This paper presents the analysis of the kinematics and dynamics of redundant parallel manipulators, and provides design guides for advanced parallel mainpulators with high performance. Three types of redundancies are considered which include the redundancies in serial chain, joint actuation, and parallelism. First, the kinematic and dynamic models of a redundant parallel manipulator are obtained in both joint and Cartesian spaces, and the kinematic and dynamic manipulabilities are defined for the performance evaluation. The effects of the three types of redundancies on the kinematic and dynamic performance of a parallel manipulator are then analyzed and compared, providing a set of guides for the design of advanced parallel manipulators. Finally, the simulation results using planer parallel manipulators are given.
In this paper, fault tolerant mechanisms are presented for a servo manipulator system designed to operate in a hot cell. A hot cell is a sealed and shielded room to handle radioactive materials, and it is dangerous for people to work in the hot cell. So, remote operations are necessary to handle radioactive materials in the hot cell. KAERI has developed a servo manipulator system to perform such remote operations. However, since electric components such as servo motors are weak to radiations, fault tolerant mechanisms have to be considered. For fault tolerance of the servo manipulator system, hardware and software redundancy have been considered. In case of hardware, radioactive resistant electric components such as cables and connectors have been adopted and motors driving a transport have been duplicated. In case of software, a reconfiguration algorithm accommodating one motor's failure has been developed. The algorithm uses redundant axis to recover the end effector's motion in spite of one motor's failure.
In this paper, fault tolerant mechanisms are presented for a servo manipulator system designed to operate in a hot cell. A hot cell is a sealed and shielded room to handle radioactive materials, and it is dangerous for people to work in the hot cell. So, remote operations are necessary to handle the radioactive materials in the hot cell. KAERI has developed a servo manipulator system to perform such remote operations. However, since electric components such as servo motors are weakened with radiation, fault tolerant mechanisms have to be considered. For fault tolerance of the servo manipulator system, hardware and software redundancy has been considered. In the case of hardware, radioactive resistant electric components such as cables and connectors have been adopted and motors driving a transport have been duplicated. In case of software, a reconfiguration algorithm accommodating one motor's failure has been developed. The algorithm uses redundant axes to recover the end effector's motion in spite of one motor's failure.
The kinematics with the instantaneous motion and statics of a manipulator has generally been proven algebraically. The algebraic solutions give very simple and straightforward results but the solutions do not have any meaning in physics or geometry. Therefore it is not easy to extend the algebraic results to design or control a robotic manipulator efficiently. Recently, geometrical approach to define the instantaneous motion or static relation of a manipulator is popularly researched and the results have very strong advantages to have a physical insight in the solution. In this paper, the instantaneous motion and static relation of a planar manipulator are described by geometrical approach, specifically by an axis screw and a line screw. The mass center of a triangle with weight and a perpendicular distance between the two screws are useful geometric measures for geometric analysis. This study provides a geometric interpretation of the kinematics and statics of a planar manipulator, and the method can be applied to design or control procedure from the geometric information in the equations.
Parallel manipulator is suitable for the high precise task because it than has higher stiffness, larger load capacity and more excellent precision, due to the closed-lop structure, than serial manipulator. But the controller design for parallel manipulator is difficult because the parallel manipulator has both the complexity of structure and the interference of actuators. The precision improvement of parallel manipulator using a classical linear control scheme is difficult because the parallel manipulator has the tough nonlinear characteristics. In this paper, firstly, the kinematic analysis of a parallel manipulator used at the experiments is performed so as to show the controllability. The analysis of internal singular configuration of the workspace is performed using the kinematic isotropic index so a sto show the limitation of control performance of a simple linear controller with fixed control gains. Secondly, a control scheme is designed by using an adaptive fuzzy logic controller so that active joints of the parallel manipulator track more precisely the desired input trajectory. This adaptive fuzzy logic controller so that active joints of the parallel manipulator track more precisely the desired input trajectory. This adaptive fuzzy logic controller is often used for the control of nonlinear system because it has both the inference ability and the learning ability. Lastly, the effeciency of designed control scheme is demonstrated by the real-time control experiments with IBM PC interface logic H/W and S/W of my won making. The experimental results was a success.
A kinematic and dynamic optimal design of a new parallel-type rolling mill based upon Stewart platform manipulator is investigated. To provide sufficient degrees-of-freedom in the rolling process and the structural stability of each stand, a parallel manipulator with six legs is considered. The objective of this new parallel-type rolling mill is to permit an integrated control of the strip thickness, strip shape, pair crossing angle, uniform wear of the rolls, and tension of the strip. By splitting the weighted Jacobian matrices Into two parts, the linear velocity, angular velocity, force, and moment transmissivities are analyzed. A manipulability measure, the ratio of the manipulability ellipsoid volume and the condition number of a split Jacobian matrix, is defined. Two kinematic parameters, the radius of the base and the angle between two neighboring Joints, are optimally designed by maximizing the global manipulability measure in the entire workspace. The maximum force needed in the hydraulic actuator is also calculated using the structure determined through the kinematic analysis and the Plucker coordinates. Simulation results are provided.
This paper presents a decentralized motion control method of welding mobile manipulators which use for welding in many industrial fields. Major requirements of welding robots are accuracy, robust, and reliability so that they can substitute for the welders in hazardous and worse environment. To do this, the manipulator has to take the torch tracking along a welding trajectory with a constant velocity and a constant heading angle, and the mobile-platform has to move to avoid the singularities of the manipulator. In this paper, we develop a kinematic model of the mobile-platform and the manipulator as two separate subsystems. With the idea that the manipulator can avoid the singularities by keeping its initial configuration in the welding process, the redundancy problem of system is solved by introducing the platform mobility to realize this idea. Two controllers for the mobile-platform and the manipulator were designed, respectively, and the relationships between two controllers are the velocities of two subsystems. Control laws are obtained based on the Lyapunov function to ensure the asymptotical stability of the system. The simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed controllers.
본 논문에서는 Flexible Manipulator의 제어를 위해 퍼지제어의 제약인 멤버쉽 함수, 퍼지규clr을 유전알고리즘으로 조정, 최적화 하는 새로운 제어기를 설계하였다. 사용된 유전알고리즘은 Steady State Genetic 알고리즘과 Adaptive 유전 알고리즘의 합성이다. 제안한 제어기는 Flexible Manipulator의 끝점 무게 0.8kmg, 최대속도 1m/s의 경우, 퍼지제어에 비해 오차가 90.8% 감소하고 신경회로망을 이용한 퍼지제어에 비하여는 31.8% 감소하였으며 진화전략과 퍼지제어합성에 의한 제어기보다는 오차가 31.3% 감소하는 통 제어성능과 그 유용성이 우수함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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