In this paper, we will present a deeper look on optimal design methods that are related to path-planning for a mobile robot. To control the motion of a mobile robot in a clustered environment, it's necessary to know a suitable trajectory assuming certain start and goal point. Up to now, there are many literatures that concern optimal path planning for an obstacle avoided mobile robot. Among those literatures, we have chosen 2 novel methods for our further analysis. The first approach [4] is based on HJB(Hamilton-Jacobi-Bellman) equation whose solution is the return-function that helps to generate a shortest path to the goal. The later [5] is called polynomial-path-planning approach, in this method, a shortest polynomial-shape path would become a solution if it was a collision-free path. The camera network plays the role as sensors to generate updated map which locates the static and dynamic objects in the space. Therefore, the exhibition of both path planning and dynamic obstacle avoidance by the updated map would be accomplished simultaneously. As we mentioned before, our research will include the motion control of a true mobile robot on those optimal planned paths which were generated by above algorithms. Base on the kinematic and dynamic simulation results, we can realize the affection of moving speed to the stable of motion on each generated path. Also, we can verify the time-optimal trajectory through velocity tuning. To simplify for our analysis, we assumed the obstacles are cylindrical circular objects with the same size.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.21
no.5
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pp.660-666
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2011
In this paper, we proposed a Particle Swarm Optimization(PSO) to search the optimal link lengths for legged walking robot. In order to apply the PSO algorithm for the proposed, its walking robot kinematic analysis is needed. A crab robot based on four-bar linkage mechanism and Jansen mechanism is implemented in H/W. For the performance index of PSO, the stride length of the legged walking robot is defined, based on the propose kinematic analysis. Comparative simulation results present to illustrate the viability and effectiveness of the proposed method.
Jeong, Yoo Seong;Chung, Won Jee;Sa, Jin Woong;Jeong, Young Wook
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.26
no.2
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pp.151-157
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2017
Hydraulic equipment have been traditionally used for constructing machines with high power density and durability. In particular, pumps and motors are considered essential equipment, and are consistently investigated to find suitable methods for optimal utilization of their characteristics. A kinematic analysis of a swash-plate-type piston motor model using the hydraulic analysis program SimulationX$^{(R)}$ to model a nine-piston motor and simulate a swash-plate angle with a low-pulsation and high-efficiency performance of the motor has been provided in this paper. Finally, along with the theoretical consideration of the stroke, the effect of changing strokes and notch shape (V, U, non-type) on the pulsation is simulated to analyze and determine the effects of reduction in pulsation. The optimal swash-plate angle and stroke thus obtained will reduce the trial and error in future design.
The development of tilting train is required for speedup on the conventional electric railroad due to the characteristic of Korean railroad with a lot of curve track. The study and development of a tilting system and a tilting bogie which have a different mechanism with high speed train will playa important role for enhancement of technology for Korean railway. The study for tilting pantograph mechanism to decrease the displacement between a catenary and a center of pantograph happened when the carbody is tilted in order to maintain the ride comfort and stability on a curving track is proceeding with the development of tilting train. In this paper. we introduce the design concept for the tilting mechanism of a tilting pantograph and the role and characteristics for several devices adopted in the tilting pantograph mechanism. Through the kinematic analysis of tilting mechanism. we will obtain and calculate the optimal tilting angular velocity and acceleration in order to keep the contact behavior of a pantograph and a catenary according to tilting of a carbody.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.2
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pp.53-63
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1993
A numerical modeling technique is proposed for computer simulations of high speed valve train dynamic terms in the valve spring reaction forces are calculated using linear vibration theory for given kinematic valve motions. Because the spring dynamics are analyzed before the time stepping integration, spring surge phenomena can be included without using additional computer time. In addition to that, steady state response of the valve dynamics can be obtained by just one cycle simulation. Consequently, valve train dynamics can be simulated very quickly without noticeable errors in accuracy. The experimental result prove the computer model developed here is accurate and also computationally efficient. The model is especially useful for cam profile optimizations.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.153-159
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1999
A material handling crane is composed of many complex structural components which require sufficient strength, stiffness and stability throughout its service life and need to be light in weight, and satisfy the required functions under the entire range of operating conditions. In this study, the analysis system for material handling cranes is presented. This program integrate various structural analyses modules with the GU(Graphic User Interface) concept. Utilizing basic variables as input data, the analysis system performs quasi-static, eigenvalue, buckling, fatigue and stability analysis. Using this program, the designer can generate optimal design data for the cranes without my actual measurements. This system will also be extended to other mechanical structures with kinematic motion like crane.
Consistent and realistic error covariance information is important for position estimation, error analysis, fault detection, and integer ambiguity resolution for differential GNSS. In designing a position domain carrier-smoothed-code filter where incremental carrier phases are used for time-propagation, formulation of consistent error covariance information is not easy due to being bounded and temporal correlation of propagation noises. To provide consistent and correct error covariance information, this paper proposes two recursive filter algorithms based on carrier-smoothed-code techniques: (a) the stepwise optimal position projection filter and (b) the stepwise unbiased position projection filter. A Monte-Carlo simulation result shows that the proposed filter algorithms actually generate consistent error covariance information and the neglection of carrier phase noise induces optimistic error covariance information. It is also shown that the stepwise unbiased position projection filter is attractive since its performance is good and its computational burden is moderate.
The calculation of the optimal trajectory of the stepped top-down robot was made using a genetic algorithm and a computational torque controller. First, the total energy efficiency was minimized using the Red-Cold Generic Algorithm (RCGA) consisting of reproductive, cross, and mutation. The reproducibility condition related to the position assembly of the start and end of the stride and the joints, angles, and angular velocities are linear constraints. Next, the unequal constraint accompanies the condition for preventing the collision of the swing leg at the corner with the outer surface of the stairs, the condition of the knee joint for preventing kinematic peculiarity, and the condition of no moment in safety in the traveling direction. Finally, the angular trajectory of each joint is defined by fourth-order polynomial whose coefficient is to approximate chromosomes. This is to approximate walking. In this study, the energy efficiency of the optimal trajectory was analyzed by computer simulation through a biped robot with seven degrees of freedom composed of seven links.
Kim, Junghee;Cho, Sungho;Lee, Choongho;Han, Jaewoong;Hwang, Heon
Journal of Biosystems Engineering
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v.38
no.2
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pp.138-148
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2013
Purpose: Determining an appropriate path is a top priority in order for a robot to maneuver in a dynamically efficient way especially in a pick-and-place task. In a non-standardized work environment, current robot arm executes its motion based on the kinematic displacements of joint variables, though resulting motion is not dynamically optimal. In this research we suggest analyzing and applying motion patterns of the human arm as an alternative to perform near optimum motion trajectory for arbitrary pick-and-place tasks. Methods: Since the motion of a human arm is very complicated and diverse, it was simplified into two links: one from the shoulder to the elbow, and the other from the elbow to the hand. Motion patterns were then divided into horizontal and vertical components and further analyzed using kinematic and dynamic methods. The kinematic analysis was performed based on the D-H parameters and the dynamic analysis was carried out to calculate various parameters such as velocity, acceleration, torque, and energy using the Newton-Euler equation of motion and Lagrange's equation. In an attempt to assess the efficacy of the analyzed human motion pattern it was compared to the virtual motion pattern created by the joint interpolation method. Results: To demonstrate the efficacy of the human arm motion mechanical and dynamical analyses were performed, followed by the comparison with the virtual robot motion path that was created by the joint interpolation method. Consequently, the human arm was observed to be in motion while the elbow was bent. In return this contributed to the increase of the manipulability and decrease of gravity and torque being exerted on the elbow. In addition, the energy required for the motion decreased. Such phenomenon was more apparent under vertical motion than horizontal motion patterns, and in shorter paths than in longer ones. Thus, one can minimize the abrasion of joints by lowering the stress applied to the bones, muscles, and joints. From the perspectives of energy and durability, the robot arm will be able to utilize its motor most effectively by adopting the motion pattern of human arm. Conclusions: By applying the motion pattern of human arm to the robot arm motion, increase in efficiency and durability is expected, which will eventually produce robots capable of moving in an energy-efficient manner.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.1
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pp.53-58
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2016
Various jumping robot platforms have been developed to carry out missions such as rescues, explorations, or inspections of dangerous environments. We suggested a jumping robot platform using energy conversion of the elastic body like the bar of a pole vault, which is the main part in which elastic force occurs. The compliant link was optimized by an optimization method based on Taguchi methodology, and the robot's leaping ability was improved. Among the parameters, the length, width, and thickness of the link were selected as design variables first while the others were fixed. The level of the design variables was settled, and an orthogonal array about its combination was made. In the experiment, dynamic simulations were conducted using the DAFUL program, and response table and sensitivity analyses were performed. We found optimized values through a level average analysis and sensitivity analysis. As a result, the maximum leaping height of the optimized robot increased by more than 6.2% compared to the initial one, and these data will be used to design a new robot.
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