Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.1021-1028
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2011
The objective of this paper is to optimize the design parameters of a novel mechanism for a robotic knee orthosis. The feature of the proposed knee othosis is to drive a knee joint with independent actuation during swing and stance phases, which can allow an actuator with fast rotation to control swing motions and an actuator with high torque to control stance motions, respectively. The quadriceps device operates in five-bar links with 2-DOF motions during swing phase and is changed to six-bar links during stance phase by the contact motion to the patella device. The hamstring device operates in a slider-crank mechanism for entire gait cycle. The suggested kinematic model will allow a robotic knee orthosis to use compact and light actuators with full support during walking. However, the proposed orthosis must use additional linkages than a simple four-bar mechanism. To maximize the benefit of reducing the actuators power by using the developed kinematic design, it is necessary to minimize total weight of the device, while keeping necessary actuator performances of torques and angular velocities for support. In this paper, we use a SGA (Simple Genetic Algorithm) to minimize sum of total link lengths and motor power by reducing the weight of the novel knee orthosis. To find feasible parameters, kinematic constraints of the hamstring and quadriceps mechanisms have been applied to the algorithm. The proposed optimization scheme could reduce sum of total link lengths to half of the initial value. The proposed optimization scheme can be applied to reduce total weight of general multi-linkages while keeping necessary actuator specifications.
Sin, Minki;Cho, Jang Ho;Woo, Hyun Soo;Kim, Kiyoung
The Journal of Korea Robotics Society
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v.17
no.4
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pp.484-492
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2022
This paper presents a simple and robust under-actuated robotic finger mechanism that enables self-adaptive grip, fingertip pinch, and caging grasp functions. In order to perform daily activities using hands, the fingers should be able to perform adaptive gripping and pinching motion, and the caging grasp function is required to realize natural gripping motions and improve grip reliability. However, general commercial prosthetic hands cannot implement all three functions because they use under-actuation mechanism and simple mechanical structure to achieve light-weight and high robustness characteristic. In this paper, new mechanism is proposed that maintains structural simplicity and implements all the three finger functions with simple one degree-of-freedom control through a combination of a four-bar linkage mechanism and a wire-driven mechanism. The basic structure and operating principle of the proposed finger mechanism were explained, and simulation and experiments using the prototype were conducted to verify the gripping performance of the proposed finger mechanism.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.12
no.5
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pp.563-570
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2009
In the future, most military activities will be replaced by robots. Because of many dangerous factors in battlefield, reconnaissance should be performed by robot. Reconnaissance robot should be small for not being detected, be light and simple structure for personal portability and overcome unexpected rough terrain for mission completion. In case of small and light robot, it can't get enough friction force for movement. Therefore small reconnaissance robot need jumping function for movement. In this paper we proposed a biologically inspired jumping mechanism. And we adjusted moment and jumping angle by using four bar linkage, especially varying coupler length.
The existence of clearance at the link joint of a machine is inevitable for assembly and mobility. During the cyclic operation of a machine, rapid changes of the direction and magnitude of connection forces cause momentary loss of contact between the pin and the bushing at the link joint. Contact loss at the clearance joint gives rise to undesirable impact. The impulsive force affects on the performance of the machine, and leads to excessive vibration, noise and faster wear in the connecitons. In this paper, experiment and theoretical analysis were carried out for the variation of crank speed and clearance size. The link mechanism employed in this investigation was newly designed to check the effects of parameter changes on the occurrence of contact loss and on the magnitude of the impact force. The contact loss and impact position were calculated with various driving conditions.
A robot manipulator handling a heavy weight requires high-capacity motors and speed reducers, which increases the cost of a robot and the risk of injury when a human worker is in collaboration with a robot. To cope with this problem, we propose a collaborative manipulator equipped with a counterbalance mechanism which compensates mechanically for a gravitational torque due to the robot mass. The prototype of the manipulator was designed on the basis of a four-bar linkage structure which contains active and passive pitch joints. Experimental performance evaluation shows that the proposed robot works effectively as a collaborative robot.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.1026-1034
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1988
An efficient method for designing balancing springs to be used for dynamic balancing of planar mechanisms was studied. In spite of its wide application in the field of balancing problems such as balancing of input torques, clearance effects etc., there have been few efficient ways of determining the specifications of the balancing springs. To improve this problem, a method of approximating the characteristic of linear springs was suggested and its validity was checked through an analysis of errors. Further, through an example of a balancing problem to reduce the fluctuation of input torques of a 4bar mechanism, it was shown that the proposed method of approximation simplifies the design equations and a satisfactory result can be found efficiently.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.323-326
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1997
Conventional robots actuated by motors with the speed reducer such as harmonic drive had weakness in delivering loads, pressing, grinding, and cutting jobs. To overcome this, the developer a new type of robot actuated by the ball screw. The robot is an articulated shape, which is composed of four axes. The base axis is actuated similarly with conventional robot, but the others are actuated by four bars mechanism composed of the ball screw. We setup the dynamics model of the robot. The robot has parameter uncertainties and nonlinearlity due to the ball screw actuator. To coordinate the robot, we applied sliding-mode control.
A bunker bed is a type of furniture that efficiently utilizes a narrow indoor space by having a high bed and using the empty space below as a living and storage space. The demand for multi-purpose furniture is increasing due to the recent increase in single-person households and wide-spread shared accommodation. According to the consumer research, one of the major drawbacks of a bunker bed was to get on and off the bed through a ladder or stairs. In order to overcome these problems, it was confirmed that the height adjustment function that can easily adjust the minimum and maximum heights of the bed was necessary. In this study, a height adjustable bunker bed was designed by using a gas spring that generates a repulsive force by the compressed gas inside. The design process consisted of the following three steps: Firstly, the hysteresis characteristics due to a friction and spring constant of a commercial gas spring were confirmed by measuring the repulsive force vs. compressed displacement. Secondly, requirements of the vertical lifting force exerted on the bed against gravity force were derived. Finally, the height-adjustable bed using the four-bar link mechanism was designed with 4 parameters so that the bed weight of 60-70 kgf could be adjusted to 800 mm in height by an affordable initial operation force. The performance was verified through prototype production and the results of vertical displacement and force to move were nearly the same as designed. In addition, an electrically operated height-adjustable bed was also designed with linear actuators and the performance was proved with the prototype.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.6
no.1
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pp.515-520
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2020
The design and actual implementation of the four-bar parallel link was studied in the paper. The parallel four-section link is widely used as a basic kinematic mechanism for transmitting the rotation of one axis to the rotational motion of the other axis. However, the parallel 4 link has a problem that phase reversal occurs at the turning point during the movement. In order to prevent the link reversal, it is known that a double parallelogram-type link is formed by attaching an additional phase reversal suppression link with an offset. However, as a result of the actual fabrication experiment, the movement is not smooth at the transition point. In order to solve this problem, in this study, a link for smooth movement is added in addition to a link that provides an offset to prevent phase reversal, so that the phase reversal does not occur at a specific point when the driven shaft rotates along the drive shaft. The test result confirms the validity of our suggestion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.215-226
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1998
This paper addresses an analytical approach to tolerance and reliability analysis of mechanical systems with uncertainty. Many mechanical systems consist of links and lubricated joints. The mobility method is applied to consider lubrication effects and the clearance vector model is used to stochastically define a mechanism for tolerance and reliability analysis. To show the validity of the proposed method, a four-bar path generator and a slider-crank mechanism are considered. The results obtained by applying the proposed method are compared with those by Monte-Carlo simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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