In this paper, a robust fault-tolerant control scheme for robot manipulators overcoming actuator failures is presented. The joint(or actuator) fault considered in this paper is the free-swinging joint failure and causes the loss of torque on a joint. The presented fault-tolerant control framework includes a normal control with normal(non-failed) operation, a fault detection and a fault-tolerant control to achieve task completion. For both no uncertainty case and uncertainty case, a stable normal con-troller and an on-line fault detection scheme are presented. After the detection and identification of joint failures, the robot manipulator becomes the underactuated robot system with failed actuators. A robust adaptive control scheme of robot manipulators with the detected failed-actuators using the brakes equipped at the failed(passive) joints is proposed in the presence of parametric uncertainty and external disturbances. To illustrate the feasibility and validity of the proposed fault-tolerant control scheme, simulation results for a three-link planar robot arm with a failed joint are presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.418-426
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1995
A bubble-powered microactuator is designed conceptually. And the actuation mechanism due to bubble growth and collapse is studied numerically and analytically. In this analysis, it is estimated that the time lag for bubble formation on micro line heater, the duration of the bubble growth and collapse and the pressure change in actuator due to the bubble evolution. Based on these calculations, the actuator control scheme is visualized. This actuator may be applicable to the system which needs to pump liquid correctly and regularly.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.4
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pp.203-208
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2001
In this paper, a novel dual-type positioning mechanism using a voice coil motor(VCM) and a piezoelectric actuator is proposed for optical disk drive or near-field recording type drive. The VCM is used for a coarse motion actuator and the piezoelectric actuator, "S" configuration deflection motion when voltage applied, is used for a fine motion actuator with self-sensing technique, which allows it to sense and actuate simultaneously in a closed loop frame work. When the VCM rotates and stops, a position feedback control algorithm is adopted to further control residu vibration. The performance of the control scheme is confirmed through simulations and experiments.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.664-669
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2003
This paper proposes a swing-arm type dual-stage actuator, which consists of a PZT actuator for fine motion and a VCM(Voice Coil Motor) for coarse motion, for SFF ODD(Small Form Factor Optical Disk Drive), in order to achieve fast access speed and precise track following control. We focus our attention on the design and control of the PZT actuator, because there have been a lot of previous researches related to the VCM and dual-stage actuators. Due to the dual cantilever structure, the PZT actuator can generate precise translational tracking motion at its tip where optical pickup is attached at, and the effect of hysteric behavior of the PZT element is reduced. The dynamic model of the PZT actuator is derived by using the Hamilton's principle, and verified by comparing with the experimental frequency response. The sliding mode control is designed in order to be robust against modeling uncertainties. Simulations and experimental results confirm the effectiveness of the suggested control scheme.
Distributed piezoeletric sensor and actuator have been designed for efficient vibration control of a cantilevered beam. Both PZT and PVDF have been used in this study, the former as an actuator and the latter as a sensor for the integrated structure. We have optimized the position and the size of the PZT actuator and the electrode shape of the PVDF sensor. Finite element method is used to model the structure and the optimized actuators, we have designed the active electrode width of the PVDF sensor along the span of the beam. Actuator design is based on the criterion of minimizing the system energy in the control modes under a given initial condition. Model control forces for the residual (uncontrolled) modes have been minimized during the sensor design to minimize the observation spill-over. Genetic algorithm and sequential quadratic programming technique have been utilized as an optimization scheme. Discrete LQG control law has been applied to the integrated structure for real time vibration control. Performance of the sensor, the actuator, and the integrated smart structure has been demonstrated by experiments.
Piezoceramic patches as collocated actuator and sensors are widely used in mechanical control systems. An approximation scheme for computing feedback gains arising in heat flux stabilization problem with such control mechanism is introduced. The scheme is based on a finite element method and a variational approach.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.12
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pp.1197-1202
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2009
We present a power-efficient driving scheme that consists of piezoelectric actuator and driver IC for AF (Auto-Focus) on ISM (Image Sensor Module). The piezoelectric actuator is more power-efficient than conventional voice coil motor actuator. And high power-efficiency driver IC is designed. So the proposed driving scheme using designed piezoelectric actuator and driver IC is more close to recent trend of green IT. The diver IC should guarantee fast and accurate performance. So, the optimum driving method and high accurate frequency synthesizer are proposed. The die area of designed driver IC is $2.0{\times}1.6mm^2$ and power consumption is 2.8mW.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.1
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pp.74-89
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2012
An adaptive backstepping controller is designed for the automatic landing of a fixed-wing aircraft. The backstepping control scheme is adopted by using the nonlinear six degree-of-freedom dynamics of the aircraft during the landing phase. The adaptive law is integrated along with the backstepping controller in order to estimate the aircraft modeling errors as well as the external disturbance. The dynamic constraints of the states and the actuator inputs are taken into account in the parameter adaptation. This is done to prevent an aggressive adaptation and to provide reliable control commands. Numerical simulations were performed to verify the performance of the proposed control law for the landing of the aircraft with the presence of gust and actuator stuck.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.4
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pp.277-283
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2003
Recently, near-field recording (NFR) disk drive schemes have been proposed with a view to increasing recording densities of hard disk drives. Compared with hard disk drives. NFR disk drives have narrower track pitches and are exposed to more severe periodic disturbances resulting from eccentric rotation of the disk. It is difficult to meet servo system design specifications for NFR disk drives with conventional VCM actuators in that the servo system for an NFR disk drive generally requires a feater gain and higher bandwidth. To tackle the problem various dual-stage actuator systems composed of a microactuator mounted on top of a conventional VCM actuator have been proposed. This article deals with the problem of designing a tracking servo system far an NFR disk drive adopting a dual-stage actuator. We summarize design constraints pertaining to the dual-stage servo system and present a new servo scheme using iterative teaming control. We design feedback compensators and an iterative teaming controller for a target plant and verify the validity of the proposed control scheme through a computer simulation.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics B
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v.33B
no.7
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pp.40-50
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1996
An unified compliant control algorithm to regulate the force by dual arms is proposed, where tow arms are treated as one arm in a kinematic viewpoint. The force error calculated form the information of two force/torque sensors attached to the end of each arm is transferred to minimum actuator coordinates, and then is distributed to total system actuator coordinates. The position adjustment at the total actuator coordinates is computed based on the effective computed based on the effective compliance matrix with respect to total actuator coordinates, which is obtained by coordinate transformation between the task coordinates and the total actuator coordinates. An experiment is carried out for dual arms with asymmetric kinematic structure to control an interaction force between manipulators and the environment. The performances of the proposed control algorithm are experimentally compared to those of dual arms employing master/slave scheme. The proposed compliant control algorithm not only ouperforms other algorithms, but also can be treated as an unified approach n the sense that it can be applied to arbitrary dual arm systems with general kinematic structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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