Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.1
no.1
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pp.16-20
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1999
Like the usual systems, the industrial robot manipulator has some constraints for motion. Usually we hope that the manipulators move fast to accomplish the given task. The problem can be formulated as the time-optimal control problem under the constraints such as the limits of velocity, acceleration and jerk. But it is very difficult to obtain the exact solution of the time-optimal control problem. This paper solves this problem in two steps. In the first step, we find the minimum time trajectories by optimizing cubic polynomial joint trajectories under the physical constraints using the modified evolution strategy. In the second step, the controller is optimized for robot manipulator to track precisely the optimized trajectory found in the previous step. Experimental results for SCARA type manipulator show that the proposed method is very useful.
During the operation of crane system in container yard, the objective is to transport the load to a goal position as quick as possible without rope oscillation. The container crane is generally operated by an expert operator, but recently an automatic control system with high speed and rapid transportation is required. Therefore, we developed an optimal controller which has to control the crane system with disturbances. In this paper, we present a design of optima 2-DOF PID controller for the control of gantry crane which has to control swing motion and trolley position. We used evolution strategy(ES) to tune the parameters of 2-DOF PID controller. It was compared with general PID controller. The computer simulations show that the proposed method has better performances than the other method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.5
s.236
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pp.777-785
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2005
The swing motion control problem of a container hanging on the trolly is considered in the paper. In the container crane control problem, suppressing the residual swing motion of the container at the end of acceleration, deceleration or the case of that the unexpected disturbance input exists is main issue. For this problem, in general, many trolley motion control strategies are introduced and applied. In this paper, we introduce and synthesize a swing motion control system in which a small auxiliary mass is installed on the spreader made by ourselves. In this control system, the actuator reacting against the auxiliary mass applies inertial control forces to the container to reduce the swing motion in the desired manner. In many studies, the controllers used to suppress the vibration have been synthesized for the given mathematical model of plants. And, the designers have not been able to utilize the degree of freedom to adjust the structural parameters for the control object. To overcome this problem, so called 'Structure/control Simultaneous Method' is used. In this paper, the simultaneous design method is used to determine the optimum weight of moving mass such that the optimal system performance would be achieved. And the experimental result shows that the proposed control strategy is useful to the case of that the controlled system is exposed to the uncertainties and, robust to the unexpected disturbance inputs.
This study shows a control strategy that acquires both precision and manipulation sensitivity of remote center motion with manual traction for a surgical assistant robot. Remote center motion is an essential function of a laparoscopic surgical robot. The robot has to keep the position of the insertion port in a three-dimensional space, and general laparoscopic surgery needs 4-DoF (degree-of-freedom) motions such as pan, tilt, spin, and forward/backward. The proposed robot consists of a 6-axis collaborative robot and a 2-DoF end-effector. A 6-axis collaborative robot performs the cone-shaped trajectory with pan and tilt motion of an end-effector maintaining the position of remote center. An end-effector deals with the remaining 2-DoF movement. The most intuitive way a surgeon manipulates a robot is through direct teaching. Since the accuracy of maintaining the remote center position is important, direct teaching is implemented based on position control in this study. A force/torque sensor which is attached to between robot and end-effector estimates the surgeon's intention and generates the command of motion. The predefined remote center position and the pan and tilt angles generated from direct teaching are input as a command for position control. The command generation algorithm determines the direct teaching sensitivity. Required torque for direct teaching and accuracy of remote center motion are analyzed by experiments of panning and tilting motion.
Autonomous Mobile Robot(AMR) is a field of study which is under active research along with rapid development of the engineering technology. The main reasons for the high interest in AMR are because of its ability to change work space freely and its capability to replace human being for difficult and dangerous jobs. Also the fact that AMR provides a variety of research fields, such as path planning, navigation algorithm, sensor fusion, image processing, and controller design is part of the reason for its popularity. But relatively few researches are concerned with controller. So in this paper, a control strategy of mobile robot with nonholonomic constraint for tracking ordered discontinuous motion is proposed. The proposed control strategy has been designed as a state feedback shape to allow the AMR to obtain continuous velocity and track the path which is composed of discontinuous motions. In order to design such controller, 3 states have been reduced to 2 states through coordinate projection. These ideas are tested for validity through simulation and simulation result is compared with experiments result.
This paper deals with a strategy of gain optimization for the kinematic control algorithm of a wire-driven surgical robot. The proposed controller consists of the closed-loop inverse kinematics with the back-calculation method. The closed-loop inverse kinematics has 18 PID control gains, and the back-calculation method has 6 gains. An efficient strategy is designed to optimize 18 values first and then the remaining 6 values. The optimal gain sets are searched under the step input with performance indices. In this gain optimization, the objective function is defined as the minimum value of signal-to-noise ratio of the performance indices for 6 DoF (Degree-of-Freedom) motion that is based on the Taguchi method, and the constraints are applied to obtain stable responses for each motion evenly. The gain sets obtained are verified by simulations using the test trajectories. In comparative results, the optimal gain value based on the performance index combined with ISE (integral of square error) and settling time showed the best control performance.
This work provides the biomechanical evaluations of a manual wheelchair with a bi-directional driving system. The new propulsion strategy can be accomplished by employing a special gear system that converts the oscillatory motion of a handrim into the unidirectional output motion of a wheel. A main feature of the forward. backward propulsion is to supply continuous driving torque without break. Motion. analysis has been performed through 2-dimensional image processing for measuring the kinematic properties of the upper arm and fore arm. Then, the inverse dynamics analysis has been done for obtaining the joint torques, the handrim forces and input/output powers. Results show that the output power by the forward. reverse propulsion is almost twice as much as that by conventional propulsion. Also, the new propulsion is expected to reduce the fatigues and injuries at arm joints by employing more muscle groups for movement. In conclusion, the forward. reverse propulsion can greatly improve the performances of manual wheelchairs by providing better mobility as well as by guaranteeing several advantages from a biomechanical viewpoint. Future development of a manual wheelchair optimized for the bi-directional propulsion will further improve the propulsion performances.
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2002.11a
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pp.74-80
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2002
A mathematical tension model for a moving web in a multi-span web handling system was derived and validated by using a simulator which includes unwinder, driven roller, winder, load cells, controllers, etc. A tension controller was designed to compensate tension disturbances generated by velocity changes of the unwinder and driven roller. From experimental results it was proved that the tension model properly expressed the tension behavior of a moving web for specific conditions. The distributed tension controller designed by using the pole-placement technique compensated the tension disturbances transfered from upsteram tension variation. Interactions between web spans including "tension transfer phenomenon" were clearly confirmed through the study. A mathematical model of lateral motion of a moving web was verified also by using the same experimental apparatus which includes displacement type guidance systems. And a feedforward control strategy was designed for more accurate control of the lateral motion of a moving web, which utilize a measured signal of the lateral displacement of web in a previous span and a more correctly identified mathematical model to estimate the disturbance of lateral motion from the previous span. This approach was turned out to be effective in improving the performance of the guidance system for more wide range disturbances.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SP
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v.46
no.3
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pp.18-27
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2009
In this paper, we propose a frame rate conversion algorithm using adaptive search-based motion estimation (ME). The proposed ME method uses recursive search, 3-step search, and single predicted search as candidates for search strategy. The best method among the three candidates is adaptively selected on a block basis according to the predicted motion type. The adaptation of the search method improves the accuracy of the estimated motion vectors while curbing the increase of computational load. To support the proposed ME method, an entire image is divided into three regions with different motion types. Experimental results show that the proposed FRC method achieves better image quality than existing algorithms in both subjective and objective measures.
Recently there has arisen concern in both the database community and the graphics society about data retrieval from large motion databases because the high dimensionality of motion data implies high costs. In this circumstance, finding an effective distance measure and an efficient query processing method for such data is a challenging problem. This paper presents an elaborate motion query processing system, SMoFinder (Similar Motion Finder), which incorporates a novel kinematic distance measure and an efficient indexing strategy via adaptive frame segmentation. To this end, we regard human motions as multi-linkage kinematics and propose the weighted Minkowski distance metric. For efficient indexing, we devise a new adaptive segmentation method that chooses representative frames among similar frames and stores chosen frames instead of all frames. For efficient search, we propose a new search method that processes k-nearest neighbors queries over only representative frames. Our experimental results show that the size of motion databases is reduced greatly (${\times}1/25$) but the search capability of SMoFinder is equal to or superior to that of other systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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