기구학적 분석을 이용한 로봇 매니퓰레이터 개발

민병로(Min Byeong-Ro),이대원(Lee Dae-Weon) (사)한국생물환경조절학회 2004 생물환경조절학회지 Vol.13 No.1

본 연구는 오이수확기의 매니퓰레이터 개발을 위한 기구학적 분석을 하는 것이다. 매니퓰레이터의 정방향 기구학 및 역방향 기구학 분석을 한 후 실제 장치의 반복오차 측정실험을 통해 이론 값을 검증하였다. 매니 퓰레이터는 총 세 개의 링크로서 한 개의 수직링크와 두개의 회전링크로 구성되어져 있으며, 세 개의 스테핑 모터가 각 관절에 장착되어 링크에 동력을 전달한다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다. D-H Parameter를 이용하여 정방향 기구학에 의한 매니퓰레이터의 변환 연산자를 얻었다. 역방향 기구학의 해는 두가지로 나타났으며 삼각함수를 이용하여 해를 구하였다. 매니퓰레이터의 반복오차를 측정한 검증 실험에서는 X, Y, Z축에 대하여 반복 오차가 최대 2.60 ㎜, 2.05 ㎜, 1.55 ㎜로 나타났으며, 정방향 및 역방향 기구학에서 오차의 최대지점 및 최소지점의 실제 좌표는 일치하였다. 반복오차 측정 결과는 매니퓰레이터의 목표지점인 오이의 직경에 비해 비교적 작게 나타났다. 측정오치는 실험중 발생한 실험오차로 판단된다. 매니퓰레이터의 오차를 줄이고 작업능률의 향상을 위해서는 링크의 수를 줄이고 오이의 품종 및 재배환경을 고려하여야 하며, 경량이면서도 견고한 재료를 사용하여 하중을 줄여야 한다. This study is kinematics for the manipulator development of cucumber harvesting. A theory value was verified by repeated error measurement after the forward kinematics or inverse kinematics analysis of manipulator. Manipulator is consisted of one perpendicular link and two revolution link. The transformation of manipulator can be valued by kinematics using Denavit-Hartenberg parameter. The value of inverse kinematics which is solved by three angles faction shows two types. Repeated errors refered maximum 2.60 ㎜, 2.05 ㎜ and 1.55 ㎜ according to X, Y, Z axis. In this study, the actual coordinates of maximum point and minimum point were agreement in the forward kinematics or inverse kinematics. The results of repeated error measurement were reflect to be smaller compared to a diameter of cucumber. measurement errors were determined by experimented errors during the test. For reducing errors of manipulator and improving work efficiency, the number of link should be reduced and breeding and cultural environment should be considered to reduce the weight and use the hard stuff. The velocity of motor for working should be considered, too.

착용형 관성센서 및 인체 하지부 기구학 기반의 보행자 속도추정에 관한 연구

김명규(Myeong Kyu Kim),김종경(Jong Kyeong Kim),이동훈(Donghun Lee) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.9

본 논문은 하지부의 각 분절에 부착된 착용형 관성센서의 자세 및 각속도 정보와 하지부 기구학을 기반으로 착용자의 보행속도를 추정하는 방법에 관한 연구를 다룬다. 보행 주기 중 발바닥과 지면이 완전히 접촉되지 않는 구간에서는 골반부에 장착된 관성센서의 가속도 출력을 적분하여 보행속도를 추정할 수 있다. 이 때, 보행 시 골반부의 기울어짐으로 인하여 발생되는 가속도의 측정오차의 누적 영향을 최소화하기 위하여, 하지부 기구학을 기반으로 추정된 보행속도를 매 보행 주기마다 골반 관성센서의 가속도 출력신호 적분 초기값으로 갱신한다. 그 결과 6분 가량의 야외 보행 실험을 수행한 결과, 오차 누적에 의한 영향은 관찰되지 않았으며, 보행속도 추정 오차의 RMS는 0.08m/s 이하인 것으로 확인되었다. In this paper, a new method is proposed for estimating pedestrians" walking velocity based on lower-limb kinematics and wearable inertial measurement unit (IMU) sensors. While the soles and ground are not in contact during the walking cycle, the walking velocity can be estimated by integrating the acceleration output of the inertial sensor mounted on the pelvis. To minimize the effects of acceleration measurement errors caused by the tilt of the pelvis while walking, the estimated walking velocity based on lower-limb kinematics is imposed as the initial value in the acceleration signal integration process of the pelvis inertial sensor. In the experiment involving outdoor walking for six minutes, sensor drift due to error accumulation was not observed, and the RMS error in the walking velocity estimation was less than 0.08 m/s.

2단 평행기구 로봇 암의 실시간 순방향 기구학 해석

이민기,박근우,Lee, Min-Ki,Park, Kun-Woo 대한기계학회 1997 大韓機械學會論文集A Vol.21 No.1

The determination of the direct kinematics of the parallel mechanism is a difficult problem but has to be solved for any practical use. This paper presents the efficient formulation of the direct kinematics for double parallel robot arm. The robot arm consists of two parallel mechanism, which generate positional and orientational motions, respectively. These motions are decoupled by a passive central axis which is composed of four revolute joints and one prismatic joint. For a set of given lengths of linear actuators, the direct kinematics will find the joint displacements of th central axis from geometric constraints in each parallel mechanism. Then the joint displacements will be converted into the position and the orientation of the end effector of the robot arm. The proposed formulation is decoupled and compacted so that it will be implemented as a real-time direct kinematics. With the proposed formulation, we analyze the motion of the double parallel robot and show its characteristics. Specially, we investigate the workspace in terms of positional space as well as orientational space.

풍동 CTS 시스템의 기구학/역기구학 해석

이도관(Do-Kwan Lee),이상정(Sang-Jeong Lee) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.4

Ublox M8 수신기/차량 정보/차량 기구학을 적용한 차량 수평 위치 및 방위각 결정 시스템

김민(Min Kim),박찬식(Chansik Park) 한국자동차공학회 2017 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2017 No.5

3-DOF Parallel Micromanipulator : Design Consideration

이정익,이동찬,한창수 한국생산제조학회 2008 한국생산제조학회지 Vol.17 No.2

For the accuracy correction of the micro-positioning industrial robot, micro-manipulator has been devised. The compliant mechanisms using piezoelectric actuators is necessary geometrically and structurally to be developed by the optimization approaches. The overall geometric advantage as the mechanical efficiencies of the mechanism are considered as objective functions, which respectively are the ratio of output displacement to input force, and their constraints are the vertical motion of supporting leg and the structural strength of manipulation. In optimizing the compliant mechanical amplifier, the sequential linear programming and an optimality criteria method are used for the geometrical dimensions of compliant bridges and flexure hinges. This paper presents the integrated design process which not only can maximize the mechanism feasibilities but also can ensure the positioning accuracy and sufficient workspace. Experiment and simulation are presented for validating the design process through the comparisons of the kinematical and structural performances.

기계시스템의 공차에 의한 속도 및 가속도 오차의 해석

이세정 대한기계학회 1994 대한기계학회논문집 Vol.18 No.2

A probabilistic model and analysis methods to determine the means and variances of the velocity and acceleration in stochastically-defined planar pin jointed kinematic chains are presented. The presented model considers the effect of tolerances on link length and radial clearance and uncertainty of pin location as a net effect on the link's effective length. The determination of the mean values and variances of the output variables requires the calculation of sensitivities of secondary variables with respect to the random variables. It is shown that this computation is straightforward and can be accomplished by a conventional kinematic analysis package with minor modification. Thus, the concepts of tolerance and clearance have been captured by the model and analysis. The only input data are the nominal linkage model and statistical information. The "effective link length" model is shown to be applicable to both analytical solution and Monte Carlo simulation. The results from both methods are compared. This paper Ksolves the higher-order kinematic problems for the probabilistic design analysis of stochastically-defined mechanisms.echanisms.

Kinematic Analysis to Design Parallel Robot for Clinical Applications in Laparoscopic Surgery

Yeong-Jun Heo(허영준),Geum-Sang Jeon(전금상),Seong-Dae Choi(최성대) 한국기계가공학회 2023 한국기계가공학회지 Vol.22 No.1

3-DOF Parallel Micromanipulator

Jeongick Lee(이정익),Dongchan Lee(이동찬),Changsoo Han(한창수) 한국생산제조학회 2008 한국생산제조학회지 Vol.17 No.2

For the accuracy correction of the micro-positioning industrial robot, micro-manipulator has been devised. The compliant mechanisms using piezoelectric actuators is necessary geometrically and structurally to be developed by the optimization approaches. The overall geometric advantage as the mechanical efficiencies of the mechanism are considered as objective functions, which respectively are the ratio of output displacement to input force, and their constraints are the vertical motion of supporting leg and the structural strength of manipulation. In optimizing the compliant mechanical amplifier, the sequential linear programming and an optimality criteria method are used for the geometrical dimensions of compliant bridges and flexure hinges. This paper presents the integrated design process which not only can maximize the mechanism feasibilities but also can ensure the positioning accuracy and sufficient workspace. Experiment and simulation are presented for validating the design process through the comparisons of the kinematical and structural performances.

슬라이딩 모드 관측기를 이용한 기구학 모델 기반 자율주행 자동차의 예견 고장진단 알고리즘

오광석(Kwang Seok Oh),이경수(Kyong Su Yi) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.10

본 논문은 슬라이딩 모드 관측기를 이용한 기구학 모델 기반 자율주행 자동차의 예견 고장진단 알고리즘에 관한 연구이다. 자율주행 자동차는 안전한 주행을 위해 신뢰성이 확보된 주행환경 정보와 차량의 동적상태 정보가 필요하다. 센서 정보의 신뢰성 판단을 위해 본 연구에서는 종방향 기구학 모델기반 슬라이딩모드 관측기를 이용하여 종방향 환경정보와 차량 가속도 정보를 실시간으로 상호 보완적 고장진단이 가능한 예견 알고리즘을 제안하였다. 적용된 슬라이딩 모드 관측기는 종방향 환경정보의 고장신호에도 강건한 입력신호 재건성능을 보이면서 알고리즘의 신뢰성을 확보할 수 있었다. 예견 고장진단 알고리즘의 합리적 성능평가를 위해 네 가지 조건에 대한 실제 주행 데이터 기반 선행차량 추종시나리오를 적용하였다. 성능평가 결과 본 연구에서 제안된 예견 고장진단 알고리즘은 모든 평가조건과 주행 시나리오에 대해 합리적인 고장진단 성능을 보여주었다. This paper describes a predictive fault diagnosis algorithm for autonomous vehicles based on a kinematic model that uses a sliding mode observer. To ensure the safety of autonomous vehicles, reliable information about the environment and vehicle dynamic states is required. A predictive algorithm that can interactively diagnose longitudinal environment and vehicle acceleration information is proposed in this paper to evaluate the reliability of sensors. To design the diagnosis algorithm, a longitudinal kinematic model is used based on a sliding mode observer. The reliability of the fault diagnosis algorithm can be ensured because the sliding mode observer utilized can reconstruct the relative acceleration despite faulty signals in the longitudinal environment information. Actual data based performance evaluations are conducted with various fault conditions for a reasonable performance evaluation of the predictive fault diagnosis algorithm presented in this paper. The evaluation results show that the proposed diagnosis algorithm can reasonably diagnose the faults in the longitudinal environment and acceleration information for all fault conditions.