If a biped humanoid robot walks stably on even and uneven planes like a human being, it should have a control system capable of compensating for moments generated by motions of its lower-limbs, upper-limbs and head. In this paper, a compensatory motion control method is described for the stability of biped humanoid robots. This control method calculates the combined motion of the trunk and the waist that cancels the generated moments by using an iteration algorithm. During the biped walking, the combined motion is employed only for stability while the motion of the lower-limbs is used only for locomotion. This method is useful for not only a steady walking but also a transient walking. The e...
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.5
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pp.756-768
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1997
In order to control a dynamic gait of quadrupedal walking robot, the equations of motion of the whole mechanism are required. In this research, the equations of motion are formulated analytically using Kane's dynamic approach. As a dynamic gait model, a trot gait has been adopted. The degree of freedom of whole mechanism could be reduced to 7 by idealizing the kinematic feature of the trot gait. Using the equations of motion formulated, the results of the redundant-joint torque analysis and the simulation of dynamic walking motion are presented.
Kim, Dong-Won;Kang, Tae-Gu;Hwang, Sang-Hyun;Park, Gwi-Tae
Proceedings of the KIEE Conference
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2006.10c
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pp.539-541
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2006
Biped locomotion is a popular research area in robotics due to the high adaptability of a walking robot in an unstructured environment. When attempting to automate the motion planning process for a biped walking robot, one of the main issues is assurance of dynamic stability of motion. This can be categorized into three general groups: body stability, body path stability, and gait stability. A zero moment point (ZMP), a point where the total forces and moments acting on the robot are zero, is usually employed as a basic component for dynamically stable motion. In this rarer, learning based neuro-fuzzy systems have been developed and applied to model ZMP trajectory of a biped walking robot. As a result, we can provide more improved insight into physical walking mechanisms.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.9
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pp.133-144
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2000
The dynamic walking planning and the inverse dynamics of the biped robot is investigated in this paper. The biped robot is modeled with 14 degrees of freedom rigid bodies considering the walking pattern and kinematic construction of humanoid. The method of the computer aided multibody dynamics is applied to the dynamic analysis. The equations of motion of biped are initially represented as terms of the Cartesian corrdinates then they are converted to the minimum number of equations of motion in terms of the joint coordinates using the velocity transformation matrix. For the consideration of the relationships between the ground and foot the holonomic constraints are added or deleted on the equations of motion. the number of these constraints can be changed by types of walking patterns with three modes. In order for the dynamic walking to be stabilizable optimized trunk positions are iteratively determined by satisfying the system ZMP(Zero Moment Point) and ground conditions.
In order to accomplish complex navigational commands, humanoid robot should be able to modify its walking period, step length and direction independently. In this paper, a novel walking pattern generation algorithm is proposed to satisfy these requirements. Modification of the walking pattern can be considered as a transition between two periodic walking patterns, which follows each navigational command. By assuming the robot as a linear inverted pendulum, the equations of motion between ZMP(Zero Moment Point) and CM(Center of Mass) state is easily derived and analyzed. After navigational command is translated into the desired CM state, corresponding CM motion is generated to achieve the desired state by using simple ZMP functions. Moreover, when the command is not feasible, feasible command is alternated by using binary search algorithm. Subsequently, corresponding CM motion is generated. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by computer simulation.
Many factors affect foot and ankle biomechanics during walking, including gait speed and anthropometric characteristics. However, speed has not been taken into account in foot kinematics and kinetics during walking. This study examined the effect of walking speed on foot joint motion and peak plantar pressure during the walking phase. Eighty healthy subjects (40 men, 40 women) were recruited. Maximal dorsiflexion and excursion were measured at the first metatarsophalangeal joints during walking phase at three different cadences (80, 100, and 120 step/min) using a three dimensional motion analysis system (CMS70P). At the same time, peak plantar pressure was investigated using pressure distribution platforms (MatScan system) under the hallux heads of the first, second, and third metatarsal bones and heel. Maximal dorsiflexion and excursion and excursion at the ankle joint decreased significantly with increasing walking speed. Peak plantar pressure increased significantly under the heads of the first of the first, second, and third metatarsal bones, and heel with increasing walking speed: three was no change under the hallux. There were no significant changes in maximal dorsiflexion or excursion at the first metatarsophalangeal joint. The results show that walking speed should be considered when comparing gait parameters. The results also suggest that slow walking speeds may decrease forefoot peak plantar pressure in patients with peripheral neuropathy who have a high risk of skin breakdown under the forefoot.
This paper deals with the gait generation of Biped Walking Robot (IWR-III) to have a continuous walking pattern like human. For this, trajectory planning with the consideration of kick action is done in each walking step, and the coordinate transformation is done for simplifying the kinematics. The trunk moves continuously for all walking time and moves toward Z-axis. Balancing motion is acquired by FDM(Finite Difference Method) during the walking. By combining 4-types of pre-defined steps, multi-step walking is done. Using numerical simulator, dynamic analysis and system stability is confirmed. Walking motion is visualized by 3D-Graphic simulator. As a result, the motion of balancing joints can be reduced by the trunk ahead effect during kick action, and impactless smooth walking is implemented by the experiment.
Objective: The aim of this study was to investigate the effect Tiger-step walking on the movement of the lower extremities during walking. Method: Twenty healthy male adults who had no experience of musculoskeletal injuries on lower extremities in the last six months (age: 26.85 ± 3.28 yrs, height: 174.6 ± 3.72 cm, weight: 73.65 ± 7.48 kg) participated in this study. In this study, 7-segments whole-body model (pelvis, both side of thigh, shank and foot) was used and 29 reflective markers and cluster were attached to the body to identify the segments during the gait. A 3-dimensional motion analysis with 8 infrared cameras and 7 channeled EMG was performed to find the effect of tigerstep on uphill walking. To verify the tigerstep effect, a one-way ANOVA with a repeated measure was used and the statistical significance level was set at α=.05. Results: Firstly, Both Tiger-steps showed a significant increase in stance time and stride length compared with normal walking (p<.05), while both Tiger-steps shown significantly reduced cadence compared to normal walking (p<.05). Secondly, both Tiger-steps revealed significantly increased in hip and ankle joint range of motion compared with normal walking at all planes (p<.05). On the other hand, both Tiger-steps showed significantly increased knee joint range of motion compared with normal walking at the frontal and transverse planes (p<.05). Lastly, Gluteus maximus, biceps femoris, medial gastrocnemius, tibialis anterior of both tiger-step revealed significantly increased muscle activation compared with normal walking in gait cycle and stance phase (p<.05). On the other hand, in swing phase, the muscle activity of the vastus medialis, biceps femoris, tibialis anterior of both tiger-step significantly increased compared with those of normal walking (p <.05). Conclusion: As a result of this study, Tiger step revealed increased in 3d range of motion of lower extremity joints as well as the muscle activities associated with range of motion. These findings were evaluated as an increase in stride length, which is essential for efficient walking. Therefore, the finding of this study prove the effectiveness of the tiger step when walking uphill, and it is thought that it will help develop a more efficient tiger step in the future, which has not been scientifically proven.
Background : The Purposes of this study were to understand difference between free walking and obstacle over walking through the naked eye and motion analysis device, and to review merits of obstacle walking training as item of functional assessment in clinical situations. Methods : All participants were male and performed 3 types of walking methods: free walking, obstacle over walking with low block(height=10cm, width=8cm), and obstacle over walking with high block(height=20cm, width=8cm). All walking were performed 3 trials respectively. Results : In the naked eye, initial contact with toes occurred more than heel strike in obstacle over walking, and the flexion angle of hip and knee were increased in obstacle over walking. On interpretations though motion analysis device, cadence, gait speed and weight accept were significant statistically(p<.05). Cadence and gait speed were decreased, and weight accept duration was increased in obstacle over walking. Rotation among three pelvic motions was significant statistically(p<.05), flexion among three hip motions was significant statistically(p<.05) and flexion among three ankle motions was significant statistically(p<.05). Rotation and flexion among three ankle motions was significant statistically(p<.05). Conclusion : Both the naked eye and interpretations of the device presented many difference between free walking and obstacle over walking. In overcrossing obstacles, many participants appeared walking strategy by perform initial contact with toes. Knee flexion was most significant statistically(p<.05) in obstacle over walking with 20cm block.
The characters in animations have diverse distinctive features and personalities. These personalities and characteristics are composed of various elements such and feature, motion, conversation, and walking motion, and so on. Especially, walking motion is the basic element to express character action. And it plays a key role for expressing personalities of characters. In this paper, we classify characters in animations by distinctive feature and personality based on the cosmic dual forces and five elements theory. The relationships between personalities of characters and movements are suggested by analyzing motions of the classified characters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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