Colonoscopy is an important medical procedure for the diagnosis of various diseases like cancers in the colon and rectum. But it requires a lot of time for a doctor to acquire dexterous skills necessary to perform successful colonoscopy. Moreover, to many patients, conventional colonoscopy simply takes too long time. Therefore, some studies on the development of autonomous and more convenient colonoscope are carried out. In this Paper, we Propose a functional colonoscope robot system that has a locomotive function with a hollow body, a steering system, and other basic functions of typical conventional colonoscope systems. The concept and each component of the functional colonoscope system are described in this paper. In order to evaluate the functional performance of the colonoscope robot, we carried out in -vitro and in-vivo tests.
This study presents a genetic algorithm (GA) to design a PID controller systematically for an inchworm operated by piezoelectric actuators. The performance index considering overshoot and settling time is adopted to search an optimal PID gain using GA. The piezoelectric actuator shows nonlinear characteristics including hysteresis and residual displacement. The PID feedback system combined with an integrator is used to improve the ability of tracking the complex input signals and suppressing the steady state error. The PID controller tuned by GA can track the various motion contours effectively. However, the PID controller shows an improper residual vibration under the application of high-frequency square input. The input shaper combined with the feedback system can overcome this limitation of the PID controller.
Micro-machine tool is essential in the micro/meso cutting for the sake of saving of space, resources, and energy. In this research, a micro-turning lathe was fabricated with piezoelectric feed drive mechanism, and motion of each axis was generated by stepwise mechanism with two piezo actuators. The resolution to drive the axis was $0.05{\mu}m$ and position accuracy less than $2{\mu}m$ was assured. From the positioning experiment, piezo feed mechanism is good enough for the micro machine tools. Many fuming experiments were carried out with diamond-cutting tools to evaluate cutting capability of a machine tool. Continuous flow type chip could be obtained even if the cutting speed was very low due to small diameter of workpiece. However, thorough investigation about machineability in micro/meso cutting is inevitable to assure high quality surface roughness in micro machine tool.
An ultraprecision rotary motor is developed using inchworm motion of two belts actuated by elongation of piezoelectric elements. A symmetric lever mechanism with flexure hinges is designed to connect belts with piezoelectric elements. The lever mechanism is used not only to amplify the elongation of piezoelectric element but also to minimize the numbers of components and the effort for assembly. By experiment, the rotational angle by one cycle is varied from $0.2{\times}10-4 rad to 9.76{\times}10-4$ rad depending on input signal amplitude. Further, the motor has the capability of getting more precise rotational resolution by enlarging the radius of the rotor.
This paper proposes a new modeling scheme to describe the hysteresis and the dynamic characteristics of piezoelectric actuators in the inchworm and develops a control algorithm for the precision motion control. From the analysis of piezoelectric actuator behaviors, the hysteresis can be described by the functions of a maximum input voltage. The dynamic characteristics are also identified by the frequency domain modeling technique based on the experimental data. For the motion control, the hysteresis behavior is compensated by the inverse hysteresis model. The dynamic stiffness of an inchworm is generally low compared to its driving condition, so mechanical vibration may degenerate the motion accuracy of the inchworm. Therefore, the sliding mode control and the Kalman filter are developed for the precision motion control of the inch-warm. To demonstrate the effectiveness of the proposed modeling schemes and control algorithm, experiment validations are performed.
In this study, the linear quadratic Guassian loop transfer recovery (LQG/LTR) control technique was combined with an integrator and applied to an inchworm having piezoelectric actuators for precise motion tracking. The piezoelectric actuator showed nonlinear response characteristics, including hysteresis, due to its ferroelectric characteristics and the residual displacement phenomenon. This paper proposes a feedback control scheme using the LQG/LTR controller with an integrator to improve the ability to track the response to complex input signals and to suppress the phenomenon of hysteresis and residual vibration. Experimental results show that the developed feedback control system for an inchworm can track the various motion contours quickly without residual vibration or overshoot.
This paper describes a mobile inspection robot with an automatic pipe tracking system for a feeder pipe inspection in a PHWR. The robot is composed of two inch worm mechanisms. One is for a longitudinal motion along a pipe, and the other is for a rotational motion in a circumferential direction to access all of the outer surfaces of a pipe. The proposed mechanism has a stable gripping capability and is easy to install. An automatic pipe tracking system is proposed based on machine vision techniques to make the mobile robot follow an exact outer circumference of a curved feeder pipe as closely as possible, which is one of the requirements of a thickness measurement system for a feeder pipe. The proposed sensing technique is analyzed to attain its feasibility and to develop a calibration method for an accurate measurement. A mobile robot and control system are developed, and the automatic pipe tracking system is tested in a mockup of a feeder pipe.
최근 아이들의 창의력 학습 및 놀이에 로봇이 활발하게 이용되고 있지만 대부분 로봇이 정형화된 형태를 가지고 있으며 프로그램의 의존도가 높아 창의력 학습 및 놀이에 어려움이 있다. 우리는 이러한 단점을 보완하기 위해 정형화 되지 않은 모듈 형태의 로봇구조를 가지고 있으면서 결합을 쉽고 안정적으로 할 수 있도록 하였고 하나의 버튼을 이용하여 사용자가 원하는 동작을 기억시키고 기억된 동작을 똑같이 재생하는 로봇을 제작 하였다. 또한 모듈 사이를 무선으로 연결하고 정보를 공유하여 다수의 모듈이 결합 되었을 경우 어느 모듈에서나 버튼을 한번 누르면 결합된 모든 모듈의 동작을 쉽게 조정할 수 있도록 하였다. 실제 동작을 검증하기 위해 두 개, 3개 및 5개의 모듈을 결합하여 자벌레 동작과 보행 로봇을 구현하여 제안된 구조와 알고리즘의 유용성을 보였다. 향 후 무선연결 방법을 보완하여 인터넷상에서 통제할 수 있는 지능화된 모듈라 로봇의 연구가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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