During the operation of crane system in container yard, the objective is to transport the load to a goal position as quick as possible without rope oscillation. The container crane is generally operated by an expert operator, but recently an automatic control system with high speed and rapid transportation is required. Therefore, we developed an optimal controller which has to control the crane system with disturbances. In this paper, we present a design of optima 2-DOF PID controller for the control of gantry crane which has to control swing motion and trolley position. We used evolution strategy(ES) to tune the parameters of 2-DOF PID controller. It was compared with general PID controller. The computer simulations show that the proposed method has better performances than the other method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.9
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pp.88-95
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2009
Input shaping has been a very effective control method for reducing payload swing in industrial bridge and gantry cranes. However, conventional input shapers often degrade performance when applied to tower cranes because of the nonlinear coupled dynamics between rotational and radial motions in tower cranes. To alleviate this problem, a new input shaper for tower cranes is developed by means of dynamic modeling, analysis and optimization. This work investigates the tower crane dynamics along with parameters of the tower crane varied. A performance index for input shaper design is proposed so as to reduce the coupled residual vibration of a tower crane using only rotational motion of tower crane. The proposed new input shaper is verified to be effective through simulations and experiments.
In this research, the energy stability level method is used for examining the stable state of Field Robot under effects of swing motion, at particular postures of manipulator, and terrain conditions. The energy stability level is calculated by using the dynamic models of Field Robot, subjected to the concept of equilibrium plane and support boundary. The results, simulated by using computing program for estimating the potential overturning of Field Robot, supply useful predictions of stability analysis for designers and operators.
Objective : The purpose of this study was to compare the kinematic data of the horizontal rotation movements of shoulder, hip, knee during two-handed backhand drive stroke according to two different ball directions. Methods : The kinematic variables were analyzed such as the joint angles of the lower body, horizontal rotation angles of the shoulder, hip, inter-knee segment, body twist angle and difference in angle of forward swing. Two-handed backhand drive stroke was analyzed through a three-dimensional motion analysis. The collected data were analyzed by a paired t-test, and the statistical significant value was set at ${\alpha}=.05$. Results : The findings of this study were as follows; First, there was no difference in the total angles of lower limb joints from the forward swing position to impact posterior. Second, there was no difference in the horizontal rotation angles of E1 shoulder, hip, and E2 shoulder but the horizontal rotation angles of E1 knee, E2 hip, knee, E3, and E4 shoulder, hip, and knee were different in all events. Third, there was no difference in the body twist angle of the maximum horizontal rotation. In addition, there was no difference in the angle of the body twist by the ball direction in the shoulder-hip, the hip-knee and the shoulder-knee. Conclusion : Horizontal rotation angle determines ball directions.
The purpose of this study was to investigate the changes of kinetic and kinematic parameters in obstacle gaits after 12 weeks of an aquatic exercise program. Eight female elders walked in four different heights of obstacles(0, 2.5, 5.1, & 15.2cm) on their self-selected speed. The ROM of hip was significantly increased after the aquatic exercise program. Swing and Stance duration were decreased. The step length was significantly increased and the step width was decreased. After the exercise program the clearance between the right foot and the top of obstacle(except 15.2cm) increased and the crossing speed was increased. The braking force, propulsive force, braking impulse, and propulsive impulse were significantly changed after the aquatic exercise program. The 12 weeks of the aquatic exercise program resulted in lower body strength and balance gains in female elders. The improvements were associated with changes in kinetic and kinematic parameters leading to an obstacle-crossing speed and a safer lower-limb control. The aquatic exercise program is suggested as an effective intervention to promote gait ability and prevent fall-related to the injuries.
Objective: The aim of this study was to analyze X-factor, triple X-factor, and the center of pressure (COP) according to the feel of golf driver swing. Method: For this research, 9 golfers from the Korea Professional Golfers' Association (age: $30.11{\pm}2.98yrs$, height: $178.00{\pm}8.42cm$, weight: $76.22{\pm}8.42kg$, experience: $10.06{\pm}3.11yrs$) were recruited to participate in the experiment. Twelve Motion Analysis Eagle-4 cameras were installed and an image analysis was conducted by using the NLT (non-linear transformation) method, and 2 units of Kistler type 5233A dynamometer were used to measure ground reaction force. The sampling ratio was set at 1000 Hz. The golfers each took 10 swings by using their own driver, and chose the best and worse feel from among 10 shots. A paired-sample t-test was used to analyze the results. Results: In regard to feel, no change in head speed, X-factor, and the triple X-factor's X-factor stretch, hip rise, and head swivel, was observed (p>.05). Regarding ground reaction force, a difference was observed between the top of the backswing (p<.05) and impact (p<.05) in the vertical force of the left foot. For COP, a difference was also observed between the mid backswing (p<.001), late backswing (p<.001), and top of the backswing (p<.05) for the right foot X-axis and Y-axis mid follow through (p<.01). Conclusion: It can be reasoned that, irrespective of feel, the head speed, X-factor and triple X-factor's X-factor stretch, hip rise and head swivel did not have an effect on drive distance for domestic golfers, and the vertical reaction force of the left foot and left-right movement span's pressure dispersal of the right foot had an increasing effect on drive distance.
A large interindividual variability and some abnormally kinematic patterns at the lower extremity were the main features of the gait in children with Down syndrome. The purposes of this study were to investigate the gait asymmetry and biomechanical difference between dominant leg and non dominant leg in children with Down syndrome. Seven boys with Down Syndrome(age: $120{\pm}0.9yrs$, weight $34.4{\pm}8.4kg$, leg length: $68.7{\pm}5.0cm$) participated in this study. A 10.0 m ${\times}$ 1.3 m walkway with a firm dark surface was built and used for data collection. Three-dimensional motion analyses were performed to obtain the joint angles and range of motions. The vertical ground reaction forces(%BW) and impulses($%BW{\cdot}s$) were measured by two force plates embedded in the walkway. Asymmetry indices between the legs were computed for all variables. After decision the dominant leg and the non dominant leg with max hip abduction angle, paired samples t-test was employed for selected kinematic and ground reaction force variables to analyze the differences between the dominant leg and the non dominant leg. The max hip abduction angle during the swing phase showed most asymmetry, while the knee flexion angle at initial contact showed most symmetry in walking and running. The dominant leg showed more excessive abduction of hip in the swing phase and more flat-footed contact than the non dominant leg. Vertical peak force in running showed more larger than those of in walking, however, vertical impulse showed more small than walking due to decrease of support time. In conclusion, the foot of dominant leg contact more carefully than those of non dominant leg. And also, there are no significant difference between the dominant leg and the non dominant leg in kinematic variables and ground reaction force due to large interindividual variability.
The Journal of Korean Academy of Orthopedic Manual Physical Therapy
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v.13
no.1
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pp.36-43
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2007
Purpose: An objective analysis and observations were to be done on hemiplegia patients that are wearing a walking support device, Stroke shoes. Their improvements in walking pace, the reduction of distance between the two knee joint, the increase of curve angle of the knee joint and their steps and the reduction of ankle joint upon swing phase were analyzed using a 20 walking analyzer. Methods: An examination was carried out to see the patients' communication skill and independent walking and then let them walk with the Stroke shoes on to get results before and after wearing it. Simi Reality Motion Systems GmbH (Germany, 2007) was used to analyze the results regarding knee joint and ankle joint angle changes of sagitta plane and coronal plane, stepping distances, distances between the knees and walking pace. Results: 1. The articulation angle of ankle joint during swing phase decreased and knee joint has shown a statistically significant increase in such value(p<0.05). 2. Only knee joint showed a significant increase in articulation angle during heel strike(p<0.05). 3. Knee joint showed a significant increase in articulation angle during toe off(p<0.05). 4. The distance between the two knees as well as their foot steps significantly decreased compared with when Stroke shoes were not worn(p<0.05). 5. Stroke shoes with FES have shown positive effects on the patients in improving their walking styles overall. (p<0.05). Conclusion: There was an improvement in rotation walking pattern by a reduction in the distance between the knees after wearing Stroke shoes with FES. Plantar flexion reduced that occurred in ankle joint during walking and flexion angle increased in knee joint, both of which improved foot drop which was a major problem in hemiplegia patients. Also it is believed that the device will have some positive influences on knee joint stiffening paralysis to aid in improving inefficient walking phases.
In this study, we developed an active ankle-foot orthosis(AAFO) which can control dorsi/ plantar flexion of the ankle joint to prevent foot drop and toe drag during walking. 3D gait analyses were performed on five healthy subjects under three different gait conditions: the normal gait without AFO, the SAFO gait with the conventional plastic AFO, and the AAFO gait with the developed AFO. As a result, the developed AAFO preeminently induced the normal gait compared to the SAFO. Additionally, AAFO prevented foot drop by proper plantarflexion during loading response and provided enough plantarflexion moment as a driving force to walk forward by sufficient push-off during pre-swing. AAFO also could prevent toe drag by proper dorsiflexion during swing phase. These results indicate that the developed AAFO may have more clinical benefits to treat foot drop and toe drag, compared to conventional AFOs, and also may be useful in patients with other orthotic devices.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.9
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pp.926-934
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2006
This paper proposes intelligent control of a virtual walking machine that can generate infinite floor for various surfaces and can provide proprioceptive feedback of walking to a user. This machine allows users to participate in a life-like walking experience in virtual environments with various terrains. The controller of the machine is implemented hierarchically, at low-level for robust actuator control, at mid-level fur platform control to compensate the external forces by foot contact, and at high-level control for generating walking trajectory. The high level controller is suggested to generate continuous walking on an infinite floor for various terrains. For the high level control, each independent platform follows a man foot during the swing phase, while the other platform moves back during single stance phase. During double limb support, two platforms manipulate neutral positions to compensate the offset errors generated by velocity changes. This control can, therefore, satisfy natural walking conditions in any direction. Transition phase between the swing and the stance phases is detected by using simple switch sensor system, while human foot motions are sensed by careful calibration with a magnetic motion tracker attached to the shoe. Experimental results of walking simulations at level ground, slope, and stairs, show that with the proposed machine, a general person can walk naturally on various terrains with safety and without any considerable disturbances. This interface can be applied to various areas such as VR navigations, rehabilitation, and gait analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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