In This paper proposes the control algorithm for quadruped robots on irregularly sloped uneven surface. Body balance is important in stable running locomotion. Since the body balance is determined by the forces applied at the feet during touchdown phase, the ground reaction force is controlled for stable running. To control the forces at each foot, the desired force is generated. The generated desired force is compared with actual contact force, then, the difference between them modifies the foot trajectory. The desired force is generated by combination of the rate change of the angular and linear momentum at flight. Then the rate change of momentum determines each force distribution. The distribution of the force is carried out by fuzzy logic. The computer simulation is carried out with the commercial software RecurDyn$^{(R)}$. Dynamic model simulation program show that the stable running on the irregularly sloped uneven surface are accomplished by the proposed method.
The purpose of this study was to analyze the foot-pressure distribution of trekking boots for assessing their functionality. Subjects participated in this study included 10 university male students who had no injury experience in lower limbs and a normal gait pattern. The size of all subjects was 270mm. Five models of trekking boots, most popular in Korea (A, B, C, D & E company), were selected for the test. Using the PEDAR-X system and PEDAR-X insoles, 5 different walking stages were analyzed for the foot-pressure distribution: (a) straight gait; (b) $45^{\circ}$ turn gait; (c) $25^{\circ}$ uphill gait; and (d) $25^{\circ}$ downhill gait. Results of the foot-pressure distribution and functionality on each stage were as follow; 1. Straight gait - In case of Max ground reaction force, mean plantar pressure and Max plantar pressure, there was not a distinct tendency; however, products manufactured by E and A company showed relatively lower pressure distribution. 2. $45^{\circ}$ turn gait - In Max ground reaction force, mean plantar pressure and Max plantar pressure, there wasn't a distinct tendency; however, products manufactured by E and A company showed relatively lower pressure distribution. Results also revealed that the products manufactured by E and A company were superior to those by other companies in terms of functionality. 3. $25^{\circ}$ uphill gait - In Max ground reaction force, mean plantar pressure and Max plantar pressure, there wasn't a distinct tendency; however, products manufactured by E and C company showed relatively lower pressure distribution. Results also revealed that the products manufactured by E and C company were superior to those by other companies in terms of functionality. 4. $25^{\circ}$ downhill gait - In Max ground reaction force, Mean plantar pressure and Max plantar pressure, there wasn't a distinct tendency; however, products manufactured by E company showed relatively lower pressure distribution. Results also revealed that the products manufactured by E company were superior to those by other companies in terms of functionality. Overall, five pairs of trekking shoes selected in this study showed the excellent performance in several conditions. The findings above may provide us with the important criteria for choosing trekking boots.
이 연구의 목적은 인체모형을 이용하여 옮기기 활동을 하는 동안 발의 배치(11자 배치와 $90^{\circ}$배치)와 옮기는 지면의 높이(휠체어 좌석과 같은 높이와 다른 높이)가 허리척추에 미치는 영향을 알아보는 것이었다. 자발적으로 실험참여에 동의한 건강한 남성 15명을 대상으로 4가지 조건에 따라 옮기기 활동을 실시 하였다. 옮기기 활동 동안 허리척추의 작업부담을 알아보기 위해, 위팔두갈래근, 척추세움근, 넙다리근의 근활성도를 표면근전도로 측정하였고, 힘판을 이용하여 수직 지면반발력을 측정하였고, L4/L5에 가해지는 압박력을 3DSSPP를 이용하여 측정하고 분석하였다. 그 결과, 오른쪽 넙다리근의 근활성도를 제외한 나머지 근육의 근활성도는 각 조건 사이 유의한 차이가 없었다. 수직 지면반발력은 각 조건 사이 유의한 차이가 있었다(p<.05). 또한 L4/L5에 가해지는 압박력은 같은 높이인 경우 발의 배치에 따라 유의한 차이가 있었다(p<.05). 따라서 옮기기 시 발을 11자로 배치하는 것보다 발을 90°로 배치하는 것이 체중이 한쪽으로 쏠리는 경향과 L4/L5 압박력을 줄이는데 도움이 되기 때문에 환자 옮기기 시 이를 적용하는 교육이 필요할 것이다.
The initial impact at foot strike is produced by a slider type mechanical model, which can be measured using a force platform to evaluate various shoes. The lower extremity and foot motion was filmed by a 16mm high speed movie camera and several points on the rear half of the shoe and those near the trochanter and the lateral epicondyle were digitized to provide the linear and angular positions and velocities during impact. With these observed kinematics, a slider type foot strike simulator composed of guide rail and sliding dummy is designed. The simulator system makes the artificial foot of the dummy with running shoe on it to follow the foot strike motion. The dummy has the relevant mass-spring-damper system modeled after McMahon's. The motion of the model is drived by the gravity force and the generated motion alone with the ground reaction forces are monitored by the same procedures afore mentioned producing the initial foot strike impact similar to the onto observed in human gait.
The purpose of this study is to evaluate the influence of posture elements on symmetrical weight bearing during STS (sit-to-stand) in patients with chronic stroke. The subjects were patients diagnosed with stroke: a total of 24 patients (16 males and 8 females) participated in this study. All the participants performed STS tasks(3 foot postures and 2 arm postures). Two force plates (AMTI) were used to measure the peak vertical ground reaction force(Peak Fz) and the symmetrical ratio to peak vertical ground reaction force. The data were analyzed using independent t-test and 2-way repeated analysis of variance. The results of this study were as follows: 1) The peak Fz placed more weight on the paretic leg during STS and 2) The symmetrical ratio to the peak Fz showed a significant difference according to the foot and arm posture (p<.05), and had the highest AYM_GA ($0.87{\pm}0.12$). These results indicate that arm and leg postures during STS in patients with chronic stroke had the highest AYM_GA. We believe that the outcome of this study will be a reference for the prognosis of STS in patients with stroke.
본 논문에서는 4 족 보행로봇의 비평탄면 갤로핑 알고리즘을 제안하였다. 몸체의 균형은 지면접촉순간의 지면반발력에 의해 결정되므로 안정된 보행을 위해 발과 지면과의 접촉력을 제어하였다. 각 발의 지면접촉힘을 제어하기 위해 우선 요구되는 지면접촉힘을 결정하고 지면접촉구간에서 실제 접촉힘과 비교하고 그 차이에 따라 발의 궤적을 수정하게 된다. 요구되는 지면접촉력은 원하고자 하는 각운동량 및 선형운동량의 변화에 따라 결정되며, 각 발에 요구되는 접촉힘으로 퍼지로직에 의해 분배된다. 리커다인을 이용한 동역학 모델 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안된 방법이 비평탄면에서의 안정적인 보행에 적합함을 검증하였다.
The purpose of this study was to estimate the potential injury via analyzing ground reaction force components that were resulted from a prolonged-run-induced fatigue. For the present study, passive and active components of the vertical ground reaction force were determined from time and frequency domain. Shear components of GRF also were calculated from time and frequency domain. Twenty subjects with rear foot contact aged 20 to 30, no experience in injuries of the extremities, were requested to run on the instrumented tread-mill for 160 minutes at their preference running speed. GRF signals for 10 strides were collected at 5, 35, 65, 95, 125, and 155 minute during running. In conclusions, there were no significant difference in the magnitude of passive force, impact load rate, frequency of the passive and active components in vertical GRF between running times except the magnitude of active force (p<.05). The magnitude of active force was significantly decreased after 125 minute run. The magnitude of maximum peak and maximum frequency of the mediolateral GRF at heel strike and toe-off have not been changed with increasing running time. The time up to the maximum peak of the anteroposterior at heel-strike moment tend to decrease (p<.05), but the maximum peak and frequency of that at heel and toe-off moment didn't depend significantly on running time.
본 연구는 남자고등학생 숙련자와 비 숙련자의 던지기 동작을 역학적으로 비교 분석하기 위해 3차원 영상분석 및 지면반력분석을 수행하였다. 연구 결과 숙련자는 공 던지기 동작의 총 소요 시간이 비숙련자보다 짧게 나타났으며, 숙련자는 (1) 왼발 착지 시 신체중심의 수평속도 (2) 전 구간에서 전완 분절의 수평속도 (3) 착지 시 손 분절의 수평속도가 비숙련자보다 빠르게 나타난 반면, 비숙련자는 (1) 착지이후에 신체중심의 수평속도 (2) 왼발이 지면에 닿는 시점에서 손 분절의 수평속도가 숙련자보다 빠르게 나타났다. 전후경각도에서 숙련자는 전 구간에서 후경자세를 취하는 것으로 나타났으나, 비 숙련자는 릴리즈 전까지는 후경자세를 취하다 릴리즈 순간에서는 전경자세를 취한 형태에서 릴리즈를 하는 것으로 나타났다. 또한 숙련자는 공 던지기 동작에서 (1) 어깨각도 (2) 이지 후 오른발의 착지에서 팔꿈치 각도 (3) 최대수직지면반력 (4) 오른발의 착지 시 최대전후지면반력이 비숙련자보다 크게 나타났다. 이와 같은 결과에서 숙련자는 비숙련자보다 안정된 자세로 신체의 중심을 후방에 위치시키는 후경자세를 유지하고 신체의 중심이동을 부드럽게 전환하는 효과적인 던지기 동작이 이루어짐을 알 수 있다.
In this study we presented kinematic and kinetic data of foot joints using approximated equations and partial plantar pressure during gait. The maximum angular displacements of each tarsometatarsal joint were found to range from 4$^{\circ}$to 7$^{\circ}$ and the maximum moments were from 200Nㆍcm to 1500Nㆍcm. It was relatively wide distribution. Foot kinematic data calculated from the approximated equations, which were represented by the correlation between moment and angular displacement, and the data from motion analysis were similar. We found that the movements of foot joint were mainly decided by the passive characteristics of the joint when ground reaction force acts. The method of kinematic and kinetic analysis using approximated equations which is presented in this study is considered useful to describe the movements of foot joints in gait simulations.
본 연구의 목적은 런닝 턴 동작시 많은 정확한 턴을 위한 방법으로 발의 움직임을 역학적으로 분석하기 위함이다. 런닝 턴 동작에 대한 많은 역학적인 요인들 중 정확한 턴을 위해서는 감속이 발생되고 이런 감속은 진행하고자 하는 방향으로 턴을 할 수 있게 해준다. 턴이 시작되는 시점인 발의 회전각과 이로 발생되는 몸통의 각을 3차원 영상분석과 지면반력 분석을 하였다. 따라서, 여러 매개변수들 중 수직축(z축)에서 발의 총 회전각($\theta_f$)/몸통 총 회전각($\theta_d$)= 발의 효과($\varepsilon$)로 단순화 시켜 간단한 방정식을 만들어서 설명했으며, 자료 산출을 위해 평균 속력 4.5m/s에서 진행 방향 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $60^{\circ}$ 턴에 대한 분석을 통해 턴의 각이 커지면 커질수록 입각기 시간, 발 변위, 좌 우힘이 증가했음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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