In this paper, a force estimation method is proposed for force control without force sensor. For this , a disturbance observer is applied to each joint of an {{{{ { n}_{ } }}}} degrees of freedom manipulator to obtain a simple equivalent robot dynamics(SERD) being represented as an n independent double integrator system. To estimate the output of disturbance observer due to internal torque, the disturbance observer output estimator(DOOE) is designed, where uncertain parameters of the robot manipulator are adjusted by the gradient method to minimize the performance index which is defined as the quadratic form of the error signal between the output of disturbance observer and that of DOOE. when the external force is exerted, the external force is estimated by the difference between the output of disturbance observer and DOOE, since output of disturbance observer includes the external torque signal as well as the internal torque estimated by the output of DOOE. And then, a force controller is designed for force feedback control employing the estimated force signal. To verify the effectiveness of the proposed force estimation method, several numerical examples and experimental results are illustrated for the 2-axis direct drive robot manipulator.
Objective:The aims of this study are to understand the effects of task (pushing, pulling, and clockwise and counter clockwise twisting) direction on the maximal output and their grip forces and to explore the relationship between the maximal output and the grip forces. Background: Knowing the normative maximal grip force is not enough to design a good hand tool. The industrial designers should understand the required grip forces in various motions toward a specific direction to make an effective and efficient hand tool. Method: Eighteen healthy volunteers participated in the series of isometric maximal output force tests. A custom-made force measuring equipment collected the output and the grip forces for three seconds. Force measurements along the vertical, coronal and sagittal axes were randomly repeated three times. Results: The pulling was strongest and the pushing was weakest in all directions. The effect of motion on the output forces varied in different directions. The corresponding grip force increased in the order of pushing, pulling, clockwise twisting, and counter clockwise twisting in all directions. The maximal output and their grip forces were highly correlated but the relationship was affected by motion and direction. The regression coefficient was greatest in pulling and smallest in clockwise twisting. Conclusion: The effect of motion on the output forces varied in different directions. The maximal output and their grip forces were correlated but the relationship was affected by motion and direction. Application: Findings of this study can be valuable information for industrial designers to develop more productive hand tools and work stations to help preventing the musculoskeletal disorders at work.
In this paper, a force estimation method is proposed for the sensorless force control. For this, a disturbance observer is applied to each joint of an n degrees of freedom manipulator to obtain a simple equivalent robot dynamics(SERD) being represented as an n independent double integrator system. To estimate the output of disturbance observer in the absence of external force, the observer estimator is designed, where the uncertain parameters of the robot manipulator are adjusted by gradient method to minimize the output between the disturbance observer and the observer estimator. When the external force is exerted, the external force is estimated using the difference between the output of disturbance observer which include the external torque signal and that of observer estimator. And then, a force controller is designed for force feedback control employing the estimated force signal. To verify the effectiveness of the proposed force estimation method, several numerical examples are illustrated for the 2-axis planar type robot manipulator.
In order to reduce the systematic error of a build-up system, we have proposed a new test procedure in which all force transducers in a build-up system are rotated by 90.deg. with a base platen fixed on a force standard machine. The setting positions of force transducers on the output of a build-up system were investigated using an orthogonal array. The effects of the parallelism of a build-up system and of the bending moment sensitivity of a force transducer were considered. The experimental results show that the setting position of the base platen hardly affects the output of the build-up system, but the setting positions of force transducers affects it strongly. It reveals that the new test procedure reduces effectively the systematic error of a build-up system.
The equation of output voltage from the PVDF was derived. When impact force applied to the PVDF films of cantilever beam and one-end fixed, other-end supported beam structure, output voltage equation induced. Experimental output voltages by falling ball agreed quite well with induced theoretical data. This PVDF film showers to be in high possibility in a warning system of abnormal pulse rate and breathing, and in detecting impact force and/or mechanical energy.
This paper studies the decentralized position/force control problem for constrained reconfigurable manipulator without torque sensing. A novel joint torque estimation scheme that exploits the existing structural elasticity of the manipulator joint with harmonic drive model is applied for each joint module. Based on the estimated joint torque and dynamic output feedback technique, a decentralized position/force control strategy is presented. In order to solve the problem of controller parameter perturbation, the non-fragile robust technique is introduced into the dynamic output feedback controller. Subsequently, the stability of the closed-loop system is proved using the Lyapunov theory and linear matrix inequality (LMI) technique. Finally, two 2-DOF constrained reconfigurable manipulators with different configurations are applied to verify the effectiveness of the proposed control scheme in numerical simulation.
This paper describes the development of 6-axis force/moment sensor for an intelligent robot's foot. In order to walk on uneven terrain safely, the foot should perceive the applied forces Fx, Fy, Fz and moments Mx, My, Mz to itself. The applied forces and moments should be measured from a 6-axis force/moment sensor attached to a humanoid robot's foot(ankle). They in the published paper already have some disadvantage in the size of the sensor, the rated output and so on. The rated output of each component sensor (6-axis force/moment sensor) is very important to design the 6-axis force/moment sensor for precision measurement. Therefore, each sensor should be designed to be gotten similar the rated output under each rated load. So, the sensing elements of the 6-axis force/moment sensor should get lots of design variables. Also, the size of 6- axis force/moment sensor is very important for mounting to robot's foot. In this paper, a 6-axis force/moment sensor for perceiving forces and moments in a humanoid robot's foot was developed using many PPBs (parallel plate-beams). The structure of the sensor was newly modeled, and the sensing elements (plate-beams) of the sensor were designed using FEM (Finite Element Method) analysis. Then, the 6-axis force/moment sensor was fabricated by attaching strain-gages on the sensing elements, and the characteristic test of the developed sensor was carried out. The rated outputs from FEM analysis agree well with that from the characteristic test.
This paper presents a method in analyzing the output force/moments transmission form the applied input forces of the paralled manipulator. Like a serial manipulator the Jacobian matrix introduced in the paper plays role in relating the output forces/monents with the input forces. The force/moment manipulability have been investigated by considering the force transmission and momen transmission independently. Sensitivity analysis has been done and an illuatrating example is given.
In this paper, we designed and fabricated the novel air flow sensor using air drag force, which can be applied to the low air flow detection. To measure the low air flow, we should enlarge the air drag force and the output signal at the given air flow. The paddle structure is applied to the device, and the device is vertically located against the air flow to magnify the air drag force. We also adapt the corrugation structure to improve the output signals on the given air velocity. The device structure is made up of the silicon nitride layer and the output signal is measured with the piezoresistive layer. The output signals from the corrugated device show the better measurement sensitivity and the response time than that of flat one. The repeated measurement also shows the stabilized signals.
Selection of optimal cutting conditions is important for improving productivity and implementing efficient process control in metal machining. In this study, improvement of cutting conditions in machining using end-mills is studied by using deep-layered neural networks, which comprise an input layer, output layer, and two hidden layers. System networks are designed with inputs as cutting conditions, and they output the cutting force. A pseudo-inverse network is designed that has the adjustable cutting condition as output and cutting force and other cutting conditions as input. The combination of the system network and pseudo-inverse network enables selection or improvement of cutting conditions that results in the expected cutting force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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