In this paper, the effect of a dynamic vibration absorber to suppress the response of a base excitation vibration system composed of a cubic nonlinear spring and a friction damper is investigated. And the dynamic absorber consists of a linear spring and a viscose damper. The mathematical models of these systems are governed by second order nonlinear ordinary differential equations. The response characteristics of the system are analyzed using the slowly changing phase and amplitude(SCPA) method, which is one of the averaging methods. As a function of the friction force ratio, It was obtained the locking frequency at which the relative motion starts was obtained, and the regions where the locking occurred. The displacement transmissibility was investigated according to the change of the design parameter, and the optimal design parameters could be found to minimize the displacement transmissibility.

Seismic demand on nonstructural components (NSCs) is highly dependent on the coupled behavior of a combined supporting structure- NSC system. Because of the inherent complexities of the problem, many of the affecting factors are inevitably neglected or simplified based on engineering judgments in current seismic design codes. However, a systematic analysis of the key affecting factors should establish reasonable seismic design provisions for NSCs. In this study, an idealized 2-DOF model simulating the coupled structure-NSC system was constructed to analyze the parameters that affect the response of NSCs comprehensively. The analyses were conducted to evaluate the effects of structure-NSC mass ratio, structure, and NSC nonlinearities on the peak component acceleration. Also, the appropriateness of component ductility factor (R p) given by current codes was discussed based on the required ductility capacity of NSCs. It was observed that the responses of NSCs on the coupled system were significantly affected by the mass ratio, resulting in lower accelerations than the floor spectrum-based response, which neglected the interaction effects. Also, the component amplification factor (a p) in current provisions tended to underestimate the dynamic amplification of NSCs with a mass ratio of less than 15%. The nonlinearity of NSCs decreased the component responses. In some cases, the code-specified R p caused nonlinear deformation far beyond the ductility capacity of NSCs, and a practically unacceptable level of ductility was required for short-period NSCs to achieve the assigned amount of response reduction.

본 논문에서는 자유도 기반 축소법과 부구조 기법을 적용한 반복 구조물의 효율적인 해석 기법을 소개한다. 기본 구조 반복된다는 특이성을 이용해 계산 방식을 개선하였다. 기본 구조를 하나의 부구조로 가정하고 IRS 기법을 통해 행렬을 축소하였고 부구조들의 결 합 위치에 따라 축소된 행렬을 배치하여 계산하였다. 이 과정에서 행렬의 크기가 크게 줄어들어 계산 시간이 감소하고 그와 동시에 해석에 필요한 메모리의 용량이 줄어든다. 행렬 축소에 Guyan 축소법이 아닌 IRS기법을 사용하였기 때문에 추가적인 반복 계산 작업없 이도 정확도가 유지된다. 개선된 방식은 수치 예제인 십자가 모양의 기본 구조를 통해 검증되었다.

This paper deals with the dynamic control of redundant robot manipulator. Traditionally, the kinematic control schemes for redundant robot manipulator were developed from the point of speed and used under the assumption that the dynamic control of manipulator is perfect. However, in reality, the precise control of redundant robot manipulator is very difficult due to their dynamics. Therefore, the kinematic controllers for redundant robot manipulator were employed in the acceleration dimension and may be combined with the computed torque method to achieve the accurate control performance. But their control performance is limited by the accuracy of the manipulator parameters such as the link mass, length, moment of inertia and varying payload. Hence in this paper, the proportional and derivative control gains of the computed torque controller are optimized by the genetic algorithm on the typical payloads, and the neural network is applied to obtain the proper control gains for arbitrary loads. The simulation results show that the proposed control method has better performance than the conventional control method for redundant robot manipulator.

This paper presents a prototype of a three degree of freedom mannequin simulator for rehabilitation education. A three degree of freedom (shoulder 2, elbow 1) model which is similar to the human body is developed. In addition design of mathematical model with consideration about the resistance of muscles and ligaments is proposed. To apply ROM inspection method to the mannequin simulator, this paper introduces the PID controller of the mannequin simulator prototype with the ROM inspection method. Rehabilitation specialists verify the mannequin simulator with the ROM test method, and the validation experiments show that the simulator has “good” levels of similarity.

본 논문에서는 이단계 칼만필터를 활용한 구조물의 3 자유도 동적변위 계측 시스템을 소개한다. 개발 시스템은 센서 모듈, 베이스 모듈, 컴퓨테이션 모듈로 구성되어 있다. 센서 모듈은 100Hz 샘플주파수의 고정밀 가속도를 계측하는 포스피드백 가 속도계와 10Hz의 샘플주파수의 저정밀도의 속도, 변위를 계측하는 저가의 RTK-GNSS로 구성되어 있다. 계측된 데이터는 LAN 케이블을 통하여 컴퓨테이션 모듈로 전송되고, 컴퓨테이션 모듈에서 이단계 칼만필터를 활용하여 100Hz 샘플주파수의 고정밀 변위를 실시간으로 산정한다. 개발 시스템의 변위 계측 정밀도를 검증하기 위해 미국, 캘리포니아에 위치한 San Francisco-Oaklmand Bay bridge 에서 현장 실험을 수행하였으며, 실험 결과 1.68mm RMS 오차를 보임을 확인하였다.

This paper is focused on an optimal design of two degree of freedom (2-DOF) dynamic vibration absorber (DVA) for the simply supported damped beam subject to a harmonic force excitation. In order to achieve this aim, we first show how to define the objective function of optimal design problem for 2-DOF DVA. Second, we apply the cyclic topology-based particle swarm optimization (PSO) to find the optimal design parameters of 2-DOF　DVA. Finally, some numerical results are compared with those of conventional researches, which demonstrates a reliability of the proposed design method

이 연구에서는 감절점쉘요소의 개념에 근거한 새로운 4절점 곡면 쉘요소를 제시하였다. 회전장이 독립변수로 도입된 범함수에 의하여 면내회전자유도를 도입함으로써 개발된 쉘요소에서는 절점당 6자유도를 갖도록 하였다. 아울러 쉘요소의 면내거동 개선을위하여 4개의 비적합변위형에 의한 비적합변위를 면내방향의 변위성분에 추가하였으며, 면외거동 개선을 위하여 대체전단변형률장이 적용되었다. 이 연구에서의 비적합변위형의 수치적 구현에 있어서 일정한 변형률상태를 표현할 수 있도록 하기 위하여 비적합변위형의 직접수정법이 적용되었다. 이렇게 정식화된 쉘요소 강성행렬의 수치적분에 있어서는 부피적분을 위하여 9점 적분법이 사용되었다. 개발된쉘요소는 바람직하지 못한 영에너지모드를 갖지 않으며, 일정한 변형률 상태를 표현할 수 있음을 확인하였다. 개발된 4절점 곡면 쉘 요소에 대한 다양한 수치예제를 통한 검증 결과, 전반적으로 양호한 거동을 보여주고 있음을 확인하였다.

Recently, many MEMS manipulator or mechanisms have been developed for application in nanotechnology and optical sensors. In this paper, the method that is measurement and analysis of the motion-ability is introduced for 1 degree of freedom MEMS Manipulator. To do this, the MEMS manipulator is fabricated on the SOI wafer. It is comprised of a parallel bi-lever flexure mechanism and a bent-beam thermal actuator. The flexure mechanism is comprised of an actuator input stage, four lever arms, ten circular flexure hinges, and an output stage. Each flexure hinge provides a point of compliance and acts similar to a rotational joint with an attached rotational spring. These components are significantly stiffer than the flexure hinges, so that they act as rigid bodies in the plane of motion. The static and dynamic parameters of fabricated manipulator are measured and analysis by 3D optical profiling system. It contains a CCD camera, a field-of-view (FOV) lens, a filter assembly, and an illumination source. Light from the illuminator travels through the system and is reflected down to the objective by a beamsplitter. Once the light reaches the objective, another beamsplitter separates the light into two beams. One beam, the reference beam, reflects form a super smooth reference mirror in the objective, while the other reflects form the surface of the sample and back to the objective. With this system, we can measure and analyze the resolution, accuracy, precision, stability and responsibility of MEMS manipulator and it is very useful for fabrication or application of improved manipulator without surface damage.

This paper presents real examples of quality statistics for users to easily understand the concept and purpose for obtaining the degree of freedom. Moreover degree of freedom by Satterwaite can be used for linear combinations of unbiased variance. Finally effective degree of freedom by Welch-Satterthwaite is applicable to obtain expanded uncertainty considering type A and type B uncertainty.

이 논문에서는 철근콘크리트 쉘구조의 동적해석을 위한 비선형 유한요소 해법을 제시하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 유한요소로서는 면내회전강성도를 갖는 4절점 평면 쉘요소가 사용되었다. 두께방향에 대한 철근과 콘크리트의 재료성질을 고려하기 위하여 층상화기법이 도입되었다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 동적 평형방정식의 해는 HHT법에 의한 수치적분으로 구하였다. 신뢰성 있는 해석결과와 비교를 통하여 이 논문의 제안방법이 철근 콘트리트 쉘구조의 비선형 동적해석에 적합한 방법임을 입증하고자 한다.

본 연구에서는 찌그러진 요소에서의 휨거동 개선을 위한 추가적인 비적합변위형과 효율적인 비적합변위형의 수정방법의 개발을 통하여 기존 비적합 입체요소의 개선을 시도하였으며, 회전자유도가 독립변수로 존재하는 범함수를 이용하여 매개변수의 값에 따라 회전자유도의 도입유무가 결정되도록하는 입체요소를 개발하였다. 제시된 요소에서는 변위장과 회전장에 동일한 형상함수를 적용하였으며, 비적합변위형은 변위장에만 적용하였다. 다양한 예제를 통한 수치실험결과 개발된 요소는 양호한 거동을 보여주었으며, 특히 휨거동에 있어서 개선된 거동을 보였다.

본 논문에서는 BLDC 서보모터의 속도 제어성 향상을 위해 속도제어계에 2자유도 적분형 최적 제어법을 적용하고 그 결과를 기존의 PI제어계 및 2자유도 PI제어계와 비교하였다. 2자유도 적분형 최적제어법은 PI제어법이 갖는 지령치 추종특성과 외란 억제특성간의 트레이드오프 문제를 해결하고, 제어계의 최적성을 확보하고자 도입되어졌으며, 시뮬레이션과 실험을 통해 그 유효성을 고찰하였다. 시뮬레이션을 통해 얻은 결과는 다음과 같다. (1) 2자유도 적분형 최적제어계는 PI제어계에 비해 양호한 지령치 추종성과 외란 및 모델링 오차제거 특성을 보였다. (2) 2자유도 적분형 최적제어계는 제어파라미터인 하중행렬 Q, R 및 W에 대한 제약요건이 없을 경우, 모터의 정격조건 하에서 이들을 적절히 설정함으로써 2자유도 PI제어계보다도 양호한 지령치 추종성과 외란 및 모델링 오차 제거 특성을 얻을 수 있다. (3) 2자유도 적분형 최적제어계는 인가전압 및 전류의 크기를 2자유도 PI제어계의 그것과 동일하게 제약할 경우 2자유도 PI제어계에 비해 지령치 추종에 관한 정정시간 외에는 그다지 우수한 성능을 보이지 않았다. 또한, 실험을 통해 고찰한 PI 및 2자유도 PI제어계의 속도추종성능은 시뮬레이션 결과와 거의 동일하였다. 2자유도 적분형 최적제어계에 대한 실험결과는 논문에 나타내지 못하였으나, PI및 2자유도 PI제어계의 실험결과에서 알 수 있듯이 2자유도 적분형 최적제어계도 시뮬레이션 결과와 같은 경향을 보일 것으로 사료된다. 따라서, 본 논문에서 검토된 방법은 기존의 PI 제어계가 갖는 지령치 추종과 외란억제의 트레이드오프 문제를 상당부분 해결 가능할 것으로 보인다. 또한, 일정의 부하외란 및 모델링 오차내에서는 2자유도 PI제어계 보다 나은 제어성능을 보여 BLDC 모터의 속도 제어성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대가 된다. 향후, 2자유도 적분형 최적제어계의 실험결과를 통한 엄밀한 제어성능검증과 스텝외란 외의 주기성 외란 인가시 2자유도 적분형 최적제어계의 외란제거 방안 등이 검토되어야 할 것으로 사료된다.

목적: 본 연구의 목적은 의식적인 체간 근육의 동시 활성화(co-activation) 조건과 1RM(repetition max)의 50%, 65%, 80%의 부하 수준에서 바벨 백 스쿼트(barbell back squat)를 수행하였을 때, 척추 분절의 자유도의 변화 양상을 관찰하는 것이다. 방법: 이를 위하여 본인 체중의 1.8∼2배 이상으로 바벨 백 스쿼트를 수행할 수 있는 4명의 연구 참여자들에게 실험 조건에 따른 운동학적 자료를 수집한 뒤 주성분 분석(principal component analysis)을 사용하여 척추의 자유도를 정량화하였다. 결과: 전체 분산의 95% 이상을 설명할 수 있는 주성분의 개수(5개)를 기준으로 백 스쿼트의 하강 구간에서 의식적인 활성에 따라 통계적으로 유의미한 차이를 보였으며 상승 구간에서는 부하 조건에 따라 유의미한 차이를 보였다. 결론: 백 스쿼트의 하강 구간 동안 의식적인 체간 근육의 동시 활성화에 의해 척추 분절의 자유도가 제한될 수 있으며 상승 구간에서는 부하 수준에 따라 차이가 발생할 수 있다.

Home robot arms require a payload of 2 kg to perform various household tasks; at the same time, they should be operated by low-capacity motors and low-cost speed reducers to ensure reasonable product cost. Furthermore, as robot arms on mobile platforms are battery-driven, their energy efficiency should be very high. To satisfy these requirements, we designed a lightweight counterbalance mechanism (CBM) based on a spring and a wire and developed a home robot arm with five degrees of freedom (DOF) based on this CBM. The CBM compensates for gravitational torques applied to the two pitch joints that are most affected by the robot’s weight. The developed counterbalance robot adopts a belt-pulley based parallelogram mechanism for 2-DOF gravity compensation. Experiments using this robot demonstrate that the CBM allows the robot to meet the above-mentioned requirements, even with low-capacity motors and speed reducers.

This paper presents cable-hydraulic driven 3DoF (Degree-of-Freedom) manipulator for cooperative robot with high output/low inertia and enhancing lager workspace of hydraulic manipulator. Hydraulic actuation could be solution to design more higher output manipulator than the one of electric motor actuation due to install actuation source and robot joint separated. In spite of this advantage, the conventional hydraulic driven manipulator using cylinder or vane actuator is not suitable for the candidate of cooperative robot because smaller workspace owing to small RoM (Range of Motion) hydraulic actuator. In this paper, we propose 3DoF manipulator with cable-hydraulic actuation which is more larger ratio of payload-to-weight than the one of conventional cooperative manipulator and larger workspace than the one of existing hydraulic driven manipulator. The performance of proposed manipulator was demonstrated by the experiments for confirming overall workspace task, high payload operation task under worst situation and comparing repeatability between developed manipulator and existed cooperative robots. The results of experiments showed that the appropriate performance of proposed manipulator for cooperative robot.

This paper presents a 6-DOF relocalization using a 3D laser scanner and a monocular camera. A relocalization problem in robotics is to estimate pose of sensor when a robot revisits the area. A deep convolutional neural network (CNN) is designed to regress 6-DOF sensor pose and trained using both RGB image and 3D point cloud information in end-to-end manner. We generate the new input that consists of RGB and range information. After training step, the relocalization system results in the pose of the sensor corresponding to each input when a new input is received. However, most of cases, mobile robot navigation system has successive sensor measurements. In order to improve the localization performance, the output of CNN is used for measurements of the particle filter that smooth the trajectory. We evaluate our relocalization method on real world datasets using a mobile robot platform.

This paper describes a study on posture control of the multi-legged biomimetic underwater robot (CALEB10). Because the underwater environment has a feature that all degrees of freedom are coupled to each other, we designed the posture control algorithm by separating each degree of freedom. Not only should the research on posture control of underwater robots be a precedent study for position control, but it is also necessary to compensate disturbance in each direction. In the research on the yaw directional posture control, we made the drag force generated by the stroke of the left leg and the right leg occur asymmetrically, in order that a rotational moment is generated along the yaw direction. In the composite swimming controller in which the controllers in each direction are combined, we designed the algorithm to determine the control weights in each direction according to the error angle along the yaw direction. The performance of the proposed posture control method is verified by a dynamical simulator and underwater experiments.