In teleoperation of a manipulator, kinesthetic feedback can take an essential role in the sense that it provides an operator with more realistic information. In this paper, in order to implement the concept of kinesthetic feedback, force mapping algorithms based on screw theory have been presented. In the development of such algorithms, the virtual environment has been modeled usign a spring and dampers, and the forces caused by hitting the joint limits of a conrtolled manipulator were considered. Finally, some experimental results of force mapping algorithm have been presented.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.1
s.94
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pp.150-160
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1999
본 논문은 ‘파트 1’에 그 기초를 두었으며, 실제 실험 상황에의 응용예를 들었다. 보편적인 ‘이중-우물 위치 진동기(double-well potential vibrator)'를 외부 공기압 감쇠기를 장치할 수 있도록 수정하였다. 감쇠는 높음 또는 낮음 으로 조정할 수 있도록 하였다. 이 실험계는 주기운동부터 카오스 운동까지 다양한 동적 특성을 보여준다. 힘-위상(Force-Stare Mapping) 방법이 선형상태 및 카오스상태에 응용되었으며, 특히 감쇠의 높고 낮음의 파악에 그 중점을 두었다. 그리고 , 부분발산지수들(Short term averaged Lyapunov exponents)의 합이 또한 감쇠를 파악함과 동시에 높은 감쇠에서 낮은 감쇠로의 변화를 감시할 수 있음을 보였다. 이 두가지 방법들을 비교하였으며 논하였다.
Polydimethylsiloxane (PDMS) is one of the most widely adopted silicon-based organic polymeric elastomers. Elastomeric nanostructures are normally required to accomplish an explicit mechanical role and correspondingly their mechanical properties are crucial to affect device and material performance. Despite its wide application, the mechanical properties of PDMS are yet fully understood. In particular, the time dependent mechanical response of PDMS has not been fully elucidated. Here, utilizing state-of-the-art PeakForce Quantitative Nanomechanical Mapping (PFQNM) together with Force Volume (FV) and Fast Force Volume (FFV), the elastic moduli of PDMS samples were assessed in a time-dependent fashion. Specifically, the acquisition frequency was discretely changed four orders of magnitude from 0.1 Hz up to 2 kHz. Careful calibrations were done. Force data were fitted with a linearized DMT contact mechanics model considering surface adhesion force. Increased Young's modulus was discovered with increasing acquisition frequency. It was measured 878 ± 274 kPa at 0.1 Hz and increased to 4586 ± 758 kPa at 2 kHz. The robust local probing of mechanical measurement as well as unprecedented high-resolution topography imaging open new avenues for quantitative nanomechanical mapping of soft polymers, and can be extended to soft biological systems.
In order to overcome the manufacturing difficulty of the transverse-flux permanent magnet linear motor (TFPMLM) and enhance its performance much better, a novel TFPMLM with E-core and 3 dimension (3D) magnetic structures is proposed in this paper. Firstly, its basic structure and operating principle are presented. Then the equivalent 2D configuration of the TFPMLM is transformed, so that the Schwarz-Christoffel (SC) mapping method can be used to analyze the motor. Furthermore, the air gap flux density distribution is solved by SC mapping method, based on which, the EMF waveform, no-load cogging force waveform and load force waveform are obtained. Finally, the prototyped TLPMLM is manufactured and the results are obtained from the experiment and 3D FEM, respectively, which are used to compare with those from SC mapping method.
A force reflecting hand controller can be used to provide more realistic information to the operator of a teleoperation system such as kinesthetic feedback from a slave robot. In this paper, a new design concept of a force reflecting 6-DOF hand controller utilizing the kinematic structure of a Stewart Platform is presented. Based on the optimal design technique of a Stewart Platform, a force reflecting hand controller has been designed and constructed to verify the technical feasibility of proposed design concept. In order to provide an operator with kinesthetic feedback information, a force mapping algorithm based on a reciprocal product of screws has been introduced. Finally, the technical feasibility of the design concept has been demonstrated through some of experimental results of the device under virtual environment on a real-time graphic system.
Proceedings of the Polymer Society of Korea Conference
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2006.10a
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pp.340-340
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2006
Applying force-distance curve measurement by atomic force microscopy to a theoretical mechanical model gives us elastic properties of polymer surfaces. Our group focuses on force-mapping method, in which force-distance curve is performed at each lattice point on a sample surface and subsequently a variety of properties derived from analytical results are combined to construct a 2-dimensional image. With this method we succeeded in deriving Young' s modulus distribution map method of rubbery/rubbery polymer blend surfaces with ${\sim}100\;nm$ lateral resolution. We also applied force-mapping method to another theory to divide distribution of hardness from that of adhesion. We will demonstrate recent progress.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.77-80
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2005
Local probe techniques such as scanning probe microscopy (SPM) or atomic force microscopy (AFM) extended our perception into ultra small world. Specially, the sense of touching was extended by AFM into the micro- and nanoworld and has provided complementary new insights of the microscopic world. In addition, touching objects is an essential step before trying to manipulate things. SPM as a touch sensor not only measure the mechanical properties but also detect different properties such as magnetic, electrical, ionic, thermal, chemical and biophysical properties in nanoscale and even less. Obtaining biophysical measurements, monitoring dynamics and processes together with high-resolution imaging of the biomolecules and cells with rather simpler sample preparation than any other techniques give great attractions to the scientists experimenting with biological samples. Among the many AFM capabilities we will specifically introduce the force plot which is used to measure tip-sample interactions and its application this time.
Objective: The purpose of this study was to investigate differences of shock attenuation strategies between double-leg and single-leg landing on sagittal plane using statistical parametric mapping. Method: Nine healthy female professional soccer players (age: 24.0±2.5 yrs, height: 164.9±3.3 cm, weight: 55.7±6.6 kg, career: 11.2±1.4 yrs) were participated in this study. The subjects performed 10 times of double-leg and single-leg landing from the box of 30 cm height onto force plates respectively. The ground reaction force, angle, moment, angular velocity, and power of the ankle, knee, and hip joint on sagittal plane was calculated from initial contact to maximum knee flexion during landing phase. Statistical parametric mapping was used to compare the biomechanical variables of double-leg and single-leg landing of the dominant leg throughout the landing phase. Each mean difference of variables was analyzed using a paired t-test and alpha level was set to 0.05. Results: For the biomechanical variables, significantly increased vertical ground reaction force, plantarflexion moment of the ankle joint, negative ankle joint power and extension moment of the hip joint were found in single-leg landing compared to double-leg landing (p<.05). In addition, the flexion angle and angular velocity of the knee and hip joint in double-leg landing were observed significantly greater than single-leg landing, respectively (p<.05). Conclusion: These findings suggested that negative joint power and plantarflexion moment of the ankle joint can contribute to shock absorption during single-leg landing and may be the factors for preventing the musculoskeletal injuries of the lower extremity by an external force.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.458-466
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1998
In this work, a frequency domain method is tested numerically and experimentally to improve nonlinear model parameters using the frequency response function at the nonlinear element connected point of structure. This method extends the force-state mapping technique, which fits the nonlinear element forces with time domain response data, into frequency domain manipulations. The force-state mapping method in the time domain has limitations when applying to complex real structures because it needd a time domain lumped parameter model. On the other hand, the frequency domain method is relatively easily applicable to a complex real structure having nonlinear elements since it uses the frequency response function of each substurcture. Since this mehtod is performed in frequency domain, the number of equations required to identify the unknown parameters can be easily increased as many as it needed, just by not only varying excitation amplitude bot also selecting excitation frequency domain method has some advantages over the classical force-state mapping technique in the number of data points needed in curve fit and the sensitivity to response noise.
As the tasks of robots become more diverse, some complicated tasks have come to require force and position hybrid control. A compliant device can be used to control force and position simultaneously by separating the twist of the robot's end effector from the twist of compliance and freedom by using stiffness mapping of the compliant device. The development of a fuzzy gain scheduling scheme of control for a robot with a compliant device is described in this paper. Fuzzy rules and reasoning are performed on-line to determine the gain of twists based on wrench error and twist error and twist of compliance and twist of freedom ratio. Simulation results demonstrate that better control performance can be achieved in comparison with constant gain control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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