It is well known that dynamic control is needed for fast and accurate control. Neural networks are ideal for representing the strongly nonlinear relationship in the dynamic equations including complex unmodeled effects. It thus creates many advantages over conventional methods such as simple, fast and accurate control through neural network's inherent learning and massive parallelism. In this paper, dynamic control of the full six degrees of freedom of an industrial robot arm will be presented using neural networks. Moreover, through application to a real robot the usefulness of neurocontrol is demonstrated. The back propagation and feedback-error learning is used to train the neurocontroller. Simulated control of a PUMA 560 arm demonstrates that it moves at high speed with good accuracy and generalizes over untrained trajectories as well as adapt to unforseen load changes and sensor noise.
Thick composite laminated plates is considered in 3D finite-element. To consider continuity of transverse stresses and displacement field, mixed finite-element has been developed by using layerwise theory and the minimum potential energy principle. Mixed finite-element has been enforced through the thick direction, Z, of a laminated plate by considering six degree-of-freedoms per node. Six degree-of-freedoms are three displacement components in the coordinate axes directions and three transverse stress components ${\sigma}_z,\;{\tau}_{xz},\;{\tau}_{yz}$. The model maintain the fundamental elasticity relations that are stress-strain relation and displacement-strain relation, because the transverse stress components invoked as nodal degrees of freedom by using the fundamental elasticity relationship between th components of stress and displacement. Random vibration analysis of the model is performed by computing consistent mass matrix and computing covariance in frequency domain technique.
In this paper, we propose a new efficient hybrid-mixed C(sup)0 curved beam element with the optimal interpolation functions determined from numerical tests, which gives very accurate locking-free two-node curved beam element. In the element level, the stress parameters are eliminated from the stationary condition and the nodeless degrees of freedom are also removed by static condensation so that a standard six-by-six stiffness matrix is finally obtained. The numeri cal benchmark problems show that the element with cubic displacement functions and quadratic stress functions is the most efficient.
Sebastiani, Paolo E.;Liberatore, Laura;Lucchini, Andrea;Mollaioli, Fabrizio
Structural Engineering and Mechanics
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제68권5호
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pp.575-589
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2018
It is well known that the incidence angle of seismic excitation has an influence on the structural response of buildings, and this effect can be more significant in the case of near-fault signals. However, current seismic codes do not include detailed requirements regarding the direction of application of the seismic action and they have only recently introduced specific provisions about near-fault earthquakes. Thus, engineers have the task of evaluating all the relevant directions or the most critical conditions case by case, in order to avoid underestimating structural demand. To facilitate the identification of the most critical incidence angle, this paper presents a procedure which makes use of a two-degree of freedom model for representing a building. The proposed procedure makes it possible to avoid the extensive computational effort of multiple dynamic analyses with varying angles of incidence of ground motion excitation, which is required if a spatial multi-degree of freedom model is used for representing a building. The procedure is validated through the analysis of two case studies consisting of an eight- and a six-storey reinforced concrete frame building, selected as representative of existing structures located in Italy. A set of 124 near-fault ground motion records oriented along 8 incidence angles, varying from 0 to 180 degrees, with increments of 22.5 degrees, is used to excite the structures. Comparisons between the results obtained with detailed models of the two structures and the proposed procedure are used to show the accuracy of the latter in the prediction of the most critical angle of seismic incidence.
The aim of this paper was to propose a new method of bimaxillary orthognathic surgery planning and model surgery based on the concept of 6 degrees of freedom (DOF). A 22-year-old man with Class III malocclusion was referred to our clinic with complaints of facial deformity and chewing difficulty. To correct a prognathic mandible, facial asymmetry, flat occlusal plane angle, labioversion of the maxillary central incisors, and concavity of the facial profile, bimaxillary orthognathic surgery was planned. After preoperative orthodontic treatment, surgical planning based on the concept of 6 DOF was performed on a surgical treatment objective drawing, and a Jeon's model surgery chart (JMSC) was prepared. Model surgery was performed with Jeon's orthognathic surgery simulator (JOSS) using the JMSC, and an interim wafer was fabricated. Le Fort I osteotomy, bilateral sagittal split ramus osteotomy, and malar augmentation were performed. The patient received lateral cephalometric and posteroanterior cephalometric analysis in postretention for 1 year. The follow-up results were determined to be satisfactory, and skeletal relapse did not occur after 1.5 years of surgery. When maxillary and mandibular models are considered as rigid bodies, and their state of motion is described in a quantitative manner based on 6 DOF, sharing of exact information on locational movement in 3-dimensional space is possible. The use of JMSC and JOSS will actualize accurate communication and performance of model surgery among clinicians based on objective measurements.
The demand for industrial robots is proliferating with production automation. Industrial robots are used in various fields, such as logistics, welding, and assembly. Generally, six degrees of freedom are required to move freely in space. However, the palletizing robot used for material management and logistics systems typically has four degrees of freedom. In designing such robots, their main parts, such as motors and reducers, need to be adequately selected while satisfying payload requirements and speed. Hence, this study proposes a practical method for selecting the major parts based on dynamic analysis using ADAMS. First, the acceleration torques for the robot motion were found from the analysis, and then the friction torques were evaluated. This study introduces a constant-speed torque constant instead of friction coefficient. The RMS torque and maximum power of each motor were found considering the above torques. After that, this study recommends the major specifications of all motors and reducers. The proposed method was applied to a palletizing robot to verify the suitability of the pre-selected main parts. The verification result shows that the proposed method can be successfully applied to the early design stage of industrial robots.
In the present study, unsteady flows around a projectile ejected from an aircraft platform have been numerically investigated by using a three dimensional compressible RANS flow solver based on unstructured meshes. The relative motion between the platform and projectile was described by six degrees of freedom(6DOF) equations of motion with Euler angles and a chimera technique. Initial behavior of the projectile for varying conditions, such as roll and pitch-yaw command on the control surface of the projectile, flight Mach number, and platform pitch angle, was investigated. The ejection stability of the projectile was degraded as Mach number increases. In the transonic condition, the initial behavior of the projectile was found to be unstable as increase of platform pitch angle. By applying the command to control surfaces of the projectile, initial stability was highly enhanced. It was concluded that the proposed simulation data are useful for estimating the ejection behavior of a projectile in design phase.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제14권2호
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pp.152-161
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2013
This paper presents a control effectiveness analysis of the hawkmoth Manduca sexta. A multibody dynamic model of the insect that considers the time-varying inertia of two flapping wings is established, based on measurement data from the real hawkmoth. A six-degree-of-freedom (6-DOF) multibody flight dynamics simulation environment is used to analyze the effectiveness of the control variables defined in a wing kinematics function. The aerodynamics from complex wing flapping motions is estimated by a blade element approach, including translational and rotational force coefficients derived from relevant experimental studies. Control characteristics of flight dynamics with respect to the changes of three angular degrees of freedom (stroke positional, feathering, and deviation angle) of the wing kinematics are investigated. Results show that the symmetric (asymmetric) wing kinematics change of each wing only affects the longitudinal (lateral) flight forces and moments, which implies that the longitudinal and lateral flight controls are decoupled. However, there are coupling effects within each plane of motion. In the longitudinal plane, pitch and forward/backward motion controls are coupled; in the lateral plane, roll and side-translation motion controls are coupled.
Falzarano, Jeffrey;Somayajula, Abhilash;Seah, Robert
Ocean Systems Engineering
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제5권2호
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pp.55-76
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2015
Of all the six degrees of freedom, the roll motion of a ship is the most poorly understood and displays complicated phenomena. Due to the low potential wave damping at the natural frequency, the effective analysis of ship roll dynamics comes down to the accurate estimation of the viscous roll damping. This paper provides overview of the importance of roll damping and an extensive literature review of the various viscous roll damping prediction methods applied by researchers over the years. The paper also discusses in detail the current state of the art estimation of viscous roll damping for ship shaped structures. A computer code is developed based on this method and its results are compared with experimental data to demonstrate the accuracy of the method. While some of the key references describing this method are not available in English, some others have been found to contain typographic errors. The objective of this paper is to provide a comprehensive summary of the state of the art method in one place for future reference.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.910-917
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2020
In fire suppression, continuous delivery of water or foam to the fire source is essential. The present study concerns fire suppression in a ship under sea condition, by introducing reinforcement learning technique to aiming of fire extinguishing nozzle, which works in a ship compartment with six degrees of freedom movement by irregular waves. The physical modeling of the water jet and compartment motion was provided using Unity 3D engine. In the reinforcement learning, the change of the nozzle angle during the scenario was set as the action, while the reward is proportional to the ratio of the water particle delivered to the fire source area. The optimal control of nozzle aiming for continuous delivery of water jet could be derived. Various algorithms of reinforcement learning were tested to select the optimal one, the proximal policy optimization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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