This paper describes the development of new feature positioning method which embedded into the top-down assembly modeling system supporting conceptual design. In this work, the user provides the geometric constraints representing the position and size of features, then the system calculates their proper solution. The use of geometric constraints which are easy to understand intuitively enables the user to represent his design intents about geometric shapes, and enables the system to propagate the changes automatically when some editing occurs. To find the proper solution of given constraints, the Selective Solving Method in which the redundant or conflict equations are detected and discarded is devised. The validity of feature shapes satisfying the constraints can be maintained by this technique, and under or over constrained user-defined constraints can also be estimated. The problems such as getting the initial guess, controlling the multiple solutions, and dealing with objects of rotational symmetry are also resolved. Through this work, the feature based modeling system can support more general and convenient modeling method, and keeps the model being valid during modifying models.
In the analysis of constrained holonomic systems, the Lagange multiplier method yields a system of second-order ordinary differential equations of motion and algebraic constraint equations. Conventional holonomic or nonholonomic constraints are defined as geometric constraints in this paper. Previous works concentrate on the geometric constraints. However, if the total energy of a dynamic system can be computed from the initial energy plus the time integral of the energy input rate due to external or internal forces, then the total energy can be artificially treated as a constraint. The violation of the total energy constraint due to numerical errors can be used as information to control these errors. It is a necessary condition for accurate simulation that both geometric and energy constraints be satisfied. When geometric constraint control is combined with energy constraint control, numerical simulation of a constrained dynamic system becomes more accurate. A new convenient and effective method to implement energy constraint control in numerical simulation is developed based on the geometric interpretation of the relation between constraints in the phase space. Several combinations of energy constraint control with either Baumgarte's Constraint Violation Stabilization Method (CVSM) are also addressed.
For effective part modifications which is necessary in the design process frequently, variational geometric modeling with constraint management being used in a wide. Most variational geometric modeling methods, however, manage just the constraints about sketch elements used for generation of primitives. Thus, not only constraint propagation but also re-build of various modeling operations stored in the modeling history is necessary iota part geometry modifications. Especially, re-build of high-cost Boolean operations is apt to deteriorate overall modeling efficiency abruptly. Therefore, in this paper we proposed an algorithm that can handle all geometric entities of the part directly. For this purpose, we introduced eight type geometric constraints to the various geometric calculations about all geometric entities in sweepings and Boolean operations as well as the existing constraints of the sketch elements. The algorithm has a merit of rapid part geometric modifications through only constraint propagation without rebuild of modeling operations which are necessary in the existing variational geometric modeling method.
변형 가능한 물체들 간의 자연스럽고 그럴듯한 상호작용을 얻거나, 시뮬래이션을 사용자가 원하는 시작 조건으로 설정하기 위해서는 이를 제어할 수 있는 기하학적인 제한을 직관적으로 정의하거나 제어 할 수 있어야 한다. 또한 사용자가 시뮬레이터의 중대한 변경 없이 시뮬레이션을 다양한 환경의 시뮬레이션문제를 풀기위한 기반으로 사용할 수 있어야 한다. 본 논문에서 제안된 물리학 기반의 기하학적 제한 시뮬레이션 시스템은 변형 가능한 물체를 표현하기 위혜서 비선형적인 유한요소 해석 방법을 사용하였으며, 제약 조건을 지키기 위해서 물체의 노드에 기하학적인 제한을 설정함으로써 제한 힘이 생성된다. 또한 사용자가 기하학적인 제한을 설정하고 변경 할 수 있도록 해주며, 이러한 제약들은 지속적으로 시뮬레이션 시스템을 통제 할 수 있도록 제한 힘으로 변환된다. 따라서 시뮬레이터는 물체에 적용되는 선형적, 각도, 부동식 등의 기하학적 제한을 통제 할 수 있다. 본 연구의 실험적인 결과들은 전체 시뮬레이션 동안 기하학적 제한이 작은 오차 범위 내에서 잘 지켜지고, 변형 가능한 물체의 원하는 형태를 잘 보존하고 있음을 보여준다.
An approach has been developed to generate parametric models with Boolean operations. The approach combines Boolean operations and graph manipulation on the constraints imposed on primitives. A Boolean operation is first performed on two primitives and new geometric elements such as vertices and edges are computed. Then to generate the constraint graph of the polygon the each constraints graph of two primitives are merged by adding the new geometric elements with its corresponding constraints. In the merging process, some of the geometric elements belonging to the primitives may be eliminated based on its contribution to the polygon. A computer implementation in a 2D space is described to illustrate the approach with examples.
A finite element algorithm for consideration of contact constraints is presented. It is characterized by introducing the geometric constraints, resulting from contact conditions, directly into the algebraic system of equations for the incremental displacements of an incremental iterative solution procedure. The usefulness of the proposed algorithm for efficient solutions of contact problems involving large displacements and large strains is demonstrated in the numerical investigation.
Although feature-based design is a promising approach to fully integrating CAD/CAM, current feature-based design approaches seldom provide methodologies to easily define and design features. This paper proposes a new approach to integrating parametric design with feature-based design to overcome those limitations by globally decomposing a design into a set of features and locally defining and positioning each feature by geometric constraints. Each feature is defined as a parametric shape which consists of a feature section, attributes, and a set of constraints. The generalized sketching and sweeping techniques are used to simplify the process of designing features. The proposed approach is knowledge-based and its computational efficiency in geometric reasoning is improved greatly. Parametrically designed features not only have the advantage of allowing users to efficiently perform design changes, but also provide designers with a natural design environment in which they can do their work more naturally and creatively.
This paper attempt analysis and computer simulation of dynamics of a set of dual multi-joint fingers with soft-deformable tips which are grasping. Firstly, a set of differential equation describing dynamics of the fingers and object together with geometric constraint of tight area-contacts is formulated by Euler-Lagrange's formalism. Secondly, problems of controlling both the internal force and the rotation angle of the grasped object under the constraints of area-contacts of tight area-contacts are discussed. The effect of geometric constraints of area-contacts on motion of the overall system is analyzed and a method of computer simulation for overall system of differential-algebraic equations is presented. Finally, simulation results are shown and the effects of geometric constraints of area-contact is discussed.
Park, Kyung-Taek;Kim, Sung-Su;Yang, Soon-Yong;Lee, Byung-Rong;Ahn, Kyoung-Kwan;Han, Hyun-Yong
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2001년도 ICCAS
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pp.132.6-132
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2001
This paper aims to derive a mathematical model of the dynamics of handling tasks in field robot which stable grasping and manipulates a rigid object with some dexterity. Firstly, a set of differential equation describing dynamics of the manipulators and object together with geometric constraint of tight area-contacts is formulated by Lagrange equation. Secondly, problems of controlling both the internal force and the rotation angle of the grasped object under the constraints of area-contacts of tight area-contacts are discussed. The effect of geometric constraints of area-contacts on motion of the overall system is analyzed and a method of computer simulation for overall system of differential-algebraic equations is presented. Thirdly, simulation results are shown and the effects of geometric constraints of area-contact is discussed.
This paper aims to derive a mathematical model of the dynamics of handling tasks in robot finger which stable grasping and manipulates a rigid object with some dexterity. Firstly, a set of differential equation describing dynamics of the manipulators and object together with geometric constraint of tight area-contacts is formulated by Lagrange's equation. Secondly, problems of controlling both the internal force and the rotation angle of the grasped object under the constraints of area-contacts of tight area-contacts are discussed. The effect of geometric constraints of area-contacts on motion of the overall system is analyzed and a method of computer simulation for overall system of differential-algebraic equations is presented. Thirdly, simulation results are shown and the effects of geometric constraints of area-contact is discussed. Finally, it is shown that even in the simplest case of dual single D.O.F manipulators there exists a sensory feedback from sensing data of the rotational angle of the object to command inputs to joint actuators and this feedback connection from sensing to action eventually realizes secure grasping of the object, provided that the object is of rectangular shape and motion is confined to a horizontal plane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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