Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.132-135
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2002
In the present study, an electro-mechanical KAFO (knee-ankle-foot orthosis) which satisfies both the stability in stance and the knee flexion in swing was developed and evacuated in eight polio patients. A knee joint control algorithm suitable for polio patients who are lack of the stability in pre-swing was also developed and various control systems and circuits were also designed. In addition, knee flexion angles and knee moments were measured and analyzed for polio patients who used the developed KAFO with the three-dimensional motion analysis system. Energy consumption was also evaluated for the developed KAFO by measuring the movement of the COG (center of gravity) during gait. From the present study, the designed foot switch system successfully determined the gait cycle of polio patients and controlled knee joint of the KAFO, resulting in the passive knee flexion or foot clearance during swing phase. From the three-dimensional gait analysis for polio patients, it was found that the controlled-knee gait with the developed electro-mechanical KAFO showed the knee flexion of 40$^{\circ}$∼45$^{\circ}$ at an appropriate time during swing. Vertical movements of COG in controlled-knee gait (gait with the developed electro-mechanical KAFO) were significantly smaller than those in looked knee gait(gait with the locked knee Joint). and correspondingly controlled-knee gait reduced approximately 40% less energy consumption during horizontal walking gait. More efficient gait patterns could be obtained when various rehabilitation training and therapeutic programs as well as the developed electro-mechanical KAFO were applied for polio patients.
A cylinder control system of the conventional construction machine has been controlled by hydraulic spool valves. This system is low-cost but system efficiency is not high. Recently, to improve this, all valves are controlled electronically and independently. Bu and Yao suggested four way electronic hydraulic control valve system. It is called IMVT(Independent Metering Valve Technology). The purpose of the study is to find proper IMV pressure control method for excavator and to validate excavator's bucket regeneration energy effect by controlling the IMV system. In this paper, we mathematically describe the bucket system of excavator first. And then, based on these results, we design the control system which is divided into two operations(none regeneration or regeneration).The results of the experiment show the desirable performance and usefulness of the designed control system.
Robotics and automation are rapidly growing in the industries replacing human labor. The idea of robots replacing humans is positively influencing the business thereby increasing its scope of research. This paper discusses the development of an experimental platform controlled by a robotic arm through Robot Operating System (ROS). ROS is an open source platform over an existing operating system providing various types of robots with advanced capabilities from an operating system to low-level control. We aim in this work to control a 7-DOF manipulator arm (Robai Cyton Gamma 300) equipped with an external vision camera system through ROS and demonstrate the task of balancing a ball on a plate-type end effector. In order to perform feedback control of the balancing task, the ball is designed to be tracked using a camera (Sony PlayStation Eye) through a tracking algorithm written in C++ using OpenCV libraries. The joint actuators of the robot are servo motors (Dynamixel) and these motors are directly controlled through a low-level control algorithm. To simplify the control, the system is modeled such that the plate has two-axis linearized motion. The developed system along with the proposed approaches could be used for more complicated tasks requiring more number of joint control as well as for a testbed for students to learn ROS with control theories in robotics.
This paper proposes a new framework for control system design, called the data-based control approach or data space approach, in which the input and output data of a dynamical system is directly and solely used to analyze or design a control system without the employment of any mathematical models like transfer functions, state space equations, and kernel representations. Since, in this approach, most of the analysis and design processes are carried out in the domain of the data space, we introduce some notions of geometrical objects, e.g., the openloop and closed-loop data spaces, which serve as the system representations in the data space. In addition, we establish a relationship between the open-loop and closed-loop data spaces that the closed-loop data space is contained in the open-loop data space as one of its subspaces. By using this relationship, we can derive the data-based stabilization condition for a linear time-invariant discrete-time system, which leads to a linear matrix inequality with a rank constraint.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.6
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pp.1469-1478
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1995
PWM control is a kind of nonlinear control. The merits of PWM control of hydraulic equipment are the robustness of the high speed on-off valve and its low price. And it is easily implemented to hydraulic equipments with microcomputer. The high speed on-off valve is directly digitally controlled without any D/A converter. The objectives of this study is to analyze the limit cycle which regularly appear in the position control system using high speed on-off valve, and to give a criterion for the stability of this system. To do this, the nonlinear characteristics of PWM and cylinder friction of this system are described by harmonic linearization and the effects of parameter variations to the system stability are examined theoretically and experimentally. Consequently, the availability of the proposed method is confirmed well.
This paper describes the development of a 3-DOF laparoscopic assistant robot system with motor-controlled bending and zooming mechanisms using the voice command motion control and auto-tracking control. The system is designed with two major criteria: safety and adaptability. To satisfy the safety criteria we designed the robot with optimized range of motion. For adaptability, the robot is designed with compact size to minimize interference with the staffs in the operating room. The required external motions were replaced by the bending mechanism within the abdomen using flexible laparoscope. The zooming of the robot is achieved through in and out motion at the port where the laparoscope is inserted. The robot is attachable to the bedside using a conventional laparoscope holder with multiple DOF joints and is compact enough for hand-carry. The voice-controlled command input and auto-tracking control is expected to enhance the overall performance of the system while reducing the control load imposed on the surgeon during a laparoscopic surgery. The proposed system is expected to have sufficient safety features and an easy-to-use interface to enhance the overall performance of current laparoscopy.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.4
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pp.350-357
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2005
This paper presents a mechanical sensorless vector-controlled system with parameter identification by the aid of image processor. Based on the flux observer and the model reference adaptive system method, the proposed sensorless system includes rotor speed estimation and stator resistance identification using flux errors. Since the mathematical model of this system is constructed in a synchronously rotating reference frame, a linear model is easily derived for analyzing the system stability, including motor operating state and parameter variations. Because it is difficult to identify rotor resistance simultaneously while estimating rotor speed, a low-accuracy image processor is used to measure the mechanical axis position for calculating the rotor speed at a steady-state operation. The rotor resistance is identified by the error between the estimated speed using the estimated flux and the calculated speed using the image processor. Finally, the validity of this proposed system has been proven through experimentation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.4
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pp.163-172
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2004
Nowadays, to analyze the dynamic characteristics of the automotive driving system, the computer simulation linked up with VR(Virtual Reality) technology is treated as the useful method with the improvement of computing ability. In this paper, the VR simulation system has been developed to investigate the driving characteristics of the ASV(Advanced Safety Vehicle) equipped with an ACC(Adaptive Cruise Control) system. For the purpose, VR environment which generates 3D graphic and sound information of the vehicle, the road, the facilities, and the terrain has been organized for the driving reality. Mathematical models of vehicle dynamic analysis including the ACC model have been constructed for computer simulation. The ACC modulates the throttle and brake functions to regulate the vehicle speed so that vehicles could keep proper spacing. Also, the real-time simulation algorithm synchronizes vehicle dynamic simulation with the graphic rendering. With the developed VR simulation system, simple scenarios are applied to analyze the dynamic characteristics. It is shown that the VR simulation system could be useful to evaluate the adaptive cruise controlled vehicle on various driving conditions.
In this study, a tail rotor system for an agricultural RF controlled helicopter was developed and tested. This study concluded the mechanical development of the 'Agro-heli' by completing the tail rotor system and its radio console. The RF control system was closely related with the tail system for the control of flying attitude. The thrust of the tail system balance off the reaction torque, created by the main rotor. Lifting tests with and without the tail system were compared for estimating the consumption of power. The tail system would use $4{\sim}5%$ of the total power which was in an acceptable range. Flying performance and attitude was visually inspected. It showed reliable and safe control during the distance flying trials and could be adapted for utilization in aerial applications. Aerial application using an RF controlled agricultural helicopter may make precise and timely spraying possible.
Multibody system dynamics is based on classical mechanics and its engineering applications originating from mechanisms, gyroscopes, satellites and robots to biomechanics. Multibody system dynamics is characterized by algorithms or formalisms, respectively, ready for computer implementation. As a result simulation and animation are most convenient. Recent developments in multibody dynamics are identified as elastic or flexible systems, respectively, contact and impact problems, and actively controlled systems. Based on the history and recent activities in multibody dynamics, recursive algorithms are introduced and methods for dynamical analysis are presented. Linear and nonlinear engineering systems are analyzed by matrix methods, nonlinear dynamics approaches and simulation techniques. Applications are shown from low frequency vehicles dynamics including comfort and safety requirements to high frequency structural vibrations generating noise and sound, and from controlled limit cycles of mechanisms to periodic nonlinear oscillations of biped walkers. The fields of application are steadily increasing, in particular as multibody dynamics is considered as the basis of mechatronics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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