본 연구에서는 선박의 운항 데이터를 기반으로 조종성능을 모사할 수 있는 단순 운동학 모델을 제안하였다. 수평면 3자유도 각 방향의 속도 성분을 1차 미분방정식의 해 형태의 단순모델로 두고, 계수에 대한 운항데이터 학습을 수행하였다. 실제 선박의 충분한 운항 데이터의 확보는 어렵거나 제한적이므로, 본 연구에서는 실 운항 데이터 대신 공개된 동역학 모델을 활용하여 임의의 제어입력에 대한 시뮬레이션 결과를 얻고, 이를 운항데이터 학습에 활용하였다. 제어입력인 프로펠러 회전수 및 타각을 임의로 부가하여 동역학 시뮬레이션을 수행하고 각 속도 성분 출력을 얻었다. 충분한 시간 동안 동역학 시뮬레이션의 제어 입력과 속도 출력을 학습하여 각 제어 입력에 대한 운동학 모델 내 계수인 시정수 3개, 수렴속도성분 3개의 분포를 도출하였다. 추가로 임의의 제어 입력에 의한 선회 시뮬레이션 결과들과 비교함으로써 단순 운동학 모델의 성능을 검증하였다. 도출된 시정수들의 분포에는 다소 분산이 있으며, 제어 입력 이외의 관련 변수를 더 추가하여 정확도를 높이는 추후 연구가 필요하다.
In the present work, the ratcheting behavior under uniaxial cyclic loading is analyzed. A comparison between the published and the results from the present model is also included. In order to simulate the ratcheting behavior, Two-Back Stress model is proposed by combining the non-linear Armstrong-Frederick rule and the non-linear Phillips hardening rule based on kinematic hardening equation. It is shown that some ratcheting behaviors can be obtained by adjusting the control material parameters and various evolutions of the kinematic hardening parameter can be obtained by means of simple combination of hardening rules using simple rule of mixtures. The ultimate back stress is also derived for the present combined kinematic hardening models.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권3호
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pp.453-460
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2005
In this paper, a prototype Cartesian Parallel Manipulator (CPM) is demonstrated, in which a moving platform is connected to a fixed frame by three PRRR limbs. Due to the orthogonal arrangement of the three prismatic joints, it behaves like a conventional X-Y-Z Cartesian robot. However, because all the linear actuators are mounted at the fixed frame, the manipulator may be suitable for applications requiring high speed and accuracy. Using a geometric method and the practical assumption that three revolute joint axes in each limb are parallel to one another, a simple forward kinematics for an actual model is derived, which is expressed in terms of a set of linear equations. Based on the error model, two calibration methods using full position and length measurements are developed. It is shown that for a full position measurement, the solution for the calibration can be obtained analytically. However, since a ball-bar is less expensive and sufficiently accurate for calibration, the kinematic calibration experiment on the prototype machine is performed by using a ball-bar. The effectiveness of the kinematic calibration method with a ball-bar is verified through the wellknown circular test.
To determine the exact direction and location of the human joint in motion is crucial in developing a more accurate human model and producing a more fitting artificial joint. There have been several reports on the biomechanical analysis of the joint to determine the anatomy and movement of joints. However, all the previous researches were made in vitro study, that is, they investigated the passive movement of the joint from cadavers and the suggested location of the joint axis was difficult to make practical applications due to the lack of the direction of joint axis. Also, in many biomechanical models, each joint axis is assumed to lie horizontally or vertically to the adjacent links. Such an assumption causes inherent inaccuracy. In this study, the direction and location of the transverse elbow axis was obtained with respect to the global coordinate system whose origin is on the lateral epicondyle of the humerus. The suggested result based on the global coordinate system lying on the external landmark will be helpful to understand the information of the axis and to make an application. From the experiments conducted for five subjects, the direction and location of the elbow transverse joint was determined for each subject by the helical axis method. A statistical validation was also performed to confirm the result. Finally, the result was applied to develop a simple elbow model which is a part of the kinematic arm model. The simple elbow movement model was developed to validate the significance of the result and the kinematic arm model was able to describe the geometry of any complex linkage system. As a result, the errors incurred from the proposed model were significantly reduced when compared to the ones from the previous approach.
The implosion phenomena of pressure vessels operating in deep water under extremely high external pressure have been well known. The drastic energy release to ambient field in the form of pressure pulse is accompanied with catastrophic collapse of shell structure. Such a proximity shock wave could be a serious threat to the structural integrity of adjacent submerged body and several suspected accidents have been reported. In this study, basic research for the occurrence and development of shock wave due to implosion was carried out. The mechanism of pressure pulse generation and energy dissipation were investigated, and a simplified kinematic model to approximate the collapse modes of circular tubes which can be generated by external pressure and implosion was examined. Using the simplified kinematic model, the process of energy dissipation was formulated, and the magnitude of released pressure shock wave was estimated quantitatively. To investigate the validity of developed kinematic model and shock wave estimation process, the results from a nonlinear FE analysis code and collapse test carried out using pressure chamber were compared with the results from the developed kinematic model.
액상화에 따른 지반의 과도한 변형으로 인한 피해가 자주 발생되고 있다. 그에 따른 지반의 움직임을 예측하기 위해서는 유효응력 개념에 기초한 수치해석 기법이 요구되어 진다. 본 연구에서는 지진 및 유사한 반복 하중에 따른 수압의 상승을 예측할 수 있는 연성(fully coupled) 유효응력 구성모델인 UBCSAND를 제안하였다. 제안된 모델은 간단한 완전탄소성모델인 Mohr-Coulomb을 변형한 형태로 마찰각(friction angle)과 팽창각(dilation angle)을 점진적으로 증가시킴으로써, 기존의 파괴상태내에서도 연속적인 소성변형 발생을 표현할 수 있다. 항복함수는 전단응력과 평균응력의 비인 $(\sigma'_1-\sigma'_3)/(\sigma'_1-\sigma'_3)$로 나타내며, 응력도의 원점에서 시작하는 무한개의 방사선을 의미한다. 따라서, Mohr-Coulomb의 파괴면과 같은 형태의 무수한 항복면을 가진다. 소성 경화법칙은 등방경화(isotropic hardening)와 이동경화(kinematic hardening)를 혼합한 형태를 이루고 있다. 재하(loading) 및 재재하(reloading)시에는 연속적인 소성 변형이 일어나나, 제하(unloading)시에는 탄성변형을 가정하였다. 제안된 모델은 느슨한 Fraser River 모래를 이용한 직접단순전단시험(Direct simple shear test)결과와 비교하여 검증하였다.
This paper presents a simple identification method of the actual kinematic parameters for the robot with parallel joints. It is known that Denavit-Hartenberg's coordinate system is not useful for nearly parallel joints. In this paper, the coordinate frames are reassigned to model the kinematic parameter between nearly parallel joints by four parameters. The proposed identification method uses a straight ruler about 1m long. A robot hand is placed by using a teaching pendant at the prescribed points on the ruler, and corresponding error function is defined. The identified kinematic parameters which make the error function zero are obtained by iterative least square error method based on the singular value decomposition. In the compensation of joint angles, only the position is considered because the usual applications of robot do not require a precise orientation control.
The objective of this research is to optimize the designing parameters of the parallel manipulator with large orientation workspace at the boundary position of the constant orientation workspace (COW). The method uses a simple genetic algorithm(SGA) while considering three different kinematic performance indices: COW and the global conditioning index(GCI) to evaluate the mechanism's dexterity for translational motion of an end-effector, and orientation workspace of two angle of Euler angles to obtain the large rotation angle of an end-effector at the boundary position of COW. Total fifteen cases divided according to the combination of the sphere radius of COW and rotation angle of orientation workspace are studied, and to decide the best model in the total optimized cases, the fuzzy inference system is used for each case's results. An optimized model is selected as a best model, which shows better kinematic performances compared to the basis of the pre-existing model.
In mobile robot navigation, one of the key problems is the pose estimation of the mobile robot. Although the odometry can be used to describe the motions of the mobile robots quite simple and accurately, the validities of the models are limited by a number of error sources contaminating the encoder outputs so that applying the conventional extended Kalman filter to these nominal model does not yield the satisfactory performance. As a remedy for this problem, we consider the uncertain nonlinear kinematic model of the mobile robot that contains the norm bounded uncertainties and also propose a new robust extended Kalman filter based on the Krein space approach. The proposed robust filter has the same recursive structure as the conventional extended Kalman filter and can hence be readily designed to effectively account for the uncertainties. The computer simulations will be given to verify the robustness against the parameter variation as well as the reliable performance of the proposed robust filter.
This paper presents a high-speed automatic micro-alignment system that is a part of an inspection machine for small-sized molded lenses of mobile phones, palm-top computers, and so on. This work was motivated by the shortcomings of existing highest-grade commercial machine. A simple tip/tilt/Z parallel mechanism is designed based on kinematic couplings, which is a 3-degree-of-freedom (3-DOF) moderate-cost alignment stage. It is used to automatically adjust the posture of each lens on the tray, which is impossible by the conventional instrument. Amplified piezoelectric actuators are used to ensure the accuracy and dynamic response. Forward kinematic analysis and simulation show that the parasitic motion is small enough compared to the actuator stroke. From the workspace analysis of the moving platform, it is clear that the output motion range satisfies the design requirements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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