International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.4
no.3
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pp.12-19
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2003
This paper describes the design of a robot's hand with two fingers for stably grasping an unknown object, and the development of a 3-axis force sensor for which is necessary to constructing the robot's fingers. In order to safely grasp an unknown object using the robot's fingers, they should measure the forces in the gripping and in the gravity directions, and control the measured forces. The 3-axis force sensor should be used for accurately measuring the weight of an unknown object in the gravity direction. Thus, in this paper, the robot's hand with two fingers for stably grasping an unknown object is designed, and the 3-axis force sensor is newly modeled and fabricated using several parallel-plate beams.
A new end-effector has been devised and the problems resulted from using it with SCARA robots are discussed. The end effector has two modules: one composed of two ultrasonic motors and two encoders for controlling each finger, and the other module composed of two ultrasonic motors and two encoders for controlling the wrist. The wrist module adds two degrees of freedom to the SCARA type robot, which generally has four degrees of freedom. With independent finger actuation and touch sensors, the gripper under computer control can feedback information about part size and part presence. Ultrasonic motors with high torque and slow motion characteristics are used. The principle of ultrasonic motors is explained and the servo characteristics of ultrasonic motors are studied. They are controlled by the general motion controller (Hewlett Packard HCTL-1000) which is linked to an IBM-PC AT.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.9
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pp.964-970
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2014
In this study we have developed an anthropomorphic robot hand and arm by using tendon-tubes which can be used for people's everyday life as a robot's dynamic power transmission device. Most previous robot hands or arms had critical problem on dynamic optimization due to heavy weight of power transmission parts which placed on robot's finger area or arm area. In order to resolve this problem we designed light-weighted robot hand and arm by using tendon-tubes which were consisted of many articulations and links just like human's hand and arm. The most prominent property of this robot hand and arm is reduction of the weight of robot's power transmission part. Reduction of weight of robot's power transmission parts will allow us to develop energy saving and past moving robot hands and arms which can be used for artificial arms. As a first step for real development in this study we showed structural design and demonstration of simulation of possibility of a robot hand and arm by tendon-tube. In the future research we are planning to verify practicality of the robot hand and arm by applying sensing and controlling method to a specimen.
In order to enhance dexterity in execution of robot tasks, a redundant number of degrees-of-freedom (DOF) is adopted for design of robotic mechanisms like robot arms and multi-fingered robot hands. Associated with such redundancy in the number of DOFs relative to the number of physical variables necessary and sufficient for description of a given task, an extra performance index is introduced for controlling such a redundant robot in order to avoid arising of an ill-posed problem of inverse kinematics from the task space to the joint space. This paper shows that such an ill-posedness of DOF redundancy can be resolved in a natural way by using a novel concept named “stability on a manifold”. To show this, two illustrative robot tasks 1) robotic handwriting and 2) control of an object posture via rolling contact by a multi-DOF finger are analyzed in details.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.2
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pp.125-133
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2017
This paper presents the inter-rater reliability of finger spasticity assessment tested realized by using finger simulator that mimics finger spasticity of patients after a stroke. For controlling the simulator torque, finger spasticity was modeled, and the model parameters were obtained by measuring quantitative data while grading based on Modified Ashworth Scale (MAS). A robotic finger simulator was designed for mimicking finger spasticity. Evaluation of this simulator with the help of seven rehabilitation doctors showed that the simulator had a Cohen's kappa value of 0.619 for Metacarpophalangeal Joint and 0.514 for Proximal Interphalangeal Joint. Fleiss' kappa between raters is 0.513 for Metacarpophalangeal Joint and 0.486 for Proximal Interphalangeal Joint. Therefore, the spasticity assessment made by MAS grade system is not reliable owing to the subjectivity of the assessment. The proposed robotic simulator can be used as a training tool for improving the reliability of the spasticity assessment.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.3
no.1
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pp.66-70
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2001
This paper describes the design of a two-axis force sensor for robots finger. In detects the x-direction force Fx and y-direction force Fy simultaneously. In order to safely grasp an unknown object using the robots fingers, they should detect the force or gripping direction and the force of gravity direction, and perform the force control using the forces detected. Therefore, the robots hand should be made by the robots finger with tow-axis force sensor that can detect the x-direction force and y-direction force si-multaneously. Thus, in this paper, the two-axis force sensor for robots finger is designed using several parallel-plate beams. The equations to calculate the strain of the beams according to the force in order to design the sensing element of the force sensor are derived and these equations are used to design the aize of two-axis force sensor sensing element. The reliability of the derive equa-tions is verified buy performing a finite element analysis of the sensing element. The strain obtained through this process is compared to that obtained through the theory analysis and a characteristics test of the fabricated sensor. It reveals that the rated strains calculated from the derive equations make a good agreement with the results from the Finite Element Method analysis and from the character-istic test.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.1
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pp.99-104
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2009
This article describes the analysis of stable grasping for multi-fingered robot. An analysis method of stable grasping, which is based on the three-dimensional acceleration convex polytope, is proposed. This method is derived from combining dynamic equations governing object motion and robot motion, force relationship and acceleration relationship between robot fingers and object's gravity center through contact condition, and constraint equations for satisfying no-slip conditions at every contact points. After mapping no-slip condition to torque space, we derived intersected region of given torque bounds and the mapped region in torque space so that the intersected region in torque space guarantees no excessive torque as well as no-slip at the contact points. The intersected region in torque space is mapped to an acceleration convex polytope corresponding to the maximum acceleration boundaries which can be exerted by the robot fingers under the given individual bounds of each joints torque and without causing slip at the contacts. As will be shown through the analysis and examples, the stable grasping depends on the joint driving torque limits, the posture and the mass of robot fingers, the configuration and the mass of an object, the grasp position, the friction coefficients between the object surface and finger end-effectors.
Seo, Ji Won;Lee, Ju Kyoung;Lee, Suk;Lee, Kyung Chang
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.2
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pp.157-164
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2014
In this paper, we design a gripping force control system using tactile sensor to prevent slip when gripper tries to grasp and lift an object. We use a flexible tactile sensor for measuring uniplanar pressure on gripper's finger and develop an algorithm to detect the onset of slip using the sensor output. We also use a flexible pressure sensor to measure the normal force. In addition, various signal processing techniques are used to reduce noise included in the sensor output. A 3-finger gripper is used to grasp and lift up a cylindrical object. The tactile sensor is attached on one of fingers, and sends output signals to detect slip. Whenever the sensor signal is similar to the slip pattern, gripper force is increased. In conclusion, this research shows that slip can be detected using the tactile sensor and we can control gripping force to eliminate slip between gripper and object.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.18
no.3
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pp.167-172
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2015
In this paper, we propose a new approach to design and control a smart gripper of robot system. A control method for flexible grasping a object in partially unknown environment was proposed, where a proximate sensor detecting the distance between the fingertip and object was used. Based on the proximate sensor signal the finger motion controller could plan the grasping process divided in three phases. The first step is scanning process which two first joints were moved to mid-position of the detected range by a state-variable feedback position controller, after the scanning was finished. The contact force of fingertip was then controlled using the detection sensor of the servo controller for finger joint control. The proposed grasping planning was tested on rectangular bar.
Stroke patients should exercise for the rehabilitation of their fingers, because they can't use their hand and fingers. Their hand and fingers are fixed on the hand fixing system for rehabilitation exercise of them. But the hands clenched the fist of stroke patients are difficult to fix on it. In order to fix the hands and fingers, their palms are pressed with pressing bars and are controlled by reference force. The fixing system must have a five-axis force/moment sensor to force control. In this paper, the five-axis force/moment sensor was developed for the hand fixing system of finger-rehabilitation exercising system. The structure of the five-axis force/moment sensor was modeled, and designed using finite element method(FEM). And it was fabricated with strain-gages, then, its characteristic test was carried out. As a result, the maximum interference error is less than 2.43 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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