In this paper, we generate a trajectory minimized the energy gait of a biped robot for walking a staircase using genetic algorithms and apply to the computed torque controller for the stable dynamic biped locomotion. In the saggital plane, a 6 degree of freedom biped robot that model consists of seven links is used. In order to minimize the total energy efficiency, the Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA) is used. Operators of genetic algorithms are composed of a reproduction, crossover and mutation. In order to approximate the walking gait, the each joint angle is defined as a 4-th order polynomial of which coefficients are chromosomes. Constraints are divided into equality and inequality. Firstly, equality constraints consist of position conditions at the end of stride period and each joint angle and angular velocity condition for periodic walking. On the other hand, inequality constraints include the knee joint conditions, the zero moment point conditions for the x-direction and the tip conditions of swing leg during the period of a stride for walking a staircase.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.10
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pp.930-939
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2004
In this paper, both dynamic constraints and kinematic constraints are considered for the analysis of manipulability of robotic systems comprised of multiple cooperating arms. Given bounds on the torques of each Joint actuator for every robot, the purpose of this study is to drive the bounds of task-space acceleration of object carried by the system. Bounds on each joint torque, described as a polytope, is transformed to the task-space acceleration through matrices related with robot dynamics, robot kinematics, object dynamics, grasp conditions, and contact conditions. A series of mathematical manipulations including the procedure calculating minimum infinite-norm solution of linear equation is applied to get the reachable acceleration bounds from given actuator dynamic constrains. Several examples including two robot systems as well as three robot system are shown with the assumptions of complete-constraint contact model(or' very soft contact') and insufficient or proper degree of freedom robot.
The optimal load distribution for two cooperating robots is studied in this paper, and a new solution approach utilizing force ellipsoid is proposed. The load distribution problem is formulated as a nonlinear optimization problem with a quadratic cost function. The limit on instantaneous power is considered in the problem formulation as the joint torque constraints. The optimal solution minimizing energy consumption is obtained using the concept of force ellipsoid and the nonlinear optimization theory. The force ellipsoid provides a useful geometrical insight into the load distribution problem. Despite the presence of the joint torque constraints, the optimal solution is obtained almost as a closed form, in which the joint torques are given in terms of a single scalar parameter that can be obtained numerically by solving a scalar equation.
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.
In this paper a mathematical framework for deriving acceleration bounds from given joint torque limits of multiple cooperating robots are described. Especially when the different frictional contacts for every contact are assumed and the torque limits are given in 2-norm sense, we show that the resultant geometrical configuration for the acceleration is composed of corresponding parts of ellipsoids. Since the frictional forces at the contacts are proportional to the normal squeezing forces, the key points of the work includes how to determine internal forces exerted by each robot in order not to cause slip at the contacts while the object is carried by external forces. A set of examples composed of two robot systems are shown with point-contact-with-friction model and insufficient or proper degree of freedom robots.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.10
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pp.887-898
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2004
In this paper a mathematical framework fur deriving acceleration bounds from given joint torque limits of multiple cooperating robots are described. Especially when the different frictional contacts for every contact are assumed and the torque limits are given in 2-norm sense, we show that the resultant geometrical configuration for the acceleration is composed of corresponding parts of ellipsoids. Since the frictional forces at the contacts are proportional to the normal squeezing forces, the key points of the work includes how to determine internal forces exerted by each robot in order not to cause slip at the contacts while the object is carried by external forces. A set of examples composed of two robot systems are shown with point-contact-with-friction model and insufficient or proper degree of freedom robots.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1573-1580
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1995
In this paper, an optimization program for the design of wiper mechanisms is developed to minimize jerky motion while satisfying design constraints on kinematic and torque performances, mobility condition, and packaging. The lengths/orientations of the links and the position of a driving motor are selected as the design variables. In our optimum design program for wiper mechanisms, an optimization module interacts with an analysis module which calculates kinematic and force/torque properties, until convergence. The optimization results of a particular wiper mechanism are presented to illustrate the effectiveness of the program developed.
Turbo-fans for a FFU unit should be aerodynamically designed to provide the FFU system with the given flow-rate at the lowest rotational-speed by considering the interaction effect with the FFU casing. In this study, slim and highly efficient turbo-fans are designed to satisfy the given performance at the specific speed by using the hybrid-stacking method of an inducer and a 2D-bladed turbo fan. The mean-line analysis, cascade theory, and CFD technique are all together applied to control the passage areas on the meridional plane from the inlet to the exit of the blade. Furthermore, the torque control algorithm is adopted to improve the performances within the constraints by the motor rpm-torque characteristics, and the resulting measured performances of mock-up fans are discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.6
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pp.105-111
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1995
The inverse dynamic equations for 5 link robot including a closed chain have been derived. The closed chain is virtually cut open, and the kinematics and dynamics of the virtual open chain robot are analyzed. The constraints are applied to the virtually cut joints by the Jacobian matrix which represents the configuration of the closed chain. The topology of tree structrued open chain robot is described by a FATHER array. The FATHER array of a link indicates the link tha tis connected in the direction of base link. Based on the inverse dynamic equations, the torque sensitivity models of the 5 link robot have been developed. The sensitivity models characterize the sensitivity of the driving torque with respect to the link parameters. All the procedures are illustrated through the 2 link robot.
Moving a fragile object from an initial point to a goal location in minimum time without damage is pursued in this paper. In order to achieve the goal, first of all, the range of maximum acceleration and velocity are specified, which the manipulator can generate dynamically on the path that is planned a priori considering the geometrical constraints. Later, considering the impulsive force constraint of the object, the range of maximum acceleration and velocity are going to be obtained to keep the object safe while the manipulator is carrying it along the curved path. Finally, a time-optimal trajectory is planned within the maximum allowable range of the acceleration and velocity. This time optimal trajectory planning can be applied for real applications and is suitable for not only a continuous path but also a discrete path.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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