A neural network(NN) mechanism is proposed to modify the gait of a biped robot that walks on sloping surface using sensory inputs. The robot starts walking on a surface with no priori knowledge of the inclination of the surface. By accumulating experience during walking, the robot improves its walking gait and finally forms a gait that is adapted to the surface inclination. A neural controller is proposed to control the gait which has 72 reciprocally inhibited and excited neurons. PI control is used for position control, and the neurons are trained by a reinforcement learning mechanism. Experiments of static gait learning and pseudo dynamic learning are performed to show the validity of the proposed reinforcement learning mechanism.
Heo, Geun Sub;Kang, Oh Hyun;Lee, Sang Ryong;Lee, Choon-Young
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.6
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pp.503-509
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2015
In this paper, we designed and tested an ankle joint mechanism for a gait rehabilitation robot. Gait rehabilitation programs are designed to improve the natural leg motion of patients who have lost their walking capabilities by accident or disease. Strengthening the muscles of the lower-limbs and stimulation of the nervous system corresponding to walking helps patients to walk again using gait assistive devices. It is an obvious requirement that the rehabilitation system's motion should be similar to and as natural as the normal gait. However, the system being used for gait rehabilitation does not pay much attention to ankle joints, which play an important role in correct walking as the motion of the ankle should reflect the movement of the center of gravity (COG) of the body. Consequently, we have designed an ankle mechanism that ensures the safety of the patient as well as efficient gait training. Also, even patients with low leg muscle strength are able to operate the ankle joint due to the direct-drive mechanism without a reducer. This safety feature prevents any possible adverse load on the human ankle. The additional degree of freedom for the roll motion achieves a gait pattern which is similar to the normal gait and with a greater degree of comfort.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.5
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pp.756-768
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1997
In order to control a dynamic gait of quadrupedal walking robot, the equations of motion of the whole mechanism are required. In this research, the equations of motion are formulated analytically using Kane's dynamic approach. As a dynamic gait model, a trot gait has been adopted. The degree of freedom of whole mechanism could be reduced to 7 by idealizing the kinematic feature of the trot gait. Using the equations of motion formulated, the results of the redundant-joint torque analysis and the simulation of dynamic walking motion are presented.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.11
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pp.7285-7292
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2015
The purpose of this study was to investigate possibility of a forward gait with backward mechanism(dance gait) as rehabilitation and/or walking exercise by means of biomechanical variables. Thirteen professional women dancers(age, $21.1{\pm}1.3yrs$; height, $159.3{\pm}7.2cm$; body mass, $45.1{\pm}8.4kg$)participated in this study. We found that speed, stride length and double limb support time of a dance gait were more greater than backward gait, but stride width of dance gait less than a backward gait. Maximum RoMs, moments and powers of the lower limb joints on a dance gait were more frequent than a backward dance. These results were judged to be sufficient by the possibility of dance gait as rehabilitation and walking exercise.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.13
no.1
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pp.47-53
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2021
Gait kinematics and kinetics have a similar tendency between men and women, yet it remains unclear how walking while carrying a load affects the gait mechanism. Twenty adults walked with preferred velocity on level ground of 20 m relative to change of a load carriage (no load, 15%, 30% of the body weights) aimed to observe gait mechanism. We measured gait posture using the three-dimensional image analysis and ground reaction force system during stance phase on left foot. In main effect of gender difference, men showed increased displacement of center of gravity (COG) compared to women, and it showed more extended joint angle of hip and knee in sagittal plane. In main effect of a load difference, knee joint showed more flexed postuel relative to increase of load carriage. In main effect of load difference on the kinetic variables, medial-lateral force, anterior-posterior force (1st breaking, 2nd propulsive), vertical force, center of pressure (COP) area, leg stiffness, and whole body stiffness showed more increased values relative to increase of load carriage. Also, men showed more increased COP area compared to women. Interaction showed in the 1st anterior-posterior force, and as a result of one-way variance analysis, it was found that a load main effect had a greater influence on the increase in the magnitude of the braking force than the gender. The data in this study explains that women require little kinematic alteration compared to men, while men in more stiff posture accommodate an added load compared to women during gait. Additionally, it suggests that dynamic stability is maintained by adopting different gait strategies relative to gender and load difference.
Hah, Chong Ku;Ki, Jae Sug;Jang, Young Kwan;Lee, Eun Young
Journal of the Korea Safety Management & Science
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v.17
no.3
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pp.163-171
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2015
The aim of this study was to investigate kinematic mechanism of gait different road conditions(dry vs. oil) in order women. For this study, twenty older women and ten young women participated in this research. twelve infrared cameras were used to collect data. It appeared that the gait strategies of older women were slower velocity and higher CoM than young women. Depending on road conditions, gait velocities of dominant muscle older women on dry surface were faster than dominant sense older women, but those of them were inverse on oil surface. The slip displacement of dominant muscle older women was less than young women, but the slip displacement of dominant sense older women was greater than young women. In case of blind during stance phase on oil surface, the rotational motion of the ankle and knee joints were increased. In conclusion, older women were subjected to self-organization theory and phase shift in dynamic theory.
Mobile authentication/identification has grown into a priority issue nowadays because of its existing outdated mechanisms, such as PINs or passwords. In this paper, we introduce gait recognition by using a mobile accelerometer as not only effective but also as an implicit identification model. Unlike previous works, the gait recognition only performs well with a particular mobile specification (e.g., a fixed sampling rate). Our work focuses on constructing a unique adaptive mechanism that could be independently deployed with the specification of mobile devices. To do this, the impact of the sampling rate on the preprocessing steps, such as noise elimination, data segmentation, and feature extraction, is examined in depth. Moreover, the degrees of agreement between the gait features that were extracted from two different mobiles, including both the Average Error Rate (AER) and Intra-class Correlation Coefficients (ICC), are assessed to evaluate the possibility of constructing a device-independent mechanism. We achieved the classification accuracy approximately $91.33{\pm}0.67%$ for both devices, which showed that it is feasible and reliable to construct adaptive cross-device gait recognition on a mobile phone.
Kim, Chi-Hyo;Park, Kun-Woo;Kim, Tae-Sung;Lee, Min-Ki
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.10
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pp.56-64
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2009
This paper presents a parallel typed walking robot which can walk in omni-direction and climb from a floor to a wall. We design a six D.O.F leg mechanism composed of three legs, which form a parallel mechanism with a base and a ground to generate arbitrary poses. Optimal design is conducted to maximize the walking space and the dexterity, which are normalized by the stroke of leg. Kinematic parameters are found to maximize the weighted optimal objectives. We design a triple parallel mechanism robot by inserting Stewart platform between the upper leg mechanism and the lower leg mechanism and examine the gaits when the robot walks on the ground and climbs from a floor to a wall. The analysis of walking space and dexterity for each gait shows that the triple parallel walking robot has a large walking space with a large stability region. We explore the possibility that the robot can climb from a floor to a wall. Investigating the gaits for the six steps proves that the robot can lift the foot up to the wall by combining the orientational walking space generated by three parallel mechanisms.
Kim, Jeong-Hun;Jang, Dae-jin;Park, Tae-Wook;Yang, Hyun-Seok;Lee, Sang-Moo
Proceedings of the KSME Conference
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2004.11a
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pp.725-730
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2004
This paper has regarded mechanism design of cane-like passive type walking aid for the elderly using 3-RPS parallel manipulator. First, gait patterns of the elderly have been experimented. By means of motion capturing and image processing, we decided loaded forces and places of the cane when the elderly walked with a cane. Using these results we have developed a passive type walking aid. Second, the walking pattern has been simulated using dynamic analysis program, ADAMS and we find out the similarity between the real walking and the simulated walking. Finally after assuring the similarity, with adjusting the new mechanism design to the simulated walking we will decide whether the walking aid is safe and stable when the elderly walks with this cane-like walking aid. This paper will be basis for the development of the mechanism design applying 3-RPS parallel manipulator.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics B
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v.33B
no.9
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pp.1-12
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1996
In this paper, we propose an adaptive gait by which a quadruped walking robot can walk against external disturbances. This adaptive gait mechanism makes it possible for a quadruped walking robot to change its gait and accommodate external disturbances form various external environmental factors. Under the assumption that external disturbances can be converted to an external force acting on the body of a quadruped walking robot, we propose a new criterion for the stability margin of a waling robot by using an effective mass center based on the zero moment point under unknown external force. And for a solution of an adaptive gait against external disturbances, an method of altitude control and reflexive direction control is suggested. An algorithmic search method for an optimal stride of the quadruped mehtod, the gait stability margin of a quadruped walking robot is optimized in changing its direction at any instance for and after the reflexive direction control. To verify the efficiency of the proposed approach, some simulaton results are provided.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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