This paper is concerned with locomotion of dog-like quadruped robots that can adapt to various terrains, mainly dealing with implementation methods and characteristics of static and dynamic gaits. To this end, a 12-DOF robot is built in house, motional trajectories of its body and feet are generated mimicking biological life, and the corresponding leg joint angles are analytically obtained by inverse kinematics. Such joint angle data are then applied to the robot's ADAMS model for computer simulations so that the planned walk and trot gaits are both confirmed dynamically stable. However, contrary to the simulation results, previous trot patterns showed unstable behavior during experiments. This problem led us to analyze the reason, and in the course we discovered the importance of maximally utilizing the concept of WSM rather than ZMP and therefore reducing the gait period to secure the stability of dynamic gaits such as trot.
Modeling, control and implementation of a real redundant robot with five Degrees Freedom (DOF) of the SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm) manipulator type is presented. Through geometric methods and structural and functional considerations, the inverse kinematics for redundant robot can be obtained. By means of a modification of the classical sliding mode control law through a hyperbolic function, we get a new algorithm which enables reducing the chattering effect of the real actuators, which together with the learning and adaptive controllers, is applied to the model and to the real robot. A simulation environment including the actuator dynamics is elaborated. A 5 DOF robot, a communication interface and a signal conditioning circuit are designed and implemented for feedback. Three control laws are executed in: a simulation structure (together with the dynamic model of the SCARA type redundant manipulator and the actuator dynamics) and a real redundant manipulator of the SCARA type carried out using MatLab/Simulink programming tools. The results, obtained through simulation and implementation, were represented by comparative curves and RMS indices of the joint errors, and they showed that the redundant manipulator, both in the simulation and the implementation, followed the test trajectory with less pronounced maximum errors using the adaptive controller than the other controllers, with more homogeneous motions of the manipulator.
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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1995.04a
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pp.629-634
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1995
The purpose of this paper is to develop a method of Collision-Free Path Planning (CFPP) for an articulated robot. First, the configuration of the robot is formed by a set of robot joint angles derived fromm robot inverse kinematics. The joint space that is made of the joint angle set, forms a Configuration space (Cspace). Obstacles in the robot workcell are also transformed and mapped into the Cspace, which makes Cobstacles in the Cspace. (The Cobstacles represented in the Cspace is actually the configurations of the robot causing collision.) Secondly, a connected graph, a kind of roadmap, is constructed from the free configurations in the 3 dimensional Cspace, where the configurations are randomly sampled form the free Cspace. Thirdly, robot paths are optimally in order to minimize of the sum of joint angle movements. A path searching algorithm based on A is employed in determining the paths. Finally, the whole procedures for the CFPP method are illustrated with a 3 axis articulated robot. The main characteristics of the method are; 1) it deals with CFPP for an articulated robot in a 3-dimensional workcell, 2) it guarantees finding a collision free path, if such a path exists, 3) it provides distance optimization in terms of joint angle movements. The whole procedures are implemented by C on an IBM compatible 486 PC. GL (Graphic Library) on an IRIS CAD workstation is utilized to produce fine graphic outputs.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.34
no.1
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pp.53-58
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2017
A fine stage is developed for the 3-DOF error compensation of a linear axis in order to improve the positioning accuracy. This stage is designed as a planar parallel mechanism, and the joints are based on a flexure hinge to achieve ultra-precise positioning. Also, the effect of Abbe's offsets between the measuring and driving coordinate systems is minimized to ensure an exact error compensation. The mode shapes of the designed stage are analyzed to verify the desired 3-DOF motions, and the workspace and displacement of a piezoelectric actuator (PZT) for compensation are analyzed using forward and inverse kinematics. The 3-DOF error of a linear axis is measured and compensated by using the developed fine stage. A marked improvement is observed compared to the results obtained without error compensation. The peak-to-valley (PV) values of the positional and rotational errors are reduced by 92.6% and 91.3%, respectively.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.12
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pp.1233-1240
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2010
In the flat panel display and semiconductor industries, the visual alignment system is considered as a core technology which determines the productivity of a manufacturing line. It consists of the vision system to extract the centroids of alignment marks and the stage control system to compensate the alignment error. In this paper, we develop a Kalman filter algorithm to estimate the alignment mark postures and propose a coarse-fine alignment control method which utilizes both original fine images and reduced coarse ones in the visual feedback. The error compensation trajectory for the distributed joint servos of the alignment stage is generated in terms of the inverse kinematic solution for the misalignment in task space. In constructing the estimation algorithm, the equation of motion for the alignment marks is given by using the forward kinematics of alignment stage. Secondly, the measurements for the alignment mark centroids are obtained from the reduced images by applying the geometric template matching. As a result, the proposed Kalman filter based coarse-fine alignment control method enables a considerable reduction of alignment time.
The letters of the automobile tire are usually engraved on the side-wall. The shape of the side-wall is a sculptured surface generated by the rotational sweeping of a profile curve. The letters laid on the side-wall are usually designed by a 2-dimensional CAD. It is impossible to machine the letters on the surface accurately by 3-axis NC machining, because the axis of cutter should be tilted to align with the normal vector of the surface. In this case. the degree of freedom for the machine is at least four. This paper describes an idea for tool path generation of a 4-axis machine by using the 2-dimensional CAD data of the letters and the surface of the side-wall. This study includes the following procedures; (1) measuring the profile of the side-wall surface and curve-fitting of the measured points. (2) the 'non-parallel projection' of the letters on the side-wall, and (3) an inverse kinematics of the 4-axis lettering machine. Procedures in this paper are programmed in C-language on Windows95 environment. With a PC based CNC controller and a 4-axis lettering machine. these are tested sucessfully for the practical use.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.556-560
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2007
In this paper, the research results for the improvement of tracking performance of a hydraulic shaking table are presented. A servo-hydraulic shaking table is not only highly nonlinear but also has a lot of time delay. In addition, the shaking table, which consists of multi axial hydraulic actuators, is a MIMO system coupled by kinematics and dynamics of each other's actuators. And it is demanded for the shaking table to track arbitrary trajectories up to high frequency even at the extreme situations such as substantial external loads and large disturbances. For this purpose, an iterative feed-forward control based on the inverse of a measured frequency response function is used for the shaking table. To solve the dynamic coupling, a pressure feedback control as numerical damping is used. It is shown through numerical simulations that the tracking performance of shaking table is improved up to 100Hz.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.6
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pp.555-562
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2013
This paper presents the optimal array of optical mice for the accurate velocity estimation of a mobile robot. It is assumed that there can be some restriction on the installation of two or more optical mice at the bottom of a mobile robot. First, the velocity kinematics of a mobile robot with an array of optical mice is derived, which maps the velocity of a mobile robot to the velocities of optical mice. Second, taking into account the consistency in physical units, the uncertainty ellipsoid is obtained to represent the error characteristics of the mobile robot velocity estimation owing to noisy optical mouse measurements. Third, a simple but effective performance index is defined as the inverse of the volume of the uncertainty ellipsoid, which can be used for the optimization of the optimal optical mouse placement. Fourth, simulation results for the optimal placement of three optical mice within a given elliptical region are given.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.4
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pp.307-314
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2016
Recently, demands on the tapping machine are increased due to the case of a cell phone is changed to metal such as aluminum. The automatic tool changer (ATC) is one of the most important devices for the tapping machine related to the speed and energy consumption of the machine. To reduce the consumed energy and vibration, the dynamic modeling is essential for the ATC. In this paper, inverse dynamic modeling of a novel ATC mechanism is introduced. The proposed ATC mechanism is composed of a double four-bar mechanism with a circular tablet to generate continuous rotation of the tablet. The dynamic modeling is performed based on the Lagrange equation with a modeling for the contact between the four-bar and the tablet. Simulation results for various working conditions are proposed and analyzed for the prototype design. The dynamic modeling can be applied to determine the proper actuator and to reduce the vibration and consumed energy for the ATC machine.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.2
s.233
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pp.176-187
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2005
This paper presents an evaluation of joint configurations of a robotic finger based on kinematic analysis. The evaluation is based on an assumption that the current control methods for the fingers require that the contact state specified by the motion planner be maintained during manipulation. Various finger-joint configurations have been evaluated for different contact motions. In the kinematic analysis, the surface of the manipulated object was represented by B-spline surface and the surface of the finger was represented by cylinders and a half ellipsoid. Three types of contact motion, namely, 1) pure rolling, 2) twist-roiling, and 3) slide-twist-rolling are assumed in this analysis. The finger-joint configuration best suited for manipulative motion is determined by the dimension of manipulation workspace. The evaluation has shown that the human-like fingers are suitable for maintaining twist-rolling and slide-twist-rolling but not for pure rolling. A finger with roll joint at its fingertip link, which is different from human fingers, proved to be better for pure rolling motion because it can accommodate sideway motions of the object. Several kinds of useful finger-joint configurations suited for manipulating objects by fingertip surface are proposed.
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