Interactions of a humanoid with a human are important, when the humanoid is requested to provide people with human-friendly services in unknown or uncertain environment. Such interactions may require more complicated and human-like behaviors from the humanoid. In this work the arm motions of a human are discussed as the early stage of human motion imitation by a humanoid. A motion capture system is used to obtain human-friendly arm motions as references. However the captured motions may not be applied directly to the humanoid, since the differences in geometric or dynamics aspects as length, mass, degrees of freedom, and kinematics and dynamics capabilities exist between the humanoid and the human. To overcome this difficulty a method to adapt captured motions to a humanoid is developed. The geometric difference in the arm length is resolved by scaling the arm length of the humanoid with a constant. Using the scaled geometry of the humanoid the imitation of actor's arm motions is achieved by solving an inverse kinematics problem formulated using optimization. The errors between the captured trajectories of actor arms and the approximated trajectories of humanoid arms are minimized. Such dynamics capabilities of the joint motors as limits of joint position, velocity and acceleration are also imposed on the optimization problem. Two motions of one hand waiving and performing a statement in sign language are imitated by a humanoid through dynamics simulation.
해양구조물의 비보강원통 부재가 충돌로 인해 횡 충격하중을 받는 경우 비보강원통의 동적거동을 추적하고 그 결과로 발생되는 손상의 정도를 예측할 수 있는 간이 수치해석 방법을 제안하고자 한다. 이 방법에서는 국부적인 변형과 전체굽힘 변형을 별도로 자유도로 분리하여 2 자유도의 스프링-질량계로 치환하여 해석하게 된다. 변형속도를 비롯한 기타의 동적효과가 굽힘변형을 나타내는 스프링 상수값에 미치는 영향은 실험자료로부터 얻어진 수정계수를 도입하여 고려하였다. 제안된 해석방법을 사용하여 얻어진 손상정도의 값들은 실험결과와 비교적 잘 일치하고 있다.
For a given structural geometry, the stiffness and damping parameters of the soil and the dynamic response of the structure may change in the face of an equivalent linear soil behavior caused by a strong earthquake. Therefore, the influence of equivalent linear soil behavior on the impedance functions form and the seismic response of the soil-structure system has been investigated. Through the substructure method, the seismic response of the selected structure was obtained by an analytical formulation based on the dynamic equilibrium of the soil-structure system modeled by an analog model with three degrees of freedom. Also, the dynamic response of the soil-structure system for a nonlinear soil behavior and for the two types of impedance function forms was also analyzed by 2D finite element modeling using ABAQUS software. The numerical results were compared with those of the analytical solution. After the investigation, the effect of soil nonlinearity clearly showed the critical role of soil stiffness loss under strong shaking, which is more complex than the linear elastic soil behavior, where the energy dissipation depends on the seismic motion amplitude and its frequency, the impedance function types, the shear modulus reduction and the damping increase. Excellent agreement between finite element analysis and analytical results has been obtained due to the reasonable representation of the model.
This paper explores the possibility of using a combination of the empirical mode decomposition (EMD) and the Hilbert transform (HT), termed the Hilbert-Huang transform (HHT) method, to identify the modal damping ratios of the structure with closely spaced modal frequencies. The principle of the HHT method and the procedure of using the HHT method for modal damping ratio identification are briefly introduced first. The dynamic response of a two-degrees-of-freedom (2DOF) system under an impact load is then computed for a wide range of dynamic properties from well-separated modal frequencies to very closely spaced modal frequencies. The natural frequencies and modal damping ratios identified by the HHT method are compared with the theoretical values and those identified using the fast Fourier transform (FFT) method. The results show that the HHT method is superior to the FFT method in the identification of modal damping ratios of the structure with closely spaced modes of vibration. Finally, a 36-storey shear building with a 4-storey light appendage, having closely spaced modal frequencies and subjected to an ambient ground motion, is analyzed. The modal damping ratios identified by the HHT method in conjunction with the random decrement technique (RDT) are much better than those obtained by the FFT method. The HHT method performing in the frequency-time domain seems to be a promising tool for system identification of civil engineering structures.
Tong, K.H.;Bakhary, Norhisham;Kueh, A.B.H.;Yassin, A.Y. Mohd
Smart Structures and Systems
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제13권3호
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pp.389-406
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2014
Optimal sensor placement techniques play a significant role in enhancing the quality of modal data during the vibration based health monitoring of civil structures, where many degrees of freedom are available despite a limited number of sensors. The literature has shown a shift in the trends for solving such problems, from expansion or elimination approach to the employment of heuristic algorithms. Although these heuristic algorithms are capable of providing a global optimal solution, their greatest drawback is the requirement of high computational effort. Because a highly efficient optimisation method is crucial for better accuracy and wider use, this paper presents an improved simulated annealing (SA) algorithm to solve the sensor placement problem. The algorithm is developed based on the sensor locations' coordinate system to allow for the searching in additional dimensions and to increase SA's random search performance while minimising the computation efforts. The proposed method is tested on a numerical slab model that consists of two hundred sensor location candidates using three types of objective functions; the determinant of the Fisher information matrix (FIM), modal assurance criterion (MAC), and mean square error (MSE) of mode shapes. Detailed study on the effects of the sensor numbers and cooling factors on the performance of the algorithm are also investigated. The results indicate that the proposed method outperforms conventional SA and Genetic Algorithm (GA) in the search for optimal sensor placement.
In this paper, it is proposed hew the rigid element method suggested in the first paper can be applied to the elastic and elasto-plastic analysis of spherical shell with the open stiff ring. In the analytical model, the solution domain is divided into rectangular-shaped spherical bending elements. Each contact surface of two adjacent elements is interconnected with four elastic springs, and it is assumed that the internal forces are distritributed into springs. The 6 degrees of freedom of the element are placed in the center of elements, and the 6 cen-teroidal rigid displacements affect other elements through springs around elements. And then the solution domain is estimated by the behavior of elements and springs. In this study, these concepts are applied to the elastic and elasto-plastic analysis for the eight cases of the spherical shell according to the condition of stiff ring, the condion of loading and the size of opening. And then some numerical results such as the distribution of stresses, the force-displacement curves and the mode of fractures will he shown.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제3권2호
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pp.244-250
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2003
In this paper, the relationship between a slave robot and the uncertain remote environment is modeled as the impedance to generate the virtual force to feed back to the operator. For the control of a tele-operated mobile robot equipped with camera, the tele-operated mobile robot take pictures of remote environment and sends the visual information back to the operator over the Internet. Because of the limitation of communication bandwidth and narrow view-angles of camera, it is not possible to watch the environment clearly, especially shadow and curved areas. To overcome this problem, the virtual force is generated according to both the distance between the obstacle and robot and the approaching velocity of the obstacle. This virtual force is transferred back to the master over the Internet and the master(two degrees of freedom joystick), which can generate force, enables a human operator to estimate the position of obstacle in the remote environment. By holding this master, in spite of limited visual information, the operator can feel the spatial sense against the remote environment. This force reflection improves the performance of a tele-operated mobile robot significantly.
The present paper deals with the finite element analysis of water tanks with rigid baffle. Fluid is discretized by two dimensional eight-node isoparametric elements and the governing equation is simulated by pressure based formulation to reduce the degrees of freedom in the domain. Both free vibration and force vibration analysis are carried out for different sizes and positions of block at tank bottom. The fundamental frequency depends on block height and it reduces with the increase of block height. The variation of hydrodynamic pressure on tank walls not only depends of the exciting frequency but also on the size and position of rigid block at tank bottom. The hydrodynamic pressure has higher value when the exciting frequency is equal and lower than the fundamental frequency of the water in the tank. Similarly, the hydrodynamic pressure increases with the increase of width of the block for all exciting frequencies when the block is at the centre of tank. The left and right walls of tank have experienced different hydrodynamic pressure when the block is placed at off-centre. However, the increase in hydrodynamic pressure on nearest tank wall becomes insignificant after a certain value of the distance between the wall and the rigid block.
In this paper, various model reduction methods were assessed using a shear frame, plane and space truss structures. Each of the structures is one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional, respectively. Three scenarios of poor, better, and the best were considered for each of the structures in which 25%, 40%, and 60% of the total degrees of freedom (DOFs) were measured in each of them, respectively. Natural frequencies of the full and reduced order structures were compared in each of the numerical examples to assess the performance of model reduction methods. Generally, it was found that system equivalent reduction expansion process (SEREP) provides full accuracy in the model reduction in all of the numerical examples and scenarios. Iterated improved reduced system (IIRS) was the second-best, providing acceptable results and lower error in higher modes in comparison to the improved reduced system (IRS) method. Although the Guyan's method has very low levels of accuracy. Structures were classified with the excitation frequency. High-frequency structures compared to low-frequency structures have been poor performance in the model reduction methods (Guyan, IRS, and IIRS).
Two new elements with six degrees of freedom are proposed by applying the equilibrium conditions and strain-displacement equations. The first element is formulated for the infinite ratio of beam radius to thickness. In the second one, theory of the thick beam is used. Advantage of these elements is that by utilizing only one element, the exact solution will be obtained. Due to incorporating equilibrium conditions in the presented formulations, both proposed elements gave the precise internal forces. By solving some numerical tests, the high performance of the recommended formulations and also, interaction effects of the bending and axial forces will be demonstrated. While the second element has less error than the first one in thick regimes, the first element can be used for all regimes due to simplicity and good convergence. Based on static responses, it can be deduced that the first element is efficient for all the range of structural characteristics. The free vibration analysis will be performed using the first element. The results of static and dynamic tests show no deficiency, such as, shear and membrane locking and excessive stiff structural behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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