Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.3
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pp.233-242
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2002
A kinematic modeling method is proposed which models the sliding and skidding at the wheels as pseudo joints and utilizes those pseudo joint variables as augmented variables. Kinematic models of various type of wheels are derived based on this modeling method. Then, the transfer method of augmented generalized coordinates is applied to obtain inverse and forward kinematic models of mobile robots. The kinematic models of five different types of planar mobile robots are derided to show the effectiveness of the proposed modeling method.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.1
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pp.38-48
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1997
A method for performing kinematic design sensitivity analysis of vehicle suspension systems is presented. For modeling of vehicle suspensions, the multibody dynamic formulation is adopted, where suspensions are assumed as combination of rigid bodies and ideal frictionless joints. In a relative joint coordinate setting, kinematic constraint equations are obtained by imposing cut-joints that transform closed-loop shape suspension systems into open-loop systems. By directly differentiating the constraint equations with respect to kinematic design variables, such as length of bodies, notion axis, etc., sensitivity equations are derived. By solving the sensitivity equations, sensitivity of static design factors that can be used for design improvement, can be obtained. The validity and usefulness of the method are demonstrated through an example where kinematic sensitivity analysis of a MacPherson strut suspension of performed.
Objective: The purpose of this study was to determine the factors of successful and unsuccessful movements through the analysis of kinematics and muscle activity of the Free Aerial Cartwheel on the balance beam. Method: Subjects (Age: 22.8 ± 2.4 yrs., Height: 158.7 ± 5.0 cm, Body mass: 54.1 ± 6.4 kg, Career: 13 ± 2.4 yrs.) who were currently active as female gymnasts participated in the study. They had no history of surgical treatment within 3 months. Subject criteria included more than 10 years of professional experience in college and professional level of gymnastics and the ability to conduct the Free Aerial Cartwheel on the Balance Beam. Each subject performed 10 times of Free Aerial Cartwheel on the balance beam. One successful trial and one unsuccessful trial (failure) among 10 trials were selected for the comparison. Results: It was found that longer time required in case of unsuccessful trial when performing the Free Aerial Cartwheel on the balance beam compared with successful trial. It is expected to be the result of movement in the last landing section (i.e. phase 5). In addition, it was found that the center of gravity of the body descends at a high speed to perform the jump (i.e. phase 2) in order to obtain a sufficient jumping height when the movement is successful while the knee joint is rapidly extended to perform a jump when movement fails. In the single landing section after the jump (i.e. phase 4), if the ankle joint rapidly dorsiflexed after take-off and the hip joint rapidly flexed, so landing was not successful. Conversely, in a successful landing movement, muscle activity of the biceps femoris was greatly activated resulting no shaking in the last landing section (i.e. phase 5). Conclusion: In order to succeed in this movement, it is necessary to perform a strong jump after rapidly descending the center of gravity of the body using the force of the biceps femoris muscle. Further improvement of the skills on the balance beam requires the analysis of the game-like situation with continuous research on kinematic and kinematic analysis of various techniques, jumps, turns, etc.
The purpose of this study was to characterize the impact shock wave and its attenuation, and the kinematic response of the lower extremity's joints to the impact shock during downhill running in which the lower extremity's extensor acts dominantly. For this study, fifteen subjects(mean age:$27.08{\pm}4.39$; mass:$76.30{\pm}6.60$; height:$177.25{\pm}4.11$) were required to run on the 0% grade treadmill and downhill grades of 7%, and 15% in random at speed of their preference. When the participant run, acceleration at the tibia and the sacrum and kinematic data of the lower extremity were collected for 20s so as to provide at least 5 strides for analysis at each grade. Peak impact accelerations were used to calculate shock attenuation between the tibia and sacrum in time domain at each grade. Fast Fourier transformation(FFT) and power spectral density(PSD) techniques were used to analyze impact shock factors and its attenuation in the frequency domain. Joint coordinate system technique was used to compute angular displacement of the ankle and knee joint in three dimension. The conclusions were drawn as fellows: 1. Peak impact accelerations of the tibia and sacrum in downhill run were greater than that of 0% grade run, but no significant between conditions. Peak shock of PSD resembled also in pattern of peak impact acceleration. The wave of impact shock attenuation between the tibia and sacrum decreased with increasing grade, but didn't find a significant difference between grade conditions. 2. Adduction/abduction, flexion/extention, and internal/external rotation of the ankle and knee joints at support phase between grade conditions didn't make much difference. 3. At grade of 7% and 15%, there were relationship between the knee of the flexion/extension movement and peak impact acceleration during heel strike and found also it in the ankle of plantar/dorsiflexion at grade of 15%.
Kim, Tae-Hoon;Jun, Myung-Kyu;Yoo, Si-Hyun;Park, Sang-Kyoon
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.23
no.2
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pp.109-116
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2013
The purpose of this study was to provide fundamental information for the enhancement of performance through kinematic analysis of cornering according to the radius of curve course in short track speed skating. To perform this study, six skaters: three narrow radius players(N, body mass: $56.0{\pm}7.2$ kg, height: $163.7{\pm}5.1$ cm, age: $21.3{\pm}1.5$ yrs) and three wide radius players(W, body mass: $61.0{\pm}9.5$ kg, height: $169.0{\pm}4.4$ cm, age: $20.0{\pm}1.7$ yrs). Three-dimensional motion analysis was performed on the section from the forth block starting to show the change of radius to the sixth block using eight infrared cameras(sampling frequency of 100 Hz for N and W players). The time of push-off was greater for N than for W(p<.05) while the radius of center of mass was greater for W than for N(p<.05). The flexion and extension of knee and hip joint were greater for N than for W(p<.05). The external rotation of left knee joint was greater for N than for W(p<.05). Based on the findings, a small radius by increasing the range of the flexion and extension of knee and hip joint with greater external rotation of left knee joint would be related to more efficient run at curve. It is expected that these results will be useful in developing a training program for enhancing performance of short track speed skating athletes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.2
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pp.414-430
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1996
In this paper, a new kinematic structure of a parallel manipulator with six Cartesian degrees of freedom is proposed. It consists of a platform which is connected to a fixed base by means of 3-PPSP(parameters P, S denote the prismatic, spherical joints) subchains. Each subchain has a link which is concected to a passive prismatic joint at the one end and a passive spherical joint at the other. The spherical joint is then attached to perpendicularly arranged prismatic actuators which are fixed at the base. The spherical joint is then attached to perpendicularly arranged prismatic actuators which are fixed at the base. This arrangement provides a basis to control all six Cartesian degrees of motion of the platform in space. Due to its efficient architecture, the colsed-form solutions of the inverse and forward kinematics can be obtained. As a consequence, this new kinematic structure can be servo controlled using simple inverse kinematics becaese forward kinematics allows for measuring the platform's position and orientation in Cartesian space. Furthermore, the proposed structure provides an effective functional workspace. Series of simulations are performed to verify the results of the kinematics analyses.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.35
no.4
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pp.24-32
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2012
Of many approaches to reduce motion analysis errors, the compensation method of anatomical landmarks estimates the position of anatomical landmarks during motion. The method models the position of anatomical landmarks with joint angle or skin marker displacement using the data of the so-called dynamic calibration in which anatomical landmark positions are calibrated in ad hoc motions. Then the anatomical landmark positions are calibrated in target motions using the model. This study applies the compensation methods with joint angle and skin marker displacement to three lower extremity motions (walking, sit-to-stand/stand-to-sit, and step up/down) in ten healthy males and compares their performance. To compare the performance of the methods, two sets of kinematic variables were calculated using different two marker clusters, and the difference was obtained. Results showed that the compensation method with skin marker displacement had less differences by 30~60% compared to without compensation. And, it had significantly less difference in some kinematic variables (7 of 18) by 25~40% compared to the compensation method with joint angle. This study supports that compensation with skin marker displacement reduced the motion analysis STA errors more reliably than with joint angle in lower extremity motion analysis.
This paper proposes a unified framework that overcomes four motion constraints including joint limit, kinematic singularity, algorithmic singularity and obstacles. The proposed framework is based on our previous works which can insert or remove tasks continuously using activation parameters and be applied to avoid joint limit and singularity. Additionally, we develop a method for avoiding obstacles and combine it into the framework to consider four motion constraints simultaneously. The performance of the proposed framework was demonstrated by simulation tests with considering four motion constraints. Results of the simulations verified the framework's effectiveness near joint limit, kinematic singularity, algorithmic singularity and obstacles. We also analyzed sensitivity of our algorithm near singularity when using closed loop inverse kinematics depending on magnitude of gain matrix.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.306-309
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2005
This parer describes the tracking control simulation of 6-DOF shaking table with a bell crank structure, which converts the direction of reciprocating movements. For the Joint coordinate-based control which uses lengths of each actuator, the trajectory conversion process inverse kinematics is performed. Applying the Newton-Euler approach, the dynamic equation of the shaking table is derived. To cope with nonlinear problems, time-delay control(TDC) is considered, which has been noted for its exceptional robustness to parameter uncertainties and disturbance, in addition to steady-state accuracy and computational efficiency. If the nominal model is equal to the real system, joint coordinate-based control can be very efficient. However, manufacturing tolerances installation errors and link offsets contaminate the nominal values of the kinematic parameters used in the kinematic model of the shaking table. To compensate differences between the nominal model and the real system. the joint coordinate-based control using acceleration feedback in the Cartesian coordinate space is proposed.
Kim, Junghee;Cho, Sungho;Lee, Choongho;Han, Jaewoong;Hwang, Heon
Journal of Biosystems Engineering
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v.38
no.2
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pp.138-148
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2013
Purpose: Determining an appropriate path is a top priority in order for a robot to maneuver in a dynamically efficient way especially in a pick-and-place task. In a non-standardized work environment, current robot arm executes its motion based on the kinematic displacements of joint variables, though resulting motion is not dynamically optimal. In this research we suggest analyzing and applying motion patterns of the human arm as an alternative to perform near optimum motion trajectory for arbitrary pick-and-place tasks. Methods: Since the motion of a human arm is very complicated and diverse, it was simplified into two links: one from the shoulder to the elbow, and the other from the elbow to the hand. Motion patterns were then divided into horizontal and vertical components and further analyzed using kinematic and dynamic methods. The kinematic analysis was performed based on the D-H parameters and the dynamic analysis was carried out to calculate various parameters such as velocity, acceleration, torque, and energy using the Newton-Euler equation of motion and Lagrange's equation. In an attempt to assess the efficacy of the analyzed human motion pattern it was compared to the virtual motion pattern created by the joint interpolation method. Results: To demonstrate the efficacy of the human arm motion mechanical and dynamical analyses were performed, followed by the comparison with the virtual robot motion path that was created by the joint interpolation method. Consequently, the human arm was observed to be in motion while the elbow was bent. In return this contributed to the increase of the manipulability and decrease of gravity and torque being exerted on the elbow. In addition, the energy required for the motion decreased. Such phenomenon was more apparent under vertical motion than horizontal motion patterns, and in shorter paths than in longer ones. Thus, one can minimize the abrasion of joints by lowering the stress applied to the bones, muscles, and joints. From the perspectives of energy and durability, the robot arm will be able to utilize its motor most effectively by adopting the motion pattern of human arm. Conclusions: By applying the motion pattern of human arm to the robot arm motion, increase in efficiency and durability is expected, which will eventually produce robots capable of moving in an energy-efficient manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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