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Study on Measuring Mechanical Properties of Sport Shoes Using an Industrial Robot
이종년,Lee, Jong-Nyun The Korea Academia-Industrial cooperation Society 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.12
본 논문은 산업용 로봇을 이용하여 운동화의 특성을 측정하는 측정장비를 소개한다. 여기서 사용된 로봇은 6관절의 퓨마타입 로봇(삼성전자의 FARA AT2 모델)을 인간의 보행 동작을 구현할 수 있도록 보완하였다. 보행 동작은 고속카메라로 분석한 후, 로봇 관절각들을 추출하여 동작구현에 사용한다. 3가지 종류의 경도 아웃솔(신발 겉창)로 만들어진 신발 시편을 준비하고, 이 로봇 시스템을 이용하여 걸음동작을 구현하여 신발에 따른 지면 충격력을 측정한다. 걸음동작에서 발생하는 발 앞축 부분을 굽히기 위해 요구되는 굽힘 모멘트의 측정과 걸음동작에서 발생하는 요동현상의 측정에 사용한다. 동일한 압축변형을 유지하도록 시스템을 설정하고, 신발을 측정한 결과 아웃솔의 경도에 따라 지면반력의 크기는 선형적으로 증가하는 추세가 관찰되었다. 또한 굽힘 모멘트와 요동현상 역시 아웃솔의 경도에 따라 선형적으로 증가하는 추세가 관찰되었다. 상기의 몇 가지 실험을 통하여, 본 로봇 시스템은 일관성 있는 실험결과를 제공하였으며, 따라서 산업용 로봇을 이용하여 신발의 유용한 특성 정보 도출이 가능하며, 추후 신발설계의 활용에 대한 가능성을 보여준다. This paper introduces a measurement system for mechanical properties of sport shoes using an industrial robot. The robot system used in this paper is a commercial Puma type robot system(FARA AT2 made by SAMSUNG Electronics) with 6 joints and the end-effector is modified to produce a human walking motion. After analyzing human walking with a high speed video camera, each joint angle of the robot system is extracted to be used in the robot system. By using this system, ground impact forces were measured during stepping motion with 3 different shoe specimens made of 3 different hardness outsoles, respectively. As other mechanical properties, both bending moments to bend the toe part of the same specimen shoes and pronation quantities during walking motion were measured as well. In the impact test with the same depth of deformation under the ground level, the effect of the outsole hardness was clearly appeared such that the harder outsole produces the higher ground reaction force. The bending test and the pronation test also show proportional increments in the bending stiffness and the moment Mx according to the outsole hardness. Throughout such experiments, the robot system has produced consistent results so that the system could be used in obtaining valuable informations for a shoe designing process.
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Study on Measuring Mechanical Properties of Sport Shoes Using an Industrial Robot
Jong-Nyun Lee(이종년) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.12
본 논문은 산업용 로봇을 이용하여 운동화의 특성을 측정하는 측정장비를 소개한다. 여기서 사용된 로봇은 6관절의 퓨마타입 로봇(삼성전자의 FARA AT2 모델)을 인간의 보행 동작을 구현할 수 있도록 보완하였다. 보행 동작 은 고속카메라로 분석한 후, 로봇 관절각들을 추출하여 동작구현에 사용한다. 3가지 종류의 경도 아웃솔(신발 겉창)로 만들어진 신발 시편을 준비하고, 이 로봇 시스템을 이용하여 걸음동작을 구현하여 신발에 따른 지면 충격력을 측정한 다. 걸음동작에서 발생하는 발 앞축 부분을 굽히기 위해 요구되는 굽힘 모멘트의 측정과 걸음동작에서 발생하는 요동 현상의 측정에 사용한다. 동일한 압축변형을 유지하도록 시스템을 설정하고, 신발을 측정한 결과 아웃솔의 경도에 따 라 지면반력의 크기는 선형적으로 증가하는 추세가 관찰되었다. 또한 굽힘 모멘트와 요동현상 역시 아웃솔의 경도에 따라 선형적으로 증가하는 추세가 관찰되었다. 상기의 몇 가지 실험을 통하여, 본 로봇 시스템은 일관성 있는 실험결 과를 제공하였으며, 따라서 산업용 로봇을 이용하여 신발의 유용한 특성 정보 도출이 가능하며, 추후 신발설계의 활 용에 대한 가능성을 보여준다. This paper introduces a measurement system for mechanical properties of sport shoes using an industrial robot. The robot system used in this paper is a commercial Puma type robot system(FARA AT2 made by SAMSUNG Electronics) with 6 joints and the end-effector is modified to produce a human walking motion. After analyzing human walking with a high speed video camera, each joint angle of the robot system is extracted to be used in the robot system. By using this system, ground impact forces were measured during stepping motion with 3 different shoe specimens made of 3 different hardness outsoles, respectively. As other mechanical properties, both bending moments to bend the toe part of the same specimen shoes and pronation quantities during walking motion were measured as well. In the impact test with the same depth of deformation under the ground level, the effect of the outsole hardness was clearly appeared such that the harder outsole produces the higher ground reaction force. The bending test and the pronation test also show proportional increments in the bending stiffness and the moment Mx according to the outsole hardness. Throughout such experiments, the robot system has produced consistent results so that the system could be used in obtaining valuable informations for a shoe designing process.
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[차량운동성능부문] 차량동력학을 위한 다물체 시스템의 정상상태 해석법
이종년(Jong-Nyun Lee) 한국자동차공학회 2001 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.2001 No.11_2
This paper presents a systematic methodology and formulation for determining the steady-state response of multi-body systems. The equations of motion of a general multi-body system are described in terms of a set of relative joint accelerations. Then the differential equations of motion are converted to a set of a algebraic equations for the steady-state response. These equations are derived based upon a set of conditions that must exist for the steady state. The application of this formulation in determining the steady-state response of a vehicle moving in a circular path is shown. The multi-body model of the vehicle for four-wheel steering is presented. These results of the steady-state simulation are compared with those obtained from a transient dynamic analysis.
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이종년(Lee, Jong-Nyun) 한국산학기술학회 2011 한국산학기술학회논문지 Vol.12 No.3
스포츠화의 설계에서 신발 앞축 부분의 굽힘강성은 매우 중요한 설계인자이지만, 측정하기가 어렵다. 본 논 문은 이러한 굽힘강성을 측정하는 장비를 소개한다. 장비는 알루미늄 프레임 구조와 AC 모터, 2개의 로드셀, 엔코더 와 제어용 하드웨어로 구성되어있으며, 신발의 굽힘 모멘트를 측정하는 메카니즘을 소개하였다. 유용성을 입증하기 위하여, 신발의 소재와 디자인이 굽힘강성에 미치는 영향을 관찰하는데 사용되어 졌다. 실험을 위하여 신발 중창소재 의 경도와 두께를 달리하여 완성신발 시편을 제작하였다. 이들 시편으로 굽힘실험을 수행하고, 최소자승법을 사용하 여 굽힘강성을 구하였다. 실험결과 PU 중창으로 만든 신발이 PH 중창으로 만든 신발보다 굽힘강성이 높았으며, 중창 의 두께가 중창의 경도보다 굽힘강성에 미치는 영향이 크다는 것을 알아낼 수 있었다. 따라서, 이러한 실험결과를 바 탕으로, 본 측정장비는 유용한 실험결과를 도출할 수 있었으며, 이 장비를 통하여 측정된 신발의 굽힘강성은 신발 설 계의 유용한 설계인자로 활용될 수 있다고 사료된다. In design of sport footwear, bending stiffness of its toe part is an important factor though it can be hardly measured. This paper introduces a device for measuring the bending stiffness. The device is simply designed with aluminum frames, one AC motor, two load-cells, one encoder and control hardwares. The mechanism measuring the bending moment of a shoe is described. Then, it was used to observe how the midsole material and design of a sports shoe affect on its bending stiffness. For the experiments, various specimens prepared, where each midsole of the specimens is different in terms of material, thickness and hardness. With those specimens, experiments were performed by using the device and then the bending stiffness was computed by applying the least square curve fitting after the bending moment data were measured. The specimen with Poly-urethane(PU) midsole has the higher bending stiffness than the one with Phylon(PH) midsole, and the midsole thickness affects more on the bending stiffness than the midsole hardness. Based on those results, it can be concluded that the measurement device can provide consistent bending stiffness data to sports footwear and the bending stiffness of a footwear measured by the developed device can be used as a major parameter in the footwear design.
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