This paper describes a collision avoidance method for planning safe trajectories for multi-robot system in common work space. Usually objects have been approximated to convex polyhedra in most previous researches, but in case using such the approximation method it is difficult to represent objects analytically in terms of functions and also to describe tile relationship between the objects. In this paper, in order to solve such problems a modeling method which approximates objects to cylinder ended by hemispheres and or sphere is used and the maximum distance functions is defined which call be calculated simply. Using an objective function with inequality constraints which are related to minimum distance functions, work range and maximum allowable angular velocities of the robots, tile collision avoidance for two robots is formulated to a constrained function optimization problem. With a view to solve tile problem a penalty function having simple form is defined and used. A simple numerical example involving two PUMA-type robots is described.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.166-171
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2001
In order to improve the efficiency of the design process and the quality of the resulting design for the application-based exclusive rolling element bearings, this study propose design methodologies by using a genetic-based combinatorial optimization. By the presence of discrete variables such as the number of rolling element (standard component) and by the engineering point of views, the design problem of the rolling element bearing can be characterized by the combinatorial optimization problem as a fully discrete optimization. A genetic algorithm is used to efficiently find a set of the optimum discrete design values from the pre-defined variable sets. To effectively deal with the design constraints and the multi-objective problem, a ranking penalty method is suggested for constructing a fitness function in the genetic-based combinatorial optimization. To evaluate the proposed design method, a robust performance analyzer of ball bearing based on quasi-static analysis is developed and the computer program is applied to some design problems, 1) maximize fatigue life, 2) maximize stiffness, 3) maximize fatigue life and stiffness, of a angular contact ball bearing. Optimum design results are demonstrate the effectiveness of the design method suggested in this study. It believed that the proposed methodologies can be effectively applied to other multi-objective discrete optimization problems.
To optimize movement of a multi-joint robot arm is known to be a difficult problem, because it is a kind of redundant system. Although the end-effector is set its position by each angle of the joints, the angle of each joint cannot be uniquely determined by the position of the end-effector. There exist the infinite number of different sets of joint angles which represent the same position of the end-effector. This paper describes how to manage the angle of each joint to move its end-effector preferably on an X-Y plane with obstacles in the end-effector’s reachable area, and how to optimize the movement of a multi-joint robot arm, evading obstacles. The definition of “preferable” movement depends upon a purpose of robot operation. First, we divide viewpoints of preference into two, 1) the standpoint of the end-effector, and 2) the standpoint of joints. Then, we define multiple objective functions, and formulate it into a multi-objective programming problem. Finally, we solve it using multi-purpose genetic algorithm, and obtain reasonable results. The method described here is possible to add appropriate objective function if necessary for the purpose.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.3
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pp.246-255
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2017
The proposed design methodology represents a new approach to optimize the propeller-hull system simultaneously. In this paper, two objective functions are considered, the first objective function is Lifetime Fuel Consumption (LFC) and the other one is cost function including thrust, torque, open water and skew efficiencies. The variables of the propeller geometries (Z, EAR, P/D and D) and ship hull parameters (L/B, B/T, T and $C_B$) are considered to be optimized with cavitation, blades stress of propeller. The well-known evolutionary algorithm based on NSGA-II is employed to optimize a multi-objective problem, where the main propeller and hull dimensions are considered as design variables. The results are presented for a series 60 ship with B-series propeller. The results showed that the proposed method is an appropriate and effective approach for simultaneously propeller-hull system design and is able to minimize both of the objective functions significantly.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.8
no.4
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pp.10-15
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2007
Taguchi methods have been used for a long time to improve the product quality and process performance of a manufacturing system, Few researchers have applied this methodology in laser beam cutting (LBC) of sheet metals and found the considerable improvement in cut qualities. In all experimental investigations of LBC so far, the objective was to optimize the single quality characteristic at a time. In this paper the simultaneous optimization of multiple quality characteristics such as Kerf width and material removal rate (MRR) during pulsed Nd:YAG LBC of thin sheet of magnetic material (high Silicon-steel) has been presented using Taguchi's quality loss function. The results show the considerable improvement in multiple S/N ratio as compared to initial cutting condition. Also, the comparison of results from single and multi-objective optimization have been presented and it was found that the loss in quality is always possible shifting from single quality to multiple quality optimization.
A multi-objective optimization technique was implemented to obtain optimal topologies of the inner reinforcement for a vehicle's hood simultaneously considering the static stiffness of bending and torsion and natural frequency. In addition, a smoothing scheme was used to suppress the checkerboard patterns in the ESO method. Two models with different curvature were chosen in order to investigate the effect of curvature on the static stiffness and natural frequency of the inner reinforcement. A scale factor was employed to properly reflect the effect of each objective function. From several combinations of weighting factors, a Pareto-optimal topology solution was obtained. As the weighting factor for the elastic strain efficiency went from 1 to 0, the optimal topologies transmitted from the optimal topology of a static stiffness problem to that of a natural frequency problem. It was also found that the higher curvature model had a larger static stiffness and natural frequency than the lower curvature model. From the results, it is concluded that the ESO method with a smoothing scheme was effectively applied to topology optimization of the inner reinforcement of a vehicle's hood.
When a fault occurs in a power system, the existing analytic models for the power system fault diagnosis could generate multiple solutions under the condition of one or more protective relays (PRs) and/or circuit breakers (CBs) malfunctioning, and/or an alarm or alarms of these PRs and/or CBs failing. Therefore, this paper presents an improved analytic model addressing the above problem. It takes into account the interaction between the uncertainty involved with PR operation and CB tripping and the uncertainty of the alarm reception, which makes the analytic model more reasonable. In addition, the existing analytic models apply the penalty function method to deal with constraints, which is influenced by the artificial setting of the penalty factor. In order to avoid the penalty factor's effects, this paper transforms constraints into an objective function, and then puts forward an improved immune clonal multi-objective optimization algorithm to solve the optimal solution. Finally, the cases of the power system fault diagnosis are served for demonstrating the feasibility and efficiency of the proposed model and method.
Park, Kang-Soo;Chang, Su-Young;Lee, Eung-Shik;Youn, Sung-Kie
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.1194-1202
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2002
A study on the topology optimization of a multi-spectral camera for space-use is presented. The optimization is carried out under self-weight and polishing pressure loading. A multi-spectral camera for space-use experiences degradation of optical image in the space, which can not be detected on the optical test bench on the earth. An optical surface deformation of a primary mirror, which is a principal component of the camera system, is an important factor affecting the optical performance of the whole camera system. In this study, topology optimization of the primary mirror of the camera is presented. As an objective function, a measure of Strehl ratio is used. Total mass of the primary mirror is given as a constraint to the optimization problem. The sensitivities of the objective function and constraint are calculated by direct differentiation method. Optimization procedure is carried out by an optimality criteria method. For the light-weight primary mirror design, a three dimensional model is treated. As a preliminary example, topology optimization considering a self-weight loading is treated. In the second example, the polishing pressure is also included as a loading in the topology optimization of the mirror. Results of the optimized design topology for the mirror with various mass constraints are presented.
Park, Kang-Soo;Chang, Su-Young;Lee, Enug-Shik;Youn, Sung-Kie
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06a
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pp.920-925
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2001
A study on the topology optimization of a multi-spectral camera for space-use is presented. A multi-spectral camera for space-use experiences degradation of optical image in the space, which can not be detected on the optical test bench on the earth. An optical surface deformation of a primary mirror, which is a principal component of the camera system, under the self-weight loading is an important factor affecting the optical performance of the whole camera system. In this study, topology optimization of the primary mirror of the camera is presented. Total mass of the primary mirror is given as a constraint to the optimization problem. The sensitivities of the objective function and constraint are calculated by direct differentiation method. Optimization procedure is carried out by an optimality criterion method using the sensitivities of the objective function and the constraint. As a preliminary example, topology optimization considering a self-weight loading is treated. For practical use, the polishing pressure is included as a loading in the topology optimization of the primary mirror. Results of the optimized design topology for the primary mirror with varying mass ratios are presented.
To make railway carbody light in weight has advantages at some aspects of both manufacturing and maintenance. Recently, railway carbodys of steel structure have been lightened their weight by using aluminum extrusion plate. for the additional lightening of railway carbody, an optimal design which maintains proper strength and minimizes weight must be achieved. Optimization which is used with finite element analysis for aluminum extrusion plate has the disadvantage of consuming much time. In this paper, the method of equivalent material property which is available to FEA code is established using the method of equivalent stiffness. This method for plate is expanded into the method for railway carbody structure with plates and shells. An objective function is established for maximum stiffness of unit aluminum extrusion plate using established method of equivalent material property. We performed an multi-objective optimization using the penalty function method. As a result, recommendable shapes and sizes of unit extrusion plate for under-frame of high speed train is presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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