In this paper, robust vibration control of a one-link flexible robot arm based on variable structure system is discussed. We derive dynamic equations of it using a Lagragian assumed modes method based on Bernoulli-Euler beam theory. The optimal sliding surface is designed and the problem of chattering is also solved by the adoptation of a continuous control law within a small neighborhood of the switching hyperplane.
This parer is a study on the inverse dynamics of a one-link flexible robot arm which is controlled by translational base motion. The system is composed of a flexible arm, a base for driving arm, a DC servomotor, and a computer. The arm base is moved so that the arm tip follows a desired function. The governing equations are based on the Bernoullie-Euler beam theory and solved by applying the Laplace transform method and then the numerical inversion method. Moter voltage is obtained by simulation for tip trajectory functions i. e. Bang-Bang, Cosine and Gauss Function. And, the tip motion is measured while simulation results are applying. Then the results are investigated to select most proper input and to compare their chateristics. Experimental results show the Cosine function is most proper with respect to low maximum voltage and steady state error.
산업용 로봇의 하중률은 1대 10에서 1대 30이고, 3대 1의 하중률을 가지는 인간과 비교하여 매우 낮다. 다음 세대 로봇의 목표 중에 하나는 하중률이 될 것이고, 이것은 가벼운 로봇을 개발함으로 가능할 것이다. 2관절 유연한 로봇팔은 관절 축을 회전할 때 진동이 발생한다. 본 논문에서는 유연한 로봇팔의 진동 동력학은 오일러 베르누이의 보 이론과 라그랑지 방정식을 이용하여 구하였고, $\dot{D}-2C$가 skew symmetric이다는 사실을 사용하여, 계산량을 줄이는 리아프노프 안정도 이론을 이용한 단순한 구조의 새로운 제어기를 제안한다. 2링크 유연한 로봇에 대한 확정적인 적응제어 법칙을 제안하고, 시뮬레이션을 통하여 그 타당성을 보인다.
The determination of the direct kinematics of the parallel mechanism is a difficult problem but has to be solved for any practical use. This paper presents the efficient formulation of the direct kinematics for double parallel robot arm. The robot arm consists of two parallel mechanism, which generate positional and orientational motions, respectively. These motions are decoupled by a passive central axis which is composed of four revolute joints and one prismatic joint. For a set of given lengths of linear actuators, the direct kinematics will find the joint displacements of th central axis from geometric constraints in each parallel mechanism. Then the joint displacements will be converted into the position and the orientation of the end effector of the robot arm. The proposed formulation is decoupled and compacted so that it will be implemented as a real-time direct kinematics. With the proposed formulation, we analyze the motion of the double parallel robot and show its characteristics. Specially, we investigate the workspace in terms of positional space as well as orientational space.
A simulation analysis is presented for the position control of a single-link flexible manipulator whose end-effector is subjected to an impulsive force. Arm is rotated by a d.c. servomotor at the shoulder so that the end point stays precisely at its initial position even if the end effector is thumped with the impulsive loading. A gap sensor is used to measure the tip displacement. The control torque based on the PD control law is applied to the motor through the driver circuit. The control strategy is tested by means of computer simulation for the one-link flexible-arm prototype in the authers' laboratory at Tohoku Univ.
This paper provides the end-point positioning of a single-link flexible robot arm by inverse dynamics. The system is composed of a flexible arm, the mobile ballscrew stage as an arm base, a DC servomotor as an actuator, and a computer. Actuator voltages required for the model of a flexible arm to follow a given tip trajectory are formulated on the basis of the Bermoullie-Euler beam theory and solved by applying the Laplace transform method, and computed by the numerical inversion method proposed by Weeks. The mobile stage as the arm base is shifted so that the end-point follows the desired trajectories. Then the trajectory of end-point is measured by the laser displacement sensor. Here, two kinds of functions are chosen for the given tip trajectories. One is what is called the bang-bang acceleration profile and the other is the Gaussian velocity profile.
Linear controllers, such as LQG/LTR controller, have been investigated to control flexible link manipulators. The performance and complexity of these depend largely on the linearized model upon which the controller is designed. In this study, singular perturbation model is tested in designing a LQG/LTR controller for a flexible link manipulator. The order of the resulting controller is much lower than the one based on a full model. Through numerical study, it is shown that the performance of the proposed controller reaches reasonably to the one based on the full model.
This paper reports on the development of a new foot for a quadrupedal jointed-leg type walking robot. The foot has 2 toes, one at the front and the other at the rear side, for stable landing on uneven ground by point contact. The toes can move up and down independantly, guided by double-wishbone shaped parallel links which enable the lower leg to rotate with respect to a remote center on the ground surface. The motion of each toe is damped by a hydropneumatic shock absorber integrated in the foot in order to absorb the dynamic landing shock. Furthermore, the new foot can reduce the maximum hip joint drive torque by shortening the moment arm length between the hip joint and the landing force vector on the ground. Intensive experiments were carried out in this study by using a one-leg walking model to investigate the soft landing performance of the foot which could be hardly offered by conventional robot feet such as a flat plate with a gimbal type ankle joint. And it was confirmed that the hip joint torque of the leg walking on the flat surface could be reduced remarkably by using the new foot.
We suggest how to program off-line robot path along shoes' outsole shape in the footwear buffing process by a 5-axis microscribe system like robot arms. This microscribe system developed consists a 5-axis robot link with a turn table, signal processing circuit, PC and an application software program. It makes a robot path on the shoe's upper through the movement of a microscribe with many joints. To do this, first it reads 5-encoder's pulse values while a robot arm points a shoes' outsole shape from the initial status. This system developed calculates the encoder pulse values for the robot arm's rotation and transmits the angle pulse values to the PC through a circuit. Then, Denavit-Hartenberg's(D-H) direct kinematics is used to make the global coordinate from robot joint one. The determinant is obtained with kinematics equation and D-H variable representation. To drive the kinematics equation, we have to set up the standard coordinates first. The many links and the more complicated structure cause the difficult kinematics problem to solve in the geometrical way. Thus, we can solve the robot's kinematics problems efficiently and systematically by Denavit-Hartenberg's representation. Finally, with the coordinate values calculated above, it can draw a buffing gauge-line on the upper. Also, it can program off-line robot path on the shoes' upper. We are subjected to obtaining shoes' outline points, which are 2 outlines coupled with the points and the normal vector based on the points. These data is supposed to be transformed into .dxf file to be used for data of automatic buffing robot. This system developed is simulated by using spline curves coupled with each point from dxf file in Autocad. As a result of applying this system to the buffing robot in the flexible footwear manufacturing system, it can be used effectively to program the path of a real buffing robot.
신발 버핑공정에서 로봇 메카니즘과 같은 5축 마이크로스크라이브에 의하여 신발창 형상을 따라서 버핑 로봇 경로를 오프라인으로 프로그래밍하는 방법을 제안한다. 개발한 마이크로스크라이브 시스템은 턴테이블이 부착된 5축 로봇링크, 신호처리장치, PC 및 응용 소프트웨어 프로그램으로 구성되어 있다. 많은 조인트를 가진 마이크로스크 라이브를 신발창 표면을 따라 이동시킴으로써 로봇 경로가 만들어진다. 개발시스템은 마이크로스크라이브 암의 회전에 해당되는 엔코더 펄스 값을 환산하며, 이 각도 값을 신호처리장치를 통하여 PC로 전송한다. Denavit-Hartenberg's(D-H) 직접 키네메틱스가 마이크로스크라이브 조인트 각도 값으로서 글로벌 좌표값을 만드는데 사용된다. 마이크로스크라이브의 키네메틱스 문제는 D-H 표현에 의하여 효과적이고 시스템적으로 해결된다. 개발시스템은 D-H식에 의하여 계산된 좌표 값으로서 신발 갑피 위에 버핑 게이지 라인을 그릴 수 있으며, 또한 신발 갑피 위에 각 점들과 그 점에 수직인 벡터와 결합된 2개의 외곽 라인으로서 로봇 경로를 얻는다. 개발시스템을 FMS의 버핑 로봇에 적용함으로써 실제적인 버핑 로봇의 경로를 프로그래밍하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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