Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.1
s.190
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pp.85-92
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2007
In the present study, three-dimensional motion analyses were performed to determine biomechanics of the lower extremity in unexpected missing foot steps for ten healthy young volunteers. In unexpected missing foot steps, the whole plantar surface of the foot or the heel contacted to the ground. A rapid ankle dorsiflexion was found right after missing foot steps and an increased plantarflexion moment was noted during loading response. After the unexpected situation, the breaking force increased rapidly. At this time, both tibialis anterior and soleus were simultaneously activated. Moreover, the range of motion at ankle, knee and hip significantly decreased during stance. In pre-swing, rectus femoris and biceps femoris prevented the collapse of the lower limbs. During late stance, propulsive forces decreased and thus, both plantarflexion moment and power generation were significantly reduced. On the opposite side, hip extension and pelvic upward motion during terminal swing were significant. Due to the shortened pre-swing, the energy generation at the ankle to push sufficiently off the ground was greatly reduced. This preliminary study would be helpful to understand the biomechanics of unexpected dynamic perturbations and valuable to prevent frequent falling of the elderly and patients with gait disorders.
This study was performed to investigate the kinematic and kinetic differences between functional walking shoe(FWS) and general sports shoe(GSS). The subjects for this study were 4 male adults who had the walking pattern of rearfoot strike with normal feet. The movement of one lower leg was measured using force platform and 3 video cameras while the subjects walked at the velocity of 2/1.5 m/s. The findings of this study were as follows 1. The angle of lower leg-ground and angle of knee with FWS was greater than with GSS at the moment of strike the floor and the moment of second peak ground reaction force. The decreasing rate of angle of ankle was smaller in FWS from the strike phase to the second peak ground reaction force. These mean upright walking and round walking along the shoe surface. 2. The maximal Increased angle of Achilles tendon and the minimal decreased angle of rearfoot were smaller in FWS very significantly(p<0.001). Thus FWS prevent the excessive pronation of ankle and have good of rear-foot control. 3. The vortical ground reaction force and the rate of it to the BW were smaller in FWS statistically(p<0.001). The loading rate was smaller in FWS, too, and thess represent the reduction of load on ankle joint and prevention of injuries on it.
Objective: The purpose of this study was to investigate differences of landing strategy between people with or without chronic ankle instability (CAI) during double-leg drop landing. Method: 34 male adults participated in this study (CAI = 16, Normal = 18). Participants performed double-leg drop landing task on a 30 cm height and 20 cm horizontal distance away from the force plate. Lower Extremities Kinetic and Kinematic data were obtained using 8 motion capture cameras and 2 force plates and loading rate was calculated. Independent samples t-test were used to identify differences between groups. Results: Compared with normal group, CAI group exhibits significantly less hip internal rotation angle (CAI = 1.52±8.12, Normal = 10.63±8.44, p = 0.003), greater knee valgus angle (CAI = -6.78±5.03, Normal = -12.38 ±6.78, p = 0.011), greater ankle eversion moment (CAI = 0.0001±0.02, Normal = -0.03±0.05, p = 0.043), greater loading Rate (CAI = 32.65±15.52, Normal = 18.43±10.87, p = 0.003) on their affected limb during maximum vertical Ground Reaction Force moment. Conclusion: Our results demonstrated that CAI group exhibits compensatory movement to avoid ankle inversion during double-leg drop landing compared with normal group. Further study about how changed kinetic and kinematic affect shock absorption ability and injury risk in participants with CAI is needed.
The purpose of this study was to investigate the effect of different arthroplasty designs on knee kinematic and lower limb muscular activation for up-stair and down-stair movement. 3-D video analysis of whole body and joint kinematics and EMG analysis of quadriceps and hamstrings were conducted. One-way ANOVAs were used for statistical analyses (p=0.05). The single-radius group exhibited more arthroplasty limb quadriceps EMG and hamstring coactivation EMG than the multi-radius group. Single-radius demonstrated more abduction angular displacement and reached peak abduction earlier than the multi-radius arthroplasty limb. The single- radius the percent body fat showed similar values in the Elderly, Single and Multi-radius group among the periods, however Control group was Lowered among the periods. Single-radius group limb also increased the quadriceps muscle activation level to produce more knee extension moment to compensate for the short quadriceps moment arm. Resting metabolic rate was significantly increased in control group in the period of LI. Energy expenditure was extremely increased in all groups except control group among the periods. We can say this is the exercise effects.
A statistical approach was carried out to analyze joint moments acting on the six subjects performing a right-handed seated task. The dynamic task analyzed consisted of moving a hand-held weight of lkg mass back and forth in front of a subject's chest at the shoulder level in an upright seated position. We used experimental data obtained in the Biomechanics Laboratory of the University of Michigan. Based on the acquired data from three trials by each subject, moments were calculated using a 3-dimensional biomechanical model at such articulations as wrist, elbow, shoulder, the third lumbar spine, hip, knee, and ankle joints. The linear correlation and the two way analysis of variance were applied to the calculated joint moments in order to investigate inter-subject and inter-trial varations. The results obtained showed that the largest magnitude and deviation of moment was found at the third lumbar spine, that any linear relationship could not be found between moment and its equivalents attempted in this study, and that the maximum value and deviation of moment acting on each joint were statistically the same for all three trials but those were statistically not the same for all six subjects.
The Mechanisms of whole body vibration on the human body is not clearly presented despite of the research result and there is not enough research that shows the effects of vibration on the kinetic changes of the lower joint. Therefore, this study focuses on finding out which lower joint is related with kinetic vertical jump ability. Five male and five female who didn't have orthopedic history were selected as the subjects. The subjects carried out three squat jumps before and after 5minutes of 30Hz whole body vibration. We have utilized a 3D motion analysis system to analyze the kinetic changes of the lower joint in the vertical jump. The height of subjects squat jump was improved after whole body vibration treatment. Also, the lower joint moment and power increased. However, there were no statistically significant changes in GRF, hip joint moment and power after the whole body vibration proved to have positive effect on the ankle and knee joints but showed negative effect on the hip joint.
Kim, Sungmin;Song, Jooho;Han, Sanghyuk;Moon, Jeheon
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.31
no.4
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pp.297-307
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2021
Objective: The aim of this study was to analyze kinetic variables between thermotherapy and dynamic warm-up during drop-landing. Method: Twenty male healthy subjects (Age: 21.85 ± 1.90 years, Height: 1.81 ± 0.06 cm, Weight: 68.5 ± 7.06 kg) underwent three treatments applied on the thermotherapy of femoral muscles and a dynamic warm-up. The thermotherapy was performed for 15 minutes while sitting in a chair using an electric heating pad equipped with a temperature control device. Dynamic warm-up performed 14 exercise, a non-treatment was sitting in a chair for 15 minutes. Core temperature measurements of all subjects were performed before landing at a height of 50 cm. During drop-landing, core temperature, joint angle, moment, work of the sagittal plane was collected and analyzed. All analyses were performed with SPSS 21.0 and for repeated measured ANOVA and Post-hoc was Bonferroni. Results: Results indicated that Thermotherapy was increased temperature than other treatments (p = .000). During drop-landing, hip joint of dynamic warm-up was slower for angular velocity (p < .005), and left ankle joint was fastest than other treatments (p = .004). Maximum joint moment of dynamic warm-up was smaller for three joints (hip extension: p = .000; knee flexion/extension: p = .001/.000; ankle plantarflexion: p = .000). Negative work of dynamic warm-up was smaller than other treatments (p = .000). Conclusion: In conclusion, the thermotherapy in the local area doesn't affect the eccentric contraction of the thigh. The dynamic warm-up treatment minimized the joint moment and negative work of the lower joint during an eccentric contraction, it was confirmed that more active movement was performed than other treatment methods.
Objective: The aim of this study was to quantitatively analyze the impact characteristics of the lower extremity on strike pattern during running. Method: 19 young subjects (age: 26.53 ± 5.24 yrs., height: 174.89 ± 4.75 cm, weight: 70.97 ± 5.97 kg) participated in this study. All subjects performed treadmill running with fore-foot strike (FFS), mid-foot strike (MFS), and rear-foot strike (RFS) to analyze the impact characteristics in the lower extremity. Impact variables were analyzed including vertical ground reaction force, lower extremity joint moments, impact acceleration, and impact shock. Accelerometers for measuring impact acceleration and impact shock were attached to the heel, distal tibia, proximal tibia, and 50% point of the femur. Results: The peak vertical force and loading rate in passive portion were significantly higher in MFS and FFS compared to FFS. The peak plantarflexion moment at the ankle joint was significantly higher in the FFS compared to the MFS and RFS, while the peak extension moment at the knee joint was significantly higher in the RFS compared to the MFS and FFS. The resultant impact acceleration was significantly higher in FFS and MFS than in RFS at the foot and distal tibia, and MFS was significantly higher than FFS at the proximal tibia. In impact shock, FFS and MFS were significantly higher than RFS at the foot, distal tibia, and proximal tibia. Conclusion: Running with 3 strike patterns (FFS, MFS, and RFS) show different impact characteristics which may lead to an increased risk of running-related injuries (RRI). However, through the results of this study, it is possible to understand the characteristics of impact on strike patterns, and to explore preventive measures for injuries. To reduce the incidence of RRI, it is crucial to first identify one's strike pattern and then seek appropriate alternatives (such as reducing impact force and strengthening relevant muscles) on that strike pattern.
Objective: The purpose of this study was to analyze the impact acceleration, shock attenuation and biomechanical variables at various running speed. Method: 20 subjects (height: 176.15 ± 0.63 cm, weight: 70.95 ± 9.77 kg, age: 27.00 ± 4.65 yrs.) participated in this study. The subjects ran at four different speeds (2.5 m/s, 3.0 m/s, 3.5 m/s, 4.0 m/s). Three-dimensional accelerometers were attached to the distal tibia, sternum and head. Gait parameters, biomechanical variables (lower extremity joint angle, moment, power and ground reaction force) and acceleration variables (impact acceleration, shock attenuation) were calculated during the stance phase of the running. Repeated measures ANOVA was used with an alpha level of .05. Results: In gait parameters, decreased stance time, increasing stride length and stride frequency with increasing running speed. And at swing time 2.5 m/s and 4.0 m/s was decreased compared to 3.0 m/s and 3.5 m/s. Biomechanical variables statistically increased with increasing running speed except knee joint ROM, maximum ankle dorsiflexion moment, and maximum hip flexion moment. In acceleration variables as the running speed increased (2.5 m/s to 4.0 m/s), the impact acceleration on the distal tibia increased by more than twice, while the sternum and head increased by approximately 1.1 and 1.2 times, respectively. And shock attenuation (tibia to head) increased as the running speed increased. Conclusion: When running speed increases, the magnitude and increasing rate of sternum and head acceleration are lower compared to the proximal tibia, while shock attenuation increases. This suggests that limiting trunk movement and increasing lower limb movement effectively reduce impact from increased shock. However, to fully understand the body's mechanism for reducing shock, further studies are needed with accelerometers attached to more segments to examine their relationship with kinematic variables.
In this paper, we generate a trajectory minimized the energy gait of a biped robot for walking a staircase using genetic algorithms and apply to the computed torque controller for the stable dynamic biped locomotion. In the saggital plane, a 6 degree of freedom biped robot that model consists of seven links is used. In order to minimize the total energy efficiency, the Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA) is used. Operators of genetic algorithms are composed of a reproduction, crossover and mutation. In order to approximate the walking gait, the each joint angle is defined as a 4-th order polynomial of which coefficients are chromosomes. Constraints are divided into equality and inequality. Firstly, equality constraints consist of position conditions at the end of stride period and each joint angle and angular velocity condition for periodic walking. On the other hand, inequality constraints include the knee joint conditions, the zero moment point conditions for the x-direction and the tip conditions of swing leg during the period of a stride for walking a staircase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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