Ahn Seung Chan;Hwang Sung Jae;Kang Sung Jae;Kim Young Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.10
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pp.196-203
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2004
In this study, a new gait phase detection system using both FSR(Force Sensing Resister) sensors and a gyrosensor was developed to detect various gait patterns. FSR sensors were put in self-designed shoe insoles and a gyrosensor was attached to the posterior aspect of a shoe. An algorithm was also developed to determine eight different gait transitions among four gait phases: heel-strike, foot-flat, heel-off and swing. The developed system was compared with the conventional gait phase detection system using only FSR sensors in various gait experiments such as level walking, fore-foot walking and stair walking. In fore-foot walking and stair walking, the developed system showed much better accuracy and reliability to detect gait phases. The developed gait phase detection system using both FSR sensors and a gyrosensor will be helpful not only to determine pathological gait phases but to apply prosthetics, orthotics and functional electrical stimulation to patients with gait disorders.
Ahn Seung Chan;Hwang Sung Jae;Kang Sung Jae;Kim Young Ho
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.26
no.3
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pp.145-150
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2005
A new gait detection system using both FSR (force sensing resistor) sensors and a gyrosensor was developed to detect various gait patterns. FSR sensors were put in self-designed shoe insoles and a gyrosensor was attached to the heel of a shoe. An algorithm was also developed to determine eight different gait transitions during four gait phases: heel-strike, foot-flat, heel-off and swing. The developed system was evaluated from nine heathy mans and twelve hemiplegic patients. Healthy volunteers were asked to walk in various gait patterns: level walking, fore-foot walking and stair walking. Only the level walking was performed in hemiplegic patients. The gait detection system was compared with a optical motion analysis system and the outputs of the FSR sensors. In healthy subjects, the developed system detected successfully more than $99\%$ for both level walking and fore-foot walking. For stair walking, the successful detection rate of the system was above$97\%$. In hemiplegic patients, the developed system detected approximately 98% of gait transitions. The developed gait phase detection system will be helpful not only to determine pathological gait phases but also to apply prosthetics, orthotics and functional electrical stimulation for patients with various gait disorders.
Park, Sun-Woo;Sohn, Ryang-Hee;Ryu, Ki-Hong;Kim, Young-Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.2
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pp.145-152
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2010
Gait phase detection is important for evaluating the recovery of gait ability in patients with paralysis, and for determining the stimulation timing in FES walking. In this study, three different motion sensors(tilt sensor, gyrosensor and accelerometer) were used to detect gait events(heel strike, HS; toe off, TO) and they were compared one another to determine the most applicable sensor for gait phase detection. Motion sensors were attached on the shank and heel of subjects. Gait phases determined by the characteristics of each sensor's signal were compared with those from FVA. Gait phase detections using three different motion sensors were valid, since they all have reliabilities more than 95%, when compared with FVA. HS and TO were determined by both FVA and motion sensor signals, and the accuracy of detecting HS and TO with motion sensors were assessed by the time differences between FVA and motion sensors. Results show of that the tilt sensor and the gyrosensor could detect gait phase more accurately in normal subjects. Vertical acceleration from the accelerometer could detect HS most accurately in hemiplegic patient group A. The gyrosensor could detect HS and TO most accurately in hemiplegic patient group A and B. Valid error ranges of HS and TO were determined by 3.9 % and 13.6 % in normal subjects, respectively. The detection of TO from all sensor signals was valid in both patient group A and B. However, the vertical acceleration detected HS validly in patient group A and the gyrosensor detected HS validly in patient group B. We could determine the most applicable motion sensors to detect gait phases in hemiplegic patients. However, since hemiplegic patients have much different gait patterns one another, further experimental studies using various simple motion sensors would be required to determine gait events in pathologic gaits.
Kim, JeongKyun;Bae, Myung-Nam;Lee, Kang Bok;Hong, Sang Gi
ETRI Journal
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v.42
no.1
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pp.46-53
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2020
Gait analysis is an effective clinical tool across a wide range of applications. Recently, inertial measurement units have been extensively utilized for gait analysis. Effective gait analyses require good estimates of heel-strike and toe-off events. Previous studies have focused on the effective device position and type of triaxis direction to detect gait events. This study proposes an effective heel-strike and toe-off detection algorithm using a smart insole with inertial measurement units. This method detects heel-strike and toe-off events through a time-frequency analysis by limiting the range. To assess its performance, gait data for seven healthy male subjects during walking and running were acquired. The proposed heel-strike and toe-off detection algorithm yielded the largest error of 0.03 seconds for running toe-off events, and an average of 0-0.01 seconds for other gait tests. Novel gait analyses could be conducted without suffering from space limitations because gait parameters such as the cadence, stance phase time, swing phase time, single-support time, and double-support time can all be estimated using the proposed heel-strike and toe-off detection algorithm.
Lim, Dong Hwan;Kim, Wan Soo;Ali, Mian Ashfaq;Han, Chang Soo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.12
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pp.1065-1072
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2015
This paper is about the development of an insole sensor system that can determine the model of an exoskeleton robot for lower limb that is a multi-degree of freedom system. First, the study analyzed the kinematic model of an exoskeleton robot for the lower limb that changes according to the gait phase detection of a human. Based on the ground reaction force (GRF), which is generated when walking, to proceed with insole sensor development, the sensing type, location, and the number of sensors were selected. The center of pressure (COP) of the human foot was understood first, prior to the development of algorithm. Using the COP, an algorithm was developed that is capable of detecting the gait phase with small number of sensors. An experiment at 3 km/h speed was conducted on the developed sensor system to evaluate the developed insole sensor system and the gait phase detection algorithm.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.170-178
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2005
The purpose of this study is to develop a gait-event detection system, which is necessary for the cycle-to-cycle FES control of locomotion. Proposed gait event detection system consists of a signal measurement part and gait event detection part. The signal measurement was composed of the sensors and the LabVIEW program for the data acquisition and synchronization of the sensor signals. We also used a video camera and a motion capture system to get the reference gait events. Machine learning technique with ANN (artificial neural network) was adopted for automatic detection of gait events. 2 cycles of reference gait events were used as the teacher signals for ANN training and the remnants ($2\sim5$ cycles) were used fur the evaluation of the performance in gait-event detection. 14 combinations of sensor signals were used in the training and evaluation of ANN to examine the relationship between the number of sensors and the gait-event detection performance. The best combinations with minimum errors of event-detection time were 1) goniometer, foot-switch and 2) goniometer, foot-switch, accelerometer x(anterior-posterior) component. It is expected that the result of this study will be useful in the design of cycle-to-cycle FES controller.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.55
no.5
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pp.248-253
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2006
The purpose of this study is to develop a portable gait-event detection system which is necessary for the cycle-to-cycle FES(functional electrical stimulation) control of locomotion. To make the system portable, we made following modifications in the gait signal measurement system. That is, 1) to make the system wireless using Bluetooth communication, 2) to make the system small-sized and battery-powered by using low power consumption ${\mu}$ P(ATmega8535L). The gait-events were analyzed in off-line at the main computer using ANN(Artificial Neural Network). The Proposed system showed no mis-detection of the gait-events of normal subject and hemiplegia subjects. The performance of the system was better than the previous wired-system.
The aim of this study is to design and develop the gait rehabilitation equipment that judge patient's movement of his/her center of gravity using pressure sensors, and to aid hemiplegic patients to balance themselves using an automatic stepper that changes the patient's center of gravity. It is hard to bear the weight on the affected side for hemiplegic patients. The gait rehabilitation equipment detects the footing phase of hemiplegic patient during training and moves the unaffected footing side of the stepper up and moves the affected footing side down simultaneously so that the patient's center of gravity can shift from unaffected side to affected side. The gait rehabilitation system was developed and applied for hemiplegic patients during exercise. Eight hemiplegic patients and one normal adult were studied. The developed gait rehabilitation system could judge not only the normal adult's intention but also the patient's intention to move his/her center of gravity. Even though the most of hemiplegic patients exercised in automatic mode and a few hemiplegic patients exercised in manual mode, the developed gait rehabilitation system can aid the hemiplegic patients to train more easily.
Kim, S.J.;Jeong, E.C.;Song, Y.R.;Yoon, K.S.;Lee, S.M.
Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology
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v.6
no.2
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pp.43-48
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2012
In this paper, we present the method of gait phases detection using multi biomedical signals during normal gait. Electromyogram(EMG) signals, muscle of thigh angle measurement device and resistive sensors are used for experiments. We implemented a test targeting five adult male and identified the pattern of EMG signal of normal gait. For acquiring the EMG signal, subjects attached surface Ag/AgCl electrodes to quadriceps femoris, biceps femoris, tibialis anterior and gastrocnemius medialis. Resistance sensors are attached to the heel toe and soles of the each feet for measuring attachment state of between feet and ground. Infrared sensors are attached on the thigh and thigh angle measurement device has the range from flection 25 degrees to extension 20 degrees. The results of this paper, The stance and swing phase could be confirmed during the normal gait and be classified in detail the eight steps.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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