Estimation of muscle forces is important in biomechanics, therefore many researchers have tried to build a muscle model. Recently, optimization techniques for adjusting muscle parameters, i.e. EMG-driven model, have been used to estimate muscle forces and predict joint moments. In this study, an EMG-driven model based on the previous studies has been developed and isometric and isokinetic contraction movements were evaluated to validate the developed model. One healthy male participated in this study. The dynamometer tasks were performed for maximum voluntary isometric contractions (MVIC) for ankle dorsi/plantarflexors, isokinetic contraction at both $30^{\circ}/s$ and $60^{\circ}/s$. EMGs were recorded from the tibialis anterior, gastrocnemius medialis, gastrocnemius lateralis and soleus muscles at the sampling rate of 1000 Hz. The MVIC trial was used to customize the EMG-driven model to the specific subject. Once the subject's own model was developed, the model was used to predict the ankle joint moment for the other two dynamic movements. When no optimization was applied to characterize the muscle parameters, weak correlations were observed between the model prediction and the measured joint moment with large RMS error over 100% (r = 0.468 (123%) and r = 0.060 (159%) in $30^{\circ}/s$ and $60^{\circ}/s$ dynamic movements, respectively). However, once optimization was applied to adjust the muscle parameters, the predicted joint moment was highly similar to the measured joint moment with relatively small RMS error below 40% (r = 0.955 (21%) and r = 0.819 (36%) and in $30^{\circ}/s$ and $60^{\circ}/s$ dynamic movements, respectively). We expect that our EMG-driven model will be employed in our future efforts to estimate muscle forces of the elderly.
The adaptive control of flexible joint manipulator is the focus of this paper. The full order flexible joint manipulator dynamic system does not allow the determination of a feedback linearization control as for rigid manipulators. This drawback is overcome by a model order reduction based on a singular perturbation strategy. The full order flexible joint manipulator dynamic model is adopted for derivation of the adaptive control law to damp out the elastic oscillations at the joints. It is shown that the joint position error will converge to zero asymptotically and that other signals remain bounded without precise knowledge of parameters of the manipulator and its joint flexibility.
He, Jun-xiao;Wang, Juan;Yang, Qing-shan;Han, Miao;Deng, Yang
Structural Engineering and Mechanics
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v.77
no.4
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pp.509-521
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2021
The neighbouring gaps at the mortise-tenon joint in traditional timber structure, which leads to the complexity of the joint, are considered to impair the mechanical performance of the joint. In this paper, numerical simulation of loose joint was conducted to examine the deformation states, stress distributions, and bearing capacities, which was verified by full-scale test. On the basis of the experimental and numerical results, a simplified mechanics model with gaps has been proposed to present the bending capacity of the loose joint. Besides, the gap effects and parameter studies on the influences of tenon height, friction coefficient, elastic modulus and axial load were also investigated. As a result, the estimated relationship between moment and rotation angle of loose joint showed the agreement with the numerical results, demonstrating validity of the proposed model; The bending bearing capacity and rotational stiffness of loose joint had a certain drop with the increasing of gaps; and the tenon height may be the most important factor affecting the mechanical behaviors of the joint when it is subjected to repeated load; Research results can provide important references on the condition assessments of the existing mortise-tenon joint.
This paper presents a novel approach for human activity recognition (HAR) using the joint angles from a 3D model of a human body. Unlike conventional approaches in which the joint angles are computed from inverse kinematic analysis of the optical marker positions captured with multiple cameras, our approach utilizes the body joint angles estimated directly from time-series activity images acquired with a single stereo camera by co-registering a 3D body model to the stereo information. The estimated joint-angle features are then mapped into codewords to generate discrete symbols for a hidden Markov model (HMM) of each activity. With these symbols, each activity is trained through the HMM, and later, all the trained HMMs are used for activity recognition. The performance of our joint-angle-based HAR has been compared to that of a conventional binary and depth silhouette-based HAR, producing significantly better results in the recognition rate, especially for the activities that are not discernible with the conventional approaches.
A patient-specific musculoskeletal model, whose parameters can be identified noninvasively, was developed for the automatic generation of patient-specific stimulation pattern in FES. The musculotendon system was modeled as a torque-generator and all the passive systems of the musculotendon working at the same joint were included in the skeletal model. Through this, it became possible that the whole model to be identified by using the experimental joint torque or the joint angle trajectories. The model parameters were grouped as recruitment of muscle fibers, passive skeletal system, static and dynamic musculotendon systems, which were identified later in sequence. The parameters in each group were successfully estimated and the maximum normalized RMS errors in all the estimation process was 8%. The model predictions with estimated parameter values were in a good agreement with the experimental results for the sinusoidal, triangular and sawlike stimulation, where the normalized RMS error was less than 17%, Above results show that the suggested musculoskeletal model and its parameter estimation method is reliable.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.597-605
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2019
This paper proposes a novel method for efficient prediction of joint distributions of heights and periods of nonlinear ocean waves. The proposed novel method utilizes a transformed linear simulation which is based on a Hermite transformation model where the transformation is chosen to be a monotonic cubic polynomial, calibrated such that the first four moments of the transformed model match the moments of the true process. This proposed novel method is utilized to predict the joint distributions of wave heights and periods of a sea state with the surface elevation data measured at the Gulfaks C platform in the North Sea, and the novel method's accuracy and efficiency are favorably validated by using comparisons with the results from an empirical joint distribution model, from a linear simulation model and from a second-order nonlinear simulation model.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.58-63
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2009
Biaxial compression test was conducted on a transversely isotropic synthetic jointed rock model for the understanding of the fracture behaviors of a sedimentary or metamorphic rocks with well developed bedding or foliation in uni-direction. The joint angles employed for the model are 30, 45, and 60 degrees to the horizontal, and the synthetic rock mass was made of early strength cement. From the biaxial compression test, initiation propagation of tensile cracks at norm to the joint angle was found. The propagated tensile cracks eventually developed rock blocks, which was dislodged from the rock mass. Furthermore, the propagation process of the tensile cracks varies with joint angle: lower joint angle model shows more stable and progressive tensile crack propagation. The experiment results were validated from the simulation by using discrete element method PFC 2D. From the simulation, as has been observed from the test, a rock mass with lower joint angle produces wider damage region and rock block by tensile cracks. In addition, a rock model with lower joint angle shows a progressive tensile cracks generation around the opening from the investigation of the interacted tensile cracks.
Column foot in traditional Chinese timber structures may be subjected to be uplifted due to the lateral load and subsequently reset under the vertical loads. The residual moment of the rocking column foot is the most important parameter representing the mechanical behaviors of column foot, and the simplification of joints is the basis of structural analysis of whole structure. The complicated mechanical behaviors of joint and the modeling of the column foot joint has been undertaken historically based on the experiments and numerical simulation. On the condition of limited application range of those models, a lack of simplified model to represent the mechanical behaviors of joint deserves attentions. There is a great need to undertake theoretical studies to derive the residual moment and make better simplified model of the joint. This paper proposes the residual moment and equivalent simplified model of the rotational stiffness for column foot joint. And, the timber frame is established based on the simplified model, which is verified by solid finite element model. Results show that a mutual agreement on the mechanical behaviors of the timber frame is obtained between the simplified model and the solid finite element model. This study can serve as the references of the structural analysis for the traditional timber structures.
A finite element code was developed to analyze coupled thermo-hydro-mechanical phenomena. This code is based on the finite element formulation provided by Noorishad et al. (1984) and Joint behavior was simulated Goodman's joint constitutive model. The developed code was applied for T-H-M coupling analysis for two kinds of shaft models, with a joint or without a joint respectively. For a model without a joint, temperature increased from the shaft wall to outward evidently. The radial displacement showed opposite directions of outward and inward at some distance from shaft wall. For a model with a joint, closure of joint was found due to thermal expansion. The temperature distribution along a joint showed relatively lower than that of rock matrix because of low thermal conductivity and high specific heat of water. And it could be concluded that effects of thermal flow to joint were more than that of hydraulic flow in a rock mass.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.3
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pp.203-211
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2001
This paper presents load transfer efficiency of skewed transverse joint of jointed concrete pavement with the fatigue model test. A 1/12 scale model was used to satisfy the geometry, loading, material similitude, which are variables to the skew angel of transverse joint. As the test results by fatigue load 700kgf applied, the deflection and stress of transverse joint were decreased as to increasing of skew angle of transverse joint. In addition, load transfer efficiency of transverse joint with skew angle is better than the load transfer efficiency of transverse joint without skew angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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