Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.1
s.178
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pp.129-135
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2006
In this study, a two-axis ultra-precision stage driven by piezoelectric elements is presented. The stage has a flexure-type parallel linear guide mechanism consisting of quad-symmetric simple parallel linear springs and quad-symmetric double compound linear springs. While the simple parallel linear springs guide the linear motion of a moving plate in the stage, the double compound linear springs follow the motion of the simple parallel linear spring as well as compensate the parasitic motions caused by the simple parallel linear springs. The linear springs are designed by rectangular beam type flexures that are deformed by bending deflection rather than axial extension, because the axial extension is smaller than the bending deflection at the same force. The designed guide mechanism is analyzed by finite element method(FEM). Then two-axis parallel linear stage is implemented by the linear guide mechanism combined with piezoelectric elements and capacitance type displacement sensors. It is shown that the manufactured ultra-precision stage achieves 3 nm of resolution in x- and y-axis within 30 ${\mu}m$ of operating range.
The strength of lumped cokes can be represented by some index numbers. Although some indexes are suggested, these indexes are not enough to enlighten fracture mechanism. To find essential mechanism, a computational way, discrete element method, is applied to the uniaxial compression test for cylindrical specimen. The cylindrical specimen is a kind of lumped particle mass with parallel bonding that will be broken when the normal stress and shear stress is over a critical value. It is revealed that the primary factors for cokes fracture are parallel spring constant, parallel bond strength, bonding radius and packing ratio the parallel bond strength and radius of the parallel combination the packing density. Especially, parallel spring constant is directly related with elastic constant and yield strength.
This paper presents a methodology for the stiffness analysis of a low-DOF parallel manipulator. A low-DOF parallel manipulator is a spatial parallel manipulator which has less than six degrees of freedom. The reciprocal screws of actuations and constraints in each leg can be determined by making use of the theory of reciprocal screws, which provide information about reaction forces due to actuations and constraints. When pure force is applied to a leg, the leg stiffness is modeled as a linear spring along the line. For pure couple, it is modeled as a rotational spring about the axis. It is shown that the stiffness model of an F-DOF parallel manipulator consists of F springs related to actuations and 6-F springs related to constraints connected from the moving platform to the base in parallel. The $6{\times}6$ Cartesian stiffness matrix is obtained, which is the sum of the Cartesian stiffness matrices of actuations and constraints. Finally, a 3-UPU parallel manipulator is used as an example to demonstrate the methodology.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.5
s.236
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pp.680-688
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2005
This paper presents a methodology for the stiffness analysis of a low-DOF parallel manipulator. A low-DOF parallel manipulator is a spatial parallel manipulator which has less than six degrees of freedom. The reciprocal screws of actuations and constraints in each leg can be determined by making use of the theory of reciprocal screws, which provide information about reaction forces due to actuations and constraints. When pure farce is applied to a leg, the leg stiffness is modeled as a linear spring along the line. For pure couple, it is modeled as a rotational spring about the axis. It is shown that the stiffness model of an it_DOF parallel nipulator consists of F springs related to actuations and 6-F springs related to constraints connected from the moving platform to the base in parallel. The 6x f Cartesian stiffness matrix is derived, which is the sum of the Cartesian stiffness matrices of actuations and constraints. Finally, the 3-UPU, 3-PRRR, and Tricept parallel manipulators are used as examples to demonstrate the methodology.
Recently, the GPU computing method has been utilized to improve the performance of the physics simulation field. In particular, in the case of a deformed object simulation requiring a large amount of computation, a GPU-based parallel processing algorithm is required to guarantee real-time performance. We have studied the parallel structure design method to improve the performance of the mass spring simulation method which is one of the methods of implementing the deformation object simulation. We used OpenGL's GLSL, a graphics library that allows direct access to the GPU, and implemented the GPGPU environment using an independent pipeline, the compute shader. In order to verify the effectiveness of the parallel structure design method, the mass - spring system was implemented based on CPU and GPU. Experimental results show that the proposed method improves computation speed by about 6,000% compared to the CPU Environment. It is expected that the lightweight simulation technology can be effectively applied to the augmented reality and the virtual reality field by using the design method proposed later in this research.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.4
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pp.320-328
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2007
This paper presents a stiffness modeling of a low-DOF parallel robot, which takes into account of elastic deformations of joints and links, A low-DOF parallel robot is defined as a spatial parallel robot which has less than six degrees of freedom. Differently from serial chains in a full 6-DOF parallel robot, some of those in a low-DOF parallel robot may be subject to constraint forces as well as actuation forces. The reaction forces due to actuations and constraints in each serial chain can be determined by making use of the theory of reciprocal screws. It is shown that the stiffness of an F-DOF parallel robot can be modeled such that the moving platform is supported by 6 springs related to the reciprocal screws of actuations (F) and constraints (6-F). A general $6{\times}6$ stiffness matrix is derived, which is the sum of the stiffness matrices of actuations and constraints, The compliance of each spring can be precisely determined by modeling the compliance of joints and links in a serial chain as follows; a link is modeled as an Euler beam and the compliance matrix of rotational or prismatic joint is modeled as a $6{\times}6$ diagonal matrix, where one diagonal element about the rotation axis or along the sliding direction is infinite. By summing joint and link compliance matrices with respect to a reference frame and applying unit reciprocal screw to the resulting compliance matrix of a serial chain, the compliance of a spring is determined by the resulting infinitesimal displacement. In order to illustrate this methodology, the stiffness of a Tricept parallel robot has been analyzed. Finally, a numerical example of the optimal design to maximize stiffness in a specified box-shape workspace is presented.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.5
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pp.47-53
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2013
The wide application of disc springs to the designing of mechanical products with space limit is mainly attributable to their property of sustaining large axial load with small displacement. Due to the impediments in expecting the final results caused by the significant differences existing between a single unit and a stacked form, the force-displacement characteristics of a single disc spring and stacked disc springs are mainly examined in this study. In particular, the hysteresis of the series stack and the parallel stack will be investigated through the FE analysis and the analytical results will finally be compared with the acquired experimental data. In the final result, the analytical results were in accordance with the experimental data.
Kim, Taek-Soo;Hong, Dae-Hie;Choi, Woo-Chun;Song, Jae-Bok
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06c
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pp.202-206
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2001
Machine tool chatter is the self-excited vibration generated by chip thickness variation and severely degrades the quality of machined surface. The incidence of chatter is greatly affected by the dynamic characteristics of machine tool structure. Therefore, the cutting dynamics in the parallel machine tool is to be carefully studied considering the dynamic characteristics of parallel mechanism. In this paper, the vibration model of parallel machine tool is derived, in which the legs of the parallel mechanism are considered as spring-damper systems. The chatter stability charts for various machining parameters are examined with the example of the cubic parallel mechanism that is specially designed for machine tool use.
In the present study, solution algorithms for the computation of unsteady flows on an unstructured mesh are presented. Dual time stepping is incorporated to achieve the 2-nd order temporal accuracy while reducing the linearization and the factorization errors associated with a linear solver. Hence, any time step can be used by only considering physical phenomena. Gauss-Seidel scheme is used to solve linear system of equations. Rigid motion and spring analogy method fur moving mesh are all considered and compared. Special treatments of spring analogy for high aspect ratio cells are presented. Finally, numerical results for oscillating wing are compared with experimental data.
In this paper, we examine the displacement characteristics of the parallel leaf spring mechanism with large-deflective elastic hinges, and the validity of this mechanism as a translational and rotational mechanism is confirmed with multi-input system. This study is focused on the linear driving force as an input force, which is applied to the large-deflective elastic mechanism, and the displacement characteristics are discussed with theoretically and experimentally. The motions of this mechanism due to large-deflective hinges are changed by the position of loading force regardless of a single driving force. The numbers of degree of freedom are increased with the hinges, and we can be used to a multiple driving force in order to obtain many types of Output.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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