The implementation of a robust $H_{\infty}$ Control, which is numerically efficient for uncertain nonlinear dynamics, on longitudinal and lateral autopilots is realised for a quarter scale Piper J3-Cub model accepted as an unmanned aerial vehicle (UAV) under the condition of sensor noise and disturbance effects. The stability and control coefficients of the UAV are evaluated through XFLR5 software, which utilises a vortex lattice method at a predefined flight condition. After that, the longitudinal trim point is computed, and the linearization process is performed at this trim point. The "${\mu}$-Synthesis"-based robust $H_{\infty}$ control algorithm for roll, pitch and yaw displacement autopilots are developed for both longitudinal and lateral linearised nonlinear dynamics. Controller performances, closed-loop frequency responses, nominal and perturbed system responses are obtained under the conditions of disturbance and sensor noise. The simulation results indicate that the proposed control scheme achieves robust performance and guarantees stability under exogenous disturbance and measurement noise effects and model uncertainty.
This paper presents a new colonoscopy training simulator that includes a specialized haptic device and graphics algorithms to transfer haptic sensation through a long and flexible tube, and manage large number of polygons. The developed haptic device makes the colonoscope tube move along the two guiding rods in the translational direction. The torque of the roll motion is transferred by a timing belt and pulleys. A special guide is developed, which allows the force and torque from the motors to be transmitted to the user without loss. The haptic device is evaluated by physicians. One of the important skills of the colonoscopy, jiggling is incorporated for the first time by the developed sensor mechanism using photo-sensors. A colonoscope handle that shares the look, feel, and functions with the actual colonoscope, is developed with the necessary electronics inside. The number of polygons is reduced by an edge-collapse algorithm for real-time simulation. The algorithms to import CT data, to segment the colon image, to extract centerline of the colon, and to construct the colon surface, are integrated into a Colon Modeling Kit system that performs all these processes in real-time.
Recently, tug boats are widely used for towing a barge which transports building materials, a large block of a ship, offshore crane, and so on. In order to simulate the dynamics of the coupled towing system correctly, the dynamics of the towline should be well modeled. In this paper, the towline was modeled as the multiple finite elements, and each element was assumed as a rigid cylinder which moves in five degrees of freedom except roll. The external tension and its moment acting on each element of the towline were modeled depending on the position vector's direction. Tugboat's motion was simulated in six degrees of freedom where wave and current effects were included, and towed barge was assumed to move in the horizontal plane only. In order to confirm the mathematical models of the coupled towing systems, standard maneuvering trials such as course changing maneuver, turning circle test and zig-zag test were simulated. In addition, the same trials were simulated when the external disturbances like wave and current exist. As the result, it is supposed that the results might be qualitatively reasonable.
In this study, the design of a tri-axis micromachined gyroscope is proposed and the vibration characteristic of the structure is analyzed. Tri-axis vibratory gyroscopes that utilize Coriolis effect are the most commonly used micromachined inertial sensors because of their advantages, such as low cost, small packaging size, and low power consumption. The proposed design is a single structure with four proof masses, which are coupled to their adjacent ones. The coupling springs of the proof masses orthogonally transfer the driving vibrational motion. The resonant frequencies of the gyroscope are analyzed by finite element method (FEM) simulation. The suspension beam spring design of proof masses limits the resonance frequencies of four modes, viz., drive mode, pitch, roll and yaw sensing mode in the range of 110 Hz near 21 kHz, 21173 Hz, 21239 Hz, 21244 Hz, and 21280 Hz, respectively. The unwanted modes are separated from the drive and sense modes by more than 700 Hz. Thereafter the drive and the sense mode vibrations are calculated and simulated to confirm the driving feasibility and estimate the sensitivity of the gyroscope. The cross-axis sensitivities caused by driving motion are 1.5 deg/s for both x- and y-axis, and 0.2 deg/s for z-axis.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.19
no.2
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pp.200-206
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2013
The paper was investigated on the mooring forces(or tension) and motion response characteristics for a 8-point mooring floating dock in regular waves using a commercial code(AQWA). To achieve the aim of the research, a numerical simulation was adapted on an inner port environment condition, which the water depth is 10 meters, significant wave amplitude(1.05 m). wave period(3.85 sec), wind speed(20.21 m/s), wind and current direction ($90^{\circ}$), incident waves(${\chi}=180^{\circ}$, $135^{\circ}$ and $90^{\circ}$). The dimension of the numerical model is length(140 m), breadth(32 m), depth(14.6 m). The maximum length of a mooring line is 120m. We can expected that roll and pitch motions appeared in beam seas better than head sea. the mooring forces also indicated higher in bean seas than in head seas including wind forces.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.3
no.2
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pp.92-99
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1991
A moored body in the sea is subjected to second-order wave forces as well as to linear oscillatory ones. The second-order farces contain slowly-varying components, of which the characteristic frequency can be as low as the natural frequency of horizontal motions of the moored body. As a consequence, the slowly-varying force can excite unexpectedly large horizontal excursion of the body, which may cause a serious damage on the mooring system. In design analysis of Turret-type mooring system which is one of the interesting mooring systems for a floating body. the slowly-varying drift forces and the transient motion of the system during weathervaning are very important. In this paper the slowly-varying drift forces were calculated by using the Quadratic Transfer Function with considering the second order free-wave contributions. Additionaly the transient surge motion of the moored body was simulated with including the roll of the time-memory effect. In this simulation the spring constant of the spread Turret mooring system is updated at every time step for considering the nonlinear effect.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.2
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pp.372-379
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1998
A new 6 degrees-of-freedom micro stage, based on parallel mechanisms and actuated by using piezoelectric elements, has been developed for the application of micro positioning such as semiconductor manufacturing devices, high precision optical measurement systems, and high accurate machining. The micro stage structure consists of a base platform and an upper platform(stage). The base platform can effectively generates planar motion with yaw motion, while the stage can do vertical motion with roll and pitch motions with respect to the base platform. This separated structure has an advantage of less interference among actuators. The forward and inverse kinematics of the micro stage are discussed. Also, through linearization of kinematic equations about an operating point on the assumption that the configuration of the micro stage remains essentially constant throughout a workspace is performed. To maximize the workspace of the stage relative to fixed frame, an optimal design procedure of geometric parameter is shown. Hardware description and a prototype are presented. The prototype is about 150mm in height and its base platform is approximately 94mm in diameter. The workspace of the prototype is obtained by computer simulation. Kinematic calibration procedure of the micro stage and its results are presented.
The vibration of a vehicle, which is caused by and transmitted from the engine, has significant effect on the ride comfort and the dynamic characteristics of the engine mount system has direct influence on the vibration and noise of the vehicle. This paper examines the body shake caused by the engine excitation force on engine key-off of a jeep by experiment and computer simulation using a general purpose mechanical system program, DADS. The computer simulation model consists of the engine, body including frame, and front and rear axles and each axle has right and left tires. The force element between body and suspension is modeled as a combination of suspension spring and damper, and the unsprung mass has roll and pitch motion. The body shake obtained from experiment was compared with the result of computer simulation. Parametric study of the body shake on engine key-off is performed with changing the stiffness of engine mount rubber, the engine mount installation angle and position of engine mounts by using the verified computer simulation model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.11
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pp.1463-1471
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2012
In this study, a 3-axis camera system design is proposed for application to an existing 2-axis surveillance robot. A camera-image-based target-tracking algorithm for this robot has also been proposed. The algorithm has been validated using a virtual simulation. In the algorithm, the heading direction vector of the camera system in the mobile surveillance robot is obtained by the position error between the center of the view finder and the center of the object in the camera image. By using the heading direction vector of the camera system, the desired pan and tilt angles for target-tracking and the desired roll angle for the stabilization of the camera image are obtained through inverse kinematics. The algorithm has been validated using a virtual simulation model based on MATLAB and ADAMS by checking the corresponding movement of the robot to the target motion and the virtual image error of the view finder.
The field of robots is being widely accepted as a new technology today. Many robots are produced continuously to impart amusement to people. Especially the robot which operates with a wheelbarrow was enough of a work of art to arouse excitement in the audiences. All the wheelbarrow robots share the same technology in that the direction of roll and pitch are acting as balance controllers, allowing the robots to maintain balance for a long period by continuously moving forward and backward. However one disadvantage of this technology is that they cannot avoid obstacles in their way. Therefore movement in sideways is a necessity. For the control of rotation of yawing direction, the angle and direction of rotation are adjusted according to the velocity and torque of rotation of a motor. Therefore this study aimed to inquire into controlling yawing direction, which is responsible for rotation of a robot. This was followed by creating a simulation of a wheelbarrow robot and equipping the robot with a yawing direction controlling device in the center of the body so as to allow sideway movements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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