In this paper, we will present a deeper look on optimal design methods that are related to path-planning for a mobile robot. To control the motion of a mobile robot in a clustered environment, it's necessary to know a suitable trajectory assuming certain start and goal point. Up to now, there are many literatures that concern optimal path planning for an obstacle avoided mobile robot. Among those literatures, we have chosen 2 novel methods for our further analysis. The first approach [4] is based on HJB(Hamilton-Jacobi-Bellman) equation whose solution is the return-function that helps to generate a shortest path to the goal. The later [5] is called polynomial-path-planning approach, in this method, a shortest polynomial-shape path would become a solution if it was a collision-free path. The camera network plays the role as sensors to generate updated map which locates the static and dynamic objects in the space. Therefore, the exhibition of both path planning and dynamic obstacle avoidance by the updated map would be accomplished simultaneously. As we mentioned before, our research will include the motion control of a true mobile robot on those optimal planned paths which were generated by above algorithms. Base on the kinematic and dynamic simulation results, we can realize the affection of moving speed to the stable of motion on each generated path. Also, we can verify the time-optimal trajectory through velocity tuning. To simplify for our analysis, we assumed the obstacles are cylindrical circular objects with the same size.
본 논문에서는 절 기구(bar linkage)형 다관절 보행로봇(multi-legged walking robot)의 최적다리 길이선정을 위하여 입자군집 최적화(PSO: Particle Swarm Optimization) 기법을 사용하였다. PSO 알고리즘을 적용하기 위해서 제안한 보행로봇의 기구학적인 해석이 필요하다. 게 로봇은 4절 링크 이론(four-bar linkage)과 얀센 메커니즘(Jansen mechanism)을 기반으로 설계되었다. 이러한 기구학적인 해석을 바탕으로 로봇의 보행보폭을 정의한다. 그리고 PSO의 학습 및 군집 특성을 이용하여 최대의 보행보폭을 가지는 10개(EA)의 링크(link)길이를 구한다. 시뮬레이션을 통해 각 링크의 위치와 다리 끝단의 보행보폭을 확인할 수 있다. 결과로서, PSO기법이 절 기구형 다관절 보행로봇의 최적다리 길이 선정에 효율적임을 보여 준다.
Hydraulic equipment have been traditionally used for constructing machines with high power density and durability. In particular, pumps and motors are considered essential equipment, and are consistently investigated to find suitable methods for optimal utilization of their characteristics. A kinematic analysis of a swash-plate-type piston motor model using the hydraulic analysis program SimulationX$^{(R)}$ to model a nine-piston motor and simulate a swash-plate angle with a low-pulsation and high-efficiency performance of the motor has been provided in this paper. Finally, along with the theoretical consideration of the stroke, the effect of changing strokes and notch shape (V, U, non-type) on the pulsation is simulated to analyze and determine the effects of reduction in pulsation. The optimal swash-plate angle and stroke thus obtained will reduce the trial and error in future design.
The development of tilting train is required for speedup on the conventional electric railroad due to the characteristic of Korean railroad with a lot of curve track. The study and development of a tilting system and a tilting bogie which have a different mechanism with high speed train will playa important role for enhancement of technology for Korean railway. The study for tilting pantograph mechanism to decrease the displacement between a catenary and a center of pantograph happened when the carbody is tilted in order to maintain the ride comfort and stability on a curving track is proceeding with the development of tilting train. In this paper. we introduce the design concept for the tilting mechanism of a tilting pantograph and the role and characteristics for several devices adopted in the tilting pantograph mechanism. Through the kinematic analysis of tilting mechanism. we will obtain and calculate the optimal tilting angular velocity and acceleration in order to keep the contact behavior of a pantograph and a catenary according to tilting of a carbody.
A numerical modeling technique is proposed for computer simulations of high speed valve train dynamic terms in the valve spring reaction forces are calculated using linear vibration theory for given kinematic valve motions. Because the spring dynamics are analyzed before the time stepping integration, spring surge phenomena can be included without using additional computer time. In addition to that, steady state response of the valve dynamics can be obtained by just one cycle simulation. Consequently, valve train dynamics can be simulated very quickly without noticeable errors in accuracy. The experimental result prove the computer model developed here is accurate and also computationally efficient. The model is especially useful for cam profile optimizations.
A material handling crane is composed of many complex structural components which require sufficient strength, stiffness and stability throughout its service life and need to be light in weight, and satisfy the required functions under the entire range of operating conditions. In this study, the analysis system for material handling cranes is presented. This program integrate various structural analyses modules with the GU(Graphic User Interface) concept. Utilizing basic variables as input data, the analysis system performs quasi-static, eigenvalue, buckling, fatigue and stability analysis. Using this program, the designer can generate optimal design data for the cranes without my actual measurements. This system will also be extended to other mechanical structures with kinematic motion like crane.
차분 위성 항법에 있어서 빈번한 동적 변화를 수반하는 항체에 대하여 편향되지 않은 위치 추정치를 생성하기 위해서는 위상 평활화 코드 필터가 널리 사용되고 있다. 위치추정, 오차해석, 고장진단, 그리고 미지정수 결정 등 보정위성항법시스템의 다양한 응용분야에 있어서 정확한 오차공분산 정보는 중요한 역할을 담당한다. 반면, 기존의 위상 평활화 코드 필터 알고리즘들은 대부분 누적위상 측정오차에 의한 시전달 오차를 무시하므로 실재에 비하여 낙관적인 오차공분산 정보를 생성할 위험성을 내포하고 있다. 위상 평활화 코드 기법의 활용에 있어서 일관성 있고 적절한 오차공분산 정보를 생성하기 위하여 본 논문에서는 Stepwise Optimal Position Projection Filter와 Stepwise Unbiased Position Projection Filter 알고리즘을 제안하였다. 제안된 필터는 기존의 필터에 비하여 누적위상의 특성에 기인하는 시전달 오차의 특성을 정확하고 상세하게 고려하여 주며 잦은 가시위성의 변화도 함께 고려할 수 있는 장점을 가진다. 몬테카를로 시뮬레이션에 의하여 수신기 Kalman 필터, 기존의 위상 평활화 코드 필터, 그리고 제안된 두 필터들의 성능을 비교 분석 하였다.
계단 보행 시 로봇의 최적 궤도 계산은 유전자 알고리즘과 계산 토크 컨트롤러를 사용하여 수행되었다. 첫째, 생식, 교배, 돌연변이로 이루어진 실시간 유전 알고리즘 (RCGA)을 사용하여 총 에너지 효율이 최소화되었다. 보폭의 시작과 끝, 그리고 조인트, 각도, 각속도 위치 어셈블리 관련 재현성 조건은 선형 제약이다. 다음은 고르지 못한 제약은 코너 스윙 다리와 계단의 외부와의 충돌을 막기 위한 조건, 운동 학적 특이성을 막기 위한 무릎 관절의 조건 및 진행 방향의 안전은 보장되지 않음 이란 조건을 따른다. 마지막으로, 각 관절의 각도 궤도는 염색체를 근사 계수를 가지는 4차 다항식에 의해 정의된다. 이것은 보통 도보를 의미한다. 이 연구에서는 최적의 궤도의 에너지 효율을 7개의 링크로 구성된 7자유도의 2족 로봇을 통한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석했다.
Kim, Junghee;Cho, Sungho;Lee, Choongho;Han, Jaewoong;Hwang, Heon
Journal of Biosystems Engineering
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제38권2호
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pp.138-148
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2013
Purpose: Determining an appropriate path is a top priority in order for a robot to maneuver in a dynamically efficient way especially in a pick-and-place task. In a non-standardized work environment, current robot arm executes its motion based on the kinematic displacements of joint variables, though resulting motion is not dynamically optimal. In this research we suggest analyzing and applying motion patterns of the human arm as an alternative to perform near optimum motion trajectory for arbitrary pick-and-place tasks. Methods: Since the motion of a human arm is very complicated and diverse, it was simplified into two links: one from the shoulder to the elbow, and the other from the elbow to the hand. Motion patterns were then divided into horizontal and vertical components and further analyzed using kinematic and dynamic methods. The kinematic analysis was performed based on the D-H parameters and the dynamic analysis was carried out to calculate various parameters such as velocity, acceleration, torque, and energy using the Newton-Euler equation of motion and Lagrange's equation. In an attempt to assess the efficacy of the analyzed human motion pattern it was compared to the virtual motion pattern created by the joint interpolation method. Results: To demonstrate the efficacy of the human arm motion mechanical and dynamical analyses were performed, followed by the comparison with the virtual robot motion path that was created by the joint interpolation method. Consequently, the human arm was observed to be in motion while the elbow was bent. In return this contributed to the increase of the manipulability and decrease of gravity and torque being exerted on the elbow. In addition, the energy required for the motion decreased. Such phenomenon was more apparent under vertical motion than horizontal motion patterns, and in shorter paths than in longer ones. Thus, one can minimize the abrasion of joints by lowering the stress applied to the bones, muscles, and joints. From the perspectives of energy and durability, the robot arm will be able to utilize its motor most effectively by adopting the motion pattern of human arm. Conclusions: By applying the motion pattern of human arm to the robot arm motion, increase in efficiency and durability is expected, which will eventually produce robots capable of moving in an energy-efficient manner.
Various jumping robot platforms have been developed to carry out missions such as rescues, explorations, or inspections of dangerous environments. We suggested a jumping robot platform using energy conversion of the elastic body like the bar of a pole vault, which is the main part in which elastic force occurs. The compliant link was optimized by an optimization method based on Taguchi methodology, and the robot's leaping ability was improved. Among the parameters, the length, width, and thickness of the link were selected as design variables first while the others were fixed. The level of the design variables was settled, and an orthogonal array about its combination was made. In the experiment, dynamic simulations were conducted using the DAFUL program, and response table and sensitivity analyses were performed. We found optimized values through a level average analysis and sensitivity analysis. As a result, the maximum leaping height of the optimized robot increased by more than 6.2% compared to the initial one, and these data will be used to design a new robot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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