This paper proposes an optimal trajectory generation method for biped robots for walking up-and-down stairs using a Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA). The RCGA is most effective in minimizing the total consumption energy of a multi-dof biped robot. Each joint angle trajectory is defined as a 4-th order polynomial of which the coefficients are chromosomes or design variables to approximate the walking gait. Constraints are divided into equalities and inequalities. First, equality constraints consist of initial conditions and repeatability conditions with respect to each joint angle and angular velocity at the start and end of a stride period. Next, inequality constraints include collision prevention conditions of a swing leg, singular prevention conditions, and stability conditions. The effectiveness of the proposed optimal trajectory is shown in computer simulations with a 6-dof biped robot model that consists of seven links in the sagittal plane. The optimal trajectory is more efficient than that generated by the Modified Gravity-Compensated Inverted Pendulum Mode (MGCIPM). And various trajectories generated by the proposed GA method are analyzed from the viewpoint of the consumption energy: walking on even ground, ascending stairs, and descending stairs.
The primary objective of this research was to suggest the design dimensions of automotive seating package that has an important effect upon seating package design. To conduct the research, a set of manikin dimensions that are representative for Korean was determined by using a statistical scheme. With these dimensions, we generated nine manikins for male and female, respectively. Also, the preferred driving posture was investigated using the experimental setup. To find each joint angle for subjects, a driving monitoring system was developed and a three dimensional motion analysis system was employed. The joint angle for the subject was established and compared with related literature. With the generated manikins and each joint angle, the driving posture was simulated by using SAFEWORK that is a program to generate manikins. The positions and adjustable ranges from the accelerator heel point to the hip point and the steering wheel center point that are important variables in order to design seating package were suggested. Further research is needed to determine the seating package dimensions three dimensionally.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.4
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pp.405-413
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2006
A novel approach based on genetic algorithms (GA) is developed to find a global minimum-jerk trajectory of a space robotic manipulator in joint space. The jerk, the third derivative of position of desired joint trajectory, adversely affects the efficiency of the control algorithms and stabilization of whole space robot system and therefore should be minimized. On the other hand, the importance of minimizing the jerk is to reduce the vibrations of manipulator. In this formulation, a global genetic-approach determines the trajectory by minimizing the maximum jerk in joint space. The planning procedure is performed with respect to all constraints, such as joint angle constraints, joint velocity constraints, joint angular acceleration and torque constraints, and so on. We use an genetic algorithm to search the optimal joint inter-knot parameters in order to realize the minimum jerk. These joint inter-knot parameters mainly include joint angle and joint angular velocities. The simulation result shows that GA-based minimum-jerk trajectory planning method has satisfactory performance and real significance in engineering.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.78-83
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2007
The paper focuses on the establishment of optimized bucket path planning and trajectory control designated for force-reflecting backhoe reacting to excavation environment, such as potential obstacles and ground characteristics. The developed path planning method can be used for precise bucket control, and more importantly for obstacle avoidance which is directly related to safety issues. The platform of this research was based on conventional papers regarding the kinematic model of excavator. Jacobian matrix was constructed to find optimal joint angles and rotation angles of bucket from position and orientation data of excavator. By applying Newton-Raphson method optimal joint angles and bucket orientation were derived simultaneously in the way of minimizing positional errors of excavator. The model presented in this paper was intended to function as a cornerstone to build complete and advanced path planning of excavator by implementing soil mechanics and further study of excavator dynamics together.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.5
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pp.792-798
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2015
Joint angle generally can be measured to check the recovery process in rehabilitation field. This paper suggests to measure joint angle with Infrared sensor based on triangulation principle. We performed various experiments to find the optimal condition of the sensor’s attached distance, height, and angle. The results were compared with commercial goniometer for accuracy. The proposed infrared joint angle sensor can be effectively used in rehabilitation and sport science fields.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.2
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pp.94-103
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2004
The vision system model used for this study involves the six parameters that permits a kind of adaptability in that relationship between the camera space location of manipulable visual cues and the vector of robot joint coordinates is estimated in real time. Also this vision control method requires the number of cameras to transform 2-D camera plane from 3-D physical space, and be used irrespective of location of cameras, if visual cues are displayed in the same camera plane. Thus, this study is to investigate the optimal number of cameras used for the developed vision control system according to the change of the number of cameras. This study is processed in the two ways : a) effectiveness of vision system model b) optimal number of cameras. These results show the evidence of the adaptability of the developed vision control method using the optimal number of cameras.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.4
s.181
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pp.75-82
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2006
In this paper, we propose an optimal trajectory for biped robots to move up-and-down stairs using a genetic algorithm and a computed-torque control for biped robots to be dynamically stable. First, a Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA) which of operators are composed of reproduction, crossover and mutation is used to minimize the total energy. Constraints are divided into equalities and inequalities: Equality constraints consist of a position condition at the start and end of a step period and repeatability conditions related to each joint angle and angular velocity. Inequality constraints include collision avoidance conditions of a swing leg at the face and edge of a stair, knee joint conditions with respect to the avoidance of the kinematic singularity, and the zero moment point condition with respect to the stability into the going direction. In order to approximate a gait, each joint angle trajectory is defined as a 4-th order polynomial of which coefficients are chromosomes. The effectiveness of the proposed optimal trajectory is shown in computer simulations with a 6-dof biped robot that consists of seven links in the sagittal plane. The trajectory is more efficient than that generated by the modified GCIPM. And various trajectories generated by the proposed GA method are analyzed in a viewpoint of the consumption energy: walking on even ground, ascending stairs, and descending stairs.
Kim, Myungjun;Kim, Yongha;Kim, Pyeunghwa;Park, Jungsun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.3
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pp.332-340
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2016
A design optimization is performed for the double-bolted joint in cylindrical composite structures by using a simplified analytical method. This method uses failure criteria for the major failure modes of the bolted composite joint. For the double-bolted joint with a zigzag arrangement, it is necessary to consider an interaction effect between the bolt arrays. This paper proposes another failure mode which is determined by angle and distance between two bolts in different arrays and define a failure criterion for the failure mode. The optimal design for the double-bolted joint is carried out by considering the interactive net-tension failure mode. The genetic algorithm (GA) is adopted to determine the optimized parameters; bolt spacing, edge distance, and stacking sequence of the composite laminate. A purpose of the design optimization is to maximize the burst pressure of the cylindrical structures by ensuring structural integrity. Also, a progressive failure analysis (PFA) is performed to verify the results of the optimal design for the double-bolted joint. In PFA, Hashin 3D failure criterion is used to determine the ply that would fail. A stiffness reduction model is then used to reduce the stiffness of the failed ply for the corresponding failure mode.
The curved blocks which compose the bow and stem of a ship contain many skewed joints that are inclined horizontally and vertically. Most of these joints have a large fitness error and are continuously changing their form and are not easily accessible. The welding position and parameter values should be appropriately set in correspondence to the shape and the inclination of the joints. The welding parameters such as current, voltage, travel speed, and melting rate, are related to each other and their values must be in a specific limited range for the sound welding. These correlations and the ranges are dependent up on the kind and size of wire, shielding gas, joint shape and fitness. To determine these relationships, extensive welding experiments were performed. The experimental data were processed using several information processing technologies. The regression method was used to determine the relationship between current voltage, and deposition rate. When a joint is inclined, the weld bead should be confined to a the limited size, inorder to avoid undercut as well as overlap due to flowing down of molten metal by gravity. The dependency of the limited weld size which is defined as the critical deposited area on various factors such as the horizontally and vertically inclined angle of the joint, skewed angle of the joint, up or down welding direction and weaving was investigated through a number of welding experiments. On the basis of this result, an ANN system was developed to estimate the critical deposited area. The ANN system consists of a 4 layer structure and uses an error back propagation learning algorithm. The estimated values of the ANN were validated using experimental values.
Yeom, Woo Seong;Jeong, Ho Seong;Yan, Yu;Sohn, Dueck Soo;Lee, Jae Hoon;Jeong, Jin Hoon
International Journal of Highway Engineering
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v.15
no.5
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pp.47-55
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2013
PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the optimal joint positions which can minimize distresses of concrete pavement containing box culvert with horizontally skewed angles. METHODS : The concrete pavement containing the box culvert with different skewed angles and soil cover depths was modeled by 3 dimensional finite element method. The contact boundary condition was used between concrete and soil structures in addition to the nonlinear material property of soil in the finite element model. A dynamic analysis was performed by applying the self weight of pavement, negative temperature gradient of slab, and moving vehicle load simultaneously. RESULTS : In case of zero skewed angle ($0^{\circ}$), the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint was positioned directly over side of box culvert. In case there was a skewed angle, the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint passed the intersection between side of the box culvert and longitudinal centerline of slab. The magnitude of the maximum tensile stress converged to a constant value regardless the joint position from 3m of soil cover depth at all of the horizontally skewed angles. CONCLUSIONS : More reasonable and accurate design of the concrete pavement containing the box culvert can be possible based on the research results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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