The purpose of this study was to analyze the kinematics variables of upper limb joint during forehand stroke by swings patterns. Eight high school tennis players were chosen for the study, who have never been injured for last six months, in Busan. They performed horizontal swing and vertical swing that it was done each five consecutive trial in the condition of square, semi-open and open stance. It was filmed by 6 video camera and used with 3-dimensional motion analyzer system. The following kinematic variables were analyzed in relation to angle of joint(shoulder, elbow and wrist joint). The conclusion were as follow: 1. The angle of right shoulder joint represented all event that both swing were shown similar pattern in swing type and stance pattern. 2. All event in the angle of elbow joint had consistent with that except E2, horizontal and vertical swings in square stance. 3. All event in the angle of wrist joint was show to similar pattern except E2, horizontal and vertical swing in open stance.
Purpose: To evaluate statistical differences among three measurements of range of motion (ROM) with Rapael Smart Glove (RSG) group 1, 2 and manual goniometer group. To investigate reference value of the kinematic analysis for range of motion (ROM) of distal upper extremity with Rapael Smart Glove (RSG). Methods: Sixteen normal persons without limitation of motion (LOM) enrolled in the study. The study was performed at two separate times and by two investigators on 16 normal adults. We compared ROM with RSG for measuring joint angles. We compared degrees of forearm supination/pronation, wrist flexion/extension and radial deviation/ulnar deviation during ROM of 16 participants using RSG. After one week, degrees of each motion were measured in the same way by other investigator to evaluate the reliability. Results: Statistical differences among three groups were showed. Most results of paired t-test between two RSG groups were over 0.05 and exceptions are supination, extension, and finger %. Conclusion: Our findings demonstrate that ROM of normal persons obtained by kinematic analysis with RSG are not valid as normal reference value for distal upper extremity motion. But, the reliability of between two RSG groups was showed with paired t-test and Pearson's correlation except supination, extension and finger %.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.10
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pp.869-877
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2004
This paper deals with motion planning algorithm for kinematically redundant manipulators that are not fixed to the ground. Differently from usual redundant manipulators fixed to the ground, the stability issue should be taken into account to prevent the robot from falling down. The typical ZMP equation, which is employed in human walking, will be employed to evaluate the stability. This work proposes a feed forward ZMP planning algorithm. The algorithm embeds the 'ZMP equations' indirectly into the kinematics of the kinematic model of a manipulator via a ZMP stability index The kinematic self motion of the redundant manipulator drives the system in such a way to keep or plan the ZHP at the desired position of the footprint. A sequential redundancy resolution algorithm exploiting the remaining kinematic redundancy is also proposed to enhance the performances of joint limit index and manipulability. In addition, the case exerted by external forces is taken into account. Through simulation for a 5 DOF redundant robot model, feasibility of the proposed algorithms is verified. Lastly, usual applications of the proposed kinematic model are discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.6
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pp.871-883
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1997
Kinetodynamics of a cam driving slider mechanism consists of kinematic analysis and force analysis. The kinematic analysis is to determine the kinematic characteristics of a cam driving mechanism and a slider mechanism. The force analysis is to determine the joint forces of links, the contact forces of the cam and follower, and the driving torque of a main shaft. This paper proposes a close loop method and a tangent substitution method to formulate the relationships of kinematic chains and to calculate the displacement, velocity and acceleration of the cam driving slider mechanism. Also, and instant velocity center method is proposed to determine the cam shape from the geometric relationships of the cam and the roller follower. For dynamic analysis, the contact force and the driving torque of the cam driving slider mechanism are calculated from the required sliding forces, sliding motion and weight of the slider.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.7
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pp.723-729
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2012
Spring-like leg models have been employed to explain various dynamic characteristics in human walking. However, this leg stiffness model has limitations to represent complex motion of actual human gait, especially the behaviors of each lower limb joint. The purpose of this research was to determine changes of total leg stiffness and lower limb joint stiffness with gait speed in knee osteoarthritis. Joint stiffness defined as the ratio of the joint torque change to the angular displacement change. Eight subjects with knee osteoarthritis participated to this study. The subject walked on a 12 m long and 1 m wide walkway with three sets of four different randomly ordered gait speeds, ranging from their self-selected speed to maximum speed. Kinetic and kinematic data were measured using three force plates and an optical marker system, respectively. Joint torques of lower limb joints calculated by a multi-segment inverse dynamics model. Total leg and each lower limb joint had constant stiffness during single support phase. The leg and hip joint stiffness increased with gait speed. The correlation between knee joint angles and torques had significant changed by the degree of severity of knee osteoarthritis.
The purpose of this study was to investigate kinematic coordination and control of lower segments in skill process. For the investigation, we examined the difference of resultant linear velocity of segments and angle vs angle graph. Novice subjects were 9 male middle school students who has never been experienced a taekwondo and expert subjects were 7 university taekwondo players. We analyzed kinematic variables of Dollyochagi motion through videographical analysis and the conclusion were as follows. 1. Examining the graph of novice subjects' maximal resultant linear velocity of the thigh, shank, and foot segment, as it gets closer to the end of the training, the maximal resultant linear velocity in each segment increased. Statistical analysis showed the following results; thigh segment caused the increase of speed, using the trunk segment's momentum in the latter term of learning, while the shank segment utilized the momentum of the adjacent proximal segment at the beginning of learning, and the foot segment in the middle of learning. 2. Until the point where the knee joint angle is minimum, as the novice group learn the skill, the flexion of knee and hip joints has changed into the form of coordination pattern in phase. On the other hand, the expert group showed continual coordination pattern in phase that the movement sequences were smooth. From the knee joint maximal flexion to impact timing, all novice and expert groups showed coordination pattern out of phase. 3. From the knee joint maximal flexion to impact timing, the ankle joint was fixed and the knee joint was extended to all the novice stages and expert subjects.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.12
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pp.1106-1114
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2012
To achieve synchronized motion between a wearable robot and a human user, the redundancy must be resolved in the same manner by both systems. According to the seven DOF (Degrees of Freedom) human arm model composed of the shoulder, elbow, and wrist joints, positioning and orientating the wrist in space is a task requiring only six DOFs. Due to this redundancy, a given task can be completed by multiple arm configurations, and thus there exists no unique mathematical solution to the inverse kinematics. This paper presents analysis on the kinematic and dynamic aspect of the human arm movement and their effect on the redundancy resolution of the human arm based on a seven DOF manipulator model. The redundancy of the arm is expressed mathematically by defining the swivel angle. The final form of swivel angle can be represented as a linear combination of two different swivel angles achieved by optimizing different cost functions based on kinematic and dynamic criteria. The kinematic criterion is to maximize the projection of the longest principal axis of the manipulability ellipsoid for the human arm on the vector connecting the wrist and the virtual target on the head region. The dynamic criterion is to minimize the mechanical work done in the joint space for each two consecutive points along the task space trajectory. As a first step, the redundancy based on the kinematic criterion will be thoroughly studied based on the motion capture data analysis. Experimental results indicate that by using the proposed redundancy resolution criterion in the kinematic level, error between the predicted and the actual swivel angle acquired from the motor control system is less than five degrees.
This study was to compare the major kinematic factors between the success and failure group on performing the back somersault motion in floor exercise. Three gymnasts(height : $167.3{\pm}2.88cm$, age : $22.0{\pm}1.0years$, body weight : $64.4{\pm}2.3kg$) were participated in this study. The kinematic data was recorded at 60Hz with four digital video camera. Two successful motions and failure motions for each subject were selected for three dimensional analysis. 1. Success Trail It was appear that success trail was larger than failure group in projection velocity, but success trail was smaller than failure trail in projection angle. Also it was appear that success trail was longer than failure group in the time required. Hand segment velocity and maximum velocity in success trail were larger than those in failure trail, and this result was increasing the projection velocity and finally increasing the vertical height of center of mass. At the take-off(event 2), flection amount of hip and knee joint angle was contributed to the optimal condition for the take-off and at the peak point, hip and knee joint angle was maximum flexed for reducing the moment of inertia. Also in this point, upper extremities of success trail extended more than those of failure trail. in this base, success trail in upward phase(p3) 2. Failure Trail It was appear that failure trail was smaller than success trail in projection velocity, but failure trail was larger than success trail in projection angle. Also it was appear that failure trail was more short than success trail in the time required. Hand segment velocity and maximum velocity in failure trail were smaller than those in success trail, and this result was reducing the projection velocity and finally reducing the vertical high of center of mass. At the take-off(event 2), flection amount of hip and knee joint angle wasn't contributed to the optimal condition for the take-off and at the peak point, hip and knee joint angle wasn't maximum flexed for reducing the moment of inertia. Also in this point, upper extremities of failure trail didn't extended more than those of success trail.
The purpose of this study was to investigate the changes in walking pattern of the elderly during inclined walkway with uneven surfaces and level walking. 10 young($26.3{\pm}1.3$ years, $174.3{\pm}5.3\;cm$, $69.5{\pm}9.5\;kg$) and 13 elderly($72.4{\pm}5.2$ years, $164.5{\pm}5.4\;cm$, $66.1{\pm}9.6\;kg$) male subjects were participated in the experiment. Experiment consisted of 2 walking conditions: horizontal and inclined walkway with uneven surfaces. 3D motion capturing system were used to acquire and analyze walking motion data with sampling frequency of 120 Hz. To compare differences between conditions, kinematic variables(walking speed, stance-swing ratio, hip joint angle, knee joint angle, ankle joint angle, pelvic rotation angle) were used. Results showed that there were some changes of elderly walking pattern in inclined walkway with uneven surfaces: hip joint(adduction and rotation) and pelvic movement pattern. These changes by inclination and surface may affect gait pattern of young subjects as well as elderly subjects. However, in case of elderly it revealed more unstable gait than the young. Further study is necessary to clarify changes in walking pattern for elderly by considering various gait variables including head movement and various walkway conditions.
The purpose of this study was to compare kinematic characteristics on the limbs at 3 different walking speed during the energy and the normal walking. Eight subjects performed energy walking and normal walking at the slow speed(65 beats/min), the normal speed(115beats/min), the fast speed(160 beats/min). The 3-d angle was calculated by vector projected with least squares solution with three-dimensional cinematography(Motion Analysis corporation). The range of motion was calculated on the trunk, shoulder, elbow, hip, knee joint. The results showed that stride length was no difference of the two walking pattern. The duration of support phase was also no difference of the two walking pattern. The range of motion of shoulder joint significantly increased in the sagittal and frontal planes, and the range of motion of elbow joint significantly increased as the energy walking. The range of motion of hip joint had no significant difference in the any planes in changing of walking speed. But the most remarkable difference of the two walking patterns revealed at the trunk. The range of flexion/extension angle had significant increasing $2.36^{\circ}$ at normal speed, and the range of the right/left flexion angle had significant increasing below $4^{\circ}$ at the 3 walking speed, and The range of rotation angle had significant increasing $7.35^{\circ}$, $9.22^{\circ}$, respectively at the normal and slow speed. But there was no significant difference of range of motion at the hip and knee joints between energy walking and normal walking.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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