This study validated the musculoskeletal model of the human lower extremity by comparative study between calculated muscle parameters through simulation using modified hill-type model and measured them through isokinetic exercise. And the relationship between muscle forces and moments participated in motion was quantified from the results of simulation. For simulation of isokinetic motion, a three-dimensional anatomical knee model was constructed using trials of gait analysis and the EMG-force model was used to determine muscle activation level exciting muscles. The modified Hill-type model was used to calculate individual muscle forces and moments in dynmaic analysis and the results were validated by comparing them of experiments on BIODEX. The results showed that there was a high correlation between calculated torques from simulation and measured them from experiments for isokinetic motion(R=0.97). Therefore we concluded that the simulation by using musculoskeletal model was so useful means to predict and convalesce musculoskeletal-related diseases, and analyze unrealizable experiment such as clash condition.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.7
s.172
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pp.112-121
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2005
This paper is concerned with smooth trajectory generation of biped robot which has inverted pendulum type balancing weight. Genetic algorithm is used to generate the trajectory of the leg and balancing weight. Balancing trajectory can be determined by solving the second order differential equation under the condition that the reference ZMP (Zero moment point) is settled. Reference ZMP effect on gait pattern absolutely but the problem is how to determine the reference ZMP. Genetic algorithm can find optimal solution under the high order nonlinear situation. Optimal trajectory is generated when use genetic algorithm which has some genes and a fitness function. In this paper, minimization of balancing joints motion is used for the fitness function and set the weight factor of the two balancing joints at the fitness function. Inverted pendulum type balancing weight is very similar with human and this model can be used fur humanoid robot. Simulation results show ZMP trajectory and the walking experiment made on the real biped robot IWR-IV.
Humanoid robot is the most intimate robot platform suitable for human interaction and services. Biped walking is its basic locomotion method, which is performed with combination of joint actuator's rotations in the lower extremity. The present work employs humanoid robot simulator and numerical optimization method to generate optimal joint trajectories for biped walking. The simulator is developed with Matlab based on the robot structure constructed with the Denavit-Hartenberg (DH) convention. Particle swarm optimization method minimizes the cost function for biped walking associated with performance index such as altitude trajectory of clearance foot and stability index concerning zero moment point (ZMP) trajectory. In this paper, instead of checking whether ZMP's position is inside the stable region or not, reference ZMP trajectory is approximately configured with feature points by which piece-wise linear trajectory can be drawn, and difference of reference ZMP and actual one at each sampling time is added to the cost function. The optimized joint trajectories realize three phases of stable gait including initial, periodic, and final steps. For validation of the proposed approach, a small-sized humanoid robot named DARwIn-OP is commanded to walk with the optimized joint trajectories, and the walking result is successful.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.5
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pp.2762-2777
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2017
A fuzzy identity based signature (FIBS) scheme allows a signer with identity ${\omega}$ to generate a signature which could be verified under identity ${\omega}^{\prime}$ if and only if ${\omega}$ and ${\omega}^{\prime}$ are within a certain distance of each other as judged by some metric. In this paper, we propose an efficient FIBS scheme from lattice assumption, which can resist quantum-computer attacks. Without using the Bonsai Tree technique, we utilize the lattice basis delegation technique to generate the private key, which has the advantage of keeping the lattice dimension invariant. We also prove that our proposed scheme is existentially unforgeable under an adaptive chosen message and identity attack in the random oracle model. Compared with existing scheme, our proposed scheme is much more efficient, especially in terms of communication overhead. Since our FIBS scheme possesses similar error-tolerance property, it can be well applied in post-quantum communication biometric authentication environments, where biometric identifiers such as fingerprints, voice, iris and gait are used in human identification.
With the advent of westernized diet and a lack of exercise, young female college students are paying more attention to their bodyweight and health. Whole-body vibration has been demonstrated to be a suitable training method for improving knee extension maximal strength in young female athletes, as well as the gait performance in elderly women. This study aimed to evaluate the effects of a vertical vibration intervention on the physical fitness and postural balance in young females. Fifty-four young women were recruited; all subjects were randomly assigned to the intervention group and control group. The intervention group underwent vertical vibration with a platform for 12 weeks. The results showed that body mass index and body fat percentage had decreased (P<0.05). In addition, their muscle endurance as indicated by a sit-up test and their flexibility as indicated by a sit-and-reach test were both increased. With regard to postural balance, their 30-second sit-to-stand and timed up and go test results were improved. At the same time, their mean single-leg stance with eyes closed time increased (P<0.05). However, there were no significant differences, meanwhile, for the control group. Overall, the results showed that the whole body vibration (WBV) intervention had some beneficial effects on physical fitness and postural balance in young women.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.1029-1036
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2011
An energy-efficient reference walking trajectory generation algorithm is suggested utilizing allowable ZMP (Zero-Moment-Point) region, which maxmizes the energy efficiency for cyclic gaits, based on three-dimensional LIPM (Linear Inverted Pendulum Model) for biped robots. As observed in natural human walking, variable ZMP manipulation is suggested, in which ZMP moves within the allowable region to reduce the joint stress (i.e., rapid acceleration and deceleration of body), and hence to reduce the consumed energy. In addition, opimization of footstep planning is conducted to decide the optimal step-length and body height for a given forward mean velocity to minimize a suitable energy performance - amount of energy required to carry a unit weight a unit distance. In this planning, in order to ensure physically realizable walking trajectory, we also considered geometrical constraints, ZMP stability condition, friction constraint, and yawing moment constraint. Simulations are performed with a 12-DOF 3D biped robot model to verify the effectiveness of the proposed method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.7
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pp.48-55
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2019
Soldiers have been exposed to the risk of chilblains in cold winters. Recent studies have described sensors and IOT devices that use independent power sources based on piezoelectric energy harvesting. Therefore, the heated shoes with an independent power source have been developed. For the application of energy harvesting to shoes, it is necessary to develop a unique harvester by considering human gait characteristics. Energy harvesters and ceramics were designed and fabricated in this study. The performances of these harvesters and ceramics were evaluated experimentally. Then, the harvesters and ceramics with superior performance were selected and applied to the system. Thereafter, the heating and charging performance of the system was tested under real walking conditions. The results show that the developed system can generate adequate energy to charge the battery and heat the shoes.
Objective: The objective of the present study was to analyze the relationship between strength of the lower extremity's joints and their local dynamic stability (LDS) of gait in elderly women. Method: Forty-five elderly women participated in this study. Average age, height, mass, and preference walking speed were 73.5±3.7 years, 153.8±4.8 cm, 56.7±6.4 kg, and 1.2±0.1 m/s, respectively. They were tested torque peak of the knee and ankle joints with a Human Norm and while they were walking on a treadmill at their preference speed for a long while, kinematic data were obtained using six 3-D motion capture cameras. LDS of the lower extremity's joints were calculated in maximum Lyapunov Exponent (LyE). Correlation coefficients between torque of the joints and LyE were obtained using Spearman rank. Level of significance was set at p<.05. Results: Knee flexion torque and its LDS was negatively associated with adduction-abduction and flexion-extension movement (p<.05). In addition, ratio of the knee flexion torque to extension and LDS was negatively related to internal-external rotation. Conclusion: In conclusion, knee flexion strength should preferentially be strengthened to increase LDS of the lower extremity's joints for preventing from small perturbations during walking in elderly women.
The purpose of this study was to analyse the subtalar joint movement characteristics in human stance phase. The data of subtalar joint movement patterns are collected by CTA(calcaneus to tibia angle) measurements. CTA is defined as a angle formed between the bisect of the posterior shank and bisect of the posterior heel, as determined by placement of the retroreflective markers. The angle measured in degrees. The participants are 74 healthy individuals (37 men and 37 women) who have no orthopedic and neurological impairment, aged from 19 to 29 years(mean 22.95). Prior to participation, each subjecct informed the procedures of experiment from researcher and assistant researcher. The equipments of this study are walking grid, marking tapes, goniometer, video camera, monitor and ink for foot print are used in the study. In order to determine the statistical significance of result, the paired t-test and Pearson correlation were applied at the 0.05 level of significance. The results were as follows : 1. The reliability of measured CTA value are showed a high correlation, ranged from .86 - .94. 2. The mean value of step width are 7.67cm in men and 6cm in women. So, significant difference between men and women in 0.05 level of significance. 3. There was significant difference between man and women's TOA(toe out angle)(p<0.05). 4. The CTA of female's is more higher than male's one, however not statistical difference between man and women(p>0.05). 5. The CTA is reduced according to increasing TOA(p<0.05).
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.6
no.1
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pp.1-8
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2013
Walking is one of human functions and has been the base of the development of human civilization. Walking ability had made the first village and urban pattern of the mankind. Cities had been constructed for pedestrian's convenience and happy life. But conventional cities have been crowded by the rapid increasing vehicles and population since material civilization had developed. On the other hand, pedestrian space has been neglected urban districts. Chose this study to suggest a direction for improvement by following the direction of the city characteristics and roadside pedestrian space. 1. Investigate the relationship and the significance and problems of pedestrian space by finding survey of the literature and discussion with those that affect the behavior of the pedestrian environment around. 2. For a comfortable pedestrian space on the improvement of the pedestrian area of space (physical and psychological) and gait characteristics, service levels and basic data. 3. Chose how to extract the most appropriate of the best alternatives presented several proposals based on the above survey of the literature data and field survey.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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