Piao, Jinlong;Jung, Jinwoo;Jin, Xuejun;Park, Sukho;Park, Jong-Oh;Ko, Seong Young
The Journal of Korea Robotics Society
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v.11
no.2
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pp.73-82
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2016
This paper focuses on the vibration analysis of planar cable-driven parallel robots on their configurations. Despite of many advantages of the cable robots, elasticity of the cables may cause the vibration at the existence of external disturbance, resulting in deterioration of positioning accuracy. According to the vibration theory, having high first order natural frequency can prevent resonance with low frequency disturbance from the surrounding environment. A series of simulations showed that choosing frame / end-effector shape and cable connection method affects robots' natural frequency. For the precise simulation, the cables are modeled as linear springs and axial vibration of cables is mainly considered. Aspect ratios of the frame and end-effector are defined as non-dimensional parameters while their areas are fixed. It was shown that vibration analysis guides to design a planar cable robot in terms of high capacity to reduce vibration.
Jin, Xuejun;Jung, Jinwoo;Jun, Jong Pyo;Park, Sukho;Park, Jong-Oh;Ko, Seong Young
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.11
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pp.1070-1075
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2015
This paper proposes a calibration algorithm for a three-degree-of-freedom (DOF) planar cable-driven parallel robot (CDPR). To evaluate the proposed algorithm, we calibrated winches and an optical tracking sensor, measured the end-effector pose using the optical tracking sensor, and calculated the accurate robot configuration using the measurement information. To conduct an accuracy test on the end-effector pose, we followed guidelines from "Manipulating industrial robots - Performance criteria and related test methods." Through the test, it is verified that the position accuracy can be improved by up to 20% for a $2m{\times}2m$-sized planar cable robot using the proposed calibration algorithm.
Kim, Jungyeong;Kim, Jin Tak;Park, Sangshin;Han, Sangchul;Kim, Jinhyeon;Cho, Jungsan
The Journal of Korea Robotics Society
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v.14
no.3
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pp.179-185
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2019
This paper presents cable-hydraulic driven 3DoF (Degree-of-Freedom) manipulator for cooperative robot with high output/low inertia and enhancing lager workspace of hydraulic manipulator. Hydraulic actuation could be solution to design more higher output manipulator than the one of electric motor actuation due to install actuation source and robot joint separated. In spite of this advantage, the conventional hydraulic driven manipulator using cylinder or vane actuator is not suitable for the candidate of cooperative robot because smaller workspace owing to small RoM (Range of Motion) hydraulic actuator. In this paper, we propose 3DoF manipulator with cable-hydraulic actuation which is more larger ratio of payload-to-weight than the one of conventional cooperative manipulator and larger workspace than the one of existing hydraulic driven manipulator. The performance of proposed manipulator was demonstrated by the experiments for confirming overall workspace task, high payload operation task under worst situation and comparing repeatability between developed manipulator and existed cooperative robots. The results of experiments showed that the appropriate performance of proposed manipulator for cooperative robot.
Kim, Ho-Moon;Cho, Kyeong-Ho;Jin, Young-Hoon;Liu, Fengyi;Choi, Hyouk-Ryeol
The Journal of Korea Robotics Society
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v.7
no.2
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pp.83-91
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2012
In this paper, we propose a cable climbing robot which can climb up and down the cables in the bridges. The robot mechanism consists of three parts: a wheel based driving mechanism, adhesion mechanism, and safe landing mechanism. The wheel based driving mechanism is driven by tooth clutches and motors. The adhesion mechanism plays the role of maintaining adhesion force by a combination of pantograph, ball screw, and springs even when the power is lost. The safe landing mechanism is developed for guaranteeing the safety of the robot during operations on cables. It can make the robot fall down with reduced speed by dissipating the gravitational forces. The robot mechanism is designed and manufactured for validating its effectiveness.
Guodong Qin;Yong Cheng;Aihong Ji;Hongtao Pan;Yang Yang;Zhixin Yao;Yuntao Song
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.2
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pp.498-505
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2024
In this paper, a cable-driven endoscopic manipulator (CEM) is designed for the Chinese latest compact fusion reactor. The whole CEM arm is more than 3000 mm long and includes end vision tools, an endoscopic manipulator/control system, a feeding system, a drag chain system, support systems, a neutron shield door, etc. It can cover a range of ±45° of the vacuum chamber by working in a wrap-around mode, etc., to meet the need for observation at any position and angle. By placing all drive motors in the end drive box via a cable drive, cooling, and radiation protection of the entire robot can be facilitated. To address the CEM motion control problem, a discrete trajectory tracking method is proposed. By restricting each joint of the CEM to the target curve through segmental fitting, the trajectory tracking control is completed. To avoid the joint rotation angle overrun, a joint limit rotation angle optimization method is proposed based on the equivalent rod length principle. Finally, the CEM simulation system is established. The rationality of the structure design and the effectiveness of the motion control algorithm are verified by the simulation.
Kim, Chi-Yen;Lee, Min-Cheol;Lee, Tae-Kyung;Choi, Seung-Wook;Park, Min-Kyu
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.9
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pp.840-845
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2010
This paper proposes the method indirectly measuring the operating force of the end-effect tip of surgical robot instrument which conducts the surgical operation in the body on behalf of the surgeon's hand. Due to the size and safety obligation to the surgical robot instrument, it is difficult to measure the operation force of its tip like grasping force. However the instrument is driven by cable-pulley torque transmission mechanism and when some force is occurred at the tip, then the reaction force appears on the cable as additional tension. Based on this phenomenon, this paper proposes a method to estimate the operating force from measuring reaction force against the driving motor by using a loadcell. And it induces mathematical equation to calculate the force from loadcell by approaching the modulus of elasticity to high order polynomial. And this paper proves the validity of proposed mechanism by experimental test.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.9
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pp.833-839
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2010
In this paper, a novel 1 DOF hand rehabilitation robot is proposed in consideration of ADL training for stroke patients. To perform several ADL trainings, the proposed robot can move the thumb part and the part of 4 fingers simultaneously and realize the full ROM (Range of Motion) in grasp. Based on these characteristics, the proposed robot realizes several types of grasp such as cylindrical grasp, lateral grasp, and pinch grasp by using a passive revolute joint that can change the thumb movement direction. The movement of the thumb is driven by a cable mechanism and the part of 4 fingers is moved by a four-bar linkage mechanism.
In spite of the difficulties and uncertain characteristic of cable driven method, surgical robot instrument has adopted it as driving mechanism for various reasons. To overcome the problem of cable system, previous research applied SMCSPO (sliding mode control with sliding perturbation observer) algorithm as robust controller to control the instrument and found that the value of SPO (sliding perturbation observer) followed force disturbance, reaction force loaded on the tip very similarly. Thus, this paper confirms that the perturbation observer is sufficient estimator which finds out the mount of loaded force on the surgical robot instrument. To prove the proposition, simulation using the similar model with an actual instrument and experimental evaluation are performed. The results show that it is possible to substitute SPO for sensors to measure the reaction force. This estimated reaction force will be used to realize haptic function by sending the reaction force to a master device for a surgeon. The results will contribute to create surgical benefit such as shortening the practice time of a surgeon and giving haptic information to surgeon by using it as haptic signal to protect an organ by making force boundary.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1823-1832
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2004
In this paper, we proposed a TDC based F/T sensorless active compliance control algorithm for a rehabilitation robot (KARES II). The preference of compliance of the disabled is presented by clinical testing at Korea National Rehabilitation Center with the disabled. The KARES II was designed to work 12 predefined tasks which are very essential for helping the disabled. Among the tasks, some contact tasks between the robot and the disabled exist. Therefore, TDC based F/T sensorless compliance control algorithm is developed for these tasks without additional cost. We verified the proposed algorithm with experiment. Also for the practical use, suitable compliance for contact tasks is chosen by clinical testing at Korea National Rehabilitation Center.
Previous shape sensors including bend sensors and optic fiber based sensors are widely used in various applications including goniometer and surgical robots. But theses sensors have large nonlinearity, limited in the range of sensing curvature, and sometimes are expensive. This study suggests a new concept of bend sensor using cable-conduit which consists of the outer sheath and the inner wire. The outer sheath is made of helical coil whose length of the central line changes as the sheath bends. This length change of the central line can be measured with the length change of the inner cable. The modeling and the experimental results show that the output signal of the proposed sensor is linearly related with the bend angle of the sheath with root mean square error of 5.3% of $450^{\circ}$ sensing range. Also the polynomial calibration of the sensor can decrease the root mean square error to 2.1% of the full sensing range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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