Structural displacement is an important indicator for assessing structural safety. For structural displacement monitoring, vision-based displacement measurement systems have been widely developed; however, most systems estimate only 1 or 2-DOF translational displacement. To monitor the 6-DOF structural displacement with high accuracy, a vision-based displacement measurement system with a uniquely designed marker is proposed in this paper. The system is composed of a uniquely designed marker and a camera with a zooming capability, and relative translational and rotational displacement between the marker and the camera is estimated by finding a homography transformation. The novel marker is designed to make the system robust to measurement noise based on a sensitivity analysis of the conventional marker and it has been verified through Monte Carlo simulation results. The performance of the displacement estimation has been verified through two kinds of experimental tests; using a shaking table and a motorized stage. The results show that the system estimates the structural 6-DOF displacement, especially the translational displacement in Z-axis, with high accuracy in real time and is robust to measurement noise.
This paper proposes the application of active multiple tuned mass dampers (AMTMD) for translational and torsional response control of a simplified two-degree-of-freedom (2DOF) structure, able to represent the dynamic characteristics of general asymmetric structures, under the ground acceleration. This 2DOF structure is a generalized 2DOF system of an asymmetric structure with predominant translational and torsional responses under earthquake excitations using the mode reduced-order method. Depending on the ratio of the torsional to the translational eigenfrequency, i.e. the torsional to translational frequency ratio (TTFR), of asymmetric structures, the following three cases can be distinguished: (1) torsionally flexible structures (TTFR < 1.0), (2) torsionally intermediate stiff structures (TTFR = 1.0), and (3) torsionally stiff structures (TTFR > 1.0). The even distribution of the AMTMD within the whole width and half width of the asymmetric structure, thus leading to three cases of installing the AMTMD (referred to as the AMTMD of case 1, AMTMD of case 2, AMTMD of case 3, respectively), is taken into account. In the present study, the criterion for searching the optimum parameters of the AMTMD is defined as the minimization of the minimum values of the maximum translational and torsional displacement dynamic magnification factors (DMF) of an asymmetric structure with the AMTMD. The criterion used for assessing the effectiveness of the AMTMD is selected as the ratio of the minimization of the minimum values of the maximum translational and torsional displacement DMF of the asymmetric structure with the AMTMD to the maximum translational and torsional displacement DMF of the asymmetric structure without the AMTMD. By resorting to these two criteria, a careful examination of the effects of the normalized eccentricity ratio (NER) on the effectiveness and robustness of the AMTMD are carried out in the mitigation of both the translational and torsional responses of the asymmetric structure. Likewise, the effectiveness of a single ATMD with the optimum positions is presented and compared with that of the AMTMD.
It is difficult that a non-translational motion in a block is estimated by the block matching algorithm (BMA). In this paper, a nodal-displacement-based deformation model is used for this reason. This model assumes that a selected number of control nodes move freely in a block and that displacement of any interior point can be interpolated from nodal displacements. As a special case with a single node this model is equivalent to a translational model. And this model can represent more complex deformation using more nodes. We used an iterative gradient based search algorithm to estimate nodal displacement. Each iteration involves the solution of a simple linear equation. This method is called the deformable block matching algorithm (DBMA).
The non-rational transfer function of a Bernoulli-Euler beam, as an important component of a flexible structure, is analyzed. The true pattern of zeros of that transfer function is investigated as a function of sensor and actuator seperation. Translational displacement sensors are used for two cases in which a force input and a moment input are seperately applied. When the displacement sensor is located at a certain point, the first pair of zeros on the real axis of the s-plane arrive at the origin and cancel the rigid-body mode. The location of the translational displacement sensors on the beamat which the rigid-body mode of the beam is unobservable is analyzed as the center of percussion and is uniquely located for each case. If sensor is moved beyond such a point, a pair of zeros appear on the imaginary axis and move away from the origin along the imaginary axis of the s-plane.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.7
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pp.99-104
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2003
A precision displacement measurement system of 3-DOF micro motions is proposed in this paper. The measurement system is composed of two diode lasers, two quadratic PSDs, two beam splitters and a sphere whose surface is highly reflective. In this measurement system, the sphere reflector is mounted on the platform of positioning devices whose 3-DOF translational motions are to be measured, and the sensitive areas of two PSDs are oriented toward the center point of the sphere reflector. Each laser beam emitted from two diode laser sources is reflected at the surface of sphere and arrives at two PSDs. Each PSD serves as a 2-dimensional sensor, providing the information on the 3-dimensional position of the sphere. In this paper, we model the relationship between the outputs of two PSDs and 3-DOF translational motions of the sphere mounted on the object. Based on a deduced measurement model, we perform measurement simulation and evaluate the performance of the proposed measurement system: linearity, sensitivity, and measurement error. The simulation results show that the proposed measurement system can be valid means of precision displacement measurement of 3-dimensional micro motions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.12
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pp.2687-2694
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2002
A precision displacement measuring system is proposed, which can detect the 3-DOF translational motions of precision positioning devices. The optical system, which is composed of two diode-laser sources and two quadratic PSDs, is adapted to detect the position of the spherical reflector usually mounted on the platform of positioning devices. Each of the laser beams from diode-laser sources is reflected at the highly reflective surface of the sphere; hence, the 3-dimensional position of the sphere causes the directional change of the reflected beams, which is detected by the PSDs. In this paper, we define the relationships between the output values of the two PSDs and the 3-DOF translational motions of the sphere. Based on a deduced measurement model, we perform measurement simulation and evaluate the performance of the proposed measurement system: linearity, sensitivity, measuring range, and measurement error. The results show that the proposed measuring method is very useful for the measurement of the precision displacement of 3-DOF micro motions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.9
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pp.1-6
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2019
One method for image recognition is template matching. In conventional template matching, the block matching algorithm (BMA) is performed while changing the two-dimensional translational displacement of the template within a given matching image. The template size and shape do not change during the BMA. Since only two-dimensional translational displacement is considered, the success rate decreases if the size and direction of the object do not match in the template and the matching image. In this paper, a variable is added to adjust the two-dimensional direction and size of the template, and the optimal value of the variable is automatically calculated in the block corresponding to each two-dimensional translational displacement. Using the calculated optimal value, the template is automatically transformed into an optimal template for each block. The matching error value of each block is then calculated based on the automatically deformed template. Therefore, a more stable result can be obtained for the difference in direction and size. For ease of use, this study focuses on designing the algorithm in a closed form that does not require additional information beyond the template image, such as distance information.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.2
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pp.147-155
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2002
In this paper, the regular rotational gaits of the quadruped crawling robot are studied. It is assumed that the proposed regular rotational gaits starts from one of six support patterns in a translational gaits and end up with one of six support patterns in a translational gaits. Noting that six support patterns in a regular translational gait belong to two different groups with respect to regular rotational gait, the static stability margin and the maximum rotational displacement during one rotational stride period for the two representative support patterns are investigated. It is expected that the proposed regular rotational gaits will enhance the omni-directional characteristics of the quadruped crawling robot.
This research presents a nonlinear model to analyze the ball bearing nitration due to the waviness in a rigid rotor supported by multi-row ball bearings. The waviness of a ball and each races is modeled by the superposition of sinusoidal function, and the position vectors of inner and outer groove radius center are defined with respect to the mass center of the rotor in order to consider five degrees of freedom of a general rotor-bearing system. The waviness of a ball bearing is introduced to these position vectors to use the Hertzian contact theory in order to calculate the elastic deflection and nonlinear contact force resulting from the waviness while the rotor has translational and angular motion. They can be determined by solving the nonlinear equations of motion with five degrees of freedom by using the Runge-Kutta-Fehlberg algorithm. Numerical results of this research are validated with those of prior researchers. The proposed model can calculate the translational displacement as well as the angular displacement of the rotor supported by the multi-row ball bearings with waviness. It also characterizes the nitration frequencies resulting from the various kinds of waviness in rolling elements, the harmonic frequencies resulting from the nonlinear load-deflection characteristics of ball bearing. and the sideband frequencies resulting from the waviness interaction.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.989-994
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2011
This study aims to demonstrate the feasibility of a visual servoing-based paired structured light (SL) robot for estimating structural displacement under various external loads. The former paired SL robot, which was proposed in the previous study, was composed of two screens facing with each other, each with one or two lasers and a camera. It was found that the paired SL robot could estimate the translational and rotational displacement each in 3-DOF with high accuracy and low cost. However, the measurable range is fairly limited due to the limited screen size. In this paper, therefore, a visual servoing-based 2-DOF manipulator which controls the pose of lasers is introduced. By controlling the positions of the projected laser points to be on the screen, the proposed robot can estimate the displacement regardless of the screen size. We performed various simulations and experimental tests to verify the performance of the newly proposed robot. The results show that the proposed system overcomes the range limitation of the former system and it can be utilized to accurately estimate the structural displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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