Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.8
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pp.688-695
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2005
This paper describes dynamic manipulability analysis of robotic arms moving in viscous fluid. The manipulability is a functionality of manipulator system in a given configuration under the limits of joint ability with respect to the task required to be performed. To investigate the manipulability of underwater robotic arms, a modeling and analysis method is presented. The dynamic equation of motion of underwater manipulator is derived based on the Lagrange-Euler equation considering with the hydrodynamic forces caused by added mass, buoyancy and hydraulic drag. The hydrodynamic drag term in the equation is established as analytical form using Denavit-Hartenberg (D-H) link coordination of manipulator. Two analytical approaches based oil manipulability ellipsoid are presented to visualize the manipulability of robotic arm moving in viscous fluid. The one is scaled ellipsoid which transforms the boundary of joint torque to acceleration boundary of end-effector by normalizing the torques in joint space, while the other is shifted ellipsoid which depicts total acceleration boundary of end-effector by shifting the ellipsoid as much as gravity and velocity dependent forces in work space. An analysis example of 2-link manipulator with proposed analysis scheme is presented to validate the method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.4
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pp.426-432
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2009
In this paper, redundancy resolution of UVMS (underwater vehicle-manipulate. system) is addressed. In general, UVMS has redundant DOFs (degrees of freedom) as many as DOFs of manipulator and these redundant DOFs can be used to optimize the configuration of UVMS while satisfying given tasks. We propose a performance index for redundancy resolution which minimizes the restoring moments of UVMS. The restoring moment can cause unintentional change of poses of UVMS. If the restoring moments remain small, control effort for keeping the poses of UVMS decreases. This means that energy consumption can be reduced by minimizing the restoring moments during conducting tasks. Proposed performance measure is optimized by gradient projection method. Generated trajectories by this redundancy resolution are tracked by robust PID controller. Numerical simulations are presented to demonstrate performance of the proposed algorithm.
LI JI-HONG;JEON BONG-HWAN;LEE PAN-MOOK;WON HONG-SEOK
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.05a
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pp.198-203
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2004
This paper describes a real-time control architecture for DUSAUV (Dual Use Semi-Autonomous Underwater Vehicle), which has been developed at Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO), KORDI, for being a test-bed oj development of technologies for underwater navigation and manipulator operation. DUSAUV has three built-in computers, seven thrusters for 6 degree of freedom motion control, one 4-function electric manipulator, one pan/tilt unit for camera, one ballasting motor, built-in power source, and various sensors such as IMU, DVL, sonar, and so on. A supervisor control system for GUI and manipulator operation is mounted on the surface vessel and communicates with vehicle through a fiber optic link. Furthermore, QNX, one of real-time operating system, is ported on the built-in control and navigation computers of vehicle for real-time control purpose, while MicroSoft OS product is ported on the supervisor system for GUI programming convenience. A hierarchical control architecture which consist of three layers (application layer, real-time layer, and physical layer) has been developed for efficient control system of above complex underwater robotic system. The experimental results with implementation of the layered control architecture for various motion control of DUSAUV in a basin of KRISO is also provided.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.488-496
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1991
Dynamic chanracterisitcs and control of a submerged working robot manipulator have been investigated for articulated type robot manipulator with three revoluted joints. A dynamic equation of the manipulator has been derived. The dynamic equation includes not only mass matrix, centrifugal and Coriolis terms and gravity terms but also added mass, buoyant force and drag force terms, which are important terms for underwater motion description. A series of simulations using computed torque method have been performed for the cases of straight and circular trajectory motion controls. The results of this study show that the dynamic characteristics of the submerged working robot manipulator are very different from that of the manipulator which works in air. The influences of added mass, buoyant force and drag force terms to the total required torques have been discussed as distribution ratios to the total required torques.
This paper presents a control and operation system for a remotely operated vehicle (ROV). The ROV used in the study was equipped with a manipulator and is being developed for underwater exploration and autonomous underwater working. Precision position and attitude control ability is essential for underwater operation using a manipulator. For propulsion, the ROV is equipped with eight thrusters, the number of those are more than six degrees-of-freedom. Four of them are in charge of surge, sway, and yaw motion, and the other four are responsible for heave, roll, and pitch motion. Therefore, it is more efficient to integrate the management of the thrusters rather than control them individually. In this paper, a thrust allocation method for thruster management is presented, and the design of a feedback controller using sensor data is described. The software for the ROV operation consists of a robot operating system that can efficiently process data between multiple hardware platforms. Through experimental analysis, the validity of the control system performance was verified.
In autonomous interventions using an underwater vehicle with a manipulator, grasping based on target detection and recognition is one of the core technologies. To complete an autonomous grasping task, the vehicle body approaches the target closely and then holds it through operating the end-effector of the manipulator, while the vehicle maintains its position and attitude without unstable motion. For vehicle motion control, it is very important to identify the hydrodynamic parameters of the underwater vehicle, including the propulsion force. This study examined the propulsion characteristics of the autonomous intervention ROV developed by KRISO, because there is a difference between the real exerted force and the expected force. First, the mapping between the input signal and thrusting force for each underwater thruster was obtained through a water tank experiment. Next, the real propulsion forces and moments of the ROV exerted by thrusting forces were directly measured using an F/T (force/torque) sensor attached to the ROV. Finally, the differences between the measured and expected values were confirmed.
KRISO (Korea Research Institute of Ship & Ocean Engineering) started a project to develop the core algorithms for autonomous intervention using an underwater robot in 2017. This paper introduces the development of the robot platform for the core algorithms, which is an ROV (Remotely Operated Vehicle) type with one 7-function manipulator. Before the detailed design of the robot platform, the 7E-MINI arm of the ECA Group was selected as the manipulator. It is an electrical type, with a weight of 51 kg in air (30 kg in water) and a full reach of 1.4 m. To design a platform with a small size and light weight to fit in a water tank, the medium-size manipulator was placed on the center of platform, and the structural analysis of the body frame was conducted by ABAQUS. The robot had an IMU (Inertial Measurement Unit), a DVL (Doppler Velocity Log), and a depth sensor for measuring the underwater position and attitude. To control the robot motion, eight thrusters were installed, four for vertical and the rest for horizontal motion. The operation system was composed of an on-board control station and operation S/W. The former included devices such as a 300 VDC power supplier, Fiber-Optic (F/O) to Ethernet communication converter, and main control PC. The latter was developed using an ROS (Robot Operation System) based on Linux. The basic performance of the manufactured robot platform was verified through a water tank test, where the robot was manually operated using a joystick, and the robot motion and attitude variation that resulted from the manipulator movement were closely observed.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.8
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pp.709-717
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2013
This paper presents the development of a specialized underwater leg with a manipulator function(convertible-to-arm leg) for the seabed walking robot named CRABSTER200(CR200). The objective functions of the convertible-to-arm leg are to walk on the seabed and to work in underwater for precise seabed exploration and underwater tasks under coastal area with strong tidal current. In order to develop the leg, important design elements including the degree of freedom, dimensions, mass, motion range, joint structure/torque/angular-speed, pressure-resistance, watertight capability and cable protection are considered. The key elements of the convertible-to-arm leg are realized through concept/specific/mechanical design and implementation process with a suitable joint actuator/gear/controller selection procedure. In order to verify the performance of the manufactured convertible-to-arm leg, a 25bar pressure-resistant and watertight test using a high-pressure chamber and a joints operating test with posture control of the CR200 are performed. This paper describes the whole design, realization and verification process for implementation of the underwater convertible-to-arm leg.
This paper presents the design and the analysis of a "fish-like underwater robot". In order to develop swimming robot like a real fish, extensive hydrodynamic analysis were made followed by the study of biology of the fishes especially its maneuverability and propel styles. Swimming mode is achieved by mimicking fish-swimming of carangiform. This is the swimming mode of the fast motion using its tail and peduncle for propulsion. In order to generate configurations of vortices that gives efficient propulsion yawing and surging with a caudal fin has applied and in order to submerge and maintain the body balance pitching and heaving motion with a pair of pectoral fin is used. We have derived the equation of motion of PoTuna by two methods. In first method, we use the equation of motion of underwater vehicle with the potential flow theory for the power of propulsion. In second method, we apply the method of the equation of motion of UVM(Underwater Vehicle-Manipulator). Then, we compare these results.
Kim, Jihoon;Jin, Sangrok;Kim, Jong-Won;Seo, TaeWon;Kim, Jongwon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.9
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pp.961-968
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2013
In this paper, we propose an optimal design for starfish capturing manipulator module with four-bar linkage mechanism. A tool link with compliance is attached on the four-bar linkage, and the tool repeats detaching starfish from the ground and putting it into the storage box. Since the tool is not rigid and the manipulator is operating underwater, the trajectory of the tool tip is determined by its dynamics as well as kinematics. We analyzed the trajectory of the manipulator tool tip by quasi-static analysis considering both kinematics and dynamics. In optimization, the lengths of each link and the tool stiffness are considered as control variables. To maximize the capturing ability, capturing stroke of the four-bar manipulator trajectory is maximized. Reaction force and reaction moment, and other kinematic constraints were considered as inequality constraints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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