This paper presents force-feedback control performance of a haptic device in virtual environment of minimally invasive surgery(MIS). As a first step, based on an electrorheological (ER) fluid and spherical geometry, a new type of master device is developed and integrated with a virtual environment of MIS such as a surgical tool and human organ. The virtual object is then mathematically formulated by adopting the shape retaining chain linked(S-chain) model. After evaluating reflection force, computational time, and compatibility with real time control, the virtual environment of MIS is formulated by interactivity with the ER haptic device in real space. Tracking control performances for virtual force trajectory are presented in time domain.
When the manipulator consisting of high ratio gear reducers at its joints is used as the slave manipulator in teleoperated systems, its dynamic characteristics is much slower than that of the master manipulator and it is likely to encounter the saturation in the input magnitude. The control input saturation generates an windup phenomenon that the system stability and position tracking performance of the slave manipulator are to be deteriorated. This paper proposes an force reflecting control scheme and its design method which compensates the control input saturation with absolute stability. The proposed scheme is shown to give a stable force reflection while compensating for control input saturation effectively.
In this paper, a multi-scale model is applied to the simulation of thrombus growth. This model includes macroscale model and microscale model. The former is used to model the plasma flow with Navier-Stokes equations, and the latter is used to model the platelets adhesion and aggregation, thrombus motion, and the surface expansion of thrombus. The force acting on platelets and thrombus from plasma is modeled by the drag force, and the forces from biochemical reactions are modeled by the adhesion force and the aggregation force. As more platelets are merged into the thrombus, the thrombus surface expands. We proposed a thrombus growth model for simulating the expansion of thrombus surface and tracking the surface by Level Set Methods. We implemented the computational model. The model performs well, and the experimental results show that the shape of thrombus in level set expansion form is similar with the thrombus in clinical test.
In optical disk drive (ODD), disk rotation speed has been increasing rapidly to achieve high data transfer rate. High servo bandwidths for focusing and tracking actuator are required to follow dynamic disturbance by high rotation speed in ODD. However, the servo bandwidth is significantly limited by some vibration modes which are induced by the flexibility of moving part. In this work, the vibration modes affecting bandwidth of actuators are suppressed by modifying actuating force by VCM. For this, the relation between the horizontal component of the actuating force and vibration mode is analyzed and force characteristic affecting to vibration mode is obtained through electromagnetic and structural analysis using simulation program.
In this study, the end-effector tracking performance of a manipulator installed on a remotely operated vehicle (ROV) for autonomous underwater intervention is verified. The underwater manipulator is an ARM 7E MINI model produced by the ECA group, which consists of six joints and one gripper. Of the six joints of the manipulator, two are revolute joints and the other four are prismatic joints. Velocity control is used to control the manipulator with forward and inverse kinematics. When the manipulator approaches a target object, it is difficult for the ROV to maintain its position and posture, owing to various disturbances, such as the variation in both the center of mass and the reaction force resulting from the manipulator motion. Therefore, it is necessary to compensate for the influences and ensure the relative distance to the object. Simulations and experiments are performed to track the trajectory of a virtual object, and the tracking performance is verified from the results.
This paper presents the development of new algorithm for identifying and tracking the convective cells in three dimensional reflectivity fields in Cartesian coordinates. First, the radar volume data in spherical coordinate system has been converted into Cartesian coordinate system by the bilinear interpolation. The three-dimensional convective cell has then been identified as a group of spatially consecutive grid points using reflectivity and volume thresholds. The tracking algorithm utilizes a fuzzy logic with four membership functions and their weights. The four fuzzy parameters of speed, area change ratio, reflectivity change ratio, and axis transformation ratio have been newly defined. In order to make their membership functions, the normalized frequency distributions are calculated using the pairs of manually matched cells in the consecutive radar reflectivity fields. The algorithms have been verified for two convective events in summer season. Results show that the algorithms have properly identified storm cells and tracked the same cells successively. The developed algorithms may provide useful short-term forecasting or nowcasting capability of convective storm cells and provide the statistical characteristics of severe weather.
The feedback controllers for the active vibration control of elastic systems are developed using optimal regulator, optimal tracking, time optimal and noise observer algorithms. Using the modal analysis of the elastic systems, the effects of the actuator positions, the input weighting factor and the magnitude of the constraint of the actuator force are investigated.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권6호
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pp.614-619
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2015
본 연구는 자율무인잠수정의 운동성능을 예측하기 위한 동역학모델에 관한 연구이다. 이 모델은 선체의 동역학 상태변수들과 잠수정의 운동을 결정하는 힘들의 항으로 구성되어 있다. 힘에 영향을 주는 항은 유체정역학적 힘, 부가질량에 의한 힘, 유체동역학적 감쇠력, 그리고 양력과 항력으로 구성된다. 이 힘의 항들을 이론식과 유체동역학해석법에 의해 구하였다. 수중운동 시뮬레이션에는 PD제어기를 사용하였다. 또한 유체항력은 수조시험을 통해서 검증하였고, 무인잠수정의 운동성능은 인근 실해역에서의 경유점 추종시험을 통해서 부분적으로 검증하였다.
An electro-hydraulic manipulator using hydraulic actuators has many nonlinear elements, and its parameter fluctuations are greater than those of an electrically driven manipulator. So it is relatively difficult to realize not only stable contact work but also accurate force control for the automatic assembly tasks using hydraulic manipulators. In this manuscript, we applied a compliance control, which is based on the position control by a disturbance observer for our manipulator system. A reference trajectory modification method is proposed in order to achieve accurate force control even though the stiffness and the position of the environment change. Experimental results show that highly robust force tracking by a 6-link electro-hydraulic manipulator could be achieved under various environment conditions. The proposed force control algorithm is applied to the approaching of bolt and the wrenching of nut tasks as one typical task in the maintenance work of live power electric line and is experimentally confirmed very effective for the task.
Since the wall thickness can be up to 6" or greater, welds must be made in many layers, each layer containing several passes. However, the welding time for the conventional welding processes such as SAW(Submerged Arc Welding) and FCAW(Flux Cored Arc Welding) can be required many hours. The aim of this paper is to develop a high speed welding system with multi-torch and laser vision sensor for increasing the production speed on the line and to remove the need for the operator so that the system can run automatically for the complete multi-torch multi-layer weld. It was shown that the developed laser vision sensor and analysis of arc blow for multi-torch were effective for multi-pass seam tracking and stable arc. A new automated multi-torch welding systems for thick wall applications has been proved in several production lines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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