We propose an estimator design method of Stewart platform, which gives the 6DOF, positions and velcities of Stewart platform from the measured cylinder length. The solution of forward kinematics is not solved yet as a useful realtime application tool because of the complexity of the equation with multiple solutions. Hence we suggest an nonlinear estimator for the forward kinematics solution using Luenberger observer with nonlinear error correction term. But the way of residual gain selection of the estimator is not clear, so we suggest an algebraic Riccati equation for gain matrix using Lyapunov method. This algorithm gives the sufficient condition of the stability of error dynamics and can be extended to general nonlinear system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.2
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pp.414-430
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1996
In this paper, a new kinematic structure of a parallel manipulator with six Cartesian degrees of freedom is proposed. It consists of a platform which is connected to a fixed base by means of 3-PPSP(parameters P, S denote the prismatic, spherical joints) subchains. Each subchain has a link which is concected to a passive prismatic joint at the one end and a passive spherical joint at the other. The spherical joint is then attached to perpendicularly arranged prismatic actuators which are fixed at the base. The spherical joint is then attached to perpendicularly arranged prismatic actuators which are fixed at the base. This arrangement provides a basis to control all six Cartesian degrees of motion of the platform in space. Due to its efficient architecture, the colsed-form solutions of the inverse and forward kinematics can be obtained. As a consequence, this new kinematic structure can be servo controlled using simple inverse kinematics becaese forward kinematics allows for measuring the platform's position and orientation in Cartesian space. Furthermore, the proposed structure provides an effective functional workspace. Series of simulations are performed to verify the results of the kinematics analyses.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.156-162
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2001
An effective and practical method is presented for solving the forward kinematics of a 6-DOF Stewart Platform, using neural network algorithm together with Newton-Raphson method. An approximated solution is obtained from trained neural network, then it is used as an initial estimate for Newton-Raphson method. A series of accurate solutions are calculated with reasonable speed for the entire workspace of the platform. The solution procedure can be used for driving a real-time simulation platform.
The 6-DOF parallel manipulator is a closed-kindmatic chain robot manipulator that is capable of providing high structural rigidity and positional accuracy. Because of its advantage, the parallel manipulator have been widely used in many engineering applications such as vehicle/flight driving simulators, rogot maniplators, attachment tool of machining centers, etc. However, the kinematic analysis for the implementation of a real-time controller has some problem because of the lack of an efficient lagorithm for solving its highly nonliner forward kinematic equation, which provides the translational and orientational attitudes of the moveable upper platform from the lenght of manipulator linkages. Generally, Newton-Raphson method has been widely sued to solve the forward kinematic problem but the effectiveness of this methodology depend on how to set initial values. This paper proposes a hybrid method using genetic algorithm(GA) and Newton-Raphson method to solve forward kinematics. That is, the initial values of forward kinematics solution are determined by adopting genetic algorithm which can search grobally optimal solutions. Since determining this values, the determined values are used in Newton-Raphson method for real time calcuation.
This research suggested the mathematical model (forward kinematics method) to provide the reference points of driver space more easily and accurately in designing the package layout of vehicle interiors. For this purpose, the lengths of body segments of drivers and various joint angles occurred while were used. The length data between joints for the mathematical model were extracted from $SAFEWORK^{\circed{R}}$ as well as 95th percentile male and 5th percentile female body dimensions were utilized. In addition, the angles of body segments were applied on its diverse values within proper ranges in order to compare them each other. the mathematical model in this study was based on the concept of converting polar coordinate system to Cartesian coordinate system so that reference points of driver space were acquired in Cartesian coordinate system after using the segment lengths of drivers and the joint angles of driving postures as an input of polar coordinate system. It is expected that reference points of driver space obtained from this research are helpful to the study on package layout that is appropriate for physical characteristics of drivers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.8
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pp.1206-1212
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2001
The kinematic analysis of Stewart platform manipulator(SPM) is carried out in order to reduce the calculation time for its forward kinematic solution when the iterative numerical method is employed. The kinematic equations for three substructures of the 6-3 SPM are newly derived by introducing Denavit-Hartenberg link parameters and using kinematic constraints associated with the SPM and substructure kinematics. It is shown that the forward kinematics can be easily solved from three nonlinear equations with three unknown variables only, leading to a great reduction in calculation time.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.483-487
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1996
We consider the estimation of the position and orientation of 6 DOF motion bed (Stewart platform) from the measured cylinder length. The solution of forward kinematics is not solved yet as a useful realtime application tool because of the complity of the equation with multiple solutiple solutions. Hence we suggest an algorithm for the estimation of forward kinematics solution using Luenberger observer withnonlinear error correction term. The Luenberger observer withlinear model shows that the estimation error does not go to zero in steadystate due to the linearization error of the dynamic model. Hence the linear observer is modified using nonlinear measurement error equation and we prove thd practical stability of the estimation error dynamics of the proposed observer using lyapunov function.
This paper presents the closed-form forward kinematics of the 6-6 Stewart platform of planar base and moving platform. Based on algebraic elimination method and with one extra linear sensor, it first derives an 8th-degree univariate equation and then finds tentative solution sets out of which the actual solution is to be selected. In order to provide more exact solution despite the error between measured sensor value and the theoretical one, a correction method is also used. The overall procedure requires so little computation time that it can be efficiently used for realtime applications. In addition, unlike the iterative schemes e.g. Newton-Raphson, the algorithm does not require initial estimates of solution and is free of the problems that it does not converge to actual solution within limited time. The presented method has been implemented in C language and a numerical example is given to confirm the effectiveness and accuracy of the developed algorithm.
Background: Flexion-relaxation phenomenon (FRP) was a term which refers to a sudden onset of myoelectric silence in the erector spinae muscles of the back during standing full forward flexion. Hamstring muscle length may be related to specific pelvic and trunk movements. Many studies have been done on the FRP of the erector spinae muscles. However, no studies have yet investigated the influence of hamstring muscle flexibility on the FRP of the hamstring muscle and lumbopelvic kinematics during forward bending. Objects: The purpose of this study was to examine the flexion-relaxation ratio (FRR) of the hamstring muscles and lumbopelvic kinematics and compare them during forward bending in subjects with different hamstring muscle flexibility. Methods: The subjects of two different groups were recruited using the active knee extension test. Group 1-consisted of 13 subjects who had a popliteal angle under $30^{\circ}$; Group 2-consisted of 13 subjects who had a popliteal angel above $50^{\circ}$. The kinematic parameters during the trunk bending task were recorded using a motion analysis system and the FRRs of the hamstring muscles were calculated. Differences between the groups were identified with an independent t-test. Results: The subjects with greater hamstring length had significantly less lumbar spine flexion movement and more pelvic flexion movement. The subjects with greater pelvic flexion movement had a higher rate of flexion relaxation during full trunk bending (p<.05). Conclusion: The results of this study suggest that differences in hamstring muscle flexibility might cause changes in people's hamstring muscle activity and lumbopelvic kinematics.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.11
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pp.925-936
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2003
The manipulability analysis of the parallel-type rolling mill proposed in Hong et al. [1] is re-visited. The parallel rolling mill uses two Stewart platforms in opposite direction for the generation of 6 degree-of-freedom motions of each roll. The objective of this new parallel rolling mill is to permit an integrated control of the strip thickness, strip shape, pair crossing angle, uniform wear of rolls, and tension of the strip. New forward/inverse kinematics problems, in contrast with [1], are formulated. The forward kinematics problem is defined as the problem of finding the roll-gap and the pair-crossing angle of two work rolls for given lengths of twelve legs. On the other hand, the inverse kinematics problem is defined as the problem of finding the lengths of twelve legs when the roll-gap, the pair-crossing angle, and the position and orientation of one work roll are given. The method of manipulability analysis used in this paper follows the spirit of [1]. But, because the rolling force and moment exerted from both upper and lower rolls have been included in the manipulability analysis, more accurate results than the use of a single platform can be achieved. Two. kinematic parameters, the radius of the base and the angle between two neighboring joints, are optimally designed by maximizing the global manipulability measure in the entire workspace.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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