Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.16
no.5
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pp.315-322
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2011
The goal of total knee replacement (TKR) surgery is to replace patient's knee joint with artificial implants in order to restore normal knee joint functions. Since mismatched knee implants often cause a critical balancing problem and short durability, designing a well-fitted implant to a patient's knee joint is essential to improve surgical outcomes. We developed a software system that three-dimensionally (3D) simulates TKR surgery based upon 3D knee models reconstructed from computed tomography (CT) imaging. The main task of the system was to extract precise 3D anatomical parameters of a patient's knee that were directly used to determine a custom fit implant and to virtually perform TKR surgery. The virtual surgery was simulated by amputating a 3D knee model and positioning the determined implant components on the amputated knee. The test result shows that it is applicable to derive surgical parameters, determine individualized implant components, rehearse the whole surgical procedure, and train medical staff or students for actual TKR surgery. The feasibility and verification of the proposed system is described with examples.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.4
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pp.1679-1691
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2016
Successive interference cancellation (SIC) is an effective means of multi-packet reception to combat interference at the physical layer. We investigate the joint optimization issue of channel access and power control for capacity maximization in SIC-enabled wireless networks. We propose a new interference model to characterize the sequential detection nature of SIC. Afterward, we formulize the joint optimization problem, prove it to be a nondeterministic polynomial-time-hard problem, and propose a novel approximation approach based on the genetic algorithm (GA). Finally, we discuss the design and parameter setting of the GA approach and validate its performance through extensive simulations.
The purpose of this paper is to present a new and efficient optimization algorithm called Jaya for optimum design of steel grillage structure. Constrained size optimization of this type of structure based on the LRFD-AISC is carried out with integer design variables by using cross-sectional area of W-shapes. The objective function of the problem is to find minimum weight of the grillage structure. The maximum stress ratio and the maximum displacement in the inner point of steel grillage structure are taken as the constraint for this optimization problem. To calculate the moment and shear force of the each member and calculate the joint displacement, the finite elements analysis is used. The developed computer program for the analysis and design of grillage structure and the optimization algorithm for Jaya are coded in MATLAB. The results obtained from this study are compared with the previous works for grillage structure. The results show that the Jaya algorithm presented in this study can be effectively used in the optimal design of grillage structures.
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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1995.04a
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pp.787-796
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1995
A man model is a useful design tool for the evaluation of man machine systems and products. An arm reach trajectory prediction for such a model will be specifically useful to present human activities and, consequently, could increase the accuracy and reality of the evaluation. In this study, a three-dimensional reach trajectory prediction model was developed using an inverse kinematics technique. The upper body was modeled as a four link open kinematic chain with seven degrees of freedom. The Resolved Motion Method used for the robot kinematics problem was used to predict the joint movements. The cost function of the perceived discomfort developed using the central composite design was also used as a performance function. This model predicts the posture by moving the joints to minimize the discomfort on the constraint of the end effector velocity directed to a target point. The results of the pairwise t-test showed that all the joint coordinates except the shoulder joint's showed statistically no differences at .alpha. = 0.01. The reach trajectory prediction model developed in this study was found to accurately simulate human arm reach trajectory and the model will help understand the human arm reach movement.
In this paper, we consider a relaying system which employs a single relay in a wireless network with distributed sources and destinations. Here, all source, destination, and relay nodes are equipped with multiple antennas. For amplify-and-forward relay systems, we confirm the achievable sum rate through a joint multiple source precoders and a single relay filter design. To this end, we propose a new linear processing scheme in terms of maximizing the sum rate performance by applying a blockwise relaying method combined with geometric programming techniques. By allowing the global channel knowledge at the source nodes, we show that this joint design problem is formulated as a standard geometric program, which can guarantees a global optimal value under the modified sum rate criterion. Simulation results show that the proposed blockwise relaying scheme with the joint power allocation method provides substantial sum rate gain compared to the conventional schemes.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1137-1142
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2004
Walking training is one of the most important rehabilitation processes with paralysis patient. Walking training by using an orthosis can help advancing a patient's independent level. However, existing orthoses have some serious demerit of mechanical problem that the knee joint is locked in the state where it is completely extended, which increases energy consumption and fatigue. For this reason, it is suggested, for more practical orthosis, that the knee joint should be placed and it should have capability of suspending patient's weight. In this paper, 1-DOF walking orthosis which compensates the demerit of the existing orthosis and secures patient's mobility has been proposed. New orthosis has been designed under the following two premises. First, the knee joint of the orthosis was designed fold in order for the orthosis to move in a walking pattern similar to that of a normal person. Second, the knee joint was designed to extend during the swing phase and lock safely during the stance phase.
The number of joint disease patients is increasing every year. Currently, the most CPM(Continuous Passive Motion) equipment uses expensive imported equipment, and one CPM equipment is designed to be used only in one joint, medical personnel or hospitals who are the main users of the medical equipment need to have several types of CPMs for joint rehabilitation. To solve this problem, this paper designed a multifunctional joint medical equipment that enables rehabilitation of knee, shoulder, and elbow joints in one CPM equipment and includes general, intensive, and adaptive exercise functions for effective treatment according to the patient's condition. The patient's condition was diagnosed using a load cell and a current sensor. In this paper, effective rehabilitation methods were presented and high reliability and precision of medical equipment was confirmed through experiments using potentiometer, encoder, and PI controller.
In this paper, the transmission of an improper-complex second-order stationary data sequence is considered over a strictly band-limited frequency-selective channel. It is assumed that the transmitter employs linear modulation and that the channel output is corrupted by additive proper-complex cyclostationary noise. Under the average transmit power constraint, the problem of minimizing the mean-squared error at the output of a widely linear receiver is formulated in the time domain to find the optimal transmit and receive waveforms. The optimization problem is converted into a frequency-domain problem by using the vectorized Fourier transform technique and put into the form of a double minimization. First, the widely linear receiver is optimized that requires, unlike the linear receiver design with only one waveform, the design of two receive waveforms. Then, the optimal transmit waveform for the linear modulator is derived by introducing the notion of the impropriety frequency function of a discrete-time random process and by performing a line search combined with an iterative algorithm. The optimal solution shows that both the periodic spectral correlation due to the cyclostationarity and the symmetric spectral correlation about the origin due to the impropriety are well exploited.
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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1994.04a
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pp.561-568
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1994
A man model can be used as an effective tool to design ergonomically sound products and workplaces, and subsequently evaluate them properly. For a man model to be truly useful, it must be integrated with a posture prediction model which should be capable of representing the human arm reach posture in the context of equipments and workspaces. Since the human movement possesses redundant degrees of freedom, accurate representation or prediction of human movement was known to be a difficult problem. To solve this redundancy problem, a psychophysical cost function was suggested in this study which defines a cost value for each joint movement angle. The psychophysical cost function developed integrates the psychophysical discomfort of joints and the joint range availability concept which has been used for redundant arm manipulation in robotics to predict the arm reach posture. To properly predict an arm reach posture, an arm reach posture prediction model was then developed in which a posture configuration that provides the minimum total cost is chosen. The predictivity of the psychophysical cost function was compared with that of the biomechanical cost function which is based on the minimization of joint torque. Here, the human body is regarded as a two-dimensional multi-link system which consists of four links ; trunk, upper arm, lower arm and hand. Real reach postures were photographed from the subjects and were compared to the postures predicted by the model. Results showed that the postures predicted by the psychophysical cost function closely simulated human reach postures and the predictivity was more accurate than that by the biomechanical cost function.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.4
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pp.577-586
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2004
Structural failures, such as crack initiation, often arise near the bolted parts of the side member and trunnion bracket in some commercial vehicles. The purpose of this paper is: 1) establishment of a simple and practical bolted joint modelling technique and 2) determination of the key design variables for design improvement based on numerical experiments. Once the bolted joint modelling technique is established through experimental verification, the key design variables must be identified in order to alleviate the level of the stress concentration near the problem region. Numerical results indicate that the torsional rigidity of the frame cross-section should be increased to reduce the level of the maximum stress at the actual crack initiation location.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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