Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.12
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pp.1579-1584
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2011
This paper discusses an energy system that can convert wave energy into electrical energy. This wave energy generation system is movable and has 12 arms and one generator. A multibody dynamic model for this system is established by using kinematic constraints. A gear mechanism, several kinematic constraints, and force elements are included in the model. Wave forces are obtained numerically from the time domain formulation based on the Morison equation. The MSC/ADAMS program is employed to carry out dynamic analysis of the wave energy generation system. The dynamic behavior responses of this system are analyzed for design verification. According to the results of the dynamic analysis, the yaw motion is relatively stable and kinetic energy sufficient to generate electrical energy is obtained when the wave height exceeds 1m.
Tian, Chenling;Liu, Mingyue;Xiao, Longfei;Lu, Haining;Wang, Jin
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.599-616
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2021
The semi-submersible with three circular columns is an original concept of efficient multifunctional platform, which can be used for marginal oil, gas field, and Floater of Wind Turbines (FOWT). However, under certain flow conditions, especially in uniform current with specific velocities, the eddies will alternatively form and drop behind columns, resulting in the fluctuating lift force and drag force. Consequently, the semi-submersible will subject to the Flow-Induced Motions (FIM). Based on the Detached Eddy Simulation (DES) method, the numerical studies were carried out to understand the FIM characteristics of the three-column semi-submersible at two different parameters, i.e., current incidences (0°, 30°, and 60°-incidences) and reduced velocities (4 ≤ Ur ≤ 14). The results indicate that the lock-in range of 6 ≤ Ur ≤ 10 for the transverse motions is presented, and the largest transverse non-dimensional nominal amplitude is observed at 60°-incidence, with a value of Ay/D = 0:481. The largest yaw amplitude Ayaw is around 3.0° at 0°-incidence in the range of 8 ≤ Ur ≤ 12. The motion magnitude is basically the same as that of a four-column semi-submersible. However, smaller responses are presented compared to those of the three-column systems revealing the mitigation effect of the pontoon on FIM.
With advances in autonomous vehicles, there is a growing demand for more accurate position estimation. Especially, this is a case for a moving robot for the indoor operation which necessitates the higher accuracy in position estimation when the robot is required to execute the task at a predestined location. Thus, a method for improving the position estimation which is applicable to both the fixed and the moving object is proposed. The proposed method exploits the initial position estimation from Bluetooth beacon signals as observation signals. Then, it estimates the gravitational acceleration applied to each axis in an inertial frame coordinate through computing roll and pitch angles and combining them with magnetometer measurements to compute yaw angle. Finally, it refines the control inputs for an object with motion dynamics by computing acceleration on each axis, which is used for improving the performance of Kalman filter. The experimental assessment of the proposed algorithm shows that it improves the position estimation accuracy in comparison to a conventional Kalman filter in terms of average error distance at both the fixed and moving states.
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.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.9
no.2
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pp.167-178
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1997
It has been expected not only for crew but also for passengers to realize a ship whose rolling and other motions are small as much as possible. Restricting our consideration to the roll reduction, the conventional roll stabilization system, fins or anti-rolling tanks hve been utiized as the actuator. Excessive motions would interfere with the recreational activities of passengers on a cruise ship. Often more than half of the load of a containership is stowed above deck where it is subjected to large acclerations due to rolling. In some situations this may cause some internal damage to the contents of the containers; in more severe situations failure of the lashing can occur and containers may be lost over-board. Underdeck cargo in ordinary cargo ships and bulk commodities in colliers, ore ships and grain ships can shift if the motions become too severe. The purpose of this study is to concentrate on the additions. either internal or external to the hull, that reduce or otherwise improve the motion responses of the hull. It is assumed that the additions are such that their benefit to the motions of the ship outweights any impact on the ability of the ship to perform its assigned task. It is particularly challenging to obtain large improvements in the motion characteristics of existing ships that are being rebuilt or modified for some task not anticipated in their original design. Further the authors will statistically analyze the influence of ruder-roll-yaw coupling motion in the case of application of this advanced control method to various kinds of ship.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.19
no.6
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pp.666-673
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2013
This paper proposes the performance evaluation test of attitude heading reference system (AHRS) suitable for small high speed autonomous underwater vehicle(AUV). Although IMU can provides the detail attitude information, it is sometime not suitable for small AUV with short operation time in view of price and the electrical power consumption. One of alternative for tactical grade IMU is the AHRS based micro-machined electro mechanical system(MEMS) which can overcome many problems that have inhibited the adoption of inertial system for small AUV such as cost and power consumption. A cost effective and small size AHRS which incorporates measurements from 3-axis MEMS gyroscopes, accelerometers, and 3-axis magnetometers has been developed to provide a complete attitude solution for AUV and the attitude calculation algorithm is derived based the coordinate transform equation and Kalman filter. The developed AHRS was validated through various performance tests as like the magnetometer calibration, operating experiments using land mobile vehicle and flight motion simulator (FMS). The test of magnetometer calibration shows the developed MEMS AHRS is robust to the external magent field change and the test with land vehicle proves the leveling error of developed MEMS AHRS is below $0.5^{\circ}/hr$. The results of FMS test shows the fact that AHRS provides the measurement with $0.5^{\circ}/hr$ error during 5 minutes operation time. These results of performance evaluation tests showed that the developed AHRS provides attitude information which error of roll and pitch are below $1^{\circ}$ and the error of yaw is below $5^{\circ}$ and satisfies the required specification. It is expected that developed AHRS can provide the precise attitude measurement under sea trial with real AUV.
Kim, Jin-Ho;Kim, Hwa-In;Kim, Dong-Wook;Won, Yong-Gwan;Kim, Jung-Ja
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.5B
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pp.502-510
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2011
In this research, a wireless movable systems is introduced that is applicable for real-world clinical examination in order to resolve the inconvenience of wired motion analysis system which uses markers by measuring more accurately the angle of the 3D motion. The system is composed of bluetooth data transmission and 6 DOF inertial measurement system that is composed of 3-axis acceleration and 3-axis gyroscope. The samples were collected from 10 feet of 5 young children who were confirmed as patients having flat feet and achilles tendonitis by podiatric expert in pediatrics, and the validity of the system was evaluated by comparison with the opinion by the expert using the EMG data and the data measured by the developed system. ROM of ankle was measured by the difference between the maximum and the minimum peaks of 3-axis values (pitch, roll and yaw) measured at lateral malleolus bone, and based on this measured value, the eversion rate became relatively higher as flat feet state become worse, which is equivalent to the opinion from the podiatric experts. It was shown that there is a relation between the certain muscle activities and the abnormal motion of foot caused by disease.
A study was performed on the design of a mooring line to maintain the position of a floating WEC (wave energy conversion) system. The procedure to design a mooring line is set up and the safety of the designed mooring system is evaluated using commercial software, Orcaflex. The characteristics curve for one line is analyzed to determine the properties and pretension of a mooring line. While considering the ocean environmental condition and importance of a floating WEC system, a multi-line layout is determined. A 4-point mooring system with 4 lines shows the instability in the yaw motion of the floating WEC system under a designed ocean environmental condition. The redesigned 4-point mooring system with 8 lines is found to be safe on the condition of a harsh ocean environment. The floating WEC system with the redesigned mooring system also shows stable motion in surge and pitch under operating conditions. From a parametric study on the mooring line length, the extreme value of the mooring line tension is found to be very sensitive to the pretension and length of mooring line. The results of this study can contribute to the establishment of a design procedure for mooring lines.
Oh, Jung Soo;Cho, Chang Rae;Tsukishima, Hidehiro;Cho, Soon Joo;Park, Chung Hong;Oh, Jeong Seok;Whang, In Bum;Lee, Won Jae;Kim, Seok Il
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.11
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pp.1129-1137
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2013
We report a centerless grinding machine which can perform multi-function with 600 mm wide grinding wheels. By increasing manufacturing area, long workpiece such as camshaft and steering shaft, is allowed to grind more quickly, compared with cylindrical grinding system. In this paper, the design of centerless grinding machine puts emphasis on symmetry to exploit the thermal stability. Results of finite element analysis shows that the difference of the structural deflection in the front and rear guideways is less than $1.5{\mu}m$ due to symmetric design. The difference is less than $3.0{\mu}m$, even though the thermal deformation is considered. According to the performance evaluation, the radial error motion of the G/W spindle, which is measured by applying Donaldson Ball Reversal, is about 1.1${\mu}m$. The yaw error of the G/W slide is improved from 2.1 arcsec to 0.5 arcsec by readjusting the slide preload and ball screw.
This paper presents a sensitivity optimization of a MEMS (microelectromechanical systems) gyroscope for a magnet-gyro system. The magnet-gyro system, which is a guidance system for a AGV (automatic or automated guided vehicle), uses a magnet positioning system and a yaw gyroscope. The magnet positioning system measures magnetism of a cylindrical magnet embedded on the floor, and AGV is guided by the motion direction angle calculated with the measured magnetism. If the magnet positioning system does not measure the magnetism, the AGV is guided by using angular velocity measured with the gyroscope. The gyroscope used for the magnet-gyro system is usually MEMS type. Because the MEMS gyroscope is made from the process technology in semiconductor device fabrication, it has small size, low-power and low price. However, the MEMS gyroscope has drift phenomenon caused by noise and calculation error. Precision ADC (analog to digital converter) and accurate sensitivity are needed to minimize the drift phenomenon. Therefore, this paper proposes the method of the sensitivity optimization of the MEMS gyroscope using DEAS (dynamic encoding algorithm for searches). For experiment, we used the AGV mounted with a laser navigation system which is able to measure accurate position of the AGV and compared result by the sensitivity value calculated by the proposed method with result by the sensitivity in specification of the MEMS gyroscope. In experimental results, we verified that the sensitivity value through the proposed method can calculate more accurate motion direction angle of the AGV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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