We propose a data-driven kinematic control method for a robotic spatial augmented reality (RSAR) system. We assume a scenario where a robotic device and a projector-camera unit (PCU) are assembled in an ad hoc manner with loose kinematic specifications, which hinders the application of a conventional kinematic control method based on the exact link and joint specifications. In the proposed method, the kinematic relation between a PCU and joints is represented as a set of B-spline surfaces based on sample data rather than analytic or differential equations. The sampling process, which automatically records the values of joint angles and the corresponding external parameters of a PCU, is performed as an off-line process when an RSAR system is installed. In an on-line process, an external parameter of a PCU at a certain joint configuration, which is directly readable from motors, can be computed by evaluating the pre-built B-spline surfaces. We provide details of the proposed method and validate the model through a comparison with an analytic RSAR model with synthetic noises to simulate assembly errors.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.2
no.1
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pp.56-61
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2000
Majority of industrial robots are controlled by a simple independent joint control of joint actuators rather than complex controllers based on the nonlinear dynamic model of the robot manipulator. In this independent joint control scheme, the performance of actuator control is influenced significantly by the joint disturbance torques including gravity, Coriolis and centrifugal torques, which result in the trajectory tracking error in the joint control system. The control performance of a redundant manipulator under independent joint control can be improved by minimizing this joint disturbance torque in resolving the kinematic redundancy. A 3 DOF planar robot is studied as an example, and the dynamic programming method is used to find the globally optimal joint trajectory that minimize the joint disturbance torque over the entire motion. The resulting solution is compared with the solution obtained by the conventional joint torque minimization, and it is shown that joint disturbance can be reduced using the kinematic redundancy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.142-149
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1995
This paper presents a new kinematic control strategy for serial redundant manipulators which gives repeatability in the joint space when the end-effector undergoes some general cyclic motions. Theoretical development has been accomplished by deriving a new inverse kinematic equation that is based on springs being conceptually located in the joints of the manipulator. Although some inverse kinematic equations for serial redundant manipulators have been derived by many researchers, the new strategy is the first to include the free angles of torsional springs and the free lengths of the translational springs. This is important because it ensures repeatability in the joint space of a serial redundant manipulator whose end-effector undergoes a cyclic type motion. Numerical verification for repeatability is done in terms of Lie Bracket Condition. Choices for the free angle and torsional stiffness of a joint (or the free length and translational stiffness) are made based upon the mechanical limits of the joints.
This paper presents the kinematic modeling of the human forearm rotation constructed with a spatial four-bar linkage. Especially, a circumduction of the distal ulna is modeled for a minimal displacement of the position of the hand during the forearm rotation from the supination to the pronation. To establish its model, four joint types of the four-bar linkage are, firstly, assigned with the reasonable grounds, and then the spatial linkage having the URUU (Universal-Revolute-Universal-Universal) joint type is proposed. Kinematic analysis is conducted to show the behavior of the distal radio-ulna as well as to evaluate the angular displacements of all the joints. From the simulation result, it is, finally, revealed that the URUU spatial linkage can be substituted for the URUR (Universal-Revolute-Universal-Revolute) spatial linkage by a kinematic constraint.
Although there have been various studies related to the body's movement from a sitting to a standing position (sit-to-stand task), there is limited information on the kinematic changes on the frontal and transverse planes. The purpose of this study was to ascertain how pelvic tilt affects kinematic changes in the frontal and transverse planes in the hip and knee joints during a sit-to-stand task. For this study, 33 healthy participants (13 female) were recruited. Each participant rose from a sitting to a standing posture at his or her preferred speed for each of three different pelvic tilt trials (anterior, posterior, and neutral), and the measured angles were analyzed using a 3-D motion analysis system. A one-way repeated measure analysis of variance was performed with Bonferroni's post hoc test. In addition, an independent t-test was carried out to determine the sex differences in hip and knee joint kinematic changes during the sit-to-stand tasks. The results were as follows: 1) The hip and knee joint angle in the frontal and transverse planes showed a significant difference between the different pelvic tilt postures during sitting in the pre-buttock lift-off phase (pre-LO) (p<.05). Compared to the posterior pelvic tilt posture, the anterior pelvic tilt posture involved significantly greater hip joint adduction and internal rotation, knee joint adduction, and reduced internal rotation of the knee joint. 2) Sex differences were found with significant differences for males in the initial and maximal angles in the frontal plane of the hip and knee joint (p<.05). Females had a significantly smaller initial abduction angle of the hip joint and a significantly greater maximal angle of the hip adduction joint. These results suggest that selecting a sit-to-stand exercise for pelvic tilt posture should be considered to control abnormal movement in the lower extremities.
Inverse kinematic problem is a crucial point for robot manipulator control. In this paper, to implement the Jacobian control technique we used the Hopfield(Tank)'s neural network. The states of neurons represent joint veocities, and the connection weights are determined from the current value of the Jacobian matrix. The network energy function is constructed so that its minimum corresponds to the minimum least square error. At each sampling time, connection weights and neuron states are updated according to current joint position. Inverse kinematic solution to the planar redundant manipulator is solved by computer simulation.
The effect of kinematic model choice on robot calibration is examined. This paper presents a complete formulation to identify the actual robot kinematic parameters directly from position data. The method presented in this paper applies to any serial link manipulator with arbitrary order and combination of revolute and prismatic joint.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.2
s.233
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pp.176-187
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2005
This paper presents an evaluation of joint configurations of a robotic finger based on kinematic analysis. The evaluation is based on an assumption that the current control methods for the fingers require that the contact state specified by the motion planner be maintained during manipulation. Various finger-joint configurations have been evaluated for different contact motions. In the kinematic analysis, the surface of the manipulated object was represented by B-spline surface and the surface of the finger was represented by cylinders and a half ellipsoid. Three types of contact motion, namely, 1) pure rolling, 2) twist-roiling, and 3) slide-twist-rolling are assumed in this analysis. The finger-joint configuration best suited for manipulative motion is determined by the dimension of manipulation workspace. The evaluation has shown that the human-like fingers are suitable for maintaining twist-rolling and slide-twist-rolling but not for pure rolling. A finger with roll joint at its fingertip link, which is different from human fingers, proved to be better for pure rolling motion because it can accommodate sideway motions of the object. Several kinds of useful finger-joint configurations suited for manipulating objects by fingertip surface are proposed.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.26
no.3
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pp.535-542
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2014
The purpose of this study was to analyze the movements of the lower extremity joints during a taekwondo kick motion called 'Juchumseogi hu Apkkoaseogi yeopchagi', which was administered to players to improve their balance, stability, and range of motion for the prevention of injuries. Eight professional players and amateur players were recruited as the subjects. Kinematic data were collected by four real-time infrared cameras. The hip joint, knee joint, and ankle joint angles were measured using instruments. During the 'Juchumseogi hu Apkkoaseogi yeopchagi' kick motion, there were small and inconsistent effects on each joint. This study processed the data using the Windows SPSS Ver. 18.0 to get an independent t-test, with the setting, p< .05. Results indicated that hip joint, knee joint, and ankle joint angles were almost significantly different between professional and amateur player during 'Juchumseogi hu apgeule Apkkoaseogi' kick motion.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.265-270
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2001
Hip joint simulator which Is an essential device for evaluating the wear of biomaterials (ultrahigh molecular weight polyethylene, Co-Cr alloy, alumina, etc.) used in total hip joint replacement was developed. This hip joint simulator mimics the joint motion and joint loading of human gait by adapting the 4 degree of freedom in kinematic motion (flexing/extension, adduction/abduction, Internal rotation/external rotation) and axial loading, Four stations are operated by 8 servo-motors and harmony drives. Joint leading was imposed by displacement control from a ball screw, LM guide, and spring system. Each kinematic link system operates separately or coupled modes. A heater and a thermocouple were installed for keeping the body temperature in each station.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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