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보행 예측 시뮬레이션

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보행 예측 시뮬레이션. 이 제 희 생체운동연구단 서울대학교. 보행 예측 시뮬레이션. 수술 전 보행 데이터 취득 모션 캡쳐 , 지면 반발력 , EMG 개인 별 골격 , 근력 , 근경직도 수술 계획에 따른 근골격 변형 골격 변형 , 근육 길이 , insertion, origin, tendon 길이 수술 후 보행 예측 시뮬레이션 시뮬레이션 평가. Newton’s Equation of Motion. mass. force. acceleration. Dynamic Simulation. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 보행 예측 시뮬레이션

보행 예측 시뮬레이션

이 제 희

생체운동연구단서울대학교

Page 2: 보행 예측 시뮬레이션

보행 예측 시뮬레이션

수술 전 보행 데이터 취득모션 캡쳐 , 지면 반발력 , EMG개인 별 골격 , 근력 , 근경직도

수술 계획에 따른 근골격 변형골격 변형 , 근육 길이 , insertion, origin, tendon 길이

수술 후 보행 예측 시뮬레이션시뮬레이션 평가

Page 3: 보행 예측 시뮬레이션

Newton’s Equation of Motion

force

mass

acceleration

maf

Page 4: 보행 예측 시뮬레이션

Dynamic Simulation

q : state of the body

Integrate force over time

dttqtq

dtmtfdttatq

)()(

)()()(

Page 5: 보행 예측 시뮬레이션

Path Tracking

)()()()()()( expexpexp tqtqktqtqktqtq pv

PD (Proportional Derivative) Control

Page 6: 보행 예측 시뮬레이션

Articulated Figure

q : Generalized stateM : System mass matrixF : Gravity and External forcesC : Coriolis and centripetal forcest : Joint forces

),()(),()( qqFqqqCtqM t

Page 7: 보행 예측 시뮬레이션

Fully-Actuated System

Forward dynamicsGiven (generalized) forces,compute (generalized) accelerations

Inverse dynamicsGiven (generalized) accelerations,compute (generalized) forces

Page 8: 보행 예측 시뮬레이션

Under-actuated System

Forward dynamics

Inverse dynamicsGiven accelerations, we may not be able to compute forces that generate the desired accelerations

),()(),()( 1 qqFqqqCMtq t

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Ground Reaction Force (GRF)GRF is passive

we actuate our muscles, butwe can sense the magnitude of GRFwe cannot control GRF precisely

GRF is hemi-directionalPrecisely controllable GRF facilitates

the control of underactuated systemIf GRF were omni-directional,

the system is fully-actuated

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Muscle Force

Three-element Hill muscle modelone contractile active elementtwo passive non-linear springs

Actuator redundancy

Page 15: 보행 예측 시뮬레이션

Technical Issues

Placing markers for motion capture

Acquiring individual skeletal models

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Page 18: 보행 예측 시뮬레이션

Individual Skeletal Models

Reconstruct bone shapes from multiview X-ray images

Model-based approachcollection of 3D bone geometries (from CT)principle component analysis (PCA)

nnaverage BcBcBB 11

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