Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.6
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pp.553-559
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2015
The purpose of this research is to develop a gait assistive device to enhance the gait stability and training efficiency of stroke patients. The configuration of this device is mainly composed of a motored wheel and a single cane whose lower end is attached to a motored wheel frame. A patient can feel haptic information from continuous ground contact from the wheel while walking through the grip handle. In addition, the wheeled cane can avoid using excessive use of the patient's upper limb for weight support and motivate the patient to use a paralyzed lower limb more actively. Moreover, the proposed device can provide intuitive and safe user interaction by integrating a force sensor and a tilt sensor equipped to the cane frame, and a switch sensor at the cane's handle. The admittance control has been implemented for the patient to change the walking speed intuitively by using the interaction forces at the handle. A hemi-paretic stroke patient participated in the walking assistive experiments as a pilot study to verify the effectiveness of the proposed haptic cane system. The results showed that the patient could improve walking speed and muscle activations during walking with a constant speed mode of the haptic cane. Moreover, the patient could maintain the preferred walking speeds and gait stability regardless of the magnitude of resistance forces with the admittance control mode of the haptic cane. The proposed robotic gait assistive device with a simple and intuitive mechanism can provide efficient gait training modes to stroke patients with high possibilities of widespread utilizations.
Kim, Hyun;Kwon, Jeong-Gwan;Song, Sang-Young;Kang, Seok-Il;Kim, Jung-Yup
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.5
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pp.393-400
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2015
This paper describes the development of a chest-wearable robot that can efficiently perform self walking rehabilitation without a helper. The features of the developed robot are divided into three parts. First, as a mechanical characteristic, the conventional elbow crutch is attached at the forearm. However, the proposed robot is attached to the patient's chest, enabling them to feel free to use their hands and eliminate the burden of the arms. Second, as a characteristic of the driving algorithm, pressure sensors attached to the chest automatically perceive the patient's walking intention and move the robot-leg thereafter. Also, for safety, it stops operating when an obstacle is found in front of the patient by using ultrasonic sensors and generates a beeping sound. Finally, by using the scotch yoke mechanism, supporting legs are moved up and down using a rotary servo motor without excessive torque that is generated by large ground reaction forces. We showed that the developed robot can effectively perform self walking rehabilitation through walking experiments, and its performance was verified using Electromyograph (EMG) sensors.
Efficient gait is compensate for a lack of exercise, but the wrong walking can cause disease that joints, muscles, brain and body structure(Scott & Winter, 1990). Also many researchers has been studied gait of positive mechanism using analytical methods kinetic, kinematic. This study is to identify nature of knee adduction moment, depending on different foot progression angle and the movement of rotation of pelvis and body. Health study subject conducted intended walking with three different angles. The subjects of this study classified three types of walking; walk erect, pigeon-toed walk and an out-toed gait. Ten university students of K without previous operation and disease record selected for this study. For accuracy of this study, three types of walking carried out five times with 3D image analysis and using analysis of ground reaction force to analyze nature of knee adduction moment and the movement of rotation of pelvis and body. Firstly, the HC(heel contact) section value of intended walk erect, pigeon-toed walk and an out-toed gait was not shown statistically significant difference but TO(toe off) section value was shown that the pigeon-toed walk statistically significant. The value of pigeon-toed walk was smallest knee adduction moment(p< 0.005). Secondly, X axis was the change of rotation movement body and pelvis when walk erect, pigeon-toed walk and an out-toed gait. Shown statistically Y axis was not shown statistically significant but Z axis statistically significant(p<0.05). These result show the significant differences on TO section when walking moment reaches HC, it decides the walking types and rotates the foot.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.2
s.191
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pp.64-72
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2007
Many human-body motions such as walking, running, jumping, etc. require a significant amount of power. To achieve a high power-to-weight ratio of the humanoid robot system, this paper proposes a new design of the bio-mimetic leg mechanism resembling musculoskeletal system of the human body. The hip joints of the system considered here are powered by 5 human-like bi-and mono-articular muscles, and the joints of knee and ankle are redundantly actuated by both bi-articular muscles and joint actuators. The kinematics for the leg mechanism is derived and a kinematic index to measure force transmission ratio is introduced. It is demonstrated through simulation that incorporation of redundant muscles into the leg mechanism enhances the power of the mechanism approximately 2 times of the minimum actuation.
Various walking robot platforms have been developed to carry out missions such as explorations, pass of obstacle or inspections of dangerous environments. In this work, a four legs mechanism based on Jansen mechanism is developed, which can trace a certain line. In order to maximize the tracing speed, mechanism design is performed in multiple phases using m.sketch, EdisonDesign and Arduino programs. In design process, control of power path and optimization of the locus of legs(GL/GAC) are found to be most important. A prototype model is constructed and test run to check the validity of the design optimization.
In this paper, the multi-leg robot is designed using Teo Jansen mechanism. The purpose of this paper is to develop unique robot, which operates efficiently in any environment. In that case, speed and accuracy are required. The indication which evaluate the value is Ground Score according to the Jansen's mechanism. To optimize the Ground Score. Genetic Algorithm (GA) in MATLAB Toolbox is used, which is numerical analytic algorithm to quickly convergence into optimum point. The Optimization of value is visualized by M-Sketch. M-Sketch was useful for simulation and evaluation of mechanic's dynamic motion. The robot's draft is produced into finished product by Edison Designer.
Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology
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v.10
no.1
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pp.65-72
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2016
In this study, a fully active transfemoral prothesis with a knee joint is designed considering stair walking conditions. Since the torque at the knee joint required for stair walking condition is relative high compared with the one in normal walking condition, the proposed design has high torque generating mechanism. Moreover, the transfemoral prothesis is designed in compact size to reduce its weight, which is related to comfortable fit and fatigue of patients. Flat type BLDC motor is used for simple and compact structure and various components are used to generate required torque with target working angle and speed. The weight reduction of structure is carried out using optimization method after the initial design process is complete. The optimization is conducted under the load conditions of stair walking. The optimized design is validated via finite element analysis and experiments. As a result, the weight is reduced using topology and shape optimization but maintaining the safety of structure. Also the space efficiency is improved due to its compact size.
Purpose: The corticospinal tract (CST) is known to be an important pyramidal tract for walking and motor function. However, very little is known about the functional role of the CST in the recovery of motor function. In the current study, we investigated the relation between the CST and motor function in chronic hemiparetic stroke patients. Methods: Fifty-four patients and 20 normal subjects were recruited. The Functional Ambulation Category (FAC) was used in measurement of the walking ability. We classified patients into three groups according to the ability to walk independently: group A, patients who could not walk independently (FAC: 0-2); group B, patients who could walk independently (FAC: 3); and group C, patd walk functionally (stairs and uneven surfaces, FAC 4-5). The Motricity Index (MI) was used to measure the motor function of the affected upper and lower extremities (maximum score: 100). The fractional anisotropy (FA) value, apparent diffusion coefficient (ADC) value, and fiber volume of the CST were used for the diffusion tensor imaging (DTI) parameters. Results: In terms of the CST of the unaffected hemisphere, the FA value of group A was significantly lower than that of normal controls (p <0.05). The fiber volume of group C was significantly higher than that of normal controls (p <0.05). In contrast, the ADC values of all patient groups and the control group did not show any difference (p >0.05). In terms of lower MI and total MI, significant differences were observed between all patient groups (p <0.05). In addition, significant differences in terms of the upper MI scores were observed between groups A and C and between groups B and C (p <0.05); however, no significant difference was observed between groups A and B (p>0.05). Conclusion: The increased fiber volume of the CST in the unaffected hemisphere appears to be related to functional walking ability in chronic stroke patients. This result would be useful for elucidation of the neural recovery mechanism of walking and the investigation of new modalities for the recovery of walking following a stroke with CST injury.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.26
no.10
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pp.89-94
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2012
This research is to apply the control of neuron networks for the real-time walking control of Multi-articulated robot. Multi-articulated robot is expressed with a complicated mathematical model on account of the mechanic, electric non-linearity which each articulation of mechanism has, and includes an unstable factor in time of walking control. If such a complex expression is included in control operation, it leads to the disadvantage that operation time is lengthened. Thus, if the rapid change of the load or the disturbance is given, it is difficult to fulfill the control of desired performance. This paper proposes a new mode to implement a neural network controller by installing a real object for controlling and an algorithm for this, which can replace the existing method of implementing a neural network controller by utilizing activation function at the output node. The proposed control algorithm generated control signs corresponding to the non-linearity of Multi-articulated robot, which could generate desired motion in real time.
Jansen mechanism is composed of mechanical walking linkages that are designed and optimized by Theo Jansen in 1990. Although he has made optimum values for linkage dimensions for Jansen Mechanism, there are still various applications for this mechanism and also various optimum values for each application. In this paper, Jansen Mechanism optimization has been processed for the Science Box. The Science Box has its own linkage dimensions and related components and makes space for optimization process. For the optimization 3 to 4 linkage were selected which had no similar ratios of linkages between other applied Jansen mechanisms and to reduce experiment numbers. Response Surface Method was used with Minitab 17 for optimization and m.sketch was used for experimentation. Intuitive method had to be used to find optimum values as with RSM optimum value could not be found. EDISON Designer was used to make final CAD model with optimum values and laser cutter was used to get appropriate acryl panels for legs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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