The purpose of this study is to elucidate how walking speed influences on change of angles of lower extremity and ground reaction force in normal and obese people. One group with normal body weight who were experimented at a standard speed of 1.5m/s and the other obese group were experimented at two different walking speeds (standard speed of 1.5m/s and self-selected speed of 1.3m/s). We calculated angles of lower extremity and ground reaction force during stance phase through video recording and platform force measuring. When the obese group walked at the standard speed, dorsi-flexion angle of ankle got bigger and plantar-flexion angle of ankle got smaller, which were not statistically significant. There was no significant difference of knee joint angles between normal and obese group at the same speed walking but significant post hoc only for the first flexion of knee joint in obese group. $F_z1$ was bigger than $F_z3$ in vertical axis for ground reaction force in both groups at the standard speed walking and the same force value at self-selected speed in obese group. $F_y3$ was always bigger than $F_y1$ in anterior-posterior axis in both groups.
The purposes of this study were investigated physical compensation for gait on induced knee stiffness in normal subjects. Ten subjects were participated in the experiment(age: $26.0{\pm}6.3$ yrs, height: $175.5{\pm}5.3$ cm, weight: $69.1{\pm}6.1$ kg). The study method adopted 3D analysis with five cameras and ground reaction force with two force-plate. Induced knee stiffness level were classified as gait pattern on ROM of knee(free level, $30^{\circ}$ restriction level, fix level). The results were as follows; In angular displacement of hip joint, left hip joint was the more extended in mid-stance on induced right knee stiffness. In angular displacement of knee joint, there was no physical compensation on induced right knee stiffness, but free knee level gait was more flexed in swing phase of right knee joint. In angular displacement of ankle joint, right ankle joint was the more dorsiflexed on induced right knee stiffness, and $30^{\circ}$ restriction level and fix level gait were less plantarflexed in TO2. In trunk tilt, free and $30^{\circ}$ restriction level gait was more backward tilt on induced right knee stiffness. In ROM of each joint, right knee joint was more larger and trunk tilt was more lower on induced right knee stiffness. In GRF, Fx was more bigger lateral force in free and $30^{\circ}$ restriction level gait, and was more bigger medial force in fix level gait. Fy was more bigger propulsion force in free level gait, and was was more bigger braking force in $30^{\circ}$ restriction level gait. Left braking force in $30^{\circ}$ restriction level gait was more bigger. Fz was no significant.
Lee Hea-Young;Jeong Dong-Hoon;Park Rae-Joon;Kim Jin-Sang
The Journal of Korean Physical Therapy
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v.11
no.1
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pp.63-70
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1999
This study was for mathematical method of calculating the joint reaction force during on single - leg stance on a normal and hemiplegic patients. It is important to compare the distance of the line of gravity from the hip joint on hemiplegic patients with this on normal in this study. In earlier studies, there is no include the concept about biomechanical analysis on the shin of line of gravity of hemiplegic patients. Though this concept, we found the compensation make the line of gravity closer to the supporting hip joint and the trunk was toward the side of paralysis. The result of the Joint reaction force on hemiplegic patients is found to be approximately $31.33\%$ in the unaffected side by biomechanical analysis.
Lee, Kyung-Ill;Lee, Chul-Gab;Hong, Wan-Ki;Kim, Min
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.25
no.4
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pp.393-399
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2015
Objective : This study was conducted with an aim to use it as basic data for developing assistive devices, such as insoles that can suppress the progress of degenerative diseases and strategies, to improve early degenerative diseases by assessing walking characteristics of farm workers who were classified as KL-grade in the perspective of motor mechanics. Method : 38 male and female adults who complained of knee joint pain for more than six months were selected, and they were classified according to KL-grade. KL-grade was assessed by an orthopaedic specialist and an occupational environment health specialist. Filming equipment (FX-1, CASIO, Japan) and a ground reaction force system (AMTI OR6, AMTI, USA) were used to identify ground reaction force characteristics, and WOMAC was used for a pain rating scale. Results : There was a difference between the right and left side (axis-X) according to KL-grade, and when the grade was higher, the internal ground reaction force was also higher. Changes in COP were not affected by KL-grade of the knee joint, but it tended to increase as the grade increased. There were differences in the time required for limb support while walking according to the grades, and when the grade was higher, walking was more inefficient with long braking force and short propulsion forces. Also, pain rating scale, the right and left side, and COP changes while in support phase were related. Conclusion : There was a partial, statically significant difference in KL-grade and ground reaction force occurring during the support phase, and there were differences in ground reaction forces according to the grades of degenerative arthritis in the knee joint, indicating that this study is worthy as basic data for future studies.
Kim, Suk-Won;Lee, Jung-Yong;Park, Ki-Won;Yoon, Hoon-Yong;Park, Sung-Ha
Journal of the Ergonomics Society of Korea
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v.24
no.4
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pp.63-71
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2005
A laboratory study was performed to evaluate the effects of an aid(i.e. stick) on joint loadings. Six healthy young participants were recruited from Virginia Tech student population. Each participant has performed three normal walking and three stick walking trials. Normalized and integrated, ground reaction forces(GRFs) and joint moments were measured at ankle, knee, and hip joints from kinematic and kinetic data. The result suggests that stick walking significantly reduces vertical ground reaction force and joint moments at ankle and knee compared to normal walking.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.5
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pp.809-818
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1997
An efficient non-recursive formulation of dynamic force analysis has been developed for serially connected multibody systems. Although derivation of equations of motion is based on a recursive dynamic formulation with joint relative coordinates, in the proposed formulation, dynamic forces such as joint reaction forces and driving force are computed non-recursively for specified joints. The efficiency of the proposed formulation has been proved by the operational count and the CPU time measure, comparing with that of the conventional recursive Newton-Euler formulation. A simulation of 7-DOF RRC robot arm has been carried out to validate solutions of reaction forces by comparing with those from a commercial dynamic analysis program DADS.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.4
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pp.350-356
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2004
This paper presents a farce manipulability analysis of multi-legged walking robots, which calculates force or acceleration workspace attainable from joint torque limits of each leg. Based on the observation that the kinematic structure of the multi-legged walking robots is basically the same as that of multiple cooperating robots, we derive the proposed method of analyzing the force manipulability of walking robot. The force acting on the object in multiple cooperating robot systems is taken as reaction force from ground to each robot foot in multi-legged walking robots, which is converted to the force of the body of walking robot by the nature of the reaction force. Note that each joint torque in multiple cooperating robot systems is transformed to the workspace of force or acceleration of the object manipulated by the robots in task space through the Jacobian matrix and grasp matrix. Assuming the torque limits are given in infinite norm-sense, the resultant dynamic manipulability is derived as a polytope. The validity of proposed method is verified by several examples, and the proposed method is believed to be useful for the optimal posture planning and gait planning of walking robots.
It is well known that the geometry of the articular surface has a major role in determining the position of articular contact and the lines of action for the contact forces. The contact force calculation of the knee joint under the effect of sliding and rolling is one of the most challenging issues in this field. We present a 3-D human knee joint model including sliding and rolling motions and major ligaments to calculate the lateral and medial condyle contact forces from the recovered total internal reaction force using inverse dynamic contact modeling and the Least-Square method. As results, it is believed that the patella, muscles and tendon affect a lot for the internal reaction forces at the initial heel contact stage. With increasing flexion angles during gait, the decreasing contact area is progressively shifted to the posterior direction on the tibia plateau. In addition, the medial side contact force is larger than the lateral side contact force in the knee joint during normal human walking. The total internal forces of the knee joint are reasonable compared to previous studies.
This study aims to comparatively analyze kinetic variables that affect high jump records and thus to provide the basic data for enhancement of physical education teachers' teaching skills and expertise. 10 students who were majoring in physical education in a college of education - five males and five females - were chosen for the experiment in which the 3D image analyzer and ground reaction force measuring unit were adopted. The kinetic variables of the groups, the characteristics and differences were analyzed, and the correlation between each variable and record in each group was examined. The results are as follows: As to the height of center of gravity from one step before stamping to landing, the vertical velocity of the center of gravity at take off, the vertical velocity of the limbs at take off, the angles of the hip joint and ankle joint of the jumping leg, it turned out that male were better than female. As to the angles of the hip joint and ankle joint of the lead leg, female recorded higher values than male. As to the maximum vertical ground reaction force, the maximum horizontal ground reaction force, the vertical impulse, it turned out that male were better than female.
Kim, Kew-wan;Jeon, Kyoungkyu;Park, Seokwoo;Ahn, Seji
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.32
no.1
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pp.9-16
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2022
Objective: The purpose of this study was to investigate how the chronic ankle instability affects postural control during forward jump landing. Method: 20 women with chronic ankle instability (age: 21.7 ± 1.6 yrs, height: 162.1 ± 3.7 cm, weight: 52.2 ± 5.8 kg) and 20 healthy adult women (age: 21.8 ± 1.6 yrs, height: 161.9 ± 4.4 cm, weight: 52.9 ± 7.2 kg) participated in this study. For the forward jump participants were instructed to stand on two legs at a distance of 40% of their body height from the center of force plate. Participants were jump forward over a 15 cm hurdle to the force plate and land on their non-dominant or affected leg. Kinetic and kinematic data were obtained using 8 motion capture cameras and 1 force plates and joint angle, vertical ground reaction force and center of pressure. All statistical analyses were using SPSS 25.0 program. The differences in variables between the two groups were compared through an independent sample t-test, and the significance level was to p < .05. Results: In the hip and knee joint angle, the CAI group showed a smaller flexion angle than the control group, and the knee joint valgus angle was significantly larger. In the case of ankle joint, the CAI group showed a large inversion angle at all events. In the kinetic variables, the vGRF was significantly greater in the CAI group than control group at IC and mGRF. In COP Y, the CAI group showed a lateral shifted center of pressure. Conclusion: Our results indicated that chronic ankle instability decreases the flexion angle of the hip and knee joint, increases the valgus angle of the knee joint, and increases the inversion angle of the ankle joint during landing. In addition, an increase in the maximum vertical ground reaction force and a lateral shifted center of pressure were observed. This suggests that chronic ankle instability increases the risk of non-contact knee injury as well as the risk of lateral ankle sprain during forward jump landing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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