This paper describes the procedure of kinmatic design of a quadruped walking machine which has better mobility and higher energy efficiency than the wheeled or tracked vehicles on the rough terrain. Specifically, this paper puts much emphasis on the procedure and its rationality of the design of the leg which is the key mechanical element of the walking robot. And it shows the appropriateness of the selected mechanism and the design method through the walking experiment of the prototype machine built upon the resulted design. The pantograph mechanisms are proved to be acceptable as the leg of the walking machine from the experiment even though it is indicated that the walking speed and the body deflection should be improved further. This paper also describes the problems of the realization of the gait the frictional effects along with their causes in the walking experiment.
In this paper it is purpose that reduces joint torques and their rate of change through optimizing trajectory planning of biped walking machine. The motion of biped walking machine is divided into leg motion for walking and body motion for keeping balance. The leg motion is planned by three phases, that are deploy, swing, and place phases, in terms of the state of foot against floor. The distribution of time assigned to each phase is optimized and that causes leg joint torques and their rate of change to minimize. The body notion is produced by using optimal control theory which minimizes body joint torques and satisfies Z.M.P. constraints defined as region of each phase.
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.
This paper described a novel locomotion interface that can generate infinite floor for various surface, named as virtual walking machine. This interface allows users to participate in a life-like walking experience in virtual environments, which include various terrains such as plains, slopes and stair ground surfaces. The interface is composed of two three-DOF (X, Y, Yaw) planar devices and two four-DOF (Pitch, Roll, Z, and relative rotation) footpads. The planar devices are driven by AC servomotors for generating fast motions, while the footpad devices are driven by pneumatic actuators for continuous support of human weight. To simulate natural human walking, the locomotion interface design specification are acquired based on gait analysis and each mechanism is optimally designed and manufactured to satisfy the given requirements. The designed locomotion interface allows natural walking(step: 0.8m, height: 20cm, load capability: 100kg, slope:30deg) for various terrains.
시각장애인들이 주로 사용하고 있는 백색 지팡이(White Stick)는 지상의 부유장애물에 대한 감지가 어려울 뿐만 아니라, 보행중인 시각장애인에게 현재 위치정보와 응급상황 발생시 효과적인 보호 조치를 제공하는데 문제점이 있다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하여 시각장애인들이 보다 안전하고 편리한 보행을 할수 있는 사물지능통신(M2M : Machine-to-Machine) 기반의 지능형 보행보조시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 시각장애인이 사용하는 보행보조지팡이와 이동통신망을 통하여 다수의 보행보조지팡이 사용자를 원격 지원하는 서버로 구성된다. 보행보조지팡이는 초음파센서와 문자-음성 변환기술 등을 이용한 장애물 감지 및 인지 가능뿐만 아니라, 서버에서 제공하는 지리정보와 GPS(Global Positioning System) 수신 장치 등을 이용한 현재위치 알림 및 확인, 위급상황 대처 기능 등을 제공한다. 서버는 지리정보 제공뿐만 아니라, 보호자나 구호기관에 위급상황 발생위치 알림, 보행 동안의 주요 정보(장소 시간 및 횟수 등)를 제공한다. 제안 시스템의 시제품을 통한 기능 및 성능 시험 결과 만족스런 결과를 얻을수 있었다.
This paper concerns an efficient aperiodic static crab walking algorithm for quadruped walking machine in rough terrain. In this algorithm, the requirements for forward stability margin and backward stability margin could be given differently in order to consider the slope of terrain and disturbances resulting from moving velocity. To restrict the searing regions for motion variables, such as moving distances until a leg is lifted or is placed, the standard leg transferring sequence is decided to be that of wave gaits. standard support pattern is also proposed that enables the quadruped to continue forward motion using the standard leg transferring sequence without falling into deadlock.
In this paper, the continuous motion of a quadrupedal walking machine was studied. The motion planning which is able a walking machine body to precisely follow a three-dimensional curve was developed. A three-dimensional curve was designed based on Bezier curve and obstacle avoidance considerations. Due to the arbitrary motion direction during walking, special strategies of gaits were developed to ensure positive stability. The gait strategies were based on wave and wave-crab gait.
This study was conducted to assess the effects of the gait training method in incomplete spinal cord injured persons using an auto-walking machine. Persons with incomplete spinal cord injury level C or D on the American Spinal Injury Association impairment scale participated for eight weeks in an auto-walking training program. The gait training program was carried out for 15 minutes, three times per day for 8 weeks with an auto-walking machine. The foot rests of the auto-walking machine can be moved forward, downward, backward and upward to make the gait pattern with fixed on crank. The patient's body weight is supported by a harness during waking training. We evaluated the gait speed, physiologic cost index, motor score of lower extremities and the WISCI (walking index for spinal cord injury) level before the training and after the forth and eighth week of walking training. 1. The mean gait speed was significantly increased from .22 m/s at pre-training to .28 m/s after 4 weeks of training and .31 m/s after 8 weeks of training (p=.004). 2. The mean physiologic cost index was decreased from 4.6 beats/min at pre-training to 3.0 beats/min after 4 weeks and 2.0 beats/min after 8 weeks of training, but it was not statistically significant (p=.140). 3. The mean motor score of lower extrernities was significantly increased from 29.8 to 35.8 after 8 weeks of training (p=.043). 4. The mean WISCI level was significantly increased from level 10 to level 19 after 8 weeks of training (p=.007). The results of this study suggest that the gait training program using the auto-walking machine increased the gait speed, muscle strength and galt pattern (WISCI level) in persons with incomplete spinal cord injury. A large, controlled study of this technique is warranted.
본 연구에서는 대전광역시 내의 보행로 2개소를 대상으로 보행 중 스마트폰 사용이 보행속도에 미치는 영향을 분석하였다. 분석을 위해 스마트폰 사용실태에 대한 영상자료를 취득하고 도로용량편람에서 제시한 보행자 서비스수준의 보행밀도를 기준으로 보행속도를 산정하였다. 보행속도에 미치는 영향을 분석하기 위한 방법으로는 기계학습을 통한 다중회귀분석과 의사결정나무(Decision tree)를 활용하였으며, 설명변수로는 성별, 스마트폰 미사용, 청각을 이용한 스마트폰 사용, 시각을 이용한 스마트폰 사용, 서비스수준A, 서비스수준B, 서비스수준C가 선정되었다. 분석결과 서비스수준C가 보행속도 변화에 가장 높은 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 서비스수준C에서 시각을 활용해 스마트폰을 이용한 여성그룹이 가장 낮은 속도로 보행하는 것으로 나타났다. 특히 음악 감상이나 통화와 같은 청각을 이용한 유형보다 시각을 이용하는 경우 대부분의 경우에서 보행속도가 크게 저하되며 통계적으로 유의한 차이가 있음을 확인하였다.
As the application of robotic systems expand its scope, more research efforts are given in providing mobility to the robotic systems so that they can travel across various paths including those with formidable obstacles such as stairways or rough terrains. Legged locomotion is mainly concerned because the walking motion, like that of animal behavior, has many advantages over wheel type or track type locomotion especially in rough terrain. Walking robot, in general, having a discrete number of legs, have inherently low static stability. Static stability can be increased to a certain degree, by improving walking method, but it has many limitations such as reduced travel speed. A very promising possibility lies in the use of balancing weight, nevertheless its actual implementation is very rare. In this study, a 4-legged walking machine is developed and the static stability margin is increased with the balancing weight. In the future, this robot will be used to take an experiment on the walking in mush terrain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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