Design and Analysis of a New Hybrid Electromagnetic Levitation System
Uhn Joo Na
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
새로운 영구자석 바이어스 하이브리드 자기부상(maglev) 액추에이터를 개발하였다. 기존의 고전적 하이브리드 자기부상 액추에이터에 비해, 새 자기부상은 바이어스 자속이 제어 자속 경로와 분리되도록 하는 고유한 자속 경로를 갖는다. 제어 자속 경로는 공극(air gap)에서만 발생하는 최소 릴럭턴스를 가지도록 설계되어, 제어 자속을 생성하기 위한 전류를 최소화할 수 있다. 또한 이 자기부상 시스템의 구동에 소모되는 전력도 최소화될 수 있다. 중력 하중은 영구자석 바이어스 자속에 의해 형성되는 정적 자기력으로 보상하고, 외란은 전류에 의해 제어 자속에서 발생하는 양방향 AC 자기력으로 제어한다. 본 모델을 위해 1차원 회로 모델을 개발하여 자속 밀도와 자기력을 광범위하게 분석하였으며, 자기부상 액추에이터의 성능을 분석하기 위해 3차원 유한요소 모델도 개발하였다.
Control of Damping Coefficients for the Shear Mode MR Dampers Using Inverse Model
Uhn Joo Na
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
MR 댐퍼를 위한 새로운 선형화 모델을 분석한다. MR 댐퍼의 비선형 히스테리시스 감쇠력 모델은 전류, 변위, 속도(velicities)의 함수로서 쌍곡선 탄젠트(hyperbolic tangent) 형태로 나타낼 수 있으며, 이는 상수 매개변수를 갖는 대수적(algebraic) 함수이다. 모델 매개변수는 다양한 작동 조건에서 얻은 실험 감쇠력-속도-변위 데이터를 이용한 수치적 방법으로 식별할 수 있다. 비선형 히스테리시스 감쇠력은 비선형성을 보상하기 위한 해당 전류가 존재한다면, 감쇠 계수의 주어진 기울기와 함께 선형화할 수 있다. 주어진 선형 감쇠력이 비선형 히스테리시스 감쇠력과 같게 설정될 때, 해당 전류는 역모델(inverse model)로부터 계산될 수 있다. 선형화 제어기는 DSP 제어기에서 구현되며, 주어진 감쇠 계수를 만족시키기 위해 계산되어야 하는 해당 전류를 산출한다. 실험 결과, MR 댐퍼에 입력되는 전류는 감쇠 계수의 주어진 기울기를 갖는 선형화된 감쇠력을 생성함을 보여준다.
Adaptive impedance control of a haptic teleoperation system for improved transparency
Uhn Joo Na, Minh Hung Vu
원격조작을 위한 햅틱 장치의 적응 임피던스 힘 제어 모델을 분석한다. 햅틱 장치의 새로운 힘 제어 모델을 구성하여 사용자 손의 동적 효과를 조사한다. 사용자 손의 움직임은 햅틱 힘 제어 시스템에 대한 힘 교란으로 작용할 수 있으며, 이로 인해 우수한 투명성을 구현하기가 어렵다. 햅틱 장치의 투명성을 향상시키기 위해 모델 참조 적응 제어(MRAC)를 제안한다. 상승시간, 정착시간 및 오버슈트를 만족시키기 위해 상대 차수 1을 갖는 3차 기준 모델을 선택한다. 실험 결과, 사용자 손으로부터의 힘 교란이 잘 보상되는 가운데 힘 추종 성능이 향상됨을 보인다.
International Conference on Control, Automation and Systems
본 논문은 새로운 6자유도(6-DOF) 햅틱 장치에 대한 최적 설계 및 자체 조율 퍼지 PID 힘 제어를 제시한다. 해당 햅틱 장치는 작업공간, 힘 전달비 및 특이 구성(singular configuration)의 요구사항을 만족하도록 링크의 최적 길이를 선택하도록 설계되었다. 이러한 요구사항들은 다목적함수로서 복합 전역 설계 지수(composite global design index)를 생성한다. 최적 설계의 지수들은 국소 작업공간을 피라미드로 근사하는 이산(discrete) 영역에서 기술된다. 서로 다른 6개의 가중 인자에 대한 6가지 설계의 비교는 최적 설계의 최선의 경우를 나타낸다.
A New 6-DOF Haptic Device for Teleoperation of 6-DOF Serial Robots
Minh Hung Vu, Uhn Joo Na
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
본 논문에서는 새로운 6-DOF 병렬 햅틱 장치를 개발하고 제시한다. 햅틱 장치는 조향 핸들(steering handle)로 연결된 두 개의 3-DOF 병렬 구조로 구성된다. 설계는 낮은 관성, 빠른 운동, 큰 방향각(orientation angles), 그리고 큰 적용 토크의 요구사항을 만족한다. 6-DOF 햅틱 장치에 대해 위치 및 미분 운동(differential motion)에 대한 운동학을 분석한다. 또한 사용자 힘과 모터 토크 간의 정적 힘 관계를 분석하고 제어기(controller)에 구현한다. 6-DOF 직렬 로봇의 원격조작(teleoperation)을 위한 제어 시스템을 개발한다. 폐루프 임피던스 힘 제어(closed loop impedance force control) 시스템을 분석하고 디지털 제어기(digital controller)에서 구현한다. 본 햅틱 장치를 이용한 6-DOF 직렬 로봇의 원격조작을 시연한다. 실험 결과, 햅틱 장치에 의해 발생하는 동적 힘이 폐루프 힘 제어를 통해 잘 보상됨을 보여준다.
Tele-operation of a 6-DOF serial robot using a new 6-DOF haptic interface
Minh Hung Vu, Uhn Joo Na
이 논문은 6-자유도(6-DOF) 햅틱 인터페이스 및 제어 시스템에 대한 새로운 연구를 제시하고, 6-DOF 직렬 로봇의 원격조종(tele-operation)에 대한 운동학적 해석을 다룬다. 햅틱 인터페이스는 조향 핸들과 연결된 2개의 3-자유도 병렬 구조로 구성된다. 이 설계는 낮은 질량 관성모멘트, 신속한 운동, 큰 회전, 그리고 큰 작용 토크의 요구조건을 만족한다. 6-DOF 햅틱 인터페이스에 대해 위치 및 미분 운동(differential motion)에 대한 운동학을 전개한다. 본 햅틱 인터페이스를 이용한 6-DOF 직렬 매니퓰레이터의 원격조종을 시연한다. 실험 결과는 카티시안 공간에서 6-DOF 햅틱 인터페이스와 6-DOF 직렬 로봇 간의 궤적 및 힘/토크를 비교한 값을 제공한다.
Force control of a new 6-DOF haptic interface for a 6-DOF serial robot
Minh Hung Vu, Uhn Joo Na
ICCAS 2010
본 논문은 6자유도(6-DOF) 직렬 로봇을 위한 새로운 6-DOF 촉각(햅틱) 인터페이스의 힘 제어 시스템을 제시한다. 촉각 인터페이스는 세 가지 변환(translation)과 세 가지 회전(rotation)으로 동작하도록 설계되었다. 먼저, 자코비안 행렬(Jacobian matrix)에 기반한 피드포워드 정적 힘 제어를 시연하기 위해 개루프(open loop) 힘 제어를 구현하였다. 개루프 제어의 오차는 PD 제어기로 줄일 수 있다. 그러나 이 제어기는 힘의 방향이 빠르게 변하는 경우에는 성능이 좋지 않음을 보인다. 또한 관절 마찰과 동역학(dynamics)이 제어기 성능을 저하시킨다. 따라서 PD 제어기의 파라미터를 조정하기 위한 자기조율(self-tuning) 퍼지 PD 제어기를 설계하였다. 마지막으로 촉각 인터페이스와 직렬 로봇을 위한 마스터-슬레이브(master-slave) 제어 시스템을 제시한다.
Design and Control of a New 5-DOF Haptic Manipulator for Teleoperation of Robots
Minh Hung Vu, Uhn Joo Na
제어로봇시스템학회 국내학술대회 논문집
This paper presents the design and control of a new 5-DOF haptic manipulator. This haptic manipulator consists of two 3-DOF parallel structures with an end effector connected to each parallel structure. This design satisfies the requirements of low mass moment of inertia, enough workspace, large stiffness, and large applied torques. Kinematics for position and differential motion is developed for 5-DOF haptic manipulator such that the force feedback from the slave manipulator can be controlled. The haptic manipulator is also designed based on the composite global design index (CGDI). A feedback control system with PD and PI-SMC combined with the neural friction compensator is analyzed to simulate the force feedback of the slave manipulator.