Objective: The purpose of this study was to analyze the impact acceleration, shock attenuation and biomechanical variables at various running speed. Method: 20 subjects (height: 176.15 ± 0.63 cm, weight: 70.95 ± 9.77 kg, age: 27.00 ± 4.65 yrs.) participated in this study. The subjects ran at four different speeds (2.5 m/s, 3.0 m/s, 3.5 m/s, 4.0 m/s). Three-dimensional accelerometers were attached to the distal tibia, sternum and head. Gait parameters, biomechanical variables (lower extremity joint angle, moment, power and ground reaction force) and acceleration variables (impact acceleration, shock attenuation) were calculated during the stance phase of the running. Repeated measures ANOVA was used with an alpha level of .05. Results: In gait parameters, decreased stance time, increasing stride length and stride frequency with increasing running speed. And at swing time 2.5 m/s and 4.0 m/s was decreased compared to 3.0 m/s and 3.5 m/s. Biomechanical variables statistically increased with increasing running speed except knee joint ROM, maximum ankle dorsiflexion moment, and maximum hip flexion moment. In acceleration variables as the running speed increased (2.5 m/s to 4.0 m/s), the impact acceleration on the distal tibia increased by more than twice, while the sternum and head increased by approximately 1.1 and 1.2 times, respectively. And shock attenuation (tibia to head) increased as the running speed increased. Conclusion: When running speed increases, the magnitude and increasing rate of sternum and head acceleration are lower compared to the proximal tibia, while shock attenuation increases. This suggests that limiting trunk movement and increasing lower limb movement effectively reduce impact from increased shock. However, to fully understand the body's mechanism for reducing shock, further studies are needed with accelerometers attached to more segments to examine their relationship with kinematic variables.
This paper describes the development of wearing intelligent shoe system to measure applied forces and moments (ground reaction forces and moments) on the soles of feet during human walking. In order to walk safely, robot must get the intelligent feet with 6-axis force/moment sensors (Fx sensor (x-direction force sensor), Fy sensor, Fz sensor, Mx sensor (Mx : x-direction moment sensor), My sensor, and Mz sensor) and detect the forces and moments data from the sensors. And the feet must be controlled with the data and controllers. While a human is walking, the forces and moments should be measured and analyzed for robot's intelligent feet. Therefore, the wearing intelligent shoe system should be developed. In this paper, four 6-axis farce/moment sensors and two high speed measuring devices were designed and fabricated, and the wearing intelligent shoe system was made using these. The characteristic tests of the wearing intelligent shoe system were performed, and the forces and moments were detected using it.
Background: Firefighters are required to carry self-contained breathing apparatus (SCBA), which increases the risk of musculoskeletal disorders. This study assessed the newly recruited firefighters' internal forces and potential musculoskeletal disorders when carrying SCBA. The effects of SCBA strap lengths were also evaluated. Methods: Kinematic parameters of twelve male subjects running in a control condition with no SCBA equipped and three varying-strapped SCBAs were measured using 3D inertial motion capture. Subsequently, motion data and predicted ground reaction force were inputted for subject-specific musculoskeletal modeling to estimate joint and muscle forces. Results: The knee was exposed to the highest internal force when carrying SCBA, followed by the rectus femoris and hip, while the shoulder had the lowest force compared to the no-SCBA condition. Our model also revealed that adjusting SCBA straps length was an efficient strategy to influence the force that occurred at the lumbar spine, hip, and knee regions. Grey relation analysis indicated that the deviation of the center of mass, step length, and knee flexion-extension angle could be used as the predictor of musculoskeletal disorders. Conclusion: The finding suggested that the training of the newly recruits focuses on the coordinated movement of muscle and joints in the lower limb. The strap lengths around 98-105 cm were also recommended. The findings are expected to provide injury interventions to enhance the occupational health and safety of the newly recruited firefighters.
본 연구는 복싱 잽 동작 시 제자리 스텝의 사용이 운동역학적 요인들에 미치는 영향을 분석 하는데 목적이 있었다. 이를 위해 최근 1년간 근골격계에 상해가 없었던 오른손잡이 스탠스 유형의 대학교 복싱 선수 8명(나이: 20.38±0.52 yrs, 신장: 172.38±5.80 cm 체중: 63.45±8.56 kg, 경력 6.00±1.07 yrs)이 실험에 참여하였다. 잽 동작 시 제자리 스텝 사용이 운동역학적 요인들에 미치는 영향을 검증하기 위하여 대응표본 t-test(α = .05) 통계방법을 사용하였으며 다음과 같은 결과를 도출하였다. 첫째, W.S(with-step) 가 N.S(non-step) 보다 더 큰 충격력을 나타내었고, 근육의 활성도는 낮은 것으로 분석되었다. 둘째 W.S가 인체 분절의 전방의 속도의 영향을 미쳐서 골반과 발 분절이 더 빠르게 이동하는 것으로 분석되었다. 셋째, W.S는 골반의 회전 움직임이 더 빠른 것으로 나타났다. 넷째, W.S는 N.S보다 상대적으로 오른발과 왼발에 의해서 발생된 전방의 지면반발력이 더 큰 것으로 분석되었다. 이를 통해서 복싱 잽 동작 시 제자리 스텝의 사용은 지면반발력을 증가시켜 인체 분절의 이동 속도와 회전 움직임에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 더 빠르고 민첩한 움직임을 가능케 하여 상대적으로 적은 근육의 사용으로도 더 큰 충격력을 내는 것으로 확인되었다. 그러므로 복싱의 잽 동작 시 효율적으로 상대방에게 큰 충격력을 전달하기 위해서는 제자리 스텝을 동반하는 것이 효과적으로 분석된다.
This study predicts muscle forces acting on the lower extremity when the knee joint is in deep flexion. The whole body was approximated as a link model, and then the moment equilibrium equations at the lower extremity joints were derived far given reaction farces against the ground. Measurement of deep flexion was carried out by placing ten markers on the body. This study calculated the moment acting at each Joint from the equations of force and moment, classified the complicated muscles around the knee joint, and then predicted the muscle forces to balance the joint moment. Two models were proposed in this study: the simpler one that consists of three groups of muscle and the more detailed one of nine groups of muscle.
The desired ZMP is different from the actual ZMP of a humanoid robot during actual walking and stand upright. A humanoid robot must maintain its stable posture although external force is given to the robot. A humanoid robot can know its stability with ZMP. Actual ZMP may be moved out of the foot-print polygons by external disturbance or uneven ground surfaces. If the position of ZMP moves out of stable region, the stability can not be guaranteed. Therefore, The control of the ZMP is necessary. In this paper, ZMP control algorithm is proposed. Herein, the ZMP control uses difference between desired ZMP and actual ZMP. The proposed algorithm gives reaction moment with ankle joint when external force is supplied. 3D simulator shows motion of a humanoid robot and calculated data.
This study predicts muscle forces acting on the lower extremity when the knee joint is in deep flexion. The whole bodies were approximated as a link model, and then the moment equilibrium equations at the lower extremity joints were derived for given reaction forces against the ground. Measurement of deep flexion was carried out by placing ten markers on the body. This study calculated the moment acting at each joint from the equations of force and moment, classified the complicated muscles around the knee joint. and then predicted the muscle forces to balance the joint moment. Two models were proposed in this study: the simpler one that consists of three groups of muscle and the more detailed one of nine groups of muscle.
It is necessary to quantitatively evaluate the workload of workers in order to improve the level of safety and efficiency as well as to prevent workers from musculoskeletal disorders. The purpose of this study is to introduce biomechanical methods that are largely used to quantitatively evaluate workload. The biomechanical methods use kinematics and kinetics to analyze the movement and force of biomechanical body. Motion analysis, joint angle measurement, ground reaction force, mathematical model, and electromyography (EMG) were introduced as a tool or device for biomechanical evaluation. In this study, the special feature of each method was emphasized and important tips for field measurement were summarized. The information and technique disclosed in this summary can be used to evaluate and design the workplace better by effectively control the workload of field workers.
지진 시 상부구조물을 지지하는 말뚝기초에 가해지는 수평 하중은 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력으로 구분된다. 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력은 서로 다른 복잡한 메커니즘을 통해 말뚝기초에 피해를 입힐 수 있기 때문에 지반-말뚝-구조물의 상호작용을 적절히 예측하고 평가하는 것이 말뚝기초의 안전한 내진설계를 위해 필요하다. 지반-말뚝-구조물의 상호작용은 구조물의 동적특성, 말뚝의 길이, 두부 경계조건 및 지반의 상대밀도에 영향을 받는다. 지반의 상대밀도가 달라지면 그에 따른 구속압 및 지반 강성이 변화하며 결과적으로 지반반력계수도 각 시스템에 따라 달라지게 된다. 말뚝기초의 수평방향 지지거동 및 극한 지지력은 수평방향 하중조건 및 모래지반의 상대밀도에 따라 다르게 나타난다. 이에 본 연구에서는 건조된 모래지반의 상대밀도가 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 상대밀도가 증가함에 따라 상부구조물의 가속도는 증가하고 말뚝캡의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 p-y 곡선의 기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.
Objective: We obtained force-displacement curves for countermovement jumps of multiple heights and examined the effect of an arm swing on changes in vertical jumping strategy. Countermovement jumps with hands on hips (Condition 1) and with an arm swing (Condition 2) were evaluated to investigate the mechanical effect of the arm movement on standing vertical jumps. We hypothesized that the ground reaction force (GRF) and/or center of mass (CoM) motion resulting from the countermovement action would significantly change depending on the use of an arm swing. Method: Eight healthy young subjects jumped straight up to five different levels ranging from approximately 10% (~25 cm) to 35% (~55 cm) of their body heights. Each subject performed five sets of jumps to five randomly ordered vertical elevations in each condition. For comparison of the two jumping strategies, the characteristics of the boundary point on the force-displacement curve, corresponding to the vertical GRF and the CoM displacement at the end of the countermovement action, were investigated to understand the role of arm movement. Results: Based on the comparison between the two conditions (with and without an arm swing), the subjects were grouped into type A and type B depending on the change observed in the boundary point across the five different jump heights. For both types (type A and type B) of vertical jumps, the initial vertical force at the start of push-off significantly changed when the subjects employed arm movement. Conclusion: The findings may imply that the jumping strategy does change with the inclusion of an arm swing, predominantly to modulate the vertical force advantage (i.e., the difference between the vertical force at the start of push-off and the body weight).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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