The purpose of this study is to generate cycling motion for FES (functional electrical stimulation) using knee muscles only. We investigated the possibility by simulation. The musculoskeletal model used in this simulation was simplified as 5-rigid links and 2 muscles (knee extensor and flexor). For the improvement of the present feedforward control in FES, we included feedback path in the control system. The control system was developed based on the biological neuronal system and was represented by three sub-systems. The first is a higher neuronal system that generates the motion command for each joint. The second is the lower neuronal system that divides the motion command to each muscle. And the third is a sensory feedback system corresponding to the somatic sensory system. Control system parameters were adjusted by a genetic algorithm (GA) based on the natural selection theory. GA searched the better parameters in terms of the cost function where the energy consumption, muscle force smoothness, and the cycling speed of each parameter set (individual) are evaluated. As a result, cycling was implemented using knee muscles only. The proposed control system based on the nervous system model worked well even with disturbances.
PURPOSE: This research was intended to investigate the influence to function recovery at the early stage after surgery, by conducting Multipath Electrical Simulation and isometric exercise treatment as early stage medical treatment method for Total knee arthroplasty patients. METHODS: The subject of 30 patients having Unilateral Total knee arthroplasty over age 65, Multipath Electrical Simulation and isometric exercise (experiment group I), Conventional Electrical Simulation and isometric exercise (experiment group II) and isometric exercise (control group). The intervention was performed in 5 times per a week and 60 minutes per a day during 4 weeks. We performed research by conducting Neuromuscular Electrical Stimulation and isometric exercise together and measured pain, range of motion, muscle strength and gait ability before and after intervention. RESULTS: The result showed therapeutic improvement in experiment group I, experiment group II and control group, but Multipath Electrical Simulation and isometric exercise showed significant improvement in function recovery of early stage compared to Conventional Electrical Simulation and isometric exercise, only isometric exercise. CONCLUSION: Based on research result, in order for early state function recovery of Total knee arthroplasty patients, when conducting neuromuscular electrical stimulation and isometric exercise together, especially when applying Multipath Electrical Stimulation, we could know that it showed more significant improvement to function recovery after surgery. Also, we suggest that Multipath Electrical Simulation may become a useful tool as a method for intervention and performing in various diseases for weakening of Quadriceps muscle.
The intelligent trajectory control method that controls moving direction and average velocity for a prosthetic arm is proposed by pattern recognition and force estimations using EMG signals. Also, we propose the real time trajectory planning method which generates continuous accelleration paths using 3 stage linear filters to minimize the impact to human body induced by arm motions and to reduce the muscle fatigue. We use combination of MLP and fuzzy filter for pattern recognition to estimate the direction of a muscle and Hogan's method for the force estimation. EMG signals are acquired by using a amputation simulator and 2 dimensional joystick motion. The simulation results of proposed prosthetic arm control system using the EMG signals show that the arm is effectively followed the desired trajectory depended on estimated force and direction of muscle movements.
인체 해석모델은 주로 인간이 의식적으로 행하는 운동을 중심으로 발전해 왔다. 의식적 운동과 달리 슬개건 반사는 뇌를 거치지 않고 일어난다. 본 연구는 건강한 성인의 슬개건 반사로 인한 대퇴부의 근력과 근활성도를 해석적으로 예측하고자 하였다. 해석 모델은 시상면에서 평면운동을 하고, 앉은 자세에서 상체와 허벅지를 고정시켜 종아리만 진자 운동이 가능하도록 모델링 하였다. 무릎은 레볼루트 조인트로 모델링 하였고, 발목관절은 고정시켜 종아리와 발을 하나의 강체로 가정하였다. 근력은 Mamizuka 의 실험 결과로부터 얻은 운동학 정보를 이용하여 역동역학 해석을 통해 구하였으며, 근활성도는 Hill-type 근육 모델을 이용하여 예측하였다. 해석 결과는 실험결과를 통해 검증되었다.
A finite element model development of a 50th percentile male cervical spine is presented in this paper. The model consists of rigid, geometrically accurate vertebrae held together with deformable intervertibral disks, facet joints, and ligaments modeled as a series of nonlinear springs. These deformable structures were rigorously tuned, through failure, to mimic existing experimental data; first as functional unit characterizations at three cervical levels and then as a fully assembled c-spine using the experimental data from Duke University and other data in the NHTSA database. After obtaining satisfactory validation of the performance of the assembled ligamentous cervical spine against available experimental data, 22 cervical muscle pairs, representing the majority of the neck's musculature, were added to the model. Hill's muscle model was utilized to generate muscle forces within the assembled cervical model. The muscle activation level was assumed to be the same for all modeled muscles and the degree of activation was set to correctly predict available human volunteer experimental data from NBDL. The validated model is intended for use as a post processor of dummy measurement within the simulated injury monitor (SIMon) concept being developed by NHTSA where measured kinematics and kinetic data obtained from a dummy during a crash test will serve as the boundary conditions to "drive" the finite element model of the neck. The post-processor will then interrogate the model to determine whether any ligament have exceeded its known failure limit. The model will allow a direct assessment of potential injury, its degree and location thus eliminating the need for global correlates such as Nij.
Musculoskeletal disorders(MSDs) are one of the major issues in shipbuilding industry. Main risk factors of MSDs include manual handling of heavy weight, awkward posture, repetitive tasks, prolonged static muscle contraction, and so on. in this study, Using the three-dimensional digital human modeling and simulation method we made up a worker and work posture on a virtual environment. To verify this simulation we compared both traditional ergonomic analysis on a real worker and digital program analysis on a digital human. And this paper shows that it is possible to reduce the rate of MSDs in the shipbuilding industry because it means we can change poor posture mid surroundings into better ones.
The primary market of acupuncture treatment is concentrated on disorders of the musculoskeletal system. This study researches the clinical use of the musculoskeletal system evaluation with a computer simulation. Two fields are examined - patient evaluation and patient treatment. In the field of evaluation, the simulation is used to evaluates the prognosis of medical treatment. In the field of treatment, the simulation is used to decide the most suitable way to perform surgery using the quantitative evaluation about various cases of surgical results.
Taekwondo is a martial art form and sport that uses the hands and foot for attack and defense. Taekwondo basic motion is composed of the breaking, competition and poomsea motion. In the side kick among the competition motion, the impact force is larger than other kinds of kicks. The side kick with the front foot can be made in two steps. In the first step, the front foot is stretched forward from back stance free-fighting position. For the second step, the rear foot is followed simultaneously. Then, the kick is executed while entire body weight rests on the rear foot. In this paper, impact analysis of the human model for hitting posture is carried out. The ADAMS/LifeMOD is used in hitting modeling and simulation. The simulation model creates the human model to hit the opponent. As the results, the dynamic analysis of human muscle were presented.
삼두박근 반사는 인체 상지에서 발생하는 대표적인 신장반사이며 경추의 이상 등을 판단하는데 중요한 역할을 수행한다. 본 연구에서는 이를 생체역학적으로 해석하기 위하여 새롭게 정의된 신장반사 해석 모델을 이용하여 해석적으로 상완 이두박근과 삼두박근의 근활성도 및 상완의 운동 정보를 예측하였다. 해석을 통해 예측된 운동 정보와 실험 결과가 같도록 하는 근활성도를 구하고, 이를 근전도 실험 결과와 비교하여 해석 모델과 방법의 타당성을 검증하였다. 제안된 모델과 실험을 통해 얻은 관절의 각도들의 최소자승오차는 0.056 으로 기존의 모델을 사용하여 얻은 오차의 절반 수준이다. 이것은 제안된 모델이 실제 현상과 잘 부합한다는 것을 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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