In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of beam-type smart structures that are equipped with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered in the formulation. By using a variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The proposed smart beam finite element is applied to the free vibration control adopting a constant gain feedback scheme. The electrical force vector, which is obtained in deriving an equation of motion, is the control force equivalent to that in existing literature. Validity of the proposed element is shown through comparing the analytical results of the verification examples with those of other previous researchers. With the use of smart beam finite elements, simulation of free vibration control is demonstrated by sensing the voltage of the piezoelectric sensors and by applying the voltages to the piezoelectric actuators.
This paper presents a physically-based haptic rendering algorithm for a deformable object based on visual information about the intervention between a tool and a real object in a remote place. The physically-based model of a deformable object is created from the mechanical properties of the object and the captured image obtained with a CCD camera. When a slave system exerts manipulation tasks on a deformable object, the reaction force for haptic rendering is computed using boundary element method. Snakes algorithm is used to obtain the geometry information of a deformable object. The proposed haptic rendering algorithm can provide haptic feedback to a user without using a force transducer in a teleoperation system.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.2
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pp.127-134
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2004
In this paper, human motor behaving model based sensory motor coordination(SMC) algorithm is implemented on robotic grasping task. Compare to conventional SMC models which connect sensor to motor directly, the proposed method used biologically inspired human behaving system in conjunction with SMC algorithm for fast grasping force control of robot arm. To characterize various grasping objects, pressure sensors on hand gripper were used. Measured sensory data are simultaneously transferred to perceptual mechanism(PM) and long term memory(LTM), and then the sensory information is forwarded to the fastest channel among several information-processing flows in human motor system. In this model, two motor learning routes are proposed. One of the route uses PM and the other uses short term memory(STM) and LTM structure. Through motor learning procedure, successful information is transferred from STM to LTM. Also, LTM data are used for next moor plan as reference information. STM is designed to single layered perception neural network to generate fast motor plan and receive required data which comes from LTM. Experimental results showed that proposed method can control of the grasping force adaptable to various shapes and types of greasing objects, and also it showed quicker grasping-behavior lumining time compare to simple feedback system.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.4
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pp.725-728
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2008
An elbow orthosis with a pneumatic rubber actuator has been developed to assist and enhance upper limbs movements and has been examined for the effectiveness. The effectiveness of the elbow orthosis was examined by comparing muscular activities during alternate dumbbell curl motion wearing and not wearing the orthosis. The subjects participated in the experiment were younger adults in their twenties. The subjects were instructed to perform dumbbell curl motion in a sitting position wearing and not wearing orthosis in turn and a dynamometer was used to measure elbow joint torque outputs in an isokinetic mode. Orthosis was controlled using contractile muscle force that is measured from force sensor through cDAQ-9172 board. The air pressure of the pneumatic actuator was 0.3MPa the most suitable air pressure. For the analysis of muscular activities, Electromyography of the subjects was measured during alternate dumbbell curl motion. The experiment results showed that the muscular activities wearing the elbow orthosis were reduced. With this, we confirmed the effectiveness of the developed elbow orthosis.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.11
s.104
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pp.1295-1302
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2005
This paper shows experimental evaluation results of the nano-positioning planar scanner used in the scanning probe microscope. The planar scanner is composed of flexure guides, piezoelectric actuators and feedback sensors as like explained in detail in Ref. (5). First, the fabrication methods were explained. Second, as the static Properties of the Planar scanner. we evaluated the maximum travel range & crosstalk. Also, we presented the correcting method for crosstalk using electric circuits finally. as the dynamic properties of the planar scanner, we evaluated the first resonant frequency. Also, we presented the actual AFM(atomic force microscope) imaging results with up to 2Hz imaging scan rate. Experimental results show that properties of the proposed planar scanner are well enough to be used in SPM applications like AFM.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.196-199
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2005
Flow traveling over a cavity opening forms a vortex due to unstable shear layer and induces an aerodynamic pressure excitation from the diffusion of the vortex convecting out of the trailing edge of the opening. The interaction between the excitation force and the cavity response sustains resonance in the resonator(cavity) and locked-in vortex shedding at the leading edge of the opening. The aerodynamic excitation force can be described from the diffusion of the vortex over the trailing edge and the level of its diffusivity is related to the strength of vorticity seeded at the loading edge. In this study, the control scheme of the internal pressure oscillation was proposed from regulating the vorticity at the leading edge by use of an oscillating spoiler. It was found that the relative motion between the spoiler and the air mass at the cavity opening influenced vorticity strength and the control was achieved by direct feedback of the cavity pressure fluctuation to the actuator.
Objective: Purpose of this study was to compare muscle activity ratio of multifidus to erector spinalis according to various cueing including tactile stimulation to provide an effective strategy to provide verbal and tactile feedback during exercise to provoke multifidus muscle activation. Design: Cross-sectional study. Methods: Participants of this study included 28 healthy adults. Muscle activities of the multifidus and erector spinalis were measured while the participants performed tasks according to the three different methods of verbal cueing and three different tactile stimulation. Surface EMG was used to measure the muscular activity of the muscles during all the tasks. Results: Tactile stimulation to abdomen and lumbar vertebrae showed no significant difference in the muscle activity ratio (p>0.05). However, muscle activity ratio of the multifidus in relation to the erector spinalis was increased when subjects were given verbal instructions to make lumbar curvature with little force and to make lumbar curvature while pulling navel (p<0.05). However, it was decreased when they were provided with verbal instruction to make lumbar curvature with strong force (p<0.05). Conclusions: According to the results, proper verbal instruction was an effective tool to increase the muscular activity of multifidus. This study aimed to find and provide the most appropriate verbal cueing while doing exercises to activate multifidus.
Eliasi, Hussein;Yazdani, Hessam;Khatibinia, Mohsen;Mahmoudi, Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.5
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pp.633-645
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2022
The active tuned mass damper (ATMD) is an efficient and reliable structural control system for mitigating the dynamic response of structures. The inertial force that an ATMD exerts on a structure to attenuate its otherwise large kinetic energy and undesirable vibrations and displacements is proportional to its excursion. Achieving a balance between the inertial force and excursion requires a control law or feedback mechanism. This study presents a technique for the optimum design of a sliding mode controller (SMC) as the control law for ATMD-equipped structures subjected to earthquakes. The technique includes optimizing an SMC under an artificial earthquake followed by testing its performance under real earthquakes. The SMC of a real 11-story shear building is optimized to demonstrate the technique, and its performance in mitigating the displacements of the building under benchmark near- and far-fault earthquakes is compared against that of a few other techniques (proportional-integral-derivative [PID], linear-quadratic regulator [LQR], and fuzzy logic control [FLC]). Results indicate that the optimum SMC outperforms PID and LQR and exhibits performance comparable to that of FLC in reducing displacements.
Kim, Youngduk;Park, Su Hyeon;Ryu, Seonghyun;Song, Chul Ki;Lee, Ho Seong
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.11
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pp.43-51
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2021
A robust tracking controller design was developed for a rotary motion control system. The friction force versus the angular velocity was measured and modeled as a combination of linear and nonlinear components. By adding a model-based friction compensator to a nominal proportional-integral-derivative controller, it was possible to build a simulated control system model that agreed well with the experimental results. A zero-phase error tracking controller was selected as the feedforward tracking controller and implemented based on the estimated closed-loop transfer function. To provide robustness against external disturbances and modeling uncertainties, a disturbance observer was added in the position feedback loop. The performance improvement of the overall tracking controller structure was verified through simulations and experiments.
This paper describes the posture stabilization control of a bipedal transformer robot being developed for military use. An inverted pendulum model with a rectangular that considers the robot's inertia is proposed, and a posture stabilization moment that can maintain the body tilt angle is derived by applying disturbance observer and state feedback control. In addition, vertical force and posture stabilization moments that can maintain the body height and balance are derived through QP optimization to obtain the necessary torques and vertical force for each foot. The roll and pitch angles of the IMU sensor attached to the robot's feet are reflected in the ankle joint to enable flexible adaptation to changes in ground inclination. Finally, the effectiveness of the proposed algorithm in posture stabilization is verified by comparing and analyzing the difference in body tilt angle due to disturbances and ground inclination changes with and without algorithm application, using Gazebo dynamic simulation and a down-scale test platform.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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