Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.8
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pp.814-823
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2011
Nowadays many neurological diseases such as stroke and Parkinson diseases are continually increasing. Orthotic devices as well as exoskeletons have been widely developed for supporting movement assistance and therapy of patients. Robotic knee orthosis can compensate stiff-knee gait of the paralyzed limb and can provide patients consistent assistance at wearable environments. With keeping a robotic orthosis wearable, however, it is not easy to develop a compact and safe actuator with fast rotation and high torque for consistent supports of patients during walking. In this paper, we propose a novel kinematic model for a robotic knee orthosis to drive a knee joint with independent actuation during swing and stance phases, which can allow an actuator with fast rotation to control swing motions and an actuator with high torque to control stance motions, respectively. The suggested kinematic model is composed of a hamstring device with a slide-crank mechanism, a quadriceps device with five-bar/six-bar links, and a patella device for knee covering. The quadriceps device operates in five-bar links with 2-dof motions during swing phase and is changed to six-bar links during stance phase by the contact motion to the patella device. The hamstring device operates in a slider-crank mechanism for entire gait cycle. The kinematics and velocity/force relations are analyzed for the quadriceps and hamstring devices. Finally, the adequate actuators for the suggested kinematic model are designed based on normal gait requirements. The suggested kinematic model will allow a robotic knee orthosis to use compact and light actuators with full support during walking.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.9
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pp.88-95
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2009
Input shaping has been a very effective control method for reducing payload swing in industrial bridge and gantry cranes. However, conventional input shapers often degrade performance when applied to tower cranes because of the nonlinear coupled dynamics between rotational and radial motions in tower cranes. To alleviate this problem, a new input shaper for tower cranes is developed by means of dynamic modeling, analysis and optimization. This work investigates the tower crane dynamics along with parameters of the tower crane varied. A performance index for input shaper design is proposed so as to reduce the coupled residual vibration of a tower crane using only rotational motion of tower crane. The proposed new input shaper is verified to be effective through simulations and experiments.
In this paper two control strategies, command shaping control and optimal control, which aim to the reduction of the residual vibrations of the payload in a container crane system are investigated. Both control methods are open loop control. Due to unmodeled dynamics of the plant and disturbances like initial sway and wind, some residual sway always exists at the end of trolley movement. Command inputs are designed to achieve the control objectives including minimal residual vibration and robustness in the presence of unmodeled dynamics. Simulation results of various command inputs are compared in terms of arrival time, residual sway angle, robustness, and maximum sway distance during the traveling. Command shaping method provides a more competent tool than optimal control.
Recently, a load/unload(L/UL) system is adopted to the hard disk drive(HDD) due to its advantages such as lower power consumption, larger data zone, simpler fabrication of disk due to no bumped parking zone, and rarer contact between slider and media. An analysis of the transient motion for the slider is very important to design an air bearing surface(ABS) of the slider to secure the stable performance of the system. During the L/UL process, however, there are several issues occurred such as contact or collision between slider and media. Sometimes this will cause the system failure. In this study, the dynamics of a pico slider during the loading process are investigated through numerical simulation using FEM analysis and experiment. Ramp profile and angular velocity of the swing arm actuator are very important parameters for the design of L/UL system to avoid collision between slider and disk.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.21
no.4
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pp.393-403
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1997
In this paper, we proposed an optimal identification method of identifying the membership func¬tions and the fuzzy rules for the stabilization controller of the nonlinear system by RVEGA( Real Variable Elitist Genetic Algo rithm l. Although fuzzy logic controllers have been successfully applied to industrial plants, most of them have been relied heavily on expert's empirical knowl¬edge. So it is very difficult to determine the linguistic state space partitions and parameters of the membership functions and to extract the control rules. Most of conventional approaches have the drastic defects of trapping to a local minima. However, the proposed RVEGA which is similiar to the processes of natural evolution can optimize simulta¬neously the fuzzy rules and the parameters of membership functions. The validity of the RVEGA - based fuzzy controller was proved through applications to the stabi¬lization problems of an inverted pendulum system with highly nonlinear dynamics. The proposed RVEGA - based fuzzy controller has a swing -. up control mode(swing - up controller) and a stabi¬lization one(stabilization controller), moves a pendulum in an initial stable equilibrium point and a cart in an arbitrary position, to an unstable equilibrium point and a center of the rail. The stabi¬lization controller is composed of a hierarchical fuzzy inference structure; that is, the lower level inference for the virtual equilibrium point and the higher level one for position control of the cart according to the firstly inferred virtual equilibrium point. The experimental apparatus was imple¬mented by a DT -- 2801 board with AID, D/A converters and a PC - 586 microprocessor.
Park, Sang-Hyung;Lee, Hae-Chang;Lim, Seong-Muk;Kim, Jung-Su
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.26
no.2
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pp.127-134
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2016
This paper presents a robust control of a reaction wheel inverted pendulum. To this end, a mathematical model is derived using physical laws, and then parameters in the model are identified as well. Based on the model, a robust position control is designed, which consists of two parts: swing-up control using passivity and robust stabilization control using LMI (Linear Matrix Inequality). When the pendulum starts to move, the swing-up control is applied. If the position of the pendulum is near the desired upright position, the control is switched to the robust stabilization control. This robust control is employed in order to deal with the uncertainties in the inertia of the pendulum dynamics. The performance of the proposed control scheme is validated not only simulation but also real experiment.
In this paper, as an anti-sway control strategy of container cranes, we investigate a variable structure control in which the moving load follows a given trajectory, whereas both the trolley and hoist controllers achieve their positioning problems. It is crucial, in an automated container terminal, that collisions should be avoided during the transference of containers from one place to another. It is also necessary, in the case of a quay crane, to select suitable loading and unloading trajectories of containers, so that possible collisions with surrounding obstacles are avoided. After a brief introduction of the mathematical model, a robust control scheme (i.e., a second-order sliding mode control that guarantees a fast and precise transference and a suppression of the resulted swing) is presented. Despite model uncertainties and unmodeled actuators dynamics, the swing suppression from the given trajectory is obtained by constraining the system motion on suitable sliding surfaces, which include both the desired path and the swing angle. The proposed controller has been tested with a laboratory-size pilot crane. Experimental results are provided.
In this paper, a hierarchical fuzzy controller for stabilization of the inverted pendulum system is proposed. The facility of this hierarchical fuzzy controller which has a swing-up control mode and a stabilization one, moves a pendulum in an initial natural stable equilibrium point and a cart in arbitrary position to an unstable equilibrium point and a center of rail. Specially, the virtual equilibrium point (.PHI.$_{VEq}$ ) which describes functionally considers the interactive dynamics between a position of cart and a angle of inverted pendulum is introduced. And comparing with the convention optimal controller, the proposed hierarchical fuzzy inference made substantially the inverted pendulum system robust and stable.e.
In this paper, gait generation algorithm based on Linear Inverted Pendulum Mode is extended considering that the terrain is uncertain and flexible. Deformation of the soft terrain by the weight of the biped robot is taken into account to design the desired motion of the swing leg. Landing time disagreement caused by dynamics of the robot is also considered and a method to adjust gait is proposed. Results of numerical simulation show the effectiveness of the proposed method.
A femtosecond laser pre-annealing process based on indium zinc oxide (IZO) thin-film transistors (TFTs) is fabricated. We demonstrate a stable pre-annealing process to analyze surface structure change of thin films, and we maintain electrical stability and improve electrical performance. Furthermore, dynamic electrical characteristics of the IZO TFTs were investigated. Femtosecond laser pre-annealing process-based IZO TFTs exhibit a field-effect mobility of $3.75cm^2/Vs$, an $I_{on}/I_{off}$ ratio of $1.77{\times}10^5$, a threshold voltage of 1.13 V, and a subthreshold swing of 1.21 V/dec. And the IZO-based inverter shows a fast switching behavior response. From this study, IZO TFTs from using the femtosecond laser annealing technique were found to strongly affect the electrical performance and charge transport dynamics in electronic devices.
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