We present a fuzzy model for a robot manipulator and use the model to decide the PD gains of a stiffness controller. Force control applications are extremely difficult to accomplish with such a stiffness robot because robot itself, unknown environment. So we identify a fuzzy model by using Hough transform. We present a method of design of the PD gains of the stiffness controller. We aim at controlling the end-effecor force in the face of uncertainty on the surface stillness. simulation results verify the effectiveness of the proposed strategy.
Duan, Yuanfeng;Ni, Yi-Qing;Zhang, Hongmei;Spencer, Billie.F. Jr.;Ko, Jan-Ming;Fang, Yi
Smart Structures and Systems
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v.23
no.6
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pp.521-536
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2019
Using magnetorheological (MR) dampers in multiswitch open-loop control mode has been shown to be cost-effective for cable vibration mitigation. In this paper, a method for analyzing the damping performance of taut cables incorporating MR dampers in open-loop control mode is developed considering the effects of damping coefficient, damper stiffness, damper mass, and stiffness of the damper support. Making use of a three-element model of MR dampers and complex modal analysis, both numerical and asymptotic solutions are obtained. An analytical expression is obtained from the asymptotic solution to evaluate the equivalent damping ratio of the cable-damper system in the open-loop control mode. The individual and combined effects of the damping coefficient, damper stiffness, damper mass and stiffness of damper support on vibration control effectiveness are investigated in detail. The main thrust of the present study is to derive a general formula explicitly relating the normalized system damping ratio and the normalized damper parameters in consideration of all concerned effects, which can be easily used for the design of MR dampers to achieve optimal open-loop vibration control of taut cables.
The stiffness of shape memory alloy (SMA) spring while in actuation is represented by an empirical model that is derived from the logistic differential equation. This model correlates the stiffness to the alloy temperature and the functionality of SMA spring as active variable stiffness actuator (VSA) is analyzed based on factors that are the input conditions (activation current, duty cycle and excitation frequency) and operating conditions (pre-stress and mechanical connection). The model parameters are estimated by adopting the nonlinear least square method, henceforth, the model is validated experimentally. The average correlation factor of 0.95 between the model response and experimental results validates the proposed model. In furtherance, the justification is augmented from the comparison with existing stiffness models (logistic curve model and polynomial model). The important distinction from several observations regarding the comparison of the model prediction with the experimental states that it is more superior, flexible and adaptable than the existing. The nature of stiffness variation in the SMA spring is assessed also from the Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA), which as well proves the proposal. This model advances the ability to use SMA integrated mechanism for enhanced variable stiffness actuation. The investigation proves that the stiffness of SMA spring may be altered under controlled conditions.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.6
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pp.705-713
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1999
In this paper, we propose a new motion and force control methodology for constrained robots as an approach of hybrid discrete-continuous dynamical system. The hybrid dynamic system modeling of robotic manipulation tasks with constraints is presented, and the hybrid system control architecture for unconstrained and constrained motion system with parametric uncertainties is synthesized. The optimal reference stiffness of robot manipulator is generated by the hybrid automata as a discrete state system and the control behavior of constrained system which has poor modeling information and time-varying constraint function is improved by the constrained robots as a continuous state system. The performance of the proposed constrained motion control system is successfully evaluated via experimental studies to the constraint tasks.
Kim, Byoung-Ho;Chong, Nak-Young;Oh, Sang-Rok;Suh, Il-Hong
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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1998.10a
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pp.20-25
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1998
This paper proposes a new compliant contact control strategy for the robot manipulators accidentally interacting with an unknown environment. The main features of the proposed method are summarized as follows: First, each entry in the diagonal stiffness matrix corresponding to the task coordinate in Cartesian space is adaptively adjusted during con-tact along the corresponding axis based on the contact force with its environment. Second, it can be used for both unconstrained and constrained motions without any switching mechanism which often causes undesirable instability and/or vibrational motion of the end effector. Third, the adjusted stiffness gains are automatically recovered to initially specified stiffness gains when the task is changed from constrained motion to unconstrained motion. The simulation results show the effectiveness of the proposed method by employing a two-link direct drive manipulator interacting with an unknown environment.
Kim, Kyung;Kang, Seung-Rok;Piao, Yong-Jun;Jeong, Gu-Young;Kwon, Tae-Kyu
The Journal of Korea Robotics Society
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v.5
no.1
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pp.48-54
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2010
Ankle-foot orthosis with a pneumatic rubber actuator, which is intended for the assistance and the enhancement of ankle muscular activities was developed. In this study, the effectiveness of the system was investigated during plantarflexion motion of ankle joint. To find a effectiveness of the system, the subjects performed maximal voluntary isokinetic plantarflexion contraction on a Biodex-dynamometer. Plantarfexion torque of the ankle joint is assisted by subject's soleus muscle that is generated when ankle joint do plantarflexion motion. We used the muscular stiffness signal of a soleus muscle for feedback control of ankle-foot orthosis as physiological signal. For measurement of this signal, we made the muscular stiffness force sensor. We compared a muscular stiffness force of a soleus muscle between with feedback control and without it and a maximal plantarflexion torque between not wearing a ankle-foot orthosis, without feedback control wearing it and with feedback control wearing it in each ten elderly adults. The experimental result showed that a muscular stiffness force of a soleus muscle with feedback control was reduced and plantarflexion torque of an ankle joint only wearing ankle-foot orthosis was reduced but a plantarflexion torque with feedback control was increased. The amount of a increasing with feedback control is more higher than the amount of a decreasing only wearing it. Therefore, we confirmed the effectiveness of the developed ankle-foot orthosis with feedback control.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.5
no.3
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pp.36-51
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1995
An approach to robot hybrid position/force control, which allows force manipulations to be realized without overshoot and overdamping while in the presence of unknown environment, is given in this paper. The manin idea is to used dynamic compensation for known robot parts and fuzzy compensation for unknown environment so as to improve system performance. The fuzzy compensation is implemented by using rule based fuzzy approach to identify the unknown environment. The establishment of proposed control system consists of following two stages. First, similar to the resovled acceleration control method, dynamic compensation and PD control based on known robot dynamics, kinematics and estimated environment stiffness is introduced. To avoid overshoot the whole control system is constructed with overdamping. In the second stage, the unknown environment stiffness is identified by using fuzzy reasoning, where the fuzzy compensation rules are obtained priori as the expression of the relationship betweenenvironment stiffness and system. Based on the simulation result, comparison between cases with or without fuzzy identifications are given, which illustrate the improvement achieced.
Journal of the Korean Society of Physical Medicine
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v.14
no.2
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pp.117-124
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2019
PURPOSE: This study was to investigate the effects of crocodile breathing exercise on pain, muscle tone, and muscle stiffness of non-specific low back pain patients. METHODS: The subjects were 37 patients with nonspecific low back pain. The patients were divided into two groups. The experimental group (EG) performed crocodile breathing exercise and the control group (CG) performed chest expansion breathing exercise. The intervention was conducted for 10 minutes every day for a total of eight weeks. Pain was measured using a VAS. Muscle tone and stiffness were measured using Myoton PRO. Two points were measured for muscle tone and muscle stiffness. They were measured at 30mm from the spinous process of the L1 and T10 vertebra. RESULTS: Pain, muscle tone and muscle stiffness at the T10 level showed a significant decrease in both EG and CG. Muscle tone and muscle stiffness in the L1 level area decreased significantly in the experimental group but the control group did not show any difference. The only statistically significant difference was observed in the L1 muscle tone between the pre and post intervention values. CONCLUSION: This study suggests that Crocodile breathing is a good method for managing pain, muscle tone, and muscle stiffness in non-specific low back pain patients.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.22
no.2
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pp.232-240
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1998
This paper deals with a hybrid position/force control of a robot which is moving on the constrained object with constant force. The proposed controller is composed of a position and force controller. The position controller has a nonlinear compensator which is based on the dynamic robot model and the force controller is attached by feedforward element. A direct drive robot with hard nonlinearity which is controlled by the proposed algorithm has moved on the constrained object with a high stiffness and low stiffness. The results show that the proposed controller has more vibration suppression effects which is occurred to the constrained object with a high stiffness, than a existing feedback controller, and accurate force control can be obtained by comparatively a small feedback gain.
Kim, Kyung;Kwon, Tae-Kyu;Kang, Seung-Rok;Piao, Yong-Jun;Jeong, Gu-Young
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.6
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pp.82-89
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2010
Ankle-foot orthosis with an artificial pneumatic muscle which is intended for the assistance of plantarfelxion torque was developed. In this study, power pattern of the device in the various pneumatics and the effectiveness of the system were investigated. The pneumatic power was provided by ankle-foot orthosis controlled by user‘s physiological signal, that is, muscular stiffness in soleus muscle. This pneumatic power can assist plantarflexion torque of ankle joint. The subjects performed maximal voluntary isokinetic plantarflexion motion on a biodexdynamometer in different pneumatics, and they completed three conditions: 1) without wearing the orthosis, 2) wearing the orthosis with artificial muscles turned off, 3) wearing the orthosis activated under muscular stiffness control. Through these experiments, we confirmed the effectiveness of the orthosis and muscular stiffness control using the analyzing isokinetic plantarflexion torque. The experimental results showed that isokinetic torques of plantarflexion motion of the ankle joints gradually increased in incremental pneumatic. The effectiveness of the orthosis was -7.26% and the effectiveness of the muscular stiffness control was 17.83% in normalized isokinetic plantarflexion torque. Subjects generated the less isokinetic torques of the ankle joints in wearing the orthosis with artificial muscles turned off, but isokinetic torques were appropriately reinforced in condition of wearing the orthosis activated under muscular stiffness control(17.83%) compared to wearing the orthosis(-7.26%). Therefore, we respect that developed powered orthosis is applied in the elderly that has weak muscular power as the rehabilitation equipment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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