This paper is to study the exoskeleton robot for the walking of the elderly and the disabled. We developed and tested an Exoskeletal robot with two axes of freedom for joint motion. The EEG and EMG signals were used to move the joints of the Exoskeletal robot. By analyzing the EMG signal, the control signal was extracted and applied to the robot to facilitate the walking operation of the walking assistance robot. In addition, the brain-computer interface technology is applied to perform the operation of the robot using brain waves, spontaneous electrical activities recorded on the human scalp. These two signals were fused to study the walking recognition method of the supporting robot leg.
The Human Sensory Feedback Laboratory, park of the Armstrong Laboratory at Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, is involved in the development and evaluation of systems that provide sensory feedback to the human operator in telerobotic and virtual environment applications. Specific projects underway in the laboratory are primarily concerned with the information provided by force and vibrotactile feedback to the operator in dextrous manipulation tasks. Four specific research projects are described in the present report. These include : 1) experiments evaluating a 30-element fingertip display, which employs a titanium-nickel shape memory alloy actuator design to provide vibrotactile feedback about object shape and surface texture ; 2) of a fingertip force-feedback display for 3-dimensional information about object shape and suface texture ; 3) use of a force- feedback joystic to provide "force tunnel" information in pilot pursuit tracking tasks ; and 4) evaluations of a 7 degree-of-freedom exoskeleton used to control a robotic arm. Both basic and applied research questions are discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.6
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pp.938-948
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2001
In this paper, we present an exoskeletal haptic device named SKK Hand Master. This device is directly driven linkages actuated with small ultrasonic motors. By adopting ultrasonic motors that have advantageous features useful for cybernetic actuators, a compact haptic device containing whole driving packages can be established without additional power transmissions such as tendons. Methods for measuring joint postures and joint torques are developed and a new control strategy called PWM/PS is proposed to overcome intrinsic disadvantages such as hysteresis. Issues regarding design and construction of the device are addressed and several results of experiments for the evaluations of performance are included.
In, Hyunki;Jeong, Useok;Kang, Brian Byunghyun;Lee, Haemin;Koo, Inwook;Cho, Kyu-Jin
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.6
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pp.531-537
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2015
Hand function is one of the essential functions required to perform the activities of daily living, and wearable robots that assist or recover hand functions have been consistently developed. Previously, wearable robots commonly employed conventional robotic technology such as linkage which consists of rigid links and pin joints. Recently, as the interest in soft robotics has increased, many attempts to develop a wearable robot with a soft structure have been made and are in progress in order to reduce size and weight. This paper presents the concept of a soft wearable robot composed of a soft structure by comparing it with conventional wearable robots. After that, currently developed soft wearable robots and related issues are introduced.
Heo, Won ho;Kim, Euntai;Park, Hyun Sub;Jung, Jun-Young
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.6
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pp.518-523
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2015
This paper proposes a gait phase classifier using a Recurrent Neural Network (RNN). Walking is a type of dynamic system, and as such it seems that the classifier made by using a general feed forward neural network structure is not appropriate. It is known that an RNN is suitable to model a dynamic system. Because the proposed RNN is simple, we use a back propagation algorithm to train the weights of the network. The input data of the RNN is the lower body's joint angles and angular velocities which are acquired by using the lower limb exoskeleton robot, ROBIN-H1. The classifier categorizes a gait cycle as two phases, swing and stance. In the experiment for performance verification, we compared the proposed method and general feed forward neural network based method and showed that the proposed method is superior.
Kim, Hyo-Gon;Lee, Jong-Won;Park, Sangdeok;Han, Changsoo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.2
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pp.219-225
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2015
Because a hydraulic actuator has high power and force densities, this allows the weight of the robot's limbs to be reduced. This allows for good dynamic characteristics and high energy efficiency. Thus, hydraulic actuators are used in some exoskeleton robots and quadrupedal robots that require high torque. Force control is useful for robot compliance with a user or environment. However, force control of a hydraulic robot is difficult because a hydraulic servo system is highly nonlinear from a control perspective. In this study, a nonlinear model was used to develop a simulation program for a hydraulic servo system consisting of a servo valve, transmission lines, and a cylinder. The problems and considerations with regard to the force control performance for a hydraulic servo system were investigated. A force control method using the nonlinear model was proposed, and its effect was evaluated with the simulation program.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.8
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pp.814-823
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2011
Nowadays many neurological diseases such as stroke and Parkinson diseases are continually increasing. Orthotic devices as well as exoskeletons have been widely developed for supporting movement assistance and therapy of patients. Robotic knee orthosis can compensate stiff-knee gait of the paralyzed limb and can provide patients consistent assistance at wearable environments. With keeping a robotic orthosis wearable, however, it is not easy to develop a compact and safe actuator with fast rotation and high torque for consistent supports of patients during walking. In this paper, we propose a novel kinematic model for a robotic knee orthosis to drive a knee joint with independent actuation during swing and stance phases, which can allow an actuator with fast rotation to control swing motions and an actuator with high torque to control stance motions, respectively. The suggested kinematic model is composed of a hamstring device with a slide-crank mechanism, a quadriceps device with five-bar/six-bar links, and a patella device for knee covering. The quadriceps device operates in five-bar links with 2-dof motions during swing phase and is changed to six-bar links during stance phase by the contact motion to the patella device. The hamstring device operates in a slider-crank mechanism for entire gait cycle. The kinematics and velocity/force relations are analyzed for the quadriceps and hamstring devices. Finally, the adequate actuators for the suggested kinematic model are designed based on normal gait requirements. The suggested kinematic model will allow a robotic knee orthosis to use compact and light actuators with full support during walking.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.1021-1028
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2011
The objective of this paper is to optimize the design parameters of a novel mechanism for a robotic knee orthosis. The feature of the proposed knee othosis is to drive a knee joint with independent actuation during swing and stance phases, which can allow an actuator with fast rotation to control swing motions and an actuator with high torque to control stance motions, respectively. The quadriceps device operates in five-bar links with 2-DOF motions during swing phase and is changed to six-bar links during stance phase by the contact motion to the patella device. The hamstring device operates in a slider-crank mechanism for entire gait cycle. The suggested kinematic model will allow a robotic knee orthosis to use compact and light actuators with full support during walking. However, the proposed orthosis must use additional linkages than a simple four-bar mechanism. To maximize the benefit of reducing the actuators power by using the developed kinematic design, it is necessary to minimize total weight of the device, while keeping necessary actuator performances of torques and angular velocities for support. In this paper, we use a SGA (Simple Genetic Algorithm) to minimize sum of total link lengths and motor power by reducing the weight of the novel knee orthosis. To find feasible parameters, kinematic constraints of the hamstring and quadriceps mechanisms have been applied to the algorithm. The proposed optimization scheme could reduce sum of total link lengths to half of the initial value. The proposed optimization scheme can be applied to reduce total weight of general multi-linkages while keeping necessary actuator specifications.
Wearable robots are receiving great attention from the public, as well as researchers, because its motivation is to improve the quality of lives of people. Above all, complete paraplegic patients due to spinal cord injury (SCI) might be the most adequate target users of the wearable robots, because they definitely need physical assistance due to the complete loss of muscular strength and sensory functions. Furthermore, the medical care of complete paraplegics by using the wearable robots have significantly reduced the mortality rate and improved the life expectancy. The requirements of the wearable robot for complete paraplegics are actuation torque, locomotion speed, wearing sensation, robust gait stability, safety, and practicality (i.e., size, volume, weight, and energy efficiency). A WalkON Suit is the wearable robot that has satisfied the requirements of the wearable robot for complete paraplegics and participated in the powered exoskeleton race of Cybathlon 2016. In this paper, configuration of the WalkON Suit, human-machine interface, gait pattern, control algorithm, and evaluation results are introduced.
An active training system has been developed to assist the upper extremity function in patients with spasticity. We also evaluated the performance of the developed assistive system in five normal subjects and one hemiplegic patient. The maximum voluntary contraction (MVC) tests for biceps brachii and triceps brachii were performed and the relationship between linear enveloped EMG signal and the elbow joint torque was found. In order to implement an active training, our system was designed to allow isokinetic movement only when the subject generates elbow joint motion larger than the pre-fixed threshold level. The proposed EMG-feedback control method could provide active exercises, resulting in better rehabilitation protocol for spastic patients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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