In this study, dynamic optimal design far a two degree-of-freedom anthropomorphic robot module is performed. Several dynamic design indices associated with the inertia matrix and the inertia power array are introduced. Analysis for the relationship between the dynamic parameters and the design indices shows that trade-offs exist between the isotropy and the dynamic design indices related to the actuator size. A composite design index is employed to deal with multi-criteria based design with different weighting factors, in a systematic manner. We demonstrate the fact that dynamic optimization is another significant step to enhance the system performances, followed by kinematic optimization.
This paper presents a new hybrid serial-parallel robot(HSPR), which has six degrees of freedom driven by ball screw linear actuators and motored joints. This hybrid robot design presents a compromise between high rigidity of fully parallel manipulators and extended workspace of serial manipulators. The hybrid robot has a large, singularity-free workspace and high stiffness. Therefore, the presented kinematic structure of the hybrid robot is particularly suitable for multi-tasking machining processes such as milling, drilling, deburring and grinding. In addition to the machining processes, the hybrid robot can be used for welding, fixturing, material handling and so on. The study on design of the hybrid robot is performed. A kinematic analysis and mechanism description of the hybrid robot with six-controlled degree of freedom is presented. In the virtual design works by DADS, workspace and force analysis are discussed. A numerical model is treated to demonstrate our analysis and to determine the range of permissible extension of the struts. Also, we determine some important design parameters for the hybrid robot.
Targeting a floating wave and offshore wind hybrid power generation system (FWWHybrid) designed in the Republic of Korea, this study examines the impact of the interaction, with multiple wave energy converters (WECs) placed on the platform, on platform motion. To investigate how the motion of WECs affects the behavior of the FWWHybrid platform, it was numerically compared with a scenario involving a 'single-body' system, where multiple WECs are constrained to the platform. In the case of FWWHybrid, because the platform and multiple WECs move in response to waves simultaneously as a 'multi-body' system, hydrodynamic interactions between these entities come into play. Additionally, the power take-off (PTO) mechanism between the platform and individual WECs is introduced for power production. First, the hydrostatic/dynamic coefficients required for numerical analysis were calculated in the frequency domain and then used in the time domain analysis. These simulations are performed using the extended HARP/CHARM3D code developed from previous studies. By conducting regular wave simulations, the response amplitude operator (RAO) for the platform of both single-body and multi-body scenarios was derived and subsequently compared. Next, to ascertain the difference in response in the real sea environment, this study also includes an analysis of irregular waves. As the floating body maintains its position through connection to a catenary mooring line, the impact of the slowly varying wave drift load cannot be disregarded. To assess the influence of the 2nd-order wave exciting load, irregular wave simulations were conducted, dividing them into cases where it was not considered and cases where it was included. The analysis of multi-degree-of-freedom behavior confirmed that the action of multiple WECs had a substantial impact on the platform's response.
Bojorquez, Eden;Bojorquez, Juan;Ruiz, Sonia E.;Reyes-Salazar, Alfredo;Velazquez-Dimas, Juan
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.6
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pp.755-773
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2013
One of the main requirements of the seismic design codes must be its easy application by structural engineers. The use of practically-applicable models or simplified models as single-degree-of-freedom (SDOF) systems is a good alternative to achieve this condition. In this study, deterministic and probabilistic response transformation factors are obtained to evaluate the response in terms of maximum ductility and maximum interstory drifts of multi-degree-of-freedom (MDOF) systems based on the response of equivalent SDOF systems. For this aim, five steel frames designed with the Mexican City Building Code (MCBC) as well as their corresponding equivalent SDOF systems (which represent the characteristics of the frames) are analyzed. Both structural systems are subjected to ground motions records. For the MDOF and the simplified systems, incremental dynamic analyses IDAs are developed in first place, then, structural demand hazard curves are obtained. The ratio between the IDAs curves corresponding to the MDOF systems and the curves corresponding to the simplified models are used to obtain deterministic response transformation factors. On the other hand, demand hazard curves are used to calculate probabilistic response transformation factors. It was found that both approaches give place to similar results.
Over the past few decades, seismic retrofitting of structural systems has been significantly improved by the adoption of various methods such as FRP composite wraps, base isolation systems, and passive/active damper control systems. In parallel with this trend, probabilistic risk assessment (PRA) for structural and nonstructural components has become necessary for risk mitigation and the achievement of reliable designs in performance-based earthquake engineering. The primary objective of the present study was to evaluate the effect on piping fragility at T-joints due to seismic retrofitting of structural systems with passive energy-dissipation devices (i.e., linear viscous dampers). Three mid-rise building types were considered: without any seismic retrofitting; with distributed damper systems; with optimal placement of dampers. The results showed that the probability of piping system failure was considerably reduced in a Multi Degree of Freedom (MDOF) building retrofitted with optimal passive damper systems at lower floor levels. This effect of damper systems on piping fragility became insignificant as the floor level increased.
This paper summarizes results of a comprehensive analytical study aimed at evaluating the influence of strong ground motion duration on residual displacement demands of single-degree-of-freedom (SDOF) and multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. For that purpose, two sets of 20 earthquake ground motions representative of short-duration and long-duration records were considered in this investigation. While the influence of strong ground motion duration was evaluated through constant-strength residual displacement ratios, $C_r$, computed from the nonlinear response of elastoplastic SDOF systems, its effect on the amplitude and height-wise distribution of residual drift demands in MDOF systems was studied from the response of three one-bay two-dimensional generic frame models. In this investigation, an inelastic ground motion intensity measure was employed to scale each record, which allowed reducing the record-to-record variability in the estimation of residual drift demands. From the results obtained in this study, it was found that long strong-motion duration records might trigger larger median $C_r$ ratios for SDOF systems having short-to-medium period of vibration than short strong-motion duration records. However, taking into account the large record-to-record variability of $C_r$, it was found that strong motion duration might not be statistically significant for most of the combinations of period of vibration and levels of lateral strength considered in this study. In addition, strong motion duration does not have a significant influence on the amplitude of peak residual drift demands in MDOF systems, but records having long strong-motion duration tend to increase residual drift demands in the upper stories of long-period generic frames.
Herian A. Leyva;Eden Bojorquez;Juan Bojorquez;Alfredo Reyes;Fabrizio Mollaioli;Omar Payan;Leonardo Palemon;Manual A. Barraza
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.3
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pp.313-323
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2024
Most of existing buildings in Mexico City are made of reinforced concrete (RC), however, it has been shown that they are very susceptible to narrow-band long duration ground motions. In recent years, the use of dual systems composed by Buckling Restrained Braces (BRB) has increased due to its high energy dissipation capacity under reversible cyclical loads. Therefore, in this work the behavior of RC buildings with BRB is studied in order to know their performance, specifically, the energy distribution through height and response transformation factors between the RC and simplified systems are estimated. For this propose, seven RC buildings with different heights were designed according to the Mexico City Seismic Design Provisions (MCSDP), in addition, equivalent single degree of freedom (SDOF) systems were obtained. Incremental dynamic analyses on the buildings under 30 narrow-band ground motions in order to compute the relationship between normalized hysteretic energy, maximum inter-story drift and roof displacement demands were performed. The results shown that the entire structural frames participate in energy dissipation and their distribution is independent of the global ductility. The results let propose energy distribution equations through height. Finally, response transformation factors between the SDOF and multi degree of freedom (MDOF) systems were developed aimed to propose a new energy-based approach of BRB reinforced concrete buildings.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.2
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pp.208-219
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1999
Springs have been employed in a wide range of mechanical systems. This work deals with the concept of an adaptable spring mechanism which can arbitrarily modulate its spring characteristics. The adaptable spring is desired for enhancing performances of various mechanical systems employing springs. We demonstrate that such adaptable springs can be realized by adapting anthropomorphic musculoskeletal structures of the human upper-extremity, which possesses highly nonlinear kinematic-coupling among redundant muscles existing in its structures. This phenomenon has been explained by several human arm models. Based on the analysis results, we propose multi-degree-of-freedom spring mechanisms resembling the musculoskeletal structure of the human upper-extremity, and verifiy the applicability of these mechanisms through simulation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.596-599
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2004
The media transport systems, such as printers, copiers, facsimile, ATMs, cameras, etc., have been widely used and being developed rapidly. In the development of those systems, the media feeding mechanism is an important key technology for the design and development of the media transport systems. In this paper, a multi-degree of freedom sheet model with dynamic contact conditions is presented to understand the mechanism of sticking and jamming. A sheet is modelled as a cantilever beam and the feeding velocity is assumed to be constant. The relation between the feeding velocity and the coefficient of friction for guaranteeing stable feeding is presented. Simulations are performed for a horizontal linear guide and a oblique linear guide, calculating the contact force and contact states of mass points.
An innovative multi-story Semi-Active Tuned Mass Damper (SATMD) building system is proposed to control seismic response of existing structures. The application of adding new stories as large tuned mass and semi-active (SA) resettable actuators as central features of the control scheme is derived. For the effective control of the structures, the optimal tuning parameters are considered for the large mass ratio, for which a previously proposed equation is used and the practical optimal stiffness is allocated to the actuator stiffness and rubber bearing stiffness. A two-degree-of freedom (2-DOF) model is adopted to verify the principal efficiency of the suggested structural control concept. The simulations for this study utilizes the three ground motions, from SAC project, having probability of exceedance of 50% in 50 years, 10% in 50 years, and 2% in 50 years for the Los Angeles region. 12-story moment resisting frames, which are modified as '12+2' and '12+4' story structures, are investigated to assess the viability and effectiveness of the system that aims to reduce the response of the buildings to earthquakes. The control ability of the SATMD scheme is compared to that of an uncontrolled and an ideal Passive Tuned Mass Damper (PTMD) building system. From the performance results of suggested '12+2' and '12+4' story retrofitting case studies, SATMD systems shows significant promise for application of structural control where extra stories might be added.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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