This paper presents the new method for a six-degree-of-freedom (DOF) motion measurement and those dynamic characterizations in an ultraprecision linear stage using angle sensor-implemented grating interferometry. It consists of a diffractive optical element, a corner cube, four separate two-dimensional position sensitive detectors, four photodiodes and auxiliary optics components. From the previous study, it was confirmed that the proposed optical system could measure a six-DOF motion error in a linear stage. In this article, six-DOF motion dynamic characteristics of the stage were investigated through the step response and with respect to the conditions with a different speed of a slide table. As a result, the natural frequency and damping ratio according to a six-DOF direction was obtained. Also, it was seen that the speed of slide table had an significant effect on a six-DOF displacement motion, especially, X, which was considered as the effect of friction mechanism and local elastic mechanical deformation in a slide guide.
This paper presents gain optimization of a 6-DOF underwater robotic platform with 4 rotatable thrusters. To stabilize the 6-DOF motion of the underwater robotic platform, a back-stepping controller is designed with 6 proportional gains and 6 derivative gains. The 12 gains of the backstepping controller are optimized to decrease settling time in step response in 6-DOF motion independently. Stability criterion and overshoots are used as a constraint of the optimization problem. Trust-region algorithm and hybrid Taguchi-Random order Coordinate search algorithm are used to determine the optimal parameters, and the results by two methods are analyzed. Additionally, the resulting controller shows improved performance under disturbances.
본 연구의 목적은 실감나는 운전 환경을 제공하는 공기압 구동식 드라이빙 시뮬레이터 개발에 있다. 드라이빙 시뮬레이터의 모션 플랫폼은 운전자에게 실제 차량의 사실적인 느낌을 주는 메카트로닉스 장비이다. 모션 플랫폼의 비용은 드라이빙 시뮬레이터를 개발하는데 가장 큰 부분을 차지한다. 저비용으로 모션 플랫폼을 개발하기 위하여 6개의 공압 실린더로 구성된 스튜어트 플랫폼 형태를 기반으로 모션 플랫폼을 자체 제작하였다. 스튜어트 플랫폼은 조이스틱의 작동신호에 대한 응답으로 만족할 만한 추종성능을 보여주었다. 상용의 레이싱 게임 소프트웨어 중의 하나인 rFactor를 이용하여 드라이빙 시뮬레이터의 가능성을 확인하였다.
A 6-DOF precision stage was developed based on parallel kinematics structure with flexure hinges to eliminate backlash, stick-slip and friction and to minimize parasitic motion coupled with motions in the other-axis directions. For the stage, lever linkage mechanism was devised to reduce the height of system for the enhancement of horizontal stiffness. Frequency response comparison between experimental results and mathematical model extracted from dynamics of the stage was performed to identify the system parameters such as spring constants and damping coefficients of actuation modules, which cannot be calculated accurately by analytic methods owing to their complicated structures. This newly developed precision stage and its identified model will be very useful for precision positioning and control because of its high accuracy and non-coupled movement.
In this paper, in order to analyze the dynamic response of a floating crane when it lifts a heavy cargo, the boom of the floating crane is considered as an elastic beam. The boom is divided into elements based on finite element formulation and the floating frame of reference formulation and nodal coordinates are employed to model the boom as a flexible body. As an extension of the previous study, in order to consider spatial motion in waves, the coupled equations of motions of the 6 degree of freedom (DOF) floating crane and 6 DOF cargo are developed based on the flexible multibody system dynamics. The 3 dimensional deformation of the elastic boom is considered with 18 DOF. The dynamic simulation of the floating crane and the cargo is performed under regular wave conditions with various cargo weights. Finally, the effects of the elastic boom on lifting cargo are discussed by comparing the simulation results between the elastic boom and a rigid boom.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제4권2호
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pp.172-181
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2012
One of the most critical issues in naval architecture these days is the operational safety. Among many factors to be considered for higher safety level requirements, the hull stability in intact and damaged conditions is the first to ensure for both commercial and military vessels. Unlike the intact stability cases, the assessment of the damaged ship stability is very complicated physical phenomena. Therefore it is widely acknowledged that computational fluid dynamics (CFD) methods are one of most feasible approaches. In order to develop better CFD methods for damaged ship stability assessment, it is essential to perform well-designed model tests and to build a database for CFD validation. In the present study, free roll decay tests in calm water with both intact and damaged ships were performed and six degree-of-freedom (6DOF) motion responses of intact ship in regular waves were measured. Through the free roll decay tests, the effects of the flooding water on the roll decay motion of a ship were investigated. Through the model tests in regular waves, the database that provides 6DOF motion responses of intact ship was established.
As high precision industries such as semiconductor, TFT-LCD manufacturing and MEMS continue to grow, the demand for higher DOF precision stages has been increasing. In general, the stages should accommodate a prescribed range of payloads in order to position various precision manufacturing/inspection instruments. Therefore a nonlinear controller using sliding motion is developed, which bears mass perturbation and makes the upper plate of the stage move in 6 DOF. For the application of the nonlinear control, an observer is also developed based on expected noise covariance. To eliminate the steady state error of step response, integral terms are inserted into the state-space model. The linear term of the controller is designed using optimization scheme in which parameters can be weighted according to their physical significance, whereas the nonlinear term of the controller is designed using trial and error method. A comprehensive simulation study proves that the designed controller is robust against mass perturbation and completely eliminates steady state errors.
A serial pendulum dynamic vibration absorber (DVA) was designed to suppress the vibration of two degrees of freedom (Two-DOF) structure model. The optimal DVA parameters are selected using a genetic algorithm (GA) by minimizing the fitness function formulated from the system's frequency response function (FRF). Two fitness function criteria, using one and two target frequency ranges, were utilized to calculate the optimal DVA parameters. The optimized serial pendulum DVA parameters were used to reduce structural vibration under free and forced excitation conditions. The simulation study found that the serial pendulum DVA can effectively reduce the vibration response for a small excitation amplitude. However, the DVA performance decreases for a large excitation amplitude due to the nonlinearity of pendulum motion, and the percentage of vibration response attenuation is smaller than that obtained using a small excitation amplitude.
Hydrodynamic analyses of classic and truss spar platforms for floating offshore wind turbines (FOWTs) were performed in the frequency domain, by considering coupling effects of the structure and its mooring system. Based on the Morison equation and Diffraction theory, different wave loads over various frequency ranges and underlying hydrodynamic equations were calculated. Then, Response Amplitude Operators (RAOs) of 6 DOF motions were obtained through the coupled hydrodynamic frequency domain analysis of classic and truss spar-type FOWTs. Truss spar platform had better heave motion performance and less weight than classic spar, while the hydrostatic stability did not show much difference between the two spar platforms.
The results are summarized as what follows: 1) The modeling of thin beams, which is a continuous system, into a two DOF system yields satisfactory results for the chaotic vibrations. 2) The concept of "natural forcing function" derived from the eigenfunction of the bifurcation mode is very useful for the natural responses of the system. 3) Among the perturbation techniques, HBM is a good estimate for the response when the geometry of motion is known. 4) It is known that there exist periodic solutions of coupled mode response for somewhat large damping and forcing amplitude, as well as weak damping and forcing. 5) The route-to-chaos related with lateral instability in thin beams is composed of period-doubling and quasiperiodic process and finally follows discontinuous period-doubling process. 6) The chaotic vibrations are verified by using Poincare maps, FFT's, time responses, trajectories in the configuration space, and the very powerful technique Lyapunov characteristics exponents.exponents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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