The purpose of this paper was to understand the dynamics of deployment of large mesh antennas, and to provide a numerical method for determining the dynamic stiffness and the driving forces for the design. The deployment structure was numerically modeled using the frame elements. The eigenvalue analysis was demonstrated, with respect to the folded and unfolded configurations of the antenna. A multibody dynamic model was formulated with Kane's equation, and simulated using the pseudo upper triangular decomposition (PUTD) method for resolving the constrained problem. Based on the multibody model, the kinetics of the deployment, the motor driving forces, and the feasibility of the designed deployment structure were investigated.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.10
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pp.691-699
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2022
Large aperture antennas with long focal lengths in space have important application for telecommunications, Earth observation and science missions. This paper aims to understand the dynamics of deployment of large mesh antennas and to provide a multibody model for determining the driving forces for the design of reflectors and booms. The modular deployable reflector and boom are designed based on the deployment unit cell. A multibody dynamic model is formulated with Kane's equation and simulated using the pseudo upper triangular decomposition (PUTD) method for solving the constrained problem. Based on the multibody dynamic model, the kinetics of the deployment, the motor driving forces, and the structural dynamic deformation are investigated.
Park, Il-Hwan;Go, A-Ra;Seol, Sang-Seok;Hong, Dae-Sun
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.2
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pp.54-63
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2022
Among the various industrial robots, palletizing robots have received particular attention because of their higher productivity in accordance with technological progress. When designing a palletizing robot, the main components, such as the servo motors and reducers, should be properly selected to ensure its performance. In this study, a practical method for selecting the motors and reducers of a robot was proposed by performing the dynamic analysis of rigid-flexible multibody systems using ANSYS and ADAMS. In the first step, the links and frames were selected based on the structural analysis results obtained from ANSYS. Subsequently, a modal neutral file (MNF) with information on the flexible body was generated from the links and frames using modal analysis through ANSYS and APDL commands. Through a dynamic analysis of the flexible bodies, the specifications of the major components were finally determined by considering the required torque and power. To verify the effectiveness of the proposed method, the analysis results were compared with those of a rigid-body model. The comparison showed that rigid-flexible multibody dynamic analysis is much more useful than rigid body analysis, particularly for movements heavily influenced by gravity.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.1
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pp.125-132
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2011
The dynamic characteristics of valve train are responsible for the dynamic performances of engine. We derived the equation of motion for 6 degrees of freedom model of the valve train. Computer model is also developed with flexible multibody model considering contact between components. The simulation results with these two models are compared with experimental results. We investigated the effect of the two spring models, TSDA (Translational Spring Damper Actuator) element and flexible body model, on the valve behavior and spring force. It is found that the dynamic behavior of the two models are not very different at normal operational velocity of the engine. By modeling contact between cam and tappet, the stress distributions of the cam were found. Using stress distribution obtained, contact width and contact stresses of the cam surface were calculated with Hertz contact theory.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.2
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pp.71-78
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2003
This research proposes an implementation method of linearized equations of motion for multibody systems with closed loops. The null space of the constraint Jacobian is first pre-multiplied to the equations of motion to eliminate the Lagrange multiplier and the equations of motion are reduced down to a minimum set of ordinary differential equations. The resulting differential equations are functions of all relative coordinates, velocities, and accelerations. Since the variables are tightly coupled by the position, velocity, and acceleration level coordinates, direct substitution of the relationships among these variables yields very complicated equations to be implemented. As a consequence, the reduced equations of motion are perturbed with respect to the variations of all variables, which are coupled by the constraints. The position velocity and acceleration level constraints are also perturbed to obtain the relationships between the variations of all relative coordinates, velocities, and accelerations and variations of the independent ones. The Perturbed constraint equations are then simultaneously solved for variations of all variables only in terms of the variations of the independent variables. Finally, the relationships between the variations of all variables and these of the independent ones are substituted into the variational equations of motion to obtain the linearized equations of motion only in terms of the independent variables variations.
In this paper, safety analysis of the process of installing offshore structures such as manifolds and jacket-type substructures using floating cranes and barges in waves is performed. The safety analysis consists of three components. First, the dynamic responses of the offshore structure, cranes, and barge, all of which are moored and connected using wire ropes, are analyzed. Second, tensions in the wire ropes connecting the cranes and the offshore structures are calculated. Finally, any collision between the offshore structure and the cranes or the barge that transports the offshore structure is detected. Equations of motion of the offshore structure, cranes, and barge are formulated based on multibody dynamics, as well as considering the hydrostatic, hydrodynamic, and mooring forces. Additionally, proportional-derivative control of the tagline between the cranes and the offshore structure is performed to verify the safety of the installation process, as well as for reducing the dynamic response and collisions among them.
In this paper, new methods for efficiently solving linear acceleration equations of multibody dynamic simulation exploiting sparsity for real-time simulation are presented. The coefficient matrix of the equations tends to have a large number of zero entries according to the relative joint coordinate numbering. By adequate joint coordinate numbering, the matrix has minimum off-diagonal terms and a block pattern of non-zero entries and can be solved efficiently. The proposed methods, using sparse Cholesky method and recursive block mass matrix method, take advantages of both the special structure and the sparsity of the coefficient matrix to reduce computation time. The first method solves the η$\times$η sparse coefficient matrix for the accelerations, where η denotes the number of relative coordinates. In the second method, for vehicle dynamic simulation, simple manipulations bring the original problem of dimension η$\times$η to an equivalent problem of dimension 6$\times$6 to be solved for the accelerations of a vehicle chassis. For vehicle dynamic simulation, the proposed solution methods are proved to be more efficient than the classical approaches using reduced Lagrangian multiplier method. With the methods computation time for real-time vehicle dynamic simulation can be reduced up to 14 per cent compared to the classical approach.
Kim, Dong-Hyung;Choi, Youn-Sung;Yan, Rui-Jun;Luo, Lu-Ping;Lee, Ji Yeong;Han, Chang-Soo
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.3
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pp.257-264
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2015
This paper proposes an adaptive RRT (Rapidly-exploring Random Tree) for path planning of high DOF multibody robotic system. For an efficient path planning in high-dimensional configuration space, the proposed algorithm adaptively selects the robot bodies depending on the complexity of path planning. Then, the RRT grows only using the DOFs corresponding with the selected bodies. Since the RRT is extended in the configuration space with adaptive dimensionality, the RRT can grow in the lower dimensional configuration space. Thus the adaptive RRT method executes a faster path planning and smaller DOF for a robot. We implement our algorithm for path planning of 19 DOF robot, AMIRO. The results from our simulations show that the adaptive RRT-based path planner is more efficient than the basic RRT-based path planner.
Seo Jong-Hwi;Jung Il-Ho;Sugiyama Hiroyuki;Shabana Ahmed A.;Park Tae-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1123-1131
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2005
In this paper, a formulation for a spatial sliding joint, which a general multibody can move along a very flexible cable, is derived using absolute nodal coordinates and non-generalized coordinate. The large deformable motion of a spatial cable is presented using absolute nodal coordinate formulation, which is based on the finite element procedures and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. And the non-generalized coordinate, which is neither related to the inertia forces nor external forces, is used to describe an arbitrary position along the centerline of a very flexible cable. In the constraint equation for the sliding joint, since three constraint equations are imposed and one non-generalized coordinate is introduced, one constraint equation is systematically eliminated. Therefore, there are two independent Lagrange multipliers in the final system equations of motion associated with the sliding joint. The development of this sliding joint is important to analyze many mechanical systems such as pulley systems and pantograph/catenary systems for high speed-trains.
Recently, the authors have developed a method for real-time dynamics of multibody systems, which combines a semi-recursive formulation to derive the equations of motion in dependent relative coordinates, along with an augmented Lagrangian technique to impose the loop closure conditions. The following numerical integration procedures, which can be grouped into the so-called structural integrators, were tested : trapezoidal rule, Newmark dissipative schemes, HHT rule, and the Generalized-${\alpha}$ family. It was shown that, for large multi body systems, Newmark dissipative was the best election since, provided that the adequate parameters were chosen, excellent behavior was achieved in terms of efficiency and robustness with acceptable levels of accuracy. In the present paper, the performance of the described method in combination with another group of integrators, the Implicit Runge-Kutta family (IRK), is analyzed. The purpose is to clarify which kind of IRK algorithms can be more suitable for real-time applications, and to see whether they can be competitive with the already tested structural family of integrators. The final objective of the work is to provide some practical criteria for those interested in achieving real-time performance for large and complex multibody systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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