This paper is concerned with locomotion of dog-like quadruped robots that can adapt to various terrains, mainly dealing with implementation methods and characteristics of static and dynamic gaits. To this end, a 12-DOF robot is built in house, motional trajectories of its body and feet are generated mimicking biological life, and the corresponding leg joint angles are analytically obtained by inverse kinematics. Such joint angle data are then applied to the robot's ADAMS model for computer simulations so that the planned walk and trot gaits are both confirmed dynamically stable. However, contrary to the simulation results, previous trot patterns showed unstable behavior during experiments. This problem led us to analyze the reason, and in the course we discovered the importance of maximally utilizing the concept of WSM rather than ZMP and therefore reducing the gait period to secure the stability of dynamic gaits such as trot.
The importance of "decoupling" to maintain economic growth and reduce greenhouse gases is emerging as the world has been mandated to reduce greenhouse gases since the 2015 Paris Agreement. This study covered 63 countries from 1980 to 2014 and analyzed the main characteristics and causes of decoupling phenomenon between economic growth and carbon emissions. In this study, the degree of decoupling was measured every five years. The analysis found that the decoupling rate of OECD countries and countries with large incomes was high, and that the decoupling phenomenon has accelerated worldwide since the 2000s. However, the degree of decoupling was different depending on the national characteristics. According to the results of dynamic panel model, the growth rate of manufacturing and the proportion of exports hampered decoupling, while the proportion of human capital and renewable energy had a positive effect on decoupling. Also income had a inverse U-shape non-linear effect on decoupling.
Kim Yong-Yook;Kapania Rakesh K.;Johnson Eric R.;Palmer Matthew E.;Kwon Tae-Kyu;Hong Chul-Un;Kim Nam-Gyun
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.2
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pp.251-261
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2006
The objective of this work is to apply artificial neural networks for solving inverse problems in the structural optimization of a fiber optic pressure sensor. For the sensor under investigation to achieve a desired accuracy, the change in the distance between the tips of the two fibers due to the applied pressure should not interfere with the phase change due to the change in the density of the air between the two fibers. Therefore, accurate dynamic analysis and structural optimization of the sensor is essential to ensure the accuracy of the measurements provided by the sensor. To this end, a normal mode analysis and a transient response analysis of the sensor were performed by combining commercial finite element analysis package, MSC/NASTRAN, and MATLAB. Furthermore, a parametric study on the design of the sensor was performed to minimize the size of the sensor while fulfilling a number of constraints. In performing the parametric study, the need for a relationship between the design parameters and the response of the sensor was fulfilled by using a neural network. The whole process of the dynamic analysis using commercial finite element analysis package and the parameter optimization of the sensor were automated within the MATLAB environment.
Mehmet Bugra Ozbey;Yavuz Cetin Cuma;Ibrahim Ozgur Deneme;Faruk Firat Calim
Advances in nano research
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v.16
no.4
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pp.413-426
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2024
This paper investigates the dynamic behavior of a simply supported viscoelastic plate made of functionally graded carbon nanotube reinforced composite under dynamic loading. Carbon nanotubes are distributed in 5 different shapes: U, V, A, O and X, depending on the shape they form through the thickness of the plate. The displacement fields are derived in the Laplace domain using a higher-order shear deformation theory. Equations of motion are obtained through the application of the energy method and Hamilton's principle. The resulting equations of motion are solved using Navier's method. Transforming the Laplace domain displacements into the time domain involves Durbin's modified inverse Laplace transform. To validate the accuracy of the developed algorithm, a free vibration analysis is conducted for simply supported plate made of functionally graded carbon nanotube reinforced composite and compared against existing literature. Subsequently, a parametric forced vibration analysis considers the influence of various parameters: volume fractions of carbon nanotubes, their distributions, and ratios of instantaneous value to retardation time in the relaxation function, using a linear standard viscoelastic model. In the forced vibration analysis, the dynamic distributed load applied to functionally graded carbon nanotube reinforced composite viscoelastic plate is obtained in terms of double trigonometric series. The study culminates in an examination of maximum displacement, exploring the effects of different carbon nanotube distributions, volume fractions, and ratios of instantaneous value to retardation times in the relaxation function on the amplitudes of maximum displacements.
Kim, Kyung-Youn;Kim, Bong-Seok;Kang, Suk-In;Kim, Min-Chan;Lee, Jung-Hoon;Lee, Yoon-Joon
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.38
no.5
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pp.23-32
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2001
Electrical impedance tomography (EIT) is a relatively new imaging modality in which the resistivity (conductivity) distribution of the unknown object is estimated based on the known sets of injected currents and measured voltages on the surface of the object. In this paper, we propose a dynamical EIT reconstruction algorithm based on the regularized extended Kalman filter(EKF). The EIT inverse problem is formulated as dynamic equation which consists of the slate equation and the observation equation, and the unknown state(resistivity) is estimated recursively with the aid of the EKF. In doing so, the generalized Tikhonov regularization technique is employed in the cost functional to mitigate the ill-posedness characteristics of the inverse problem. Computer simulations for the 16-channel synthetic data are provided to illustrate the reconstruction performance of the proposed algorithm.
The idea of using measured dynamic characteristics for damage detection is attractive because it allows for a global evaluation of the structural health and condition. However, vibration-based damage detection for complex structures such as long-span cable-supported bridges still remains a challenge. As a suspension or cable-stayed bridge involves in general thousands of structural components, the conventional damage detection methods based on model updating and/or parameter identification might result in ill-conditioning and non-uniqueness in the solution of inverse problems. Alternatively, methods that utilize, to the utmost extent, information from forward problems and avoid direct solution to inverse problems would be more suitable for vibration-based damage detection of long-span cable-supported bridges. The auto-associative neural network (ANN) technique and the probabilistic neural network (PNN) technique, that both eschew inverse problems, have been proposed for identifying and locating damage in suspension and cable-stayed bridges. Without the help of a structural model, ANNs with appropriate configuration can be trained using only the measured modal frequencies from healthy structure under varying environmental conditions, and a new set of modal frequency data acquired from an unknown state of the structure is then fed into the trained ANNs for damage presence identification. With the help of a structural model, PNNs can be configured using the relative changes of modal frequencies before and after damage by assuming damage at different locations, and then the measured modal frequencies from the structure can be presented to locate the damage. However, such formulated ANNs and PNNs may still be incompetent to identify damage occurring at the deck members of a cable-supported bridge because of very low modal sensitivity to the damage. The present study endeavors to enhance the damage identification capability of ANNs and PNNs when being applied for identification of damage incurred at deck members. Effort is first made to construct combined modal parameters which are synthesized from measured modal frequencies and modal shape components to train ANNs for damage alarming. With the purpose of improving identification accuracy, effort is then made to configure PNNs for damage localization by adapting the smoothing parameter in the Bayesian classifier to different values for different pattern classes. The performance of the ANNs with their input being modal frequencies and the combined modal parameters respectively and the PNNs with constant and adaptive smoothing parameters respectively is evaluated through simulation studies of identifying damage inflicted on different deck members of the double-deck suspension Tsing Ma Bridge.
The crystallographic, electrical and magnetic behaviors of magnetite powder in the vicinity of its Verwey transition were investigated in this study. Magnetite was prepared by synthesizing a nanoparticle precursor and then annealing it at $800^{\circ}C$ for 1 h under a dynamic vacuum. Crystallographic and morphology analyses were done by using scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The electrical and the magnetic properties were examined by using $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectroscopy, vibrating sample magnetometer (VSM) and resistivity measurement. Both the magnetic moment and the resistivity showed discontinuous changes at the Verwey transition temperature ($T_V$). The temperature dependence of magnetic anisotropy constant showed a monotonic decrease with increasing temperature, with slight dip near $T_V$. $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectra showed the superposition of two sextets, one from the tetrahedral (A) and the other from the octahedral (B) sites. The results revealed that identical charge states existed in the B site at temperatures both above and below $T_V$. A coordination crossover resulted in a transition from an inverse to a normal spinel at or close to $T_V$.
With the recent development of static and dynamic modulated brachytherapy methods in brachytherapy, which use radiation shielding to modulate the dose distribution to deliver the dose, the amount of parameters and data required for dose calculation in inverse treatment planning and treatment plan optimization algorithms suitable for new directional beam intensity modulated brachytherapy is increasing. Although intensity-modulated brachytherapy enables accurate dose delivery of radiation, the increased amount of parameters and data increases the elapsed time required for dose calculation. In this study, a GPU-based CUDA-accelerated dose calculation algorithm was constructed to reduce the increase in dose calculation elapsed time. The acceleration of the calculation process was achieved by parallelizing the calculation of the system matrix of the volume of interest and the dose calculation. The developed algorithms were all performed in the same computing environment with an Intel (3.7 GHz, 6-core) CPU and a single NVIDIA GTX 1080ti graphics card, and the dose calculation time was evaluated by measuring only the dose calculation time, excluding the additional time required for loading data from disk and preprocessing operations. The results showed that the accelerated algorithm reduced the dose calculation time by about 30 times compared to the CPU-only calculation. The accelerated dose calculation algorithm can be expected to speed up treatment planning when new treatment plans need to be created to account for daily variations in applicator movement, such as in adaptive radiotherapy, or when dose calculation needs to account for changing parameters, such as in dynamically modulated brachytherapy.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.1
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pp.10-20
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2007
For spacecraft attitude control, reaction wheel (RW) steering laws with more than three wheels for three-axis attitude control can be derived by using a control allocation (CA) approach.1-2 The CA technique deals with a problem of distributing a given control demand to available sets of actuators.3-4 There are many references for CA with applications to aerospace systems. For spacecraft, the control torque command for three body-fixed reference frames can be constructed by a combination of multiple wheels, usually four-wheel pyramid sets. Multi-wheel configurations can be exploited to satisfy a body-axis control torque requirement while satisfying objectives such as minimum control energy.1-2 In general, the reaction wheel steering laws determine required torque command for each wheel in the form of matrix pseudo-inverse. In general, the attitude control command is generated in the form of a feedback control. The spacecraft body angular rate measured by gyros is used to estimate angular displacement also.⁵ Combination of the body angular rate and attitude parameters such as quaternion and MRPs(Modified Rodrigues Parameters) is typically used in synthesizing the control command which should be produced by RWs.¹ The attitude sensor signals are usually corrupted by noise; gyros tend to contain errors such as drift and random noise. The attitude determination system can estimate such errors, and provide best true signals for feedback control.⁶ Even if the attitude determination system, for instance, sophisticated algorithm such as the EKF(Extended Kalman Filter) algorithm⁶, can eliminate the errors efficiently, it is quite probable that the control command still contains noise sources. The noise and/or other high frequency components in the control command would cause the wheel speed to change in an undesirable manner. The closed-loop system, governed by the feedback control law, is also directly affected by the noise due to imperfect sensor characteristics. The noise components in the sensor signal should be mitigated so that the control command is isolated from the noise effect. This can be done by adding a filter to the sensor output or preventing rapid change in the control command. Dynamic control allocation(DCA), recently studied by Härkegård, is to distribute the control command in the sense of dynamics⁴: the allocation is made over a certain time interval, not a fixed time instant. The dynamic behavior of the control command is taken into account in the course of distributing the control command. Not only the control command requirement, but also variation of the control command over a sampling interval is included in the performance criterion to be optimized. The result is a control command in the form of a finite difference equation over the given time interval.⁴ It results in a filter dynamics by taking the previous control command into account for the synthesis of current control command. Stability of the proposed dynamic control allocation (CA) approach was proved to ensure the control command is bounded at the steady-state. In this study, we extended the results presented in Ref. 4 by adding a two-step dynamic CA term in deriving the control allocation law. Also, the strict equality constraint, between the virtual and actual control inputs, is relaxed in order to construct control command with a smooth profile. The proposed DCA technique is applied to a spacecraft attitude control problem. The sensor noise and/or irregular signals, which are existent in most of spacecraft attitude sensors, can be handled effectively by the proposed approach.
Moving object databases manage a large amount of past location data which are accumulated as the time goes. To retrieve fast the past location of moving objects, we need index structures which consider features of moving objects. The KDB-tree has a good performance in processing range queries. Although we use the KDB-tree as an index structure for moving object databases, there has an over-split problem in the spatial domain since the feature of moving object databases is to increase the time domain. Because the over-split problem reduces spatial regions in the MBR of nodes inverse proportion to the number of splits, there has a problem that the cost for processing spatial-temporal range queries is increased. In this paper, we propose the dynamic split strategy of the KDB-tree to process efficiently the spatial-temporal range queries. The dynamic split strategy uses the space priority splitting method for choosing the split domain, the recent time splitting policy for splitting a point page to maximize the space utilization, and the last division policy for splitting a region page. We compare the performance of proposed dynamic split strategy with the 3DR-tree, the MV3R-tree, and the KDB-tree. In our performance study for range queries, the number of node access in the MKDB-tree is average 30% less than compared index structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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