walking step, and the coordinate transformation is done for simplifying the kinematics. The trunk moves continuously for all walking time and moves toward Z-axis. Balancing motion is acquired by FDM(Finite Difference Method) during the walking. By combining 4-types of pre-defined steps, multi-step walking is done. Using numerical simulator, dynamic analysis and system stability is confirmed. Walking motion is visualized by 3D-Graphic simulator. As a result, the motion of balancing joints can be reduced by the trunk ahead effect during kick action, and impactless smooth walking is implemented by the experiment.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.19
no.6
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pp.749-754
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2009
Two gait generation methods using GP(genetic programming) and CPG(Central Pattern Generator) are compared to develop a fast locomotion for quadruped robot. GP based technique is an effective way to generate few joint trajectories instead of the locus of paw positions and lots of stance parameters. The CPGs are neural circuits that generate oscillatory output from a input coming from the brain. Optimization for two proposed methods are executed and analysed using Webots simulation for the quadruped robot which is built by Bioloid. Furthermore, simulation results for two proposed methods are experimented in real quadruped robot and performances and motion features of GP and CPG based methods are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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