In the analysis of constrained holonomic systems, the Lagange multiplier method yields a system of second-order ordinary differential equations of motion and algebraic constraint equations. Conventional holonomic or nonholonomic constraints are defined as geometric constraints in this paper. Previous works concentrate on the geometric constraints. However, if the total energy of a dynamic system can be computed from the initial energy plus the time integral of the energy input rate due to external or internal forces, then the total energy can be artificially treated as a constraint. The violation of the total energy constraint due to numerical errors can be used as information to control these errors. It is a necessary condition for accurate simulation that both geometric and energy constraints be satisfied. When geometric constraint control is combined with energy constraint control, numerical simulation of a constrained dynamic system becomes more accurate. A new convenient and effective method to implement energy constraint control in numerical simulation is developed based on the geometric interpretation of the relation between constraints in the phase space. Several combinations of energy constraint control with either Baumgarte's Constraint Violation Stabilization Method (CVSM) are also addressed.
Park, Jeong-Hun;Yu, Hong-Hui;Hwang, Yo-Ha;Bae, Dae-Seong
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.12
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pp.2156-2164
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1997
A new formulation for the dynamic analysis of constrained multibody systems is presented in this paper. The formulation employs Kane's method along with the null space method. Kane's method reduces the dimension of equations of motion by using partial velocity matrix introduced in this study : it can improve the efficiency of the formulation. Three numerical examples are given to demonstrate the accuracy and efficiency of the formulation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.12
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pp.964-969
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2002
The flexural vibration of laminated composite beams with passive constrained layer damping has been investigated to design structure with maximum possible damping capacity. The equations of motion are derived for flexural vibrations of symmetrical, multi-layer laminated beams. The damping ratio and modal damping of the first bending mode are calculated by means of Iterative complex eigensolution method. This paper addresses a design strategy of laminated composite under flexural vibrations.
In this paper we describe a motion control algorithm for a 4-legged robot over slopped terrain and steps. The new concept of the mechanically constrained angle has been introduced and the algorithm has been developed based on the relationship between the gait stability margin and the slope angle. The result then has been extended to the case where the robot walks over steps.
In this paper the dynamic analysis of the Macpherson strut motor-vehicle suspension system is presented. The equations of motion are formulated using a two-step transformation. Initially, the equations of motion are derived for a dynamically equivalent constrained system of particles that replaces the rigid bodies by applying Newton's second law The equations of motion are then transformed to a reduced set in terms of the relative joint variables. Use of both Cartesian and joint variables produces an efficient set of equations without loss of generality For open chains, this process automatically eliminates all of the non-working constraint forces and leads to an efficient solution and integration of the equations of motion. For closed loops, suitable joints should be cut and few cut-joints constraint equations should be included for each closed chain. The chosen suspension includes open and closed loops with quarter-car model. The results of the simulation indicate the simplicity and generality of the dynamic formulation.
This paper presents a computer method for the dynamic analysis of a system of rigid bodies in plane motion. The formulation rests upon the idea of replacing a rigid body by a dynamically equivalent constrained system of particles. Newton's second law is applied to study the motion of the resulting system of particles without introducing any rotational coordinates. A velocity transformation is used to transform the equations of motion to a reduced set. For an open-chain, this process automatically eliminates all of the non-working constraint forces and leads to an efficient integration of the equations of motion. For a closed-chain, suitable joints should be cut and few cut-joints constraint equations should be included. An example of a closed-chain is used to demonstrate the generality and efficiency of the proposed method.
This paper deals with the problem of motion planning for a unicycle-like robot. We present a simple local planner for unicycle model, based on an approximation of the desired configuration generated by local holonomic planner that ignores motion constraints. To guarantee a collision avoidance, we propose an inequality constraint, based on the motion analysis with the constant control input and time interval. Consequently, we formulate our problem as the constrained optimization problem and a feedback scheme based on local sensor information is established by simply solving this problem. Through simulations, we confirm the validity and effectiveness of our algorithm.
Journal of The Institute of Information and Telecommunication Facilities Engineering
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v.10
no.2
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pp.53-61
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2011
This research presents an adaptive fast motion estimation (ME) computation on the stage of uneven multi-hexagon grid search (UMHGS) algorithm included in an unsymmetrical-cross multi-hexagon-grid search (UMHexagonS) in H.264 standard. The proposed adaptive method is based on statistical analysis and previously obtained motion vectors to reduce the computational complexity of ME. For this purpose, the algorithm is decomposed into three processes: skipping, terminating, and reducing search areas. Skipping and terminating are determined by the statistical analysis of the collected minimum SAD (sum of absolute difference) and the search area is constrained by the slope of previously obtained motion vectors. Simulation results show that 13%-23% of ME time can be reduced compared with UMHexagonS, while still maintaining a reasonable PSNR (peak signal-to-noise ratio) and average bitrates.
Motion generation of a four-bar linkage is a type of mechanism synthesis that has a wide range of applications such as a pick-and-place operation in manufacturing. In this research, the use of meta-heuristics for motion generation of a four-bar linkage is demonstrated. Three problems of motion generation were posed as a constrained optimization probably using the weighted sum technique to handle two types of tracking errors. A simple penalty function technique was used to deal with design constraints while three meta-heuristics including differential evolution (DE), self-adaptive differential evolution (JADE) and teaching learning based optimization (TLBO) were employed to solve the problems. Comparative results and the effect of the constraint handling technique are illustrated and discussed.
In this paper, we introduce a technique to retarget human motion data to the humanoid body in a constrained environment. We assume that the given motion data includes detailed interactions such as holding the object by hand or avoiding obstacles. In addition, we assume that the humanoid joint structure is different from the human joint structure, and the shape of the surrounding environment is different from that at the time of the original motion. Under such a condition, it is also difficult to preserve the context of the interaction shown in the original motion data, if the retargeting technique that considers only the change of the body shape. Our approach is to separate the problem into two smaller problems and solve them independently. One is to retarget motion data to a new skeleton, and the other is to preserve the context of interactions. We first retarget the given human motion data to the target humanoid body ignoring the interaction with the environment. Then, we precisely deform the shape of the environmental model to match with the humanoid motion so that the original interaction is reproduced. Finally, we set spatial constraints between the humanoid body and the environmental model, and restore the environmental model to the original shape. To demonstrate the usefulness of our method, we conducted an experiment by using the Boston Dynamic's Atlas robot. We expected that out method can help the humanoid motion tracking problem in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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