Kim, Hyo-Gon;Lee, Jong-Won;Park, Sangdeok;Han, Changsoo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.2
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pp.219-225
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2015
Because a hydraulic actuator has high power and force densities, this allows the weight of the robot's limbs to be reduced. This allows for good dynamic characteristics and high energy efficiency. Thus, hydraulic actuators are used in some exoskeleton robots and quadrupedal robots that require high torque. Force control is useful for robot compliance with a user or environment. However, force control of a hydraulic robot is difficult because a hydraulic servo system is highly nonlinear from a control perspective. In this study, a nonlinear model was used to develop a simulation program for a hydraulic servo system consisting of a servo valve, transmission lines, and a cylinder. The problems and considerations with regard to the force control performance for a hydraulic servo system were investigated. A force control method using the nonlinear model was proposed, and its effect was evaluated with the simulation program.
Semi-active control systems have attracted a great deal of attention in recent years because these systems can operate on battery power alone, proving advantageous during seismic events when the main power source of the structure may likely fail. The behavior of semi-active devices is often highly non-linear and requires suitable and efficient control algorithm. This paper presents the comparative study and performance of variable semi-active friction dampers by using recently proposed predictive control law with direct output feedback. In this control law, the variable slip force of semi-active variable friction damper is kept slightly lower than the critical friction force, which allows the damper to remain in the slip state during an earthquake, resulting in improved energy dissipation capability. This control algorithm is able to produce a continuous and smooth slip forces for a variable friction damper. The numerical examples include a structure controlled with multiple variable semi-active friction dampers and with multiple passive friction dampers. A parameter, gain multiplier defined as the ratio of damper force to critical damper control force, is investigated under four different real earthquake ground motions, which plays an important role in the present control algorithm of the damper. The numerically evaluated optimum parametric value is considered for the analysis of the structure with dampers. The numerical results of the variable friction dampers show better performance over the passive dampers in reducing the seismic response of structures.
This paper addresses both theoretical and experimental studies of the stability of haptic interfaces during the simulation of virtual Coulomb friction. The first objective of this paper is to present an analysis of how friction affects stability in terms of the describing function method and the absolute stability theory. Two different feedback methods are introduced and are used to evaluate the analysis: an active force feedback, using a motor, and a passive force feedback, using controllable brake. The second objective of this paper is to present a comparison of the theoretical and experimental results. The results indicate that the sustained oscillations due to the limit cycle occur when simulating friction with an active force feedback. In contrast, a passive force feedback can simulate virtual friction without the occurrence of instability. In conclusion, a hybrid active/passive force feedback is proposed to simulate a highly realistic friction display.
Seismic response control method of the bridge structures with semi-active control device, i.e., magneto-rheological (MR) damper, is studied in this paper. Design of various kinds of clipped optimal controller and fuzzy controller are suggested as a semi-active control algorithm. For determining the control force of MR damper, clipped optimal control method adopts bi-state approach, but the fuzzy control method continuously quantifies input currents through fuzzy inference mechanism to finely modulate the damper force. To investigate the performances of the suggested control techniques, numerical simulations of a multi-span continuous bridge system subjected to various earthquakes are performed, and their performances are compared with each other. From the comparison of results, it is shown that the fuzzy control system can provide well-balanced control force between girder and pier in the view point of structural safety and stability and be quite effective in reducing both girder and pier displacements over the existing control method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.5
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pp.484-489
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2011
Some patients can't use their hands because of inherent and acquired paralysis of their fingers. Their fingers can recover with rehabilitative training, and the extent of rehabilitation can be judged by grasping a cylindrical-object with their fingers. At present, the cylindrical-object used in hospitals is only a cylinder which cannot measure grasping force of the fingers. Therefore, doctors must judge the extent of rehabilitation by watching patients' fingers as they grasp the cylinder. A cylindrical-type finger force measuring system which can measure the grasping force of patients' fingers should be developed. This paper looks at the development of a cylindrical-type finger force measuring system with two-axis force/moment sensor which can measure grasping force. The two-axis force/moment sensor was designed and fabricated, and the high-speed force measuring device was designed and manufactured by using DSP (digital signal processing). Also, cylindrical-type finger force measuring system was developed using the developed two-axis force/moment sensor and the high-speed force measuring device, and the grasping force tests of men were performed using the developed system. The tests confirm that the average finger forces of right and left hands for men were about 186N and 172N respectively.
The purpose of this study was to investigate changes of the mandible of a growing rat when they are subjected to a retractive force and those after removal of the retractive force. The experimental animals were Sprague-Dawley male rats of four weeks of age. A mandible was retracted with 50 grams of force on each side in the posterior and superior direction for 8 hours per day. The animals were sacrificed after 1 week, 2-week and 4-week force application, and after 4-week force application-4-week force removal period. The changes of rat mandibular growth following retractive force on the growing rat mandible were observed histologically and biometrically. The findings were as follows ; 1. Histologically, the thickness of the condylar cartilage was slightly reduced in the anterosuperior region with the retractive force. However, in the group of 4-week force application-4-week force removal, there was no significant difference in the thickness of the condylar cartilage. 2. There were no significant histological changes in the articular disk and glenoid fossa through the experimental period. 3. The length and anterior height of the mandible subjected to the retractive force were significantly smaller and greater than those of the control group. 4. There were no significant differences in the mandibular length between 4-week force application - 4-week force removal and the control group. 5. It was concluded that a mandibular retractive force produced inhibitory effects in the growth of the mandible, but that these effects were not sustained during mandibular growth in this experimental model.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.6
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pp.502-509
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2005
In this paper, a 4-wheel vehicle model including the effects of tire slip was considered, along with variable parameter sliding control, in order to improve the performance of the vehicle longitudinal response. The variable sliding parameter is made to be proportional to the square root of the pressure derivative at the wheel, in order to compensate for large pressure changes in the brake cylinder. A typical tire force-relative slip curve for dry road conditions was used to generate an analytical tire force-relative slip function, and an antilock sliding control process based on the analytical tire force-relative slip function was used. A retrofitted brake system, with the pushrod force as the end control parameter, was employed, and an average decay function was used to suppress the simulation oscillations. The simulation results indicate that the velocity and spacing errors were slightly larger than those obtained when the wheel slip effect was not considered, that the spacing errors of the lead and follower were insensitive to the adhesion coefficient up to the critical wheel slip value, and that the limit for the antilock control under non-constant adhesion road conditions was determined by the minimum value of the equivalent adhesion coefficient.
Recently, as the environmental regulation for earth moving equipment has been tightened, advanced systems using electronic control have been introduced for energy savings. An IMV(Independent Metering Valve), which consists of four 2-way valves, is one of the electro-hydraulic control systems that provides more flexible controllability and potential for energy savings in excavators, when compared to the conventional 4-way spool valve system. To fully realize an IMV, a two-stage bi-directional flow control valve which can regulate the large amount of flow in both directions, should be developed in advance. A simple design that allows proportional flow control to apply the pilot pressure from the current-controlled solenoid to the spring loaded flow control spool and thus valve displacement, is proportional to the solenoid current. However, this open-loop type valve is vulnerable to flow force which directly affects the valve displacement. Force feedback servo of which the position loop is closed by the feedback spring which interconnects the solenoid valve and flow control spool, could compensate for the flow force. In this study, linearity for the solenoid current input and robustness against load pressure disturbance is investigated by linear analysis of the static nonlinear equations for the IMV proportional flow control valve with feedback spring. Gains of the linear system confirm the performance improvement with the feedback spring design.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.16
no.5
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pp.475-481
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2004
This paper presents a force model of the clean tube system, which was developed as a means of transferring air-floated wafers inside a closed tube filled with super clean air. The recovering force from the holes for floating wafers is modeled as a linear spring and thus the wafers motion is modeled as a mass-spring-damper system. The propelling forces are modeled as linear along with the wafer location. The paper also proposes a control method to emit and stop a wafer at the center of a control unit. It reveals the minimum value of the propelling force to leave from the control unit. In order to stop the wafer, it utilizes the exact time when the wafer arrives at the position to activate the propelling force. Experiments with the clean tube system built for the 12 inch wafer shows the validity of the proposed model and the algorithm.
This paper is concerned with the theoretical and experimental study on the force control of a miniature robotic finger that grasps an object at three other positions with the fingertip. The artificial finger is a uniform flexible cantilever beam equipped with a distributed set of compact grasping force sensors. Control action is applied by a piezoceramic bimorph strip placed at the base of the finger. The mathematical model of the assembled electro- mechanical system is developed. The distributed sensors are described by a set of concentrated mass-spring system. The formulated equations of motion are then applied to a control problem in which the finger is commanded to grasp an object. The H$_{\infty}$-controller is introduced to drive the finger. The usefulness of the proposed control technique is verified by simulation and experiment..
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[게시일 2004년 10월 1일]
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