Probability distribution of random wave-current forces

Based on the second-order solutions obtained for the three-dimensional weakly nonlinear random waves propagating over a steady uniform current in finite water depth, the joint statistical distribution of the velocity and acceleration of the fluid particle in the current direction is derived using the characteristic function expansion method. From the joint distribution and the Morison equation, the theoretical distributions of drag forces, inertia forces and total random forces caused by waves propagating over a steady uniform current are determined. The distribution of inertia forces is Gaussian as that derived using the linear wave model, whereas the distributions of drag forces and total random forces deviate slightly from those derived utilizing the linear wave model. The distributions presented can be determined by the wave number spectrum of ocean waves, current speed and the second order wave-wave and wave-current interactions. As an illustrative example, for fully developed deep ocean waves, the parameters appeared in the distributions near still water level are calculated for various wind speeds and current speeds by using Donelan-Pierson-Banner spectrum and the effects of the current and the nonlinearity of ocean waves on the distribution are studied. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Corrosion failure of marine steel in sea-mud containing sulfate reducing bacteria

The corrosion failure behavior of marine steel is affected by stress, which exists in offshore structures at sea-mud region. The sulfate reducing bacteria (SRB) in the sea-mud made the steel more sensitive to stress corrosion cracking (SCC) and weaken the corrosion fatigue endurance. In this paper, a kind of natural sea-mud containing SRB was collected. Both SCC tests by slow strain rate technique and corrosion fatigue tests were performed on a kind of selected steel in sea-mud with and without SRB at corrosion and cathodic potentials. After this, the electrochemical response of static and cyclic stress of the specimen with and without cracks in sea-mud was analyzed in order to explain the failure mechanism. Hydrogen permeation tests were also performed in the sea-mud at corrosion and cathodic potentials. It is concluded that the effect of SRB on environment sensitive fracture maybe explained as the consequences of the acceleration of SRB on corrosion rate and hydrogen entry into the metal.

基于解耦控制的SCARA机器人轨迹跟踪控制器设计

SCARA型机器人的控制问题由于其动力学模型中没有重力矩项的作用而得以简化,由于在实际应用中经常要求其高速运动,则对具有强耦合的哥氏力与向心力的控制就成为制约其系统性能的重要问题。提出通过线性变换对机器人系统解耦,将高阶系统转化为解耦的低阶系统进行控制的方法,并且应用极点配置对解耦的系统求解机器人控制器。该方法无需测量关节速度和加速度,只需要测量关节位置信号。所提出的控制器既能保证闭环系统全局渐进稳定,又能通过对线性化系统闭环极点的配置来获得期望的闭环系统响应性能。仿真实验证明了所提出的控制器设计方法的可行性。

关于水面形状的分析

对以恒加速度沿光滑平面运动的无盖水箱中的水面形状进行了具体分析,并给出了计算水箱中水稳定时液面与水平面夹角的公式·

基于最小疼痛感的机器人操作臂轨迹规划方法

针对机器人操作臂跟踪运动目标的问题,从仿生学的角度提出一种新的轨迹规划方法。将关节加速度的增量进行编码,同时将疼痛感作为优化指标,利用遗传算法在操作臂的关节空间进行轨迹优化,得到操作臂在跟踪运动目标过程中的具有较小疼痛感的轨迹。仿真试验结果表明,所提出的方法是可行的,可以规划出正确的跟踪轨迹,同时有效的减小了操作臂运动过程中的疼痛感。

一种新的角加速度估计方法及其应用

首先提出了一种新的基于卡尔曼滤波及牛顿预测的角加速度估计方法,在已知电机驱动系统位置信息的情况下,利用卡尔曼滤波实时估计系统的角加速度;同时采用牛顿预测方法解决估计算法的滞后问题,进一步提高了估计加速度的响应频带．以此为基础,本文进一步分析了利用估计加速度进行反馈控制以增强系统对外扰动的鲁棒性问题,提出了加速度反馈控制策略的设计准则并分析了稳定性．在一个直接驱动机器人关节上针对上述加速度估计及控制方法进行了实验研究:将估计加速度的实验结果与实测加速度(利用加速度计)的实验结果进行了比较分析,从而定量地揭示出估计加速度及其反馈控制在实际系统中的可行性及有效性．

机器人操作臂跟踪动态目标的轨迹规划方法

针对机器人操作臂跟踪运动目标问题,提出一种基于遗传算法的轨迹规划方法。通过对关节加速度的增量进行编码,实现在操作臂的关节空间进行轨迹优化,得到操作臂在跟踪运动目标过程中所需要的轨迹。仿真计算的结果表明,所提出的方法是有效的。

加速度空间中基于线性规划的移动机器人路径规划方法

针对动态不确定环境下移动机器人的路径规划问题,提出了加速度空间中一种基于线性规划(Linear programming,LP)的方法.在机器人的加速度空间中利用相对信息,把机器人路径规划这一非线性问题,描述成满足一组线性约束同时使目标函数极小的线性规划问题,嵌入基于线性规划方法的规划器,得到一条满足性能要求的最优路径.仿真试验验证了算法的实用性及有效性,与势场引导进化计算的方法(Artificial potential guided evolution algorithm,APEA)相比更优化,更实时.

基于卡尔曼滤波及牛顿预测的角加速度估计方法试验研究

基于角位置测量的角加速度实时估计问题是机电系统控制中一个非常重要的问题,在分析现有的线性回归平滑牛顿法和卡尔曼滤波法的基础上,提出了一种新的基于卡尔曼滤波和牛顿预测相结合的角加速度估计方法。该方法旨在利用牛顿预测进一步增强卡尔曼滤波的预测能力,减小由于滤波造成的相位滞后,提高估计加速度与实测加速度的一致性。为了验证新方法的有效性,以直接驱动机器人作为试验对象,采用将估计加速度的频率特性与实测加速度相比较的方法,分别对上述三种估计算法进行了试验比较研究,从而为利用估计加速度(取代测量加速度)实现加速度反馈控制提供了试验依据。

动态未知环境下基于相对坐标系的移动机器人实时运动规划

提出了一种简单、新颖的在动态未知环境下的移动机器人运动规划方法．此方法基于相对坐标系，通过传感器信息实时调整机器人的行为来实现规划．在规划过程中，机器人有两种行为：向目标运动和避碰，且避碰行为具有优先权．机器人两种行为的切换是基于加速度空问的，首先解决的是避碰问题，而向目标运动是作为避碰的反问题来考虑的．仿真研究验证了此规划方法的有效性。

一种并联机床的位置、速度和加速度逆解

本文针对一种混合结构的并联机器人机床,采用串并联运动学等效的方法,进行了运动学研究,推导了系统的位移、速度和加速度逆解的表达式,这可用于机床在加工时的运动规划及插补算法的实现。本文还进行了运动学仿真研究,机床的实际加工操作应用的结果表明,推导的运动学算法的正确性。

基于车体加速度反馈的轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

本文分析了轮式移动机器人在运行过程中由于动力学不确定性引起的力矩扰动 ,并提出了一种基于传感器的移动机器人控制方法 .在利用线加速度传感器实时测量机器人车体加速度信号的基础上 ,实现了车体加速度反馈控制 ,实验证明了该方法的有效性 .

平面3RRR并联机构的运动性能分析

本文改进了我们过去给出的角加速度和线加速度的性能指标 ,并且利用给出的新的角加速度和线加速度指标 ,对平面3RRR并联机器人机构的运动学性能进行了分析。

基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制

针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。

基于加速度传感器的丝杠传动系统建模及控制研究

提出了基于加速度传感器的丝杠传动系统建模及控制策略 ,可以通过实验测量存在结构非刚性因素时丝杠系统的模型。基于该模型可以进一步设计基于加速度传感器的控制策略 ,加速度反馈可以抑制系统的扰动力对丝杠传动系统控制精度的影响 ,实验结果表明提出的方法可以有效地提高丝杠系统的性能。