To achieve bipedal walking in real human environments, a bipedal robot should be capable of modifiable walking both on uneven terrain with different heights and on flat terrain. In this paper, a novel walking pattern generator based on a 3-D linear inverted pendulum model (LIPM) is proposed to achieve this objective. By adopting a zero moment point (ZMP) variation scheme in real time, it is possible to change the center-of-mass (COM) position and the velocity of the 3-D LIPM throughout the single support phase. Consequently, the proposed method offers the ability to generate a modifiable pattern for walking on uneven terrain without the necessity for any extra footsteps to adjust the COM motion. In addition, a control strategy for bipedal walking on uneven terrain with unknown height is developed. The torques and ground reaction force are measured through force-sensing resisters (FSRs) on each foot and the foot of the robot is modeled as three virtual spring-damper models for the disturbance compensation. The methods for generating the foot and vertical COM of 3-D LIPM trajectories are proposed to achieve modifiable bipedal walking on uneven terrain without any information regarding the height of the terrain. The effectiveness of the proposed method is confirmed through dynamic simulations.
Purpose: The purpose of this study was to examine the effects of dual tasks on balance and postural control during standing in patients with cerebellar ataxia (CA). It was hypothesized that CA patients would exhibit different sway characteristics of the center of mass (COM) depending on the complexity of the secondary cognitive tasks compared with normal control subjects. Methods: A total of 8 patients with CA and age-matched healthy control subjects participated in this study. They were instructed to perform two balance tasks (non-dual and dual movement) with 3 different complexity of dual tasks. Range, variability, and velocity of COMs were measured. Results: According to the results CA patients showed deficits in balance and postural control with increased dual-task complexity during the static balance task in saggital sway movements. However, there was no significant difference in static balance in frontal sway. With higher difficulty in the cognitive task, CA patients took longer to stabilize their body center, while normal control subjects showed no change between conditions. In addition, CA patients had a greater COM resultant velocity during recovery in the dual-task condition compared with the single-task condition. These findings indicate that CA patients had defendable compensatory strategies in performing dual tasks. Conclusion: In conclusion, CA patients appeared to manage the priority to balance and postural control. Particularly in a situation with a postural threat such as when potential consequences of the loss of stability increase, they appeared to prioritize the control of balance and posture over the performance of the secondary task.
The purpose of this study was to evaluate the smoothness of the gait pattern according to shoe, walking speed, and slope. Eleven male university students used three types(running shoes, mounting climbing boots, elevated forefoot walking shoes) of shoes at various walking speeds(1.19, 1.25, 1.33, 1.56, 1.78, 1.9, 2.0, 2.11, 2.33m/s) and gradients (0, 3, 6, 10%) on a treadmill. Three-dimensional motion analysis (Motion Analysis Corp, Santa Rosa, CA, USA) was conducted with 4 Falcon high speed cameras. The results showed that elevated forefoot walking shoes had the lowest value of normalized jerk at the heel, which means that elevated forefoot walking shoes had the smoothest walking pattern at the heel. In contrast, elevated forefoot walking shoes had greater normalized jerk at the center of mass (COM) at most walking speeds, which means that the smoothness of gait pattern at the center of mass is the lowest for the elevated forefoot walking shoes. This movement at the COM might even have a beneficial effect of activating muscles in the back and abdomen more than other shoes.
본 논문에서는 단일 강체 모델(single rigid body)의 무게 중심(center of mass) 좌표계와 발의 위치를 활용하여 캐릭터의 동작을 생성하는 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크를 사용하면 기존의 전신 동작(full body)에 대한 정보를 사용할 때 보다 입력 상태 벡터(input state)의 차원을 줄임으로써 강화 학습의 속도를 개선할 수 있다. 또한 기존의 방법보다 학습 속도를 약 2 시간(약 68% 감소) 감소시켰음에도 기존의 방법 대비 최대 7.5배(약 1500 N)의 외력을 더 견딜 수 있는 더욱 견고한(robust) 모션을 생성할 수 있다. 본 논문에서는 이를 위해 무게 중심의 다음 좌표계를 구하기 위해 중심 역학(centroidal dynamics)을 활용하였고, 이에 필요한 매개 변수(parameter)들과 다음 발의 위치와 접촉력 계산에 필요한 매개 변수들을 구하는 정책(policy)의 학습을 심층 강화 학습(deep reinforcement learning)을 사용하여 구현하였다.
This research paper aims at computer based modeling of carbonation induced corrosion under extreme conditions and its experimental verification by incorporating enhanced electrochemical and mass balance equations based on thermo-hygro physics with strong coupling of mass transport and equilibrium in micro-pore structure of carbonated concrete for which the previous research data is limited. In this paper the carbonation induced electrochemical corrosion model is developed and coupled with carbon dioxide transport computational model by the use of a concrete durability computer based model DuCOM developed by our research group at concrete laboratory in the University of Tokyo and its reliability is checked in the light of experiment results of carbonation induced corrosion mass loss obtained in this research. The comparison of model analysis and experiment results shows a fair agreement. The carbonation induced corrosion model computation reasonably predicts the quantitative behavior of corrosion rate for normal air dry relative humidity conditions. The computational model developed also shows fair qualitative corrosion rate simulation and analysis for various pH levels and coupled environmental actions of chloride and carbonation. Detailed verification of the model for the quantitative carbonation induced corrosion rate computation under varying relative conditions, different pH levels and combined effects of carbonation and chloride attack remain as scope for future research.
Objective : The aim of this study was to develop the non-powered horse riding device and was to evaluate the elaborate its applicability throughout static structural and transient structural analysis of the outdoor core strength exercise equipment. Method : Fifteen college students (mass: $69.55{\pm}13.38kg$, height: $1.69{\pm}5.61m$, age: $21.42{\pm}1.83yrs$) rode the powered horse riding device and 14 college students (mass: $71.12{\pm}9.74kg$, height: $1.73{\pm}3.31m$, age: $22.50{\pm}1.47yrs$) rode the non-powered horse riding device for the comparison. All motion capture data was collected at 100 Hz using six infrared cameras and the muscular activities were collected using a Delsys Trigno wireless system. The peak forward/backward lean angle, range of motion anter/posterior and vertical COM(Center of mass) movement of trunk and pelvis segment, and muscle activities of six muscles were compared between the two devices by using independent t-test (p<.05). Results : Several kinematic variables (peak forward-backward lean angle and vertical COM movement of trunk and pelvis segment, range of motion of trunk) significantly different between non-powered and powered horse riding device. The muscle activities of Rectus abdominis and External oblique of abdomen on the non-powered horse riding device were significantly greater than those of the powered device. Conclusion : It was concluded that non-power horse riding device could give the effect of core strength exercise as well as the body motion which can simulate the powered horse riding device.
Objective: This purpose of this study was to analyze the relationship between dimensionless leg stiffness and kinetic variables during gait performance, and its modulation with body weight. Method: The study sample consisted of 10 young women divided into 2 groups (Control, n=5 and Obese, n=5). Four camcorders (HDR-HC7/HDV 1080i, Sony Corp, Japan) and one force plate (AMTI., USA) were used to analyze the vertical ground reaction force (GRF) variables, center of pressure (COP), low limb joint angle, position of pelvis center and leg lengths during the stance phase of the gait cycle. Results: Our results revealed that the center of mass (COM) displacement velocity along the y-axis was significantly higher in the obese group than that in control subjects. Displacement in the position of the center of the pelvis center (Z-axis) was also significantly higher in the obese group than that in control subjects. In addition, the peak vertical force (PVF) and dimensionless leg stiffness were also significantly higher in the obese group. However, when normalized to the body weight, the PVF did not show a significant between-group difference. When normalized to the leg length, the PVF and stiffness were both lower in the obese group than in control subjects. Conclusion: In the context of performance, we concluded that increased dimensionless leg stiffness during the gait cycle is associated with increased velocity of COM, PVF, and the change in leg lengths (%).
Purpose: Temporomandibular disorder (TMD) is a condition defined as pain and dysfunction of temporomandibular joints and masticatory muscles. Abnormal interconnections between temporomandibular muscles and cervical spine structures can cause the changes of postural alignment and balance ability. The aim of this study was to investigate changes in static balance ability in subjects with painrelated TMD. Methods: This study conducted on 25 subjects with TMD and 25 control subjects with no TMD. Pressure pain thresholds (PPTs) of the masseter and temporalis muscles were measured using a pressure algometer. Static balance ability was assessed during one leg standing using an Inertial Measurement Unit (IMU) sensor. During balance task, the IMU sensors measured motion and transfer movement data for center of mass (COM) motion, ankle sway and hip sway. Results: PPTs of masseter and temporalis muscles were significantly lower in the TMD group than in the control group (p<0.05). One leg standing, hip sway, and COM sway results were significantly greater in the TMD group (p<0.05), but ankle sways were not different between group. Conclusion: We suggest pain-related TMD is positively related to reduced PPTs of masticatory muscles and to static balance ability. These results should be considered together with global body posture when evaluating or treating pain-related TMD.
In this paper, we proposed a technique to recognize three states in stance phase of gait cycle. Walking assistive devices are used to help the elderly people walk or to monitor walking behavior of the disabled persons. For the effective assistance, they adopt an intelligent sensor system to understand user's current state in walking. There are three states in stance phase; Loading Response, Midstance, and Terminal Stance. We developed a foot pressure sensor using 24 FSRs (Force Sensing/Sensitive Resistors). The foot pressure patterns were integrated through the interpolation of FSR cell array. The pressure patterns were processed to get the trajectories of COM (Center of Mass). Using the trajectories of COM of foot pressure, we can recognize the three states of stance phase. The experimental results show the effective recognition of stance phase and the possibility of usage on the walking assistive device for better control and/or foot pressure monitoring.
Purpose : The purpose of this study was to analyze the dynamic range of motion (ROM) of pelvic and translation of center of mass (COM) when wearing different shoe insole lifts according to leg length discrepancy (LLD) during free speed gait. Methods : Thirty-five healthy adults were participated in this study. Kinematic data were collected using a Vicon motion capture system. Reflective and cluster 40 markers attached to participants lower extremities and were asked to walk in a 6 m gait way under three different shoe lift conditions (without any insole, 1 cm insole, and 2 cm insole). The pelvic ROM and COM translation in three planes were sorted using a Nexus software, and a Visual3D motion analysis software was used to coordinate all kinematic data. Results : There were significantly increased maximal pelvic elevation and total pelvic range in coronal plane when wearing a standard shoe with 2 cm insole lift during gait (p<.05). When wearing a standard shoe with 2 cm insole lift, the total range of the pelvic segment were significantly different in all three motion planes (p<.05). Conclusion : Although LLD of less than 2 cm develops abnormal movement pattern of the pelvis and may cause of musculoskeletal diseases such as low back pain, hip and knee joint osteoarthritis, therefore intensive various physical therapy interventions for LLD are needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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