The inverse kinematics problem is to find a set of joint variable values that will place the end effector of a robot manipulator into a given pose. Pieper has shown that a sufficient condition for a manipulator to have a closed form solution is that three adjacent joint axes intersects, hence the six axes robot with spherical wrist allows closed form solution. But many industrial robots have a non-spherical wrist to provide a stronger wrist configuration so that they can handle heavy payloads. Also, the use of a non-spherical wrist can result in a cheap and simple wrist arrangement than when all three axes intersect at a common point. In these cases, closed form solutions cannot be found. Therefore numerical technique must be used to solve the inverse kinematics equations. This paper proposes a new algorithm that can be used for finding inverse kinematics solution of the six axes robot with non-spherical wrist. Computer simulations are provided to prove the usefulness of our method.
We present efficient algorithms for computing centroid directions for each of the three types of monotonicity in a polyhedron: strong, weak, and directional monotonicity, which can be used for optimizing directions in many 3D manufacturing processes. Strongly- and directionally-monotone directions are the poles of great circles separating a set of spherical polygons on the unit sphere, the centroids of which are shown to be obtained by applying the previous result for determining the maximum intersection of the set of their dual spherical polygons. Especially in this paper, we focus on developing an efficient method for approximating the weakly-monotone centroid, which is the pole of one of the great circles intersecting a set of spherical polygons on the unit sphere. The original problem is approximately reduced into computing the intersection of great bands for avoiding complicated computational complexity of non-convex objects on the unit sphere, which can be realized with practical linear-time operations.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.680-690
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2020
In ocean environment, the sound speed gradient of seawater has an important influence on far field sound propagation. The FEM/BEM is used to decouple the vibroacoustic radiation of the spherical shell, and the Green function of the virtual source chain is adopted for decoupling. For far field radiated Sound Pressure Level (SPL), the Beam Displacement Ray normal Mode (BDRM) is employed. The vibration and near-/far-field radiated SPL of spherical shell is analyzed in shallow sea uniform layer, negative/positive gradient, negative thermocline environment, and deep-sea sound channel. Results show that the vibroacoustic radiation of spherical shell acted at 300Hz can be analogous to dipole. When the radiated field of the spherical shell is dominated by large-grazing-angle waves, it can be analogous to vertically distributed dipole, and the far field radiated SPL is lower; while similar to horizontally distributed dipole if dominated by small-grazing-angle waves, and the far field SPL is high.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.225-231
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2000
Dimensional synthesis of planar and spatial mechanisms mostly requires solution-finding, procedure for a system of polynomial equations. In case the system is nonlinear, numerical techniques like Newton-Raphson are often used. But there are no logical ways for finding all possible solutions in such iterative methods. In this paper, algebraic elimination is used to get all solutions for the synthesis of 5-SS spatial mechanism with seven prescribed positions. The proposed algorithm is more suitable for computer implementation and takes less time than existing one. Two numerical examples are given to demonstrate the implemented algorithm.
Previous studies on image processing techniques for panicle size measurement usually have focused on a single panicle or weakly overlapped particles. In the present work, the image processing algorithm for particle size measurement has been improved to process heavily-overlapped spherical-particle images. The algorithm consists of two steps; detection of boundaries which separate the images of the overlapped panicles from the background and the panicle identification process. For the first step, Sobel operator (using gray-level gradient) and the thinning process was adopted, and compared with the gray-level thresholding method that has been widely adopted. In the second, Hough transform was used. Hough transform is the detection algorithm of parametric curves such as straight lines or circles which can be described by several parameters. To reduce the measurement error, the process of finding the true center was added. The improved algorithm was tested by processing an image frame which contains heavily overlapped spherical panicles. The results showed that both the performances of detecting the overlapped images and separating the panicle from them were improved.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.14
no.7
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pp.889-894
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2004
The fuzzy kernel c-means (FKCM) algorithm, which uses a kernel function, can obtain more desirable clustering results than fuzzy c-means (FCM) for not only spherical data but also non-spherical data. However, it can be sensitive to noise as in the FCM algorithm. In this paper, a kernel function is applied to the possibilistic c-means (PCM) algorithm and is shown to be robust for data with additive noise. Several experimental results show that the proposed kernel possibilistic c-means (KPCM) algorithm out performs the FKCM algorithm for general data with additive noise.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.14
no.6
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pp.713-719
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2004
This paper presents an interval type-2 fuzzy C-spherical shells (FCSS) algorithm that is an extension of the type-1 FCSS algorithm proposed in (1). In our proposed method, the membership values for each pattern vector are extended as interval type-2 fuzzy memberships by assigning uncertainty to the type-1 memberships. By doing so, the cluster boundary obtained by the interval type-2 FCSS can be found to be more desirable than that of type-1 FCSS in the presence of noise. Experimental results are given to show the effectiveness of our method.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.6
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pp.1-7
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2006
This paper presents the study in the development of optimal working method for an outer-hull preprocessing robot using a quaternion. The out-hull preprocessing robot consists of feathering and cleaning parts. This robot should be controlled correctly for feathering work because it is to be worked on a curved plate that can result in the errors of orientation. In this paper, we propose a control algorithm between given two orientations of the out-hull preprocessing robot by using a quaternion with spherical linear interpolation. The proposed control algorithm is shown to be effective in terms of motor angles and torques when compared to a conventional Euler angle interpolation, by using both $MATLAB^{\circledR}$ and $VisualNastran4D^{\circledR}$.
Park, Ji-Soo;Yoon, Joon-Shik;Choi, Jin-Hwan;Rhim, Sung-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.4
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pp.465-474
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2012
In this study, a dynamic simulation model that considers many spherical particles and multibody dynamics (MBD) entities is developed. Plenteous spherical particles are solved using the Discrete Element Method (DEM) technique and simulated on a GPU board in a PC. A fast algorithm is used to calculate the Hertzian contact forces between many spherical particles, and NVIDIA CUDA is used to increase the calculation speed. The explicit integration method is applied to solve the many spheres. MBD entities are simulated by recursive formulation. Constraints are reduced by recursive formulation, and the implicit generalized alpha method is applied to solve the dynamic model. A new algorithm is developed to simulate the DEM and MBD models simultaneously. As a numerical example, a truck car model and gear model are developed. The results show that the proposed algorithm using a general-purpose GPU in a PC has many advantages.
A Semi-Lagrangian method based on CIP(Cubic Interpolated Pseudoparticle)method is proposed and it is applied to solve the two dimensional advection equation. Especially the attentions are given to settle the pole problem and to enhance the accuracy in solving the advection equation on the spherical coordinate system. Tn this algorithm, the CU method is employed as the Semi-Lagrangian method and extended to the spherical coordinate system. To enhance the accuracy of the solution, the spatial discretization is made by CIP method. The mathematical formulation and numerical results are also described. To verify the efficiency, accuracy and capability of proposed algorithm, two dimensional rotating cosine bell problem and the frontogenesis problem are simulated by the present scheme. As results, it is confirmed that the present scheme gives an accurate solution and settles the pole problem in the advection equation on the sphere.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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