Vosoughi, Ali R.;Malekzadeh, Parviz;Topal, Umut;Dede, Tayfun
Steel and Composite Structures
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v.28
no.4
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pp.509-516
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2018
The differential quadrature (DQ) and teaching-learning based optimization (TLBO) methods are coupled to introduce a hybrid numerical method for maximizing fundamental natural frequency of laminated composite skew plates. The fiber(s) orientations are selected as design variable(s). The first-order shear deformation theory (FSDT) is used to obtain the governing equations of the plate. The equations of motion and the related boundary conditions are discretized in space domain by employing the DQ method. The discretized equations are transferred from the time domain into the frequency domain to obtain the fundamental natural frequency. Then, the DQ solution is coupled with the TLBO method to find the maximum frequency of the plate and its related optimum stacking sequences of the laminate. Convergence and applicability of the proposed method are shown and the optimum fundamental frequency parameter of the plates with different skew angle, boundary conditions, number of layers and aspect ratio are obtained. The obtained results can be used as a benchmark for further studies.
We present six-degree-of-freedom (6DoF) haptic rendering algorithms using translational ($PD_t$) and generalized penetration depth ($PD_g$). Our rendering algorithm can handle any type of object/object haptic interaction using penalty-based response and makes no assumption about the underlying geometry and topology. Moreover, our rendering algorithm can effectively deal with multiple contacts. Our penetration depth algorithms for $PD_t$ and $PD_g$ are based on a contact-space projection technique combined with iterative, local optimization on the contact-space. We circumvent the local minima problem, imposed by the local optimization, using motion coherence present in the haptic simulation. Our experimental results show that our methods can produce high-fidelity force feedback for general polygonal models consisting of tens of thousands of triangles at near-haptic rates, and are successfully integrated into an off-the-shelf 6DoF haptic device. We also discuss the benefits of using different formulations of penetration depth in the context of 6DoF haptics.
Kwon Ohung;Kang Minsung;Park Jong Hyeon;Choi Moosung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.9
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pp.833-839
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2004
This paper proposes a method that minimizes the consumed energy by searching the optimal locations of the mass centers of links composing of a biped robot using Real-Coded Genetic Algorithm. Generally, in order to utilize optimization algorithms, the system model and design variables must be defined. Firstly, the proposed model is a 6-DOF biped robot composed of seven links, since many of the essential characteristics of the human walking motion can be captured with a seven-link planar biped walking in the saggital plane. Next, Fourth order polynomials are used for basis functions to approximate the walking gait. The coefficients of the fourth order polynomials are defined as design variables. In order to use the method generating the optimal gait trajectory by searching the locations of mass centers of links, three variables are added to the total number of design variables. Real-Coded GA is used for optimization algorithm by reason of many advantages. Simulations and the comparison of three methods to generate gait trajectories including the GCIPM were performed. They show that the proposed method can decrease the consumed energy remarkably and be applied during the design phase of a robot actually.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.10
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pp.44-52
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1990
A collision-free trajectory planning for two robots with designated paths is considered. The proposed method is based on the concept of decomposing the planning problem into two steps: one is determining coordination of two robots, and the other is velocity planning with determined coordination. Dynamics and maximum allowable joint velocities are also taken into consideration in the whole planning process. The proposed algorithm is converted into numerical calculation version based on neural optimization network. To show the usefulness of proposed method, an example of trajectory planning for 2 SCARA type robot in common workspace is illustrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.4
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pp.730-737
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1988
Determining the robot motion using optimal technique has been studied often in recent years however the study of determining the optimal robot dimensions is very rare. In this paper, the authors attempted to find out the least driving torques at each joint as the optimization of link length refered to a 3R robot manipulator. For the given linear path with triangular velocity profile, the inverse kinematic and inverse dynamic problems are examined in order to lead into solution of problem suggested for optimal design of link lengths. Accordingly, optimal link lengths in the case of given linear path is obtained with respect to the parameter of link ratios.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.5
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pp.589-597
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2011
In this paper, optimal tuning of a cross-coupled controller linked with the feedforward controller and the disturbance observer is studied to improve contouring and tracking accuracy as well as robustness against disturbance. Previously developed integrated design and optimal tuning methods are applied for developing the robust tuning method. Strict mathematical modeling of the multivariable system is formulated as a state-space equation. Identification processes of the servomechanism are conducted for mechanical servo models. An optimal tuning problem to minimize both the contour error and settling time is formulated as a nonlinear constrained optimization problem including the relevant controller parameters of the servo control system. Constraints such as relative stability, robust stability and overshoot, etc. are considered for the optimization. To verify the effectiveness of the proposed optimal tuning procedure, linear and circular motion experiments are performed on the xy-table. Experimental results confirm the control performance and robustness despite the variation of parameters of the mechanical subsystems.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.869-873
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2008
Optimization method for the open loop commutation time intervals in HDD spindle start-up control is presented in this paper. A hard disk drive(HDD) uses a sensorless brushless DC motor(BLDC) for the platter rotation. Because there is no direct sensor for the rotor position, open loop commutations after sensing the rotor position at a standstill using inductive sensing method are performed to speed up the rotor up to a certain speed where the zero crossings of the back electromotive force(EMF) are measurable. Therefore successful open loop commutations are necessary for the stable start-up control of the spindle motors. Random neighborhood search(RNS) algorithm is introduced as a optimization technic in this paper. Rotor speed and its standard deviation are used as a cost function and commutation intervals obtained from the spindle motion equation are used as initial parameter values for the RNS. With the help of the proposed method optimized open loop commutation time intervals for the very low start-up current are acquired and tested. The experimental results shows that the proposed method can decrease the start-up failure rate of a HDD spindle motor.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.2
no.4
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pp.217-222
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2010
Since 1980's, optimum design techniques for ship structural design have been developed to the preliminary design which aims at minimum weight or minimum cost design of mid-ship section based on analytic structural analysis. But the optimum structural design researches about the application for the detail design of local structure based on FEA have been still insufficient. This paper presents optimization technique for the detail design of a racing motor boat. To improve the performance and reduce the damage of a real existing racing boat, direct structural analyses; static and non-linear transient dynamic analyses, were carried out to check the constraints of minimum weight design. As a result, it is shown that the optimum structural design of a racing boat has to be focused on reducing impulse response from pitching motion than static response because the dynamic effect is more dominant. Optimum design algorithm based on nonlinear finite element analysis for a racing motor boat was developed and coded to ANSYS, and its applicability for actual structural design was verifed.
Ha, Sung-Hoon;Kim, Hyung-Seob;Choi, Seung-Bok;Woo, Je-Kwan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.6
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pp.499-505
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2011
This paper presents optimal design of controllable magnetorheological suspension unit for a tracked vehicle. As a first step, a double-rod type MR suspension unit is designed on the basis of the Bingham model of commercially available MR fluid, and its damping characteristics are evaluated with respect to the intensity of the magnetic field. Subsequently, the governing equation of motion of the MR suspension system featuring the MR valve is established. Then, the optimization problem to find optimal geometric dimensions of the MR supension unit is formulated by considering an objective function which is related to damping torque and control energy. The first order optimization method intergrated with a commercial finite element method(FEM) software is adopted to obtain optimal solution of the system. The performance characteristics of the optimized MR susepnsion unit is then evaluated and compared with initial one.
In this study, optimal distribution of springs which supports a cantilever beam is investigated to minimize two objective functions defined. The optimal size and location of the springs are ascertained to minimize the tip deflection of the cantilever beam. Afterwards, the optimization problem of springs is set up to minimize the tip absolute acceleration of the beam. The Fourier Transform is applied on the equation of motion and the response of the structure is defined in terms of transfer functions. By using any structural mode, the proposed method is applied to find optimal stiffness and location of springs which supports a cantilever beam. The stiffness coefficients of springs are chosen as the design variables. There is an active constraint on the sum of the stiffness coefficients and there are passive constraints on the upper and lower bounds of the stiffness coefficients. Optimality criteria are derived by using the Lagrange Multipliers. Gradient information required for solution of the optimization problem is analytically derived. Optimal designs obtained are compared with the uniform design in terms of frequency responses and time response. Numerical results show that the proposed method is considerably effective to determine optimal stiffness coefficients and locations of the springs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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