Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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제28권11호
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pp.1227-1233
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2011
Cellulose Electro-Active Paper (EAPap) has been known as a new smart material that is attractive for a bio-mimetic actuator due to its merits in terms of lightweight, dry condition, large displacement output, low actuation voltage and low power consumption. Cellulose EAPap is made by regenerating cellulose and aligning its micro-fibrils. This paper introduces several EAPap materials, which are based on natural cellulose and its hybrid nanocomposites mixed/blended with inorganic functional materials. By chemically bonding and mixing with carbon nanotubes and inorganic nanoparticles, the cellulose EAPap can be a hybrid nanocomposite that has versatile properties and can meet material requirements for many applications. Recent research trend of the cellulose EAPap is introduced in terms of material preparations as well as application devices including actuators, temperature and humidity sensors, biosensors, chemical sensors, and so on. This paper also explains wirelessly driving technology for the cellulose EAPap, which is attractive for bio-mimetic robotics, surveillance and micro-aerial vehicles.
Mishra, Kaushik;Panda, Subrata K.;Kumar, Vikash;Dewangan, Hukum Chand
Smart Structures and Systems
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제26권3호
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pp.391-401
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2020
The present article reports the feasibility of the electrical energy generation from ambient low-frequency vibration using a piezoelectric material mounted on a bimorph cantilever beam actuator. A corresponding higher-order analytical model is developed using MATLAB in conjunction with finite element method under low-frequency with both damped and undamped conditions. An alternate model is also developed to check the material and dimensional viability of both piezoelectric materials (mainly focussed to PVDF and PZT) and the base material. Also, Genetic Algorithm is implemented to find the optimum dimensions which can produce the higher values of voltage at low-frequency frequencies (≤ 100 Hz). The delamination constraints are employed to avoid inter-laminar stresses and to increase the fracture toughness. The delamination has been done using a Teflon sheet sandwiched in between base plates and the piezo material is stuck to the base plate using adhesives. The analytical model is tested for both homogenous and isotropic material characteristics of the base material and extended to investigate the effect of the different geometrical parameters (base plate dimensions, piezo layer dimensions and placement, delamination thickness and placement, excitation frequency) on the model responses of the bimorph cantilever beam. It has been observed that when the base material characteristics are homogenous, the efficiency of the model remains higher when compared to the condition when it is of isotropic material. The necessary convergence behaviour of the current numerical model has been established and checked for the accuracy by comparing with available published results. Finally, using the results obtained from the model, a prototype is fabricated for the experimental validation via a suitable circuit considering Glass fibre and Aluminium as the bimorph material.
Kim, Ju Yoon;Sung, Ki Kwang;Kim, Ji Ho;Park, Hyeon Cheol;Choi, Ah Rum
Journal of Appropriate Technology
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제6권2호
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pp.146-150
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2020
Assistive technologies for people with disabilities are often marginalized in the Fourth Industrial Revolution. In this paper, we intend to present the possibility of acquiring tactile information through the tactile display adapting an electromagnetic actuator. The multi-layered display designed for tactile communication has innovatively narrowed the size and spacing of cells in order to express pictures, maps, and graphics. This display has enabled the visually impaired to touch two-dimensional information combining with other assistive technologies so that. It would also provide a technical source of access to STEM education (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) so that students will perform better and be better prepared for advanced education. Moreover, it can be applied to public infrastructure and transportation in smart-city projects on the globe. Hence, this paper introduces the principle of Electromagnetic-actuator and how it can be utilized in many diverse areas.
Recently, the concept of Urban Air Mobility (UAM) has expanded to Advanced Air Mobility (AAM). A tilt rotor type of vertical take-off and landing aircraft has been actively studied and developed. A tilt-rotor aircraft can perform a transition flight between vertical and horizontal flights. A blade pitch angle control system can be used for flight stability during transition flight time. In addition, Individual Blade Control (IBC) can reduce noise and vibration generated in transition flight. This paper proposed Disturbance Observer Based Control (DOBC) and Time Delay Control (TDC) for individual blade control of an Electro-Mechanical Actuator (EMA) based blade pitch angle control system. To compare and analyze proposed controllers, numerical simulations were conducted with DOBC and TDC.
In this paper, we proposed an arduino-based smart green house management system model and implemented it. The proposed system consists of control unit composed of sensors and arduino, agent program controlling the green house, and web applications providing user interfaces. The control unit transmits data of sensors such as temperature, humidity, illuminance, moisture, etc. to the agent program, and then the agent saves the data in its database. In reverse, control data are transmitted from agent program to control unit. Users can monitor sensed data of green houses and control actuators remotely using web. Plus, smart green house management is available by context awareness and autonomous control functions of the proposed system.
The success of controllability of smart structures depends on the quality of the bonding along the interface between the main structure and the attached sensing and acuating elements. Generally, the analysis procedures neglect the effect of the interfacial bond layer or assume that this bond layer behaves like viscoelastic material. Three different bond layers. two modified epoxy adhesives, and one isocyanate adhesive were prepared for their toughness and moduli. Bond layer of the chosen adhesive provides an almost perfect bonding condition between the composite structure and the PZT while bended significantly like arrow-shape. The perfect bonding condition is tested by considering various material properties of the bond layers. and based on this perfect bonding condition, the effects of the interfacial bond layer on the dynamic behavior and controllability of the test structure is experimentally studied. Once the perfect bonding condition is achieved. dynamic effects of the bond layer itself on the dynamic characteristics of the main structure is negligible. but the contribution of the attached PZT elements on the stiffness of the multi-layered structure becomes significant when the thickness of the bond layer increased.
Two aspects of the design of a small-scale smart wing are addressed in this work, related to the ability of the wing to modify its cross section assuming the shape of two different airfoils and to the possibility of deflecting the profiles near the trailing edge in order to obtain hingeless control surfaces. The actuation is provided by one-way shape memory alloy wires eventually coupled to springs, Shape Memory Alloys (SMAs) being among the most promising materials for this kind of applications. The points to be actuated along the profiles and the displacements to be imposed are selecetd so that they satisfactorily approximate the change from an airfoil to the other and to result in an adequate deflection of the control surface; the actuators and their performances are designed so that an adequate wing stiffness is guaranteed, in order to prevent excessive deformations and undesired airfoil shape variations due to aerodynamic loads. The effect of the pressure distributions, calculated by way of the XFOIL software, and of the actuators loads, is estimated by FE analyses of the loaded wing. Two prototypes are then realised incorporating the variable airfoil and the hingeless aileron features respectively, and the verification of their shapes in both the actuated and non-actuated states, supported by image analysis techniques, confirms that interesting results are achievable with the proposed lay out and design considerations.
Simultaneous precision positioning and vibration suppression of a reciprocating flexible manipulator is investigated in this paper. The flexible manipulator is driven by a multifunctional active strut with fuzzy logic controllers. The multifunctional active strut is a combination of a motor assembly and a piezoelectric stack actuator to simultaneously provide precision positioning and wide frequency bandwidth vibration suppression capabilities. First, the multifunctional active strut and the flexible manipulator are introduced, and their dynamic models are derived. A control strategy is then proposed, which includes a position controller and a vibration controller to achieve simultaneous precision positioning and vibration suppression of the flexible manipulator. Next, fuzzy logic control approach is presented to design a fuzzy logic position controller and a fuzzy logic vibration controller. Finally, experiments are conducted for the fuzzy logic controllers and the experimental results are compared with those from a PID control scheme consisting of a PID position controller and a PID vibration control. The comparison indicates that the fuzzy logic controller can easily handle the non-linearity in the strut and provide higher position accuracy and better vibration reduction with less control power consumption.
This paper is concerned with the trajectory tracking and vibration suppression of a single-link flexible arm by using piezoelectric materials. The dynamics of a single flexible arm with PZT patches as sensor and actuator is derived using extended Hamilton's principle. Resulting equations show that the coupled beam dynamics including beam vibration and its rigid in-plane rotation takes place in two different time scales. By using singular perturbation theory, the system dynamics is divided into two subsystems. Then, a composite control scheme is elaborated that makes the orientation of the arm track a desired trajectory while suppressing its vibration. The proposed controller has two parts: one is a tracking controller designed for the slow (rigid) subsystem, and the other one is a stabilizing controller for the fast (flexible) subsystem. The outputs considered for the system are angular position of the hub and voltage of the sensor mounted on the structure. To avoid requiring further measurements of beam vibration and also angular velocity of the hub for the fast and slow control laws, respectively, two sliding mode observers for estimating the unknown states are also designed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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제10권1호
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pp.134-141
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1993
Electro-Rheological(ER) fluids undergo a phase-change when subjected to an external electic field, and this phase-change typically manifests itself as a many-order-of-magnitude change in the rheological behavior. This phenomenon permits the global stiffness and energy- dissipation properties of the beam structures to be tuned in order to synthesize the desired vibration characteristics. This paper reports on a proof-of-concept experimental investigation focussed on evaluation the vibration properties of hollow cantilevered beams filled with an ER fluid. and consequently deriving an empirical model for predicting field-dependent vibration characteristics. A hydrous-based ER fluid consisting of corn starch and silicone oil is employed. The beams are considered to be uniform viscoelastic materials and modelled as a viscously-damped harmonic oscillator. Natural frequency, damping ratio and elastic modulus are evaluated with respect to the electric field and compared among three different beams: two types of different volume fraction of ER fluid and one type of different particle concentration of ER fluid by weight. Transient and forced vibration responses are examined in time domain to demonstrate the validity of the proposed empirical model and to evaluate the feasibility of using the ERfluid as an actuator in a closed-loop control system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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