Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.3
no.2
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pp.1-6
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2006
The pressure regulator which is used for controlling the reducing pressure in the piezoelectrically driven pneumatic valve has been studied. The pneumatic valve of this study object is 2-stage type and consists of a piezoelectric actuator, a controller, a poppet valve and a pressure regulator. Nominal flow of 50 lpm, maximum operating pressure of 0.9MPa and frequency characteristic of 10Hz and over are required in this pneumatic valve, but the pressure regulator is needed because piezoelectric actuator has no ability to control the pressure of 0.9MPa directly. In this study, bimorph type PZT actuator of $25.2mm(L){\times}7.2mm(W){\times}0.5mm(H)$ with constant of $-220{\times}10-12$ CN-1 was proposed and investigated. Maximum operating force of 0.052 N and maximum displacement of $63{\mu}m$ were gotten from the fabricated PZT actuator. From the analysis results, the orifice diameter of 0.6mm for a piezoelectric actuator was derived and then the pressure regulator which can be operated under 0.15 MPa easily was designed and manufactured. Performance and effects of design parameters were simulated by the Simulink of Matlab software, and it was confirmed that the performance characteristics of manufactured pressure regulator are superior in the common use pressure range of 0.5 MPa to 0.7 MPa. The results show that the proposed pressure regulator is suitable for the pneumatic valve with a PZT actuator.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.2
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pp.540-552
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1996
In this paper, a compensation method of disturbance using a disturbance observer is proposed for a force control of a pneumatic robot manipulator. The generated torque by a pneumatic actuator can be estimated based on the pressure signals. The inner torque control system is constructed by feeding back the generated torque to improve the dynamic characteristics of the actuator. In order to reduce the influence of disturbances comprising friction torque, parameter variations of plant and environment and so on, the reaction torque control system is constructed with a disturbance observer which estimates the disturbances based on the reference input to the inner torque control system and the reaction torque sensed with a forced sensor. From some simulations and experiments, it is confirmed that the proposed control system is effective to improve the robustness for the friction torque and the parameter change of object in the force control of a pneumatic robot manupulator.
In industry pneumatic control system has become a important means to obtain automation because of its simplicity, fast speed and low cost. However Due to of the compressibility of air and damping friction between moving parts, it is difficult to achieve high speed driving, accurate positioning and stopping without overshoot in one pneumatic control system. This paper describes the dynamic behaviors of pneumatic linear actuator. The results will be very useful in the prediction of actuated dynamics and for the manufacturers to improve the techniques in their redesign and get better performance. Also, the experimental data is very important for the dynamic simulation and theoretical analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.10
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pp.3186-3198
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1996
When a robot is to have contact with its enviornment, such as a medi-care robot, it would be advantageous for the robot to have a high compliance. For this reason, a robot having not only a flexible link but also an actuator with compliance, is desirable. This paper is concerned with the position and vibration control of 1 degree of freedom flexible robot using a pneumatic artificial muscle actuator. The dynamics of the manipulator assumed to be and Euler-Bernoulli beam are derived on the basis of the linear mathematical modle. Although this pneumatic artifical muscle actuator has many merits for the compliance robot, it is difficult to make an effective control scheme of this system because of ths nonlinearity and uncertainty on the dynamics of the actuator. By designing a controller using .mu.-synthesis, robust performance against measurement noise, various modeling uncertainties on the dynamics of the servo valve, actuator and mainpulator, is achieved. The effectiveness of the proposed control method is illustrated through simulations and experiments.
Two kinds of piezoelectric actuator are applied to the valve for controlling the direction, the flow and the pressure of the fluid. One is a stack type piezoelectric actuator which has very fast response characteristics but very tiny displacement. The other is a bender type piezoelectric actuator which has also fast response characteristics but lower than the stack type one, and has longer displacement than the stack type one. So, the bender type piezoelectric actuator has advantage to apply to the valve for controlling a large amount of flow and fast on-off operating. In this study, the bender type piezoelectric pneumatic valve for color sorter is designed and fabricated. The new type high speed piezo valve with the both side supporting mechanism for high operating frequency and high reliability is discussed for separating the foreign body from the grains. Finally, the performance characteristics of a fabricated valve are analyzed and the frequency characteristics are also discussed for substituting the conventional type solenoid actuator.
Kim, Byung-Kyu;Lee, Jin-Hee;Park, Ji-Sang;Lim, Young-Mo;Park, Jong-Oh;Kim, Soo-Hyun;Hong, Yeh-Sun
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06b
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pp.295-300
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2001
In recent years, as changing the habit of eating, the pathology in the colon grows up annually. For that reason, the colonoscopy is generalized. But it requires much time to acquire a dexterous skill to perform an operation. And the procedure is painful to the patient. Therefore, biomedical and robotic researchers are developing a locomotive colonoscope that can travel safely in colon. In this paper, we propose a novel design and concept of semi-autonomous colonoscope and two actuators for the micro robot. The micro robot comprises camera and LED for diagnosis, steering system to pass through the loop, pneumatic actuator and bow-shaped flexible supporters to control a contact force and to keep the space between colon wall and the actuator. For actuating mechanism, we suggest two models. One is based on the reaction force, and the other is impact force. In order to validate the concept and the performance of the actuators, we carried out the preliminary experiments in rigid pipes.
This paper presents the construction of an active suspension system of a one-wheel car model by using fuzzy reasoning. The car model is approximately described by a nonlinear two degrees freedom system subject to excitation from a road profile, and the active control force is constructed by actuating a pneumatic actuator, and the degradation of the performance due to the delay of the pneumatic actuator is improved by inserting a compensator. The fuzzy control is obtained by single input rule modules fuzzy reasoning, and the excitation from the road profile is estimated by using a disturbance observer. The experimental result shows that the proposed active suspension system much improves the performance in the vibration suppression of the car model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1638-1644
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2002
A novel locomotion using the pneumatic impulsive actuator was proposed for robotic colonoscope. This locomotion showed good moving performance in the environment of rigid pipe, however, the displacement per one impact(step displacement) is greatly reduced due to the low stiffness and high damping characteristics of the colon. Therefore, the modeling technique based on spring and damping system is studied to predict the step displacement and some parametric studies are carried out to investigate main parameters that influence the step displacement of locomotion. Based on simulation result, a new locomotion to control the resistance force is suggested and fabricated. Through the experiment on the colon, the usefulness of modeling technique is confirmed and successful improvement of moving characteristics is achieved.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.936-939
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2006
The pneumatic isolator is widely adopted for anti-vibration of precision measuring and manufacturing equipments. But, when the precision demand on anti-vibration is extreme or the load is moving, the performance of anti-vibration can not meet satisfaction. In these cases, as a complementary, active vibration suppression system can be added for advanced performance. In this paper, an active control system is presented, which uses electromagnetic actuators for vibration suppression. The anti-vibration characteristic of pneumatic isolator is analyzed for system modeling and actuator specifying. The modeling and the 3D dynamic simulation is performed for control system design. For the electromagnetic actuator design, the magnetic flex density and the current-force characteristic analysis are achieved.
Jung Min Woo;Hwang Chang Mo;Jeong Gi Seok;Kang Jung Soo;Ahn Chi Bum;Kim Kyung Hyun;Lee Jung Joo;Park Yong Doo;Sun Kyung
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.26
no.6
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pp.393-398
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2005
An electromechanical type is the most useful mechanism in the various pumping mechanisms. It, however, requires a movement converting system including a ball screw, a helical cam, or a solenoid-beam spring, which makes the device complex and may lessen reliability. Thus, the authors have hypothesized that an electromagnetic actuator mechanism can eliminate the movement converting system and that thereby enhance the mechanical reliability and operative simplicity of an electropneumatic pump. The purpose of this study was to show a novel application of electromagnetic actuator mechanism in pulsatile pump and to provide preliminary data for further evaluations. The electromagnetic actuator consists of stators with a single winding excitation coil and movers with a high energy density neodymium-iron-boron permanent magnet. A 0.5mm diameter wire was used for the excitation coil, and 1000 turns were wound onto the stators core with parallel. A prototype of extracorporeal electro-pneumatic pump was constructed, and the pump performance tests were performed using a mock system to evaluate the efficiency of the electromagnetic actuator mechanism. When forward and backward electric currents were supplied to the excitation coil, the mover effectively moved back and forth. The nominal stroke length of the actuator was 10mm. The actuator dimension was 120mm in diameter and 65mm in height with a mass of 1.4kg. The prototype pump unit was 150mm in diameter, 150mm in thickness and 4.5kg in weight. The maximum force output was 70N at input current of 4.5A and the maximum pump rate was 150 beats per minute. The maximum output was 2.0 L/minute at a rate of 80bpm when the afterload was 100mmHg. The electromagnetic actuator mechanism was successfully applied to construct the prototype of extracorporeal electropneumatic pump. The authors provide the above results as a preliminary data for further studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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