Since its introduction (e.g., [4, 6]), virtual coupling technique has been de facto way to connect a haptic device with a virtual proxy for haptic rendering and control. However, because of the single dependence on spring-damper feedback action, this virtual coupling suffers from the degraded transparency particularly during contact tasks when large device/proxy-forces are involved. In this paper, we propose a novel virtual coupling technique, which, by utilizing passive decomposition, reduces device-proxy position deviation even during the contact tasks while also scaling down (or up) the apparent inertia of the coordinated device-proxy. By doing so, we can significantly improve transparency between multiple degree of freedom (possibly nonlinear) haptic device and virtual proxy. In other to use passive decomposition, disturbance observer of [3] is adopted to estimate human force with some dead-zone modification to avoid "winding-up" force estimation in the presence of device torque saturation. Some preliminary experimental results are also given to illustrate efficacy of the proposed technique.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.24
no.6
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pp.7-14
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2000
Nowadays, the viscous damper using high viscosity oil was much to be used for engine shafting system to reduce the excessive additional stress by torsional vibration. In general, it was assumed that the viscous damper could be modelled having only damping coefficient, that is to say, whose stiffness be ignored. But it is found that there exists a jump phenomenon, as a kind of non-linear vibration, in the actual engine shafting system with a damper of high viscosity. Therefore the damper ring and the casing are modelled as two mass elastic system with a complex viscosity. Also, to analyze a non-linear phenomenon, it is assumed that the viscous damper has a linear stiffness coefficient in proportion to the angular amplitude and a non-linear stiffness coefficient in proportion to cube of the angular amplitude. For the analysis, Quasi-Newton method with BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) formula is used. Both calculated and measured values are provided in this paper which confirm the possibility of applying non-linear theory to engine shafting system with viscous damper.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.12
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pp.142-147
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1998
Developing robot hands with multi-degree-of-freedom is one of the topics that researchers have recently begun to improve the limitation by adding flexibility and dexterity. In this study, an articulated servo-pneumatic robot hand system with direct-drive joints has been developed whose main feature is the minimization of the dimension. The servo-pneumatic system is advantageous to fabricate a dexterous robot hand system due to the high torque-to-weight and torque-to-volume ratio. This enables the design of a finger joint with an integrated rotary vane type actuator which produces high output torque without reduction gears, being very robust. In order to control the servo-pneumatic finger joints, a miniature proportional valve that can be attached to the robot hand is required. In this paper, a flapper nozzle type 4/3-way proportional directional valve has been designed and tested. The experimental results show that the developed valve can control a finger joint satisfactorily without much vibratory joint movements and acoustic noises.
Methods for the seismic demands evaluation of structures require iterative procedures. Many studies dealt with the development of different inelastic spectra with the aim to simplify the evaluation of inelastic deformations and performance of structures. Recently, the concept of inelastic spectra has been adopted in the global scheme of the Performance-Based Seismic Design (PBSD) through Capacity-Spectrum Method (CSM). For instance, the Modal Pushover Analysis (MPA) has been proved to provide accurate results for inelastic buildings to a similar degree of accuracy than the Response Spectrum Analysis (RSA) in estimating peak response for elastic buildings. In this paper, a simplified nonlinear procedure for evaluation of the seismic demand of structures is proposed with its applicability to multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. The basic concept is to write the equation of motion of (MDOF) system into series of normal modes based on an inelastic modal decomposition in terms of ductility factor. The accuracy of the proposed procedure is verified against the Nonlinear Time History Analysis (NL-THA) results and Uncoupled Modal Response History Analysis (UMRHA) of a 9-story steel building subjected to El-Centro 1940 (N/S) as a first application. The comparison shows that the new theoretical approach is capable to provide accurate peak response with those obtained when using the NL-THA analysis. After that, a simplified nonlinear spectral analysis is proposed and illustrated by examples in order to describe inelastic response spectra and to relate it to the capacity curve (Pushover curve) by a new parameter of control, called normalized yield strength coefficient (${\eta}$). In the second application, the proposed procedure is verified against the NL-THA analysis results of two buildings for 80 selected real ground motions.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.2
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pp.187-195
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2015
The gas explosions in offshore installations are known to be very severe according to its geometry and environmental conditions such as leak locations and wind directions, and a dynamic response of structures due to blast loads depends on the load profile. Therefore, a parametric study has to be conducted to investigate the effects of the dynamic response of structural members subjected to various types of load shapes. To do so, a series of CFD analyses was performed using a full-scale FPSO topside model including detail parts of pipes and equipments, and the time history data of the blast loads at monitor points and panels were obtained by the analyses. In this paper, we focus on a structural dynamic response subjected to blast loads changing the magnitude of positive/negative phase pressure and time duration. From the results of linear/nonlinear transient analyses using single degree of freedom(SDOF) and multi-degree-of freedom(MDOF) systems, it was observed that dynamic responses of structures were significantly influenced by the magnitude of positive and negative phase pressures and negative time duration.
In this paper, a novel PARAllel FACtor (PARAFAC) decomposition based Blind Source Separation (BSS) algorithm is proposed for modal identification of structures equipped with tuned mass dampers. Tuned mass dampers (TMDs) are extremely effective vibration absorbers in tall flexible structures, but prone to get de-tuned due to accidental changes in structural properties, alteration in operating conditions, and incorrect design forecasts. Presence of closely spaced modes in structures coupled with TMDs renders output-only modal identification difficult. Over the last decade, second-order BSS algorithms have shown significant promise in the area of ambient modal identification. These methods employ joint diagonalization of covariance matrices of measurements to estimate the mixing matrix (mode shape coefficients) and sources (modal responses). Recently, PARAFAC BSS model has evolved as a powerful multi-linear algebra tool for decomposing an $n^{th}$ order tensor into a number of rank-1 tensors. This method is utilized in the context of modal identification in the present study. Covariance matrices of measurements at several lags are used to form a $3^{rd}$ order tensor and then PARAFAC decomposition is employed to obtain the desired number of components, comprising of modal responses and the mixing matrix. The strong uniqueness properties of PARAFAC models enable direct source separation with fine spectral resolution even in cases where the number of sensor observations is less compared to the number of target modes, i.e., the underdetermined case. This capability is exploited to separate closely spaced modes of the TMDs using partial measurements, and subsequently to estimate modal parameters. The proposed method is validated using extensive numerical studies comprising of multi-degree-of-freedom simulation models equipped with TMDs, as well as with an experimental set-up.
Lee Y. S.;Baek C. S.;Jang J. H.;Sim H. J.;Han C. S.;Han J. S.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.25
no.6
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pp.511-517
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2004
The existing rehabilitation systems were developed to exercise specific joints only. Therefore rehabilitating the various joints of human, various kinds of devices are need. To overcome these defects, this paper proposed the CMRS, an integrated system that performs various rehabilitation exercises. The characteristics of motion and the positions between human body and the system were investigated with the kinematics analysis of upper and lower limb of human body. We presented a proper mechanism to develop a rehabilitation device on the base of the study and studied the relative positions between head part and human joints. Through the simulations, the possibility of rehabilitation system was verified. And the base frame was also developed for convenient and stable position control. Finally, the CMRS was developed as an 8 degree of freedom mechanism. It is expected that the CMRS will be applied to the rehabilitations of various joints.
The evaluation of dynamic characteristics of bridges under operational traffic loads is a crucial aspect of bridge structural health monitoring. In the vehicle-bridge interaction (VBI) system, the vibration responses of bridge exhibit time-varying characteristics. To address this issue, an accurate time-frequency analysis method that combines the autoregressive power spectrum based empirical wavelet transform (AR-EWT) and local maximum synchrosqueezing transform (LMSST) is proposed to identify the time-varying instantaneous frequencies (IFs) of the bridge in the VBI system. The AR-EWT method decomposes the vibration response of the bridge into mono-component signals. Then, LMSST is employed to identify the IFs of each mono-component signal. The AR-EWT combined with the LMSST method (AR-EWT+LMSST) can resolve the problem that LMSST cannot effectively identify the multi-component signals with weak amplitude components. The proposed AR-EWT+LMSST method is compared with some advanced time-frequency analysis techniques such as synchrosqueezing transform (SST), synchroextracting transform (SET), and LMSST. The results demonstrate that the proposed AR-EWT+LMSST method can improve the accuracy of identified IFs. The effectiveness and applicability of the proposed method are validated through a multi-component signal, a VBI numerical model with a four-degree-of-freedom half-car, and a VBI model experiment. The effect of vehicle characteristics, vehicle speed, and road surface roughness on the identified IFs of bridge are investigated.
In recent years the monitoring of structural behavior through acquisition of vibrational data has become common practice. In addition, recent advances in sensor development have made the collection of diverse dynamic information feasible. Other than the commonly collected acceleration information, Global Position System (GPS) receivers and non-contact, optical techniques have also allowed for the synchronous collection of highly accurate displacement data. The fusion of this heterogeneous information is crucial for the successful monitoring and control of structural systems especially when aiming at real-time estimation. This task is not a straightforward one as measurements are inevitably corrupted with some percentage of noise, often leading to imprecise estimation. Quite commonly, the presence of noise in acceleration signals results in drifting estimates of displacement states, as a result of numerical integration. In this study, a new approach based on a time domain identification method, namely the Unscented Kalman Filter (UKF), is proposed for correcting the "drift effect" in displacement or rotation estimates in an online manner, i.e., on the fly as data is attained. The method relies on the introduction of artificial white noise (WN) observations into the filter equations, which is shown to achieve an online correction of the drift issue, thus yielding highly accurate motion data. The proposed approach is demonstrated for two cases; firstly, the illustrative example of a single degree of freedom linear oscillator is examined, where availability of acceleration measurements is exclusively assumed. Secondly, a field inspired implementation is presented for the torsional identification of a tall tower structure, where acceleration measurements are obtained at a high sampling rate and non-collocated GPS displacement measurements are assumed available at a lower sampling rate. A multi-rate Kalman Filter is incorporated into the analysis in order to successfully fuse data sampled at different rates.
Purpose: As the number of gastric cancer survivors is increasing and their quality of life after surgery is being emphasized, single-port surgery is emerging as an alternative to conventional gastrectomy. A novel multi-degree-of-freedom (DOF) articulating device, the ArtiSential® device (LivsMed, Seongnam, Korea), was designed to allow more intuitive and meticulous control for surgeons facing ergonomic difficulties with conventional tools. In this study, we evaluated the feasibility of this new device during single-port laparoscopic distal gastrectomy (SP-LDG) for early gastric cancer (EGC) patients. Materials and Methods: Consecutive patients diagnosed with EGC who underwent SP-LDG with ArtiSential® (LivsMed) graspers between April 2018 and August 2020 were enrolled in the study. The clinical outcomes were compared with those of a control group, in which prebent graspers (Olympus Medical Systems Corp) were used for the same procedures. Results: Seventeen patients were enrolled in the ArtiSential® group. There was no significant difference in operative time (205.4±6.0 vs. 218.1±9.9 minutes, P= 0.270) or the quality of surgery, in terms of the number of retrieved lymph nodes (49.5±3.5 vs. 45.9±4.0, P=0.473), length of hospital stay (15.4±2.0 vs. 12.4±1.3 days, P=0.588), and postoperative complications (40.0% vs. 41.2%, P=0.595), between the ArtiSential® group and the control group. Conclusions: The new multi-DOF articulating grasper is feasible and can be used as an alternative for prebent graspers during SP-LDG.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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