Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.11
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pp.971-975
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2004
This paper deals with the idea of Electroactive paper (EAPap) actuator and its application possibility. EAPap is a paper that produces large displacement under electrical excitation. EAPap is made with a cellulose paper by constructing thin electrodes on both sides of the paper. When electrical voltage is applied on the electrodes, the EAPap produces bending displacement. EAPap has merits in terms of lightweight, dryness, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. Since the power requirement is so small that it is suitable for microwave-driven smart actuators. This paper describes the working principle and performance of EAPap as an artificial muscle and its possibility far many applications.
This paper is focused on stiffness ratio effect and a new method to specify the best pattern of piezoelectric patches placement around a hole in a plate under tension to reduce the stress concentration factor. To investigate the stiffness ratio effect, some different values greater and less than unity are considered. Then a python code is developed by using particle swarm optimization algorithm to specify the best locations of piezoelectric actuators around the hole for each stiffness ratio. The results show that, there is a line called "reference line" for each plate with a hole under tension, which can guide the location of actuator patches in plate to have the maximum stress concentration reduction. The reference line also specifies that actuators should be located horizontally or vertically. This reference line is located at an angle of about 65 degrees from the stress line in plate. Finally two experimental tests for two different locations of the patches with various voltages are carried out for validation of the results.
The authors' research efforts recently led to the development of a customized wireless control unit which receives the real-time feedbacks from the sensors, and elaborates the consequent control signal to drive the actuator(s). The controller is wireless in performing the data transmission task, i.e., it receives the signals from the sensors without the need of installing any analogue cable connection between them, but it is powered by wire. The actuator also needs to be powered by wire. In this framework, the design of a power management unit is of interest only for the wireless sensor stations, and it should be adaptable to different kind of sensor requirements in terms of voltage and power consumption. In the present paper, the power management efficiency is optimized by taking into consideration three different kinds of accelerometers, a load cell, and a non-contact laser displacement sensor. The required voltages are assumed to be provided by a power harvesting solution where the energy is stored into a capacitor.
This paper proposes a new design of shape memory alloy (SMA) wire actuated gripper for open mode operation. SMA can generate smooth muscle movements during actuation which make them potentially good contenders in designing grippers. The principle of the shape memory alloy gripper is to convert the linear displacement of the SMA wire actuator into the angular displacement of the gripping jaw. Steady state analysis is performed to design the wire diameter of the bias spring for a known SMA wire. The gripper is designed to open about an angle of $22.5^{\circ}$ when actuated using pulsating electric current from a constant current source. The safe operating power range of the gripper is determined and verified theoretically. Experimental evaluation for the uncontrolled gripper showed a rotation of $19.97^{\circ}$. Forced cooling techniques were employed to speed up the cooling process. The gripper is simple and robust in design (single movable jaw), easy to fabricate, low cost, and exhibits wide handling capabilities like longer object handling time and handling wide sizes of objects with minimum utilization of power since power is required only to grasp and release operations.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.12
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pp.1179-1183
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2007
Electro-Active paper(EAPap) is a new smart material that has a potential to be used in biomimetic actuator and sensor. It is made by cellulose that is abundant material in nature. EAPap is fascinating with its biodegradability, lightweight, large displacement, high mechanical strength and low actuation voltage. Actuating mechanism of EAPap is known to be the combined effects of ion migration and piezoelectricity. However, the electromechanical actuation mechanisms are not yet to be established. This paper presents the modeling of the actuation behavior of water infused cellulose samples and their composite dielectric constants calculated by Maxwell-Wagner theory. Electro-mechanical forces were calculated using Maxwell stress tensor method. Bending deflection was evaluated from simple beam model and compared with experimental observation, and which result in good correlation with each other.
Based on the theory of piezo-elasticity, the paper obtains the exact solutions of functionally graded piezoelectric hollow cylinders with different piezoelectric parameter $g_{31}$. Two kinds of piezoelectric hollow cylinders are considered herein. One is a multi-layered cylinder with different parameter $g_{31}$ in different layers; the other is a continuously graded cylinder with arbitrarily variable $g_{31}$. By using the Airy stress function method with plane strain assumptions, the exact solutions of the mechanic and electrical components of both cylinders are obtained when they are subjected to external voltage (actuator) and pressure (sensor), simultaneously. Furthermore, good agreement is achieved between the theoretical and numerical results, and useful conclusions are given.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.30
no.8
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pp.520-524
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2017
Electrical relay in an essential part of smart grids, electrical vehicles, and LED lightning systems. Therefore, studying relay reliability is important. Relays using permanent magnet actuators (PMAs), which are energy efficient, are also in the spotlight. However, most of the permanent magnets used in PMAs have a characteristic wherein the magnetic flux decreases as the temperature increases. When the magnetic flux is reduced, the force acting on the actuator is reduced. Therefore, in this study, we measured the decrease in the relay operating speed with permanent magnet reduction due to temperature rise. In addition, changes in the bouncing phenomena due to magnetic flux reduction were analyzed. As a result, the operating speed of the relay has decreased and the bouncing phenomenon has not significantly changed.
The study figured out the operational conditions of a two-way movement actuator made of one-way shape memory alloy (OWSMA) for versatile ventilation intelligent garments. To develop a low-power actuator that consumes energy only when a garment changes its form such as opening and closing, multiple channels of OWSMA were used, and optimum diameter of the wires was examined. For the switch device, optimum voltage application unit time was determined. Optimum diameter of OWSMA wire was determined by applying 3.7V to the pre-determined candidate diameters, which demonstrated two-way operation in previous studies. In order to evaluate the optimum voltage application time, the internal diameter of the actuator was measured while increasing and decreasing by 50 ms from the unit time of voltage application. Delay time under two-way operation of the actuator was measured to minimize interference caused by heat between channels. Power of 3.7V was applied to OWSMA for assessment of optimal time, and the whole process from heating to cooling was video-recorded with a thermal image camera to determine the point of time at which the temperature of OWSMA wire dropped below the phase transformation temperature. The results showed that $0.4{\Phi}$ was the most suitable diameter, and the optimum unit time of voltage applied to open and close the actuator was 4100ms. It was also shown that the delay time should be more than 1.8 seconds between two-way operations of the actuator.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.4
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pp.677-684
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2017
Smart devices are used in a variety of industries, because applications for them are easy to develop and portable. However, industrial equipment can cause security problems for information and accidents when controlling the actuator of the equipment at a remote location. In this paper, we studied methods of solving these problems and the advantages of applying smart control systems to industrial equipment. We propose a manual manipulation method using queries and a smart control access procedure for controlling equipment using a smart device. In addition, we propose a data transmission method employing multiple encryption protocols and a user authentication method using unique information from the smart device and Q & A as the communication data protection and user authentication methods, respectively. In order to evaluate its performance, an operation test of the smart control system and user authentication comparison experiment were performed. In order to understand the advantages of applying the smart control system to the equipment, we conducted a comparative experiment with a teach pendant and evaluated its reaction time in case of error.
This paper deals with the effect of ply orientation and control gain on tip transverse displacement of functionally graded beam layer for both active constrained layer damping (ACLD) and passive constrained layer damping (PCLD) system. The functionally graded beam is taken as host beam with a bonded viscoelastic layer in ACLD beam system. Piezoelectric fiber reinforced composite (PFRC) laminate is a constraining layer which acts as actuator through the velocity feedback control system. A finite element model has been developed to study actuation of the smart beam system. Fractional order derivative constitutive model is used for the viscoelastic constitutive equation. The control voltage required for ACLD treatment for various symmetric ply stacking sequences is highest in case of longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate over other ply stacking sequences. Performance of symmetric and anti-symmetric ply laminates on damping characteristics has been investigated for smart beam system using time and frequency response plots. Symmetric and anti-symmetric ply laminates significantly reduce the amplitude of the vibration over the longitudinal orientation of fibers of PFRC laminate. The analysis reveals that the PFRC laminate can be used effectively for developing very light weight smart structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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