This paper presents a robust control scheme of free-joint manipulators to overcome actuator failures and uncertain-ties in Cartesian space where tasks are planned. The control scheme has the adaptation law for the upper bound on the norm of uncertainties through the Lyapunov function approach. To solve the dynamic singularity problem in the controller, the singular and nonsingular regions are investigated based on a computer simulation. Then a singularity-free Cartesian trajectory planning is achieved in order to guarantee the availability of the control scheme. To illustrate the validity of the proposed control scheme, simulation results for a three-link planar robot arm with a free joint are shown.
Humanoid robot is the most intimate robot platform suitable for human interaction and services. Biped walking is its basic locomotion method, which is performed with combination of joint actuator's rotations in the lower extremity. The present work employs humanoid robot simulator and numerical optimization method to generate optimal joint trajectories for biped walking. The simulator is developed with Matlab based on the robot structure constructed with the Denavit-Hartenberg (DH) convention. Particle swarm optimization method minimizes the cost function for biped walking associated with performance index such as altitude trajectory of clearance foot and stability index concerning zero moment point (ZMP) trajectory. In this paper, instead of checking whether ZMP's position is inside the stable region or not, reference ZMP trajectory is approximately configured with feature points by which piece-wise linear trajectory can be drawn, and difference of reference ZMP and actual one at each sampling time is added to the cost function. The optimized joint trajectories realize three phases of stable gait including initial, periodic, and final steps. For validation of the proposed approach, a small-sized humanoid robot named DARwIn-OP is commanded to walk with the optimized joint trajectories, and the walking result is successful.
An effective dexterous motion control method of redundant robot manipulators based on neural optimization network is proposed to satisfy multi-criteria such as singularity avoidance, minimizing energy consumption, and avoiding physical limits of actuator, while performing a given task. The method employs a neural optimization network with parallel processing capability, where only a simple geometric analysis for resolved motion of each joint is required instead of computing of the Jacobian and its pseudo inverse matrix. For dexterous motion, a joint geometric manipulability measure(JGMM) is proposed. JGMM evaluates a contribution of each joint differential motion in enlarging the length of the shortest axis among principal axes of the manipulability ellipsoid volume approximately obtained by a geometric analysis. Redundant robot manipulators is then controlled by neural optimization networks in such a way that 1) linear combination of the resolved motion by each joint differential motion should be equal to the desired velocity, 2) physical limits of joints are not violated, and 3) weighted sum of the square of each differential joint motion is minimized where weightings are adjusted by JGMM. To show the validity of the proposed method, several numerical examples are illustrated.
본 연구에서는 하지마비 장애인의 족하수 방지를 위하여 족배굴곡 보조를 위한 외골격 보조기를 개발하였다. 본 보조기는 인공 근육형 공압 액추에이터를 이용한 동력 전달부, 동력부의 고정을 위한 무릎 관절 착용부 및 보행 신호 검출을 위한 발목 관절 착용부로 구성되었다. 보조기는 무릎 관절 착용부와 발목 관절 착용부에 고정되어 족배굴곡 토크를 발생시켰으며, 발바닥 압력센서를 통해 사용자의 보행 단계를 검출하고, 족배굴곡 보조 타이밍을 감지하도록 하였다. 보행에 이상이 없는 건강한 65세 이상 고령자 7명과 20대 성인 10명을 대상으로 외골격 보조기의 족배굴곡 보조에 대한 성능을 확인한 결과, 인공 근육형 공압 액추에이터의 보조 시 전경골근의 근활성이 감소하는 결과가 나타났다. 향후 연구에서는 하지마비 환자를 대상으로 외골격 보조기의 효과를 검증할 것이다.
A miniature shear testing machine was designed and developed, adopting a piezoelectric actuator with mechanical advantage using 4 levers in order to investigate shear behavior of a small solder ball. The final output displacement was initially expected to be 2.88 mm without load resistance, considering the lever ratio of 24 and the piezo displacement of 0.12 mm with an exciting voltage of 10 V. However, the final plunger displacement ${\Delta}{\upsilon}$ can be expected as ${\Delta}{\upsilon}=2.88-3.04{\times}10^{-4}F$ as a function of piezoelectric force F due to the stiffness of various levers and connectors and piezo actuator. The shear behavior of lead-free solder ball in diameter of $760{\mu}m$ was successfully investigated in a speed range of 2 mm/s~0.0035 mm/s using this designed device.
In this study, we propose and develop PDMS-based modular actuators. The microactuator which looks like a small insect uses thermal expansion power of the PDMS (polydimethylsiloxane; $sylgar^{(R)}$ 184 silicone elastomer). The PDMS-based microactuator provides a large displacement due to a high thermal expansion coefficient (approximately 310ppm). The microacruator with 1mm length $350{\mu}m$ width is optimized by using a numerical analysis. The shape of the PDMS actuatoris variously designed. They are placed at several positions to find the optimal position that provides a high transformation ratio. The PDMS-based microactuators are fabricated using a conventional micromaching technique. The fabricated microactuator is heated using a hot-plate. The actuator displacement is measured as a function of temperature from $27^{\circ}C$ to $300^{\circ}C$. The experimental results are compared to the simulation result. When heating temperature up to $300^{\circ}C$ is applied to the PDMS actuator, each V-groove-shaped joint is actuated $30{\mu}$ mat $300^{\circ}C$. Anotherdesign of the microactuator has a maximum displacement of about 656mm.
This paper presents the replication of a desired vibration response by iterative learning control (ILC) system for a vibration motion replication actuator. The vibration motion replication actuator has parameter uncertainties including system nonlinearity and joint nonlinearity. Vehicle manufacturers worldwide are increasingly relying on road simulation facilities that put simulated loads and stresses on vehicles and subassemblies in order to reduce development time. Road simulation algorithm is the key point of developing road simulation system. With the rapid progress of digital signal processing technology, more complex control algorithms including iterative learning control can be utilized. In this paper, ILC algorithm was utilized to produce simultaneously the six channels of desired responses using the Stewart platform composed of six linear electro-magnetic actuators with Halbach magnet array. The convergence rate and accuracy showed reasonable results to meet the requirement. It shows that the algorithm is acceptable to replicate multi-channel vibration responses.
본 연구에서는 고속운전 및 빈번한 부하의 변동에 대해서도 효과적인 과도응답 및 정상상태 응답특성을 갖도록 조작키(actuator)의 동특성방정식을 유도하여 매니퓰레이터의 동특성방정식과 결합시켜 2차 미분방정식으로 표현되는 새로운 매니퓰레이터의 모델 시스템 알고리즘을 제안하였다. 또한 비선형 궤환과 선형화 기법을 적용하여 변수들이 상호간에 심하게 결합되어 있는 시변 비선형 등특성모델을 감결합된 선형모델로 변환한다. 이럴 경구 모델의 제어기 구성시 시스템의 안정성을 얻기 위하여 극 재배치 법을 적용하였으며, 또한 경로오차를 최소화 시켜주기 위하여 오차방정식에 대한 최적제어를 적용하였다. 제안한 알고리즘을 조작키가 포함된 3관절 로보트 메니퓰레이터에 적용하여 컴퓨터 시뮬레이션한 결과 만족할만한 결과를 얻었다.
This is Presents experimental results of a force tracking controller for a quarter-car suspension system. The active suspension system was decomposed into two loops. At the main loop, the desired force signal is calculate by using a standard LQ design process. The Time Delay Control(TDC) design technique is then used to design the force controller such that the desired force signal is achieved in a robust manner when actuator or other plant uncertainties are present. The ADAMS controls module was used to realize the joint simulation of ADAMS and MATLAB, of which the results showed that the TDC strategy is reasonable and feasible.
This paper proposes a simple and intuitive model-free torque-tracking control for rotary electro-hydraulic actuators. The undesirable natural-velocity-feedback effect is discussed by introducing mechanical impedance into the electro-hydraulic actuation system. The proposed model-free torque control comprises inner- and outer-loop control to achieve two control objectives. Inner-loop control reduces the mechanical impedance passively and optimally. To improve the tracking accuracy, a certain form of proportional-integral-derivative control is applied to the outer loop. The robustness of the proposed closed-loop system against external disturbances is demonstrated by transforming the two-loop control structure into a disturbance observer form. The proposed method is validated on a single joint electro-hydraulic actuator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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