The purpose of this study was to calculate three dimensional angular displacements, moments and joint reaction forces of the ankle joint during the waist pulling, and to assess the ankle joint reaction forces according to different perturbation modes and different levels of perturbation magnitude. Ankle joint model was assumed 3-D ball and socket joint which is capable of three rotational movements. We used 6 cameras, force plate and waist pulling system. Two different waist pulling systems were adopted for forward sway with three magnitudes each. From motion data and ground reaction forces, we could calculate 3-D angular displacements, moments and joint reaction forces during the recovery of postural balance control. From the experiment using falling mass perturbation, joint moments were larger than those from the experiment using air cylinder pulling system with milder perturbation. However, JRF were similar nevertheless the difference in joint moment. From this finding, we could conjecture that the human body employs different strategies to protect joints by decreasing joint reaction forces, like using the joint movement of flexion or extension or compensating joint reaction force with surrounding soft tissues. Therefore, biomechanical analysis of human ankle joint presented in this study is considered useful for understanding balance control and ankle injury mechanism.
The purpose of this study is to analyze the ground reaction force of arm landing on arm and leg during sports aerobics. Subjects of this study were total 10 players of 5 males and 5 females who have are domain sports aerobics medalists more than the third place in national tournaments. The subjects jumped between the two ground reaction force analyzers, while landing their right hand on the front platform(#1) and their right leg on the rear platform(#2), and the data frequency was set to 200Hz. Findings of this study are as follows; More than 3 times of impact peak force of vertical reaction force acted on arm joint than on leg joint. And, when ground reaction force on foot increased, ground reaction force on hand decreased. 3 impact peaks of curve of ground reaction force were found - Impact Peak 1 incurred on the time the palm lands on the ground, Impact Peak 2 absorbing shock secondarily on wrist joint, and Active Peak incurred on the time of holding the weight while pushing out the severly bent elbow joint.
This paper focus on investigating the influence of the amount of water ingestion and the engine speed on the joint reaction force of the connecting rod in engine. The connecting rod was modelled by MSC/PATRAN, the modal informations of it were obtained by the DMAP module in the MSC/NASTRAN, and the dynamic force history was computed through the flexible multibody dynamic simulation in DADS. To analyze the joint reaction force acting on the connecting rod, the 48 cases were investigated. The engine speed varies with 200, 700, 1600, 2400rpm and the volumetric ratio of water to the combustion chamber varies with 0, 10, 20, ..., 90, 95 and 97.5% . As the engine speed decreases and the amount of water ingestion increases, the joint reaction force increase. Especially when the amount of water ingestion exceeds the 70% of the volume of the combution chamber, the joint reaction force acting on the connecting rod is over the design strength.
Lim, Young-Tae;Park, Jun Sung;Lee, Jae Woo;Kwon, Moon-Seok
한국운동역학회지
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제27권2호
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pp.125-132
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2017
Objective: The aim of this study was to investigate the effect of targeted knee flexion angle on biomechanical factors of knee joint between upward and downward phases during the forward lunge. Method: Eight elderly subjects (age: $22.23{\pm}1.51years$, weight: $69{\pm}6.63kg$, height: $174.88{\pm}6.85cm$) participated in this study. All reflective marker data and ground reaction force during a forward lunge were collected. The knee joint movement and reaction force and joint moment at maximum knee flexion angle were compared by repeated measures one-way analysis of variance (ANOVA) (p<.05). The peak knee joint reaction force and joint moment between upward and downward phases were compared by repeated measures two-way ANOVA (p<.05). Results: The anterior and vertical knee joint movements, reaction force, and extensor moment of $80^{\circ}$ targeted knee flexion condition at maximum knee flexion angle was greater than both $90^{\circ}$ and $100^{\circ}$ conditions (p<.05). The $80^{\circ}$ knee flexed angle condition had greater peak joint reaction force and extensor moment compared with both $90^{\circ}$ and $100^{\circ}$ conditions between upward and downward phases during the forward lunge. Conclusion: As the targeted knee joint flexion angle increases, knee joint movement and kinetic variables become greater during the forward lunge exercise.
This paper presents a new method of dynamics-based synthesis of bipedal, especially human, walking. The motion of the body at a time point is determined by ground reaction force and torque under the support foot and joint torques of the body at that time point. Motion synthesis involves specifying conditions that constrain ground reaction force and torque, and joint torques so that a given desired motion may be achieved. There are conditions on a desired motion which end-users can think of easily, e.g. the goal position and orientation of the swing foot for a single step and the time period of a single step. In this paper, we specify constraints on the motion of the support foot, which end-users would find difficult to specify. They are constraints which enforce non-sliding, non-falling, and non-spinning the support foot. They are specified in terms of joint torques and ground reaction force and torque. To satisfy them, both joint torques and ground reaction force and torque should be determined appropriately. The constraints on the support foot themselves do not give any good clues as to how to determine ground reaction force and torque. For that purpose, we specify desired trajectories of the application point of vertical ground reaction force (ground pressure) and the application point of horizontal ground reaction (friction) force. The application points of vertical pressure and friction force are good control variables, because they are indicators to kinds of walking motions to synthesize. The synthesis of a bipedal walking motion, then, consists of finding a trajectory of joint torques to achieve a given desired motion, so that the constraints are satisfied under the condition of the prescribed center of pressure and center of friction. Our approach is distinguished from many other approaches, e.g. the inverted-pendulum approach, in that it captures and formulates dynamics of the support foot and reasonable constraints on it.
Objective: The purpose of this study was to investigate the effects of joint mobilization on foot pressure, ankle moment, and vertical ground reaction force in subjects with ankle instability. Method: Twenty male subjects (age, $25.38{\pm}3.62yr$; height, $170.92{\pm}5.41cm$; weight, $60.74{\pm}9.63kg$; body mass index (BMI), $19.20{\pm}1.67kg/m^2$) participated and underwent ankle joint mobilization. Weight-bearing distribution, ankle dorsi/plantar flexion moment, and vertical ground reaction force were measured using a GPS 400 and a VICON Motion System (Oxford, UK), and subsequently analyzed. SPSS 20.0 for Windows was used for data processing and paired t-tests were used to compare pre- and post-mobilization measurements. The significance level was set at ${\alpha}$ = .05. Results: The results indicated changes in weight-bearing, ankle dorsi/plantar flexion moment, and vertical ground reaction force. The findings showed changes in weight-bearing distribution on the left (pre $29.51{\pm}6.31kg$, post $29.57{\pm}5.02kg$) and right foot (pre $32.40{\pm}6.30kg$, post $31.18{\pm}5.47kg$). There were significant differences in dorsi/plantar flexion moment (p < .01), and there were significant increases in vertical ground reaction forces at initial stance (Fz1) and terminal stance (Fz2, p < .05). Additionally, there was a significant reduction in vertical ground reaction force at midstance (Fz2, p < .001). Conclusion: Joint mobilization appears to alter weight-bearing distribution in subjects with ankle instability, with resultant improvements in stability.
Objectives : We find that the reaction force on the elbow joint during elbow flexion, extension with and without an object in the hand can be calculated the equations of motion that the sum of the torque and the sum of the force acting on the elbow joint must be zero and (moment of inertia x angular acceleration) and (mass x acceleration). Methods : we have calculated the equations of motion (${\Sigma}F=0$, ${\Sigma}{\tau}=0$, ${\Sigma}F=ma$, ${\Sigma}{\tau}=Ia$) to investigate the reaction force on the elbow joint during elbow flexion, extension by means of the simplified free-body technique for coplanar forces. Results : we found that the reaction force on the elbow joint during elbow flexion, extention as constant acceleration motion is more than constant velocity, static motion. Also, we found that the relation between during flexion and during extension like this ; $J_{flexion}$ < $J_{extension}$.
The purpose of this study was to find the relationship between Achilles tendon angle, angular velocity from 2D cinematography utilized to easily analyze the functions of shoes, ankle joint moment, knee joint moment, and hip joint moment from 3D cinematography utilized to predict the injury. Also, this study was to provide the optimal standard to analyze the injury related to the shoes. Subjects in this study were 30 university male students and 18 conditions (2 types of running speed, 3 of midsole hardness, 3 of midsole height) were measured using cinematography and force platform. The results were as following. 1) Hip joint abduction moment was effected by many variables such as running speed, midsole height, maximum achilles tendon angle, ground reaction force. 2) Knee joint rotational moment in running was approximately 1/10 - 1/4 times of the injury critical value and eversion moment was approximately 1/4 - 1/2 times of the injury critical value. 3) Ankle joint pronation moment in running was 1/3 - 1/2 times of the injury critical value. 4) Knee joint rotational moment was found to be irrelevant with maximum achilles tendon angle or angular velocity. 5) Pronation from running was thought to be relevant to rather eversion moment activity than rotational moment activity of knee joint. 6) Plantar flexion abductor of ankle showed significant relationship with the ground reaction force variable. 7) When the loading rate for ground reaction force in passive region increased, extensor tended to be exposed to the injury. Main variables in biomechanical analysis of shoes were impact absorption and pronation. Among these variables, pronation factor was reported to be relevant with knee injury from long duration exercise. Achilles tendon angle factor was utilized frequently to evaluate this. However, as the results of this study showed, the relationship between these variables and injury relating variable of knee moment was so important. Studies without consideration on this finding should be reconsidered and reconfirmed.
Objective: This study examined the effects of dynamic tape applied to the patellofemoral joint on the knee valgus angle, muscle activity, and ground reaction force during a single leg squat (SLS) and single leg landing (SLL). Design: Cross-sectional study. Methods: Twenty-four subjects (11 male, 13 female) who met the inclusion criteria were screened by the knee palpation and patella compression tests. First, the knee valgus angle and muscle activity during SLS were measured. Second, the knee valgus angle and ground reaction force during SLL were measured. For the intervention, a patella joint loop using dynamic tape was used. The knee valgus angle, muscle activities in SLS and SLL after the intervention, and the ground reaction force were measured in the same way. A paired t-test was used to examine the difference between before and after the intervention. Results: The knee valgus angle showed a statistically significant improvement after dynamic taping application in SLS and SLL (p<0.05). The differences in muscle activity of the VL/VMO and ground reaction forces were not statistically significant after dynamic taping application in SLS and SLL. Conclusions: This study showed that dynamic taping applied around the patellofemoral joint was effective in improving the knee valgus angle in SLS and SLL and had a reduced risk of secondary injury during sports activity.
Analysis of actuating forces and joint reaction forces are essential to determine the capacity of actuators, to control the system and to design the components. This paper presents an algorithm tha t calculates actuating forces(or torques) depending on the various driving types to produce a given system motion. The joint reaction forces(or torques) of multibody systems with closed-loops are analyzed in the Cartesian coordinate space using the inverse velocity transformation technique. Two numerical examples were carried out to verify the algorithm proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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