A series of wind tunnel free-decay sectional model dynamic tests were conducted to examine the effects of torsional-to-vertical natural frequency ratio of 2DOF bridge dynamic systems on the aerodynamic and dynamic properties of bridge decks. The natural frequency ratios tested were around 2.2:1 and 1.2:1 respectively, with the fundamental vertical natural frequency of the system held constant for all the tests. Three 2.9 m long twin-deck bridge sectional models, with a zero, 16% (intermediate gap) and 35% (large gap) gap-to-width ratio, respectively, were tested to determine whether the effects of frequency ratio are dependent on bridge deck cross-section shapes. The results of wind tunnel tests suggest that for the model with a zero gap-width, a model to approximate a thin flat plate, the flutter derivatives, and consequently the aerodynamic forces, are relatively independent of the torsional-to-vertical frequency ratio for a relatively large range of reduced wind velocities, while for the models with an intermediate gap-width (around 16%) and a large gap-width (around 35%), some of the flutter derivatives, and therefore the aerodynamic forces, are evidently dependent on the frequency ratio for most of the tested reduced velocities. A comparison of the modal damping ratios also suggests that the torsional damping ratio is much more sensitive to the frequency ratio, especially for the two models with nonzero gap (16% and 35% gap-width). The test results clearly show that the effects of the frequency ratio on the flutter derivatives and the aerodynamic forces were dependent on the aerodynamic cross-section shape of the bridge deck.
In this paper, we designed and tested an ankle joint mechanism for a gait rehabilitation robot. Gait rehabilitation programs are designed to improve the natural leg motion of patients who have lost their walking capabilities by accident or disease. Strengthening the muscles of the lower-limbs and stimulation of the nervous system corresponding to walking helps patients to walk again using gait assistive devices. It is an obvious requirement that the rehabilitation system's motion should be similar to and as natural as the normal gait. However, the system being used for gait rehabilitation does not pay much attention to ankle joints, which play an important role in correct walking as the motion of the ankle should reflect the movement of the center of gravity (COG) of the body. Consequently, we have designed an ankle mechanism that ensures the safety of the patient as well as efficient gait training. Also, even patients with low leg muscle strength are able to operate the ankle joint due to the direct-drive mechanism without a reducer. This safety feature prevents any possible adverse load on the human ankle. The additional degree of freedom for the roll motion achieves a gait pattern which is similar to the normal gait and with a greater degree of comfort.
움직이는 물체를 추적함에 있어 언센티드 칼만 필터(UKF) 알고리즘은 미분 계산없는 빠른 수렴속도와 뛰어난 추정 성능을 지녔다. 그러나 이 방법은 가우시안 잡음 분포 하에서 적용해야 하는 등 제한적인 조건이 수반되는 문제점을 안고 있다. 반면에 파티클 필터(PF)는 제한적인 조건 없이 비선형/비가우시안 시스템에도 적용할 수 있는 상태 추정기법 이라 할 수 있겠다. 그러나 이 방법 또한 파티클의 갯수가 늘어나면 계산량이 크게 증가하는 등의 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점들을 극복하기 위하여 UKF와 PF를 결합한 언센티드 파티클 필터(UPF) 알고리즘을 제안하였다. 본 알고리즘의 성능을 확인하기 위하여 기존의 PF와 UPF 알고리즘을 2-자유도 펜듈럼 시스템을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 결과적으로 본 논문에서 제안한 방법이 PF에 비하여 비선형/비가우시안 시스템의 상태 추정에 더욱 적합 함을 확인할 수 있었다.
This paper describes depth, heading and speed control of an underwater vehicle that has four stern thrusters of which forces are coupled in the diving and, steering motion, as well as the speed of the vehicle. The optimal linear quadratic controller is designed based on a linearized- state space model, developed by combining the dynamic equations of speed, steering and diving motion. The designed controller gives provides an optimal thrust distribution, minimizing the given performance index to control speed, depth and heading simultaneously. To validate the performance of the controller, a simulation and tank-test are carried out with DUSAUV (Dual Use Semi-Autonomous Underwater Vehicle), developed by KORDI as a test-bed for testing new underwater technologies. Optimal gains of the controller are tuned, using a computer simulation environment with a nonlinear 6-DOF numerical DUSAUV model, developed by PMM (Planner Motion Mechanism) test. To verify the performance of the presented controller in experiment, a tank-test with DUSAUV is carried out in the ocean engineering basin in KORDI. The experimental results are also compared with the simulation results to investigate the accordance of the numerical and the real mode.
Majority of industrial robots are controlled by a simple joint servo control of joint actuators. In this type of control, the performance of control is influenced greatly by the joint interaction torques including Coriolis and centrifugal forces, which act as disturbance torques to the control system. As the speed of the robot increases, the effect of this disturbance torque increases, and makes the high speed-high precision control more difficult to achieve. In this paper, the joint disturbance torque of robots is analyzed. The joint disturbance torque is defined using the coefficients of dynamic equation of motion, and for the case of a 2DOF planar robot, the conditions for the maximum joint disturbance torques are identified, and the effect of link parameters and joint variables on the joint disturbance torque are examined. Then, a solutioin to the optimal path placement problem is proposed that minimizes the joint disturbance torque are examined. then, a solution to the optimal path placement problem is proposed that minimizes the joint disturbance torque during a straight line motion. the proposed method is illustrated using computer simulation. the proposed solution method cna be applied to the class of robots that are controlled by independent joint sevo control, which includes the vast majority of industrial robots. By minimizing the joint disturbacne torque during the motion, the simple joint servo controlled robot can move with improved path tracking accuracy at high speed.
To improve surgical result of total hip arthroplasty (THA), there has been some approaches using a robotic milling system, which can make a precise cavity in the femur. Usually, to carve a femur, the surgical robot is controlled by a pre-programmed tool-path regardless of a surgeon's experience and Judgment. This paper presents a control method of a surgical robot for THA, which can be used as an advanced surgical tool. With a master/slave combined surgical robot, surgeon can directly control the motion and velocity of a surgical robot. The master/slave-combined robot is controlled to display a specific admittance for a surgeon's force to the surgical robot velocity. To prevent the over-carving of a femur, virtual hard wall is displayed on the surgical boundary. To evaluate the proposed control method of the master/slave-combined surgical robot, 2-DOF master/slave-combined manipulator is used in experiment.
This study was conducted in order to develop a finger exoskeleton system using ionic polymer metal composites (IPMCs) as the actuator and sensor in a hybrid structure. To use the IPMC as an actuator producing large force, a first order transfer function was obtained using results from a block force for DC excitation that applied to two IPMCs of 20mm-width, 50mm-length, and 2.4mm thickness together. After which the validation of 200gf control with anti-windup PI controller was confirmed. A 5mm-width, 50mm-length, 0.6mm-thickness of IPMC was also modeled as a sensor for tip displacement. As a result, the IPMC sensor could been utilized as a trigger role for the actuator. Finally, an IPMC sensor and actuator were installed on the joint of a single DOF exoskeleton in the hybrid structure, and test for the control of 40gf of block force and predefined sequence of motion was performed.
A biped robot in locomotion can be regarded to be kinetically redundant in that the link-chain from its foot on the ground to its swing foot has more degrees of freedom that needed to realize stable bipedal locomotion. This paper proposes a new method to generate a trajectory for bipedal locomotion based on this redundancy, which directly generates a locomotion trajectory at the joint level unlike some other methods such as LIPM (linear inverted-pendulum mode) and GCIPM (gravity-compensated inverted-pendulum mode), each of which generates a trajectory of the center of gravity or the hip link under the assumption of the dominance of the hip-link inertia before generating the trajectory of the whole links at the joint level. For the stability of the trajectory generated in the proposed method, a stability condition based on the ZMP (zero-moment point) is used as a constraint as well as other kinetic constraints for bipedal motions. A 6-DOF biped robot is used to show how a stable locomotion trajectory can be generated in the sagittal plane by the proposed method and to demonstrate the feasibility of the proposed method.
In this paper, we develop anti-sway control in proposed techniques for an ATC system. The developed algorithm is to build the optimal path of container motion and to calculate an anti-collision path for collision avoidance in its movement to the finial coordinate. Moreover, in order to show the effectiveness in this research, we compared NNP PID controller to be tuning parameters of controller using NN with 2 DOF PID controller. The experimental results for an ATC simulator show that the proposed control scheme guarantees performances, trolley position, sway angle, and settling time in NNP PID controller than other controller. As a result, the application of NNP PID controller is analyzed to have robustness about disturbance which is wind of fixed pattern in the yard. Accordingly, the proposed algorithm in this study can be readily used for industrial applications
If an internal combustion engine is operated by consolidated control, the minimum fuel consumption is achieved and the demanded objectives are satisfied. For this, it is necessary that the engine is operated on the ideal operating line which satisfies minimum fuel consumption. In this context of view, there are many tries to achieve given object. However, the parameters in the internal combustion engines are variable and depend on the operating points. Therefore, it is necessary to cope with the uncertainties such that the optimal operating may be possible. From this point of view, this paper gives a controller design method and a robust stability condition for engine torque control which satisfies the given control performance and robust stability in the presence of physical parameter perturbation. Exactly, in this paper, we consider the robust stability problem of this 2DOF servosystem with nonlinear type uncertainty in the engine system, and a robust stability condition for the servosystem is shown. This result guarantees that if the plant uncertainty is in the permissible set defined by the given condition, then a gain tuning can be carried out to suppress the influence of the plant uncertainties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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