확률적 지진요구모델을 이용한 구조물의 최적 내진보강

박주남,최은수 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.3

내진설계기준이 반영되지 않은 기존 구조물의 경우 내진보강에 의하여 구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있다. 내진보강의 수준을 합리적으로 결정하기 위해서는 구조물의 사용기간 동안에 예상되는 지진피해 관련 손실이 최소화되도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 구조물이 위치한 지역에 대한 지진의 강도별 발생빈도, 지진에 의한 구조물의 기능상실 및 직접/간접 피해를 복합적으로 고려하여 구조물의 예상 손실비용을 산정하여야 하며 이는 구조물 손상에 대한 지진위험도 해석을 통해서 그 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 확률적 지진요구모델을 이용한 위험도 평가를 통하여 구조물의 지진에 대한 피해 손실을 정량적으로 산정하고 이를 바탕으로 초기비용과 예상손실비용을 포함한 총 손실비용을 최소화시킬 수 있도록 내진보강 수준을 최적화하는 절차를 제시하였다. 구조물과 관련된 지진피해 산정에 있어서 지진하중의 강도별 발생확률 및 구조물의 손상확률을 동시에 고려하여 구조물 생애주기에 대한 구조물의 지진손상 확률밀도함수 및 누적분포함수를 수식화하였으며 수식의 유효성을 유지하기 위한 확률변수의 유효범위를 정의하였다. 또한 여기에 사회적, 경제적 손실을 정량화하기 위한 손실함수를 결부시켜 구조물과 관련된 지진 피해 손실의 기댓값을 정량적으로 산정할 수 있도록 하였다. 제시된 해석기법은 기존의 시뮬레이션에 의한 손실산정법과 비교하여 해석의 정확도는 잃지 않으면서 구조해석의 반복횟수를 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있으며 빌딩과 교량을 비롯한 구조물의 내진성능 평가 및 개선을 위한 의사결정 시에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다. The seismic performance of a structure designed without consideration of seismic loading can be effectively enhanced through seismic rehabilitation. The appropriate level of rehabilitation should be determined based on the decision criteria that minimize the anticipated earthquake-related losses. To estimate the anticipated losses, seismic risk analysis should be performed considering the probabilistic characteristics of the hazard and the structural damage. This study presents the decision procedure in which the probabilistic seismic demand model is utilized for the effective estimation and minimization of the total seismic losses through seismic rehabilitation. The probability density function and the cumulative distribution function of the structural damage for a specified time period are established in a closed form, and are combined with the loss functions to derive the expected seismic loss. The procedure presented in this study could be effectively used for making decisions on the seismic rehabilitation of structural systems.

예방적 최소단면 보수공법 적용 아스팔트 도로포장의 유지관리 비용분석

김낙석,홍은철,Kim. Nak-Seok,Hong. Eun-Cheol 한국방재학회 2009 한국방재학회논문집 Vol.9 No.4

본 논문에서는 예방적 유지보수 공법으로서 최소단면 보수공법의 경제성을 분석하였다. 최소단면 보수공법은 차량의 주행 특성을 근거로 하여 적용하였다. 최소단면 보수공법의 한 차로당 유효보수범위는 각 차륜 통과부인 70 cm이며, 주행차량 특성 분석에 따르면 각 차륜통과 범위 내에서 95%이상의 차량이 주행한다. 최소단면 보수공법은 기존의 유지보수공법보다 유지보수비용이 감소하는 것으로 나타났으며 교통정체 감소에 따른 사용자 비용도 감소한다. 본 연구결과 총 유지보수비용은 최소단면 보수공법을 적용함으로서 기존의 유지보수공법에 비해 35%감소하는 것으로 나타났다. The paper presents the economic analysis of optimized-rehabilitation area method considered as one of the preventive maintenance methods in asphalt concrete pavement. The optimized-rehabilitation area was selected based on the analysis of traffic lane characteristics. The main concept of the selected method was to minimize the maintenance cost. The effective width of traffic lane in this method was 70 cm of each wheel path. According to the traffic survey conducted in this research, more than 95% of vehicles passed within the width of each wheel path. The new preventive optimized-rehabilitation area method showed less maintenance cost than the conventional overlay. In addition, traffic congestions and the user cost can be reduced. The research results revealed that the total maintenance cost was reduced by 35% by using the new method compare to the conventional one.

fmGA를 이용한 하수관거정비 최적화 모델

류재나,기범준,박규홍,이차돈 대한상하수도학회 2004 상하수도학회지 Vol.18 No.2

A long-term sewer rehabilitation project consuming an enormous budget needs to be conducted systematically using an optimization skill. The optimal budgeting and ordering of priority for sewer rehabilitation projects are very important with respect to the effectiveness of investment. In this study, the sewer rehabilitation optimization model using fast-messy genetic algorithm is developed to suggest a schedule for optimal sewer rehabilitation in a subcatchment area by modifying the existing GOOSER model having been developed using simple genetic algorithm. The sewer rehabilitation optimization model using fast-messy genetic algorithm can improve the speed converging to the optimal solution relative to GOOSE , suggesting that it is more advantageous to the sewer rehabilitation in a larger-scale subcatchment area than GOOSER .

An eight-degree-of-freedom upper extremity exoskeleton rehabilitation robot: design, optimization, and validation

Yuansheng Ning,Hongbo Wang,Junjie Tian,Hao Yan,Yu Tian,Congliang Yang,Jian Wei,Jianye Niu 대한기계학회 2022 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.36 No.11

Upper extremity exoskeleton rehabilitation robots can be used for the training of patients with upper extremity motor dysfunction. In most cases, the design of such robots focuses on the configuration and the human-machine compatibility. For patients, the use of an exoskeleton rehabilitation robot mainly aims to improve their movement ability, which depends on the range of movement of the upper extremity joints. This paper proposes an eight-degreeof-freedom (DOF) upper extremity exoskeleton rehabilitation robot to improve the movement range of the patient’s upper extremity joints. The structural parameters of the shoulder joint are optimized and analyzed by the kinematic equations of the mechanism and the cyclic iteration algorithm such that the movement range of the patient joint can be maximized. The movement space of the robot is then simulated. Finally, the movement range of the rehabilitation robot joints and the movement space of the rehabilitation robot were measured. Experimental results show that the upper extremity exoskeleton rehabilitation robot can meet the patient’s shoulder, elbow, and wrist movement range, and the overlap with the human upper extremity movement space is 97.1 % and 95.7 % in the coronal and sagittal planes, respectively.

Optimized Trajectory Design of an End-Effector-Typed Gait Rehabilitation Robot for Children with Developmental Disabilities

Jung Joon Kim,Siddhant Bikram Pandey,Jong Yeong Eun,Kwang Min Yoo,Hyeongsic Kim 제어로봇시스템학회 2021 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

This paper describes the implementation of optimized trajectory design on an end-effector-typed pediatric gait rehabilitation robot. Based on the gait patterns of adults which were analyzed using optical motion capture equipment and mathematically modeled, we optimized the gait trajectory considering the physical characteristics of children that can be applied on a pediatric gait rehabilitation robot.

교량의 생애주기비용 최적설계

박장호,신영석 한국안전학회 2010 한국안전학회지 Vol.25 No.6

The importance of the life cycle cost (LCC) analysis for bridges has been recognized over the last decade. However, it is difficult to predict LCC precisely since the costs occurring throughout the service life of the bridge depend on various parameters such as design, construction, maintenance, and environmental conditions. This paper presents a methodology for the optimal life cycle cost design of a bridge. Total LCC for the service life is calculated as the sum of initial cost, damage cost, maintenance cost, repair and rehabilitation cost, user cost, and disposal cost. The optimization method is applied to design of a bridge structure with minimal cost, in which the objective function is set to LCC and constraints are formulated on the basis of Korean Bridge Design Code. Initial cost is calculated based on standard costs of the Korea Construction Price Index and damage cost on damage probabilities to consider the uncertainty of load and resistance. Repair and rehabilitation cost is determined using load carrying capacity curves and user cost includes traffic operation costs and time delay costs. The optimal life cycle cost design of a bridge is performed and the effects of parameters are investigated

최소단면 보수지역의 평탄성 평가

박대욱,진정훈 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.2

In this study, the profiles of optimized rehabilitated section was measured by a lightweight inertial profiler, and pavement smoothness was evaluated. To analyze the repeatability of the used lightweight profiler, two repeatable measurements were conducted. The agreement between two repeatable measurements were evaluated by Cross-correlation function. Pavement smoothness of the optimized rehabilitated pavement section and existing area was compared in terms of International Roughness Index and Profilograh Index. In general, the pavement smoothness of the rehabilitated sections was not good compared to the existing pavement sections. The analysis results could be used for the evaluation of pavement smoothness of the optimized rehabilitated pavement sections. 본 논문에서는 최소단면 보수가 완료된 아스팔트 콘크리트 포장의 평탄성 평가를 위하여 경량 프로파일러를 이용하여 측정하였으며 평탄성 분석을 실시하였다. 측정 프로파일러의 정확도를 검토하기 위하여 2회 측정한 프로파일을 이용하여 반복성(repeatability)검증을 수행하였다. Cross-Corelation 함수를 이용하여 측정치간의 일치를 검증하였다. 최소단면 보수가 이루어진 아스팔트 콘크리트 포장 부분과 기존 포장의 평탄성을 국제평탄성지수와 PrI 지수를 비교 분석하였으며, 최소단면 보수가 이루어진 차선의 평탄성이대체적으로 좋지 않았다. 향후 최소단면 보수 지역의 평탄성 평가에 대한 기초자료로 사용할 수 있다고 판단된다.

근력 보조가 가능한 말단 장치 형태의 보행 재활 로봇의 개발

김정준(Jung-Joon Kim),김명주(Myeong-Ju Kim),곽노식(No-Sik Kwak),김창휘(Chang-Hwi Kim),김형식(Hyeongsic Kim),김정엽(Jung-Yup Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.8

본 논문은 보행 재활이 필요한 환자들을 위해 하지 근력 보조가 가능한 보행 재활 로봇의 개발에 대하여 서술하였다. 최근 상용화된 대표적인 보행 재활 로봇들의 경우 비싼 가격, 큰 부피, 고 중량, 불편한 착용 등의 단점들로부터 대중화 및 시장성에 한계를 보여왔다. 이러한 한계점들을 해결하기 위하여 본 연구로부터 세 가지 전략이 적용된 새로운 보행 재활 로봇을 개발하였다. 첫째, 말단 장치의 위치 및 각도 궤적이 정상인의 발 보행 궤적과 일치하는 5절 링크 메커니즘 및 발 착지면을 최적화 설계하였다. 둘째, 두 개의 링크 메커니즘의 크랭크축을 단 하나의 기어드 모터 구동축으로 결합하여 전체 기구부를 구동시키도록 함으로써 비용, 무게 및 부피를 최소화하였다. 셋째, 환자의 장애 정도에 따른 세 가지 보행 재활 모드를 제안하였으며, 특히, 기구부에 장착된 센서들로부터 보행 의도를 인식하고 이로부터 하지 근력을 효과적으로 보조할 수 있도록 하였다. 최종적으로 EMG센서를 통해 각 보행 재활 모드에 따른 근력 보조 성능을 실험적으로 검증하였다. This paper describes the development of a walking rehabilitation robot capable of lower body power assistance. Recently commercialized walking rehabilitation robots have several drawbacks such as high price, large volume, heavy weight, and uncomfortable fit; hence, they still have limitations in terms of popularity and marketability. To resolve these issues, we developed a novel walking rehabilitation robot with three strategies. First, a five-link mechanism and curved foot landing surface were optimally designed so that the position and angle trajectories of the end-effector can coincide with the foot walking trajectory of a normal person. Second, the price, weight, and volume were minimized by connecting the two link mechanisms with a shaft and driving it using a single-gear motor. Third, we proposed three walking rehabilitation modes based on the degree of disability and walking intention. Finally, the power assist performance of each mode was experimentally verified through EMG measurement.

보행 재활 로봇 개발을 위한 1자유도 무릎 관절 설계

이상협,신성열,이준원,김창환 한국로봇학회 2013 로봇학회 논문지 Vol.8 No.1

One of the important issues for structural and electrical specifications in developing a robot is to determine lengths of links and motor specifications, which need to be appropriate to the purpose of robot. These issues become more critical for a gait rehabilitation robot, since a patient wears the robot. Prior to developing an entire gait rehabilitation robot, designing of a 1DOF assistive knee joint of the robot is considered in this paper. Human gait motions were used to determine an allowable range of knee joint that was rotated with a linear type actuator (ball-screw type) and links. The lengths of each link were determined by using an optimization process, minimizing the stroke of actuator and the total energy (kinetic and potential energy). Kinetic analysis was performed in order to determine maximum rotational speed and maximum torque of the motor for tracking gait trajectory properly. The prototype of 1 DOF assistive knee joint was built and examined with a impedance controller.

상수관로의 노후도 예측에 근거한 최적 개량 모형의 개발 1 : 이론 및 모형개발

김응석 한국수자원학회 2003 한국수자원학회논문집 Vol.36 No.1

본 연구에서는 상수관의 개량사업을 보다 효율적으로 실시 할 수 있는 방법으로 국내 실정에 적합한 상수관로의 노후도 조사방법을 이용하여 매설된 관의 노후도를 예측 근거한 최적 개량 모형을 제시하였다. 노후도 예측 모형은 확률론적 신경망 이론을 바탕으로 관별 노후도 정도를 5개 등급으로 구분하며 산정된 관별 노후도 등급 및 관경을 바탕으로 최대 잔존수명을 산정하였다. 최적 개량 모형은 관의 유지보수, 갱생, 교체의 시기 및 비용을 산정하는 것으로 최단경로흐 The method in this study, which is more efficiency than the existing method, propose the optimal rehabilitation model based on the deterioration prediction of the laying pipe by using the deterioration survey method of the water distribution system. The d