Equivalent-barotropic definition of tropospheric mean temperature

An equivalent-barotropic (EB) description of the tropospheric temperature field is derived from the geostrophic empirical mode (GEM) in the form of a scalar function Gamma(p, phi), where p is pressure and phi is 300-850-mb thickness. Baroclinic parameter phi plays the role of latitude at each longitudinal section. Compared with traditional Eulerian-mean methods, GEM defines a mean field in baroclinic streamfunction space with a time scale much longer than synoptic variability. It prompts an EB concept that is only based on a baroclinic field. Monthly GEM fields are diagnosed from NCEP-NCAR reanalysis data and account for more than 90% of the tropospheric thermal variance. The circumglobal composite of GEM fields exhibits seasonal, zonal, and hemispheric asymmetries, with larger rms errors occurring in winter and in the Northern Hemisphere (NH). Zonally asymmetric features and planetary deviation from EB are seen in the NH winter GEM. Reconstruction of synoptic sections and correlation analysis reveal that the tropospheric temperature field is EB at the leading order and has a 1-day phase lag behind barotropic variations in extratropical regions.

COASTAL SEA-LEVEL AND THE LARGE-SCALE CLIMATE STATE - A DOWNSCALING EXERCISE FOR THE JAPANESE ISLANDS

A major problem which is envisaged in the course of man-made climate change is sea-level rise. The global aspect of the thermal expansion of the sea water likely is reasonably well simulated by present day climate models; the variation of sea level, due to variations of the regional atmospheric forcing and of the large-scale oceanic circulation, is not adequately simulated by a global climate model because of insufficient spatial resolution. A method to infer the coastal aspects of sea level change is to use a statistical ''downscaling'' strategy: a linear statistical model is built upon a multi-year data set of local sea level data and of large-scale oceanic and/or atmospheric data such as sea-surface temperature or sea-level air-pressure. We apply this idea to sea level along the Japanese coast. The sea level is related to regional and North Pacific sea-surface temperature and sea-level air pressure. Two relevant processes are identified. One process is the local wind set-up of water due to regional low-frequency wind anomalies; the other is a planetary scale atmosphere-ocean interaction which takes place in the eastern North Pacific.

一种行星探索车举升机构设计

介绍了摇杆-转向架悬挂系统的收缩和展开状态,根据展开过程,分析了举升机构的任务。采用双重四杆机构设计举升机构,以满足摇杆-转向架展开过程中两大步骤的需要。详细介绍了该举升机构的工作原理和双重四杆机构的切换过程。最后对举升过程中的四杆机构参数进行了分析设计,给出了机构参数设计模型,利用该模型可以对四杆机构的受力进行优化设计。

一种轮足复合式爬壁机器人机构建模与分析

基于行星轮系运动及双足真空吸附原理,提出了一种新型爬壁机器人机构,介绍了机构的构型及结构特点,推导了运动学方程,分析了沿直线行走、平面旋转和跨越交叉壁面三种运动模式.仿真结果表明该机构具有移动速度快、运动灵活、跨越交叉壁面能力强等特点.

月球机器人仿真中一种消除轮地交互误差的方法

利用虚拟现实技术虚拟出月球机器人在月面上的作业环境和作业过程,是提高机器人作业的安全系数和工作效率的一条有效途径。在3D重建得到的虚拟月面环境中,如果采用通常的单纯基于运动学(或者动力学)模型的仿真方法,对机器人的作业和运动进行虚拟,那么机器人与地形交互的过程中容易产生接触偏差。而且,随着仿真时间的推进,这种接触偏差会逐渐积累并不断增大,进而严重影响仿真测试的精度和效果。为了消除月球机器人仿真中的轮地交互误差,在分析误差来源的基础上,提出了基于运动学优化的解决方法。最后利用实际的虚拟现实仿真系统,验证了所提出方法的有效性。

星球探测机器人视觉系统标定方法研究

本文介绍了星球探测机器人视觉系统的标定方法,首先介绍了一种新的从视觉坐标系到车体坐标系的变换方法,随后给出了像机的模型,在像机参数优化过程中将三维重投影误差作为评价函数,利用遗传算法完成寻优过程,以保证估计出的像机参数全局最优。真实环境实验结果表明:该方法具有较高的空间定位精度。

轮式移动机器人与地形交互运动仿真研究

分析了轮式移动机器人(WMR)在不平坦的三维地形上运动的运动学模型.利用速度投影法,得到了WMR运动模型的一种新形式.基于虚拟现实技术,利用VC++OpenGL实现了WMR虚拟漫游系统.该系统具有较强的交互性和实时性,为星球探测机器人的虚拟导航、遥操作等提供了验证平台.

基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC++构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。

一种星球探测系统多机器人通信机制研究

分析了一种可重构星球探测系统中多机器人通信的特点.根据多机器人系统的功能要求,在TDMA(时分多址)分时共享信道原理和击鼓传花机制的启发下,提出了一种新颖的多机器人无线通信机制.详细介绍了该通信机制和通信协议.仿真和通信实验同时验证了该机制的可行性和实用性.

可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现

本文提出了一种适用于新型可重构星球机器人的模块化控制系统,根据机构和运动特性,基于CAN总线和分布式控制器技术,将系统结构和功能分解成不同模块由各自的控制器独立执行,建立具有任务层和运动层的分层次控制结构,实现了组合式规划、分布式控制的混合式控制方法。本文设计了两种不同的控制器,并采用PPG脉冲宽度调节方法实现了对在机器人上使用的R/C电机的标定和控制。通过在子机器人原理样机上进行实验,验证了这套控制系统和控制体系结构的可行性。

可重构星球探测机器人控制系统的设计与实现

介绍了一种新型可重构星球探测机器人系统.基于这种机器人功能和结构的分解特点,设计了模块化控制系统,使用CAN总线技术作为模块间主要通讯方式.提出了控制原理和集中式控制算法,有效地实现了一台子机器人在不同模式状态下自主运动和操作的控制,并通过原理样机实验验证了这套控制系统的可行性.

可重构星球探测机器人的运动学建模及轨迹规划

提出了可重构星球探测机器人的概念,对系统中子机器人的研究进行了重点论述.通过设计恰当的子机器人连杆坐标系,利用Denavit Hartenberg方法完成了子机器人的运动学建模,并直接给出了子机器人的运动学正解模型.由于使用单一的求解算法不能求出工作空间的封闭解,因此综合利用代数法、几何法原理及空间投影关系,结合子机器人的结构特殊性推导出了运动学逆解,从而得到了工作空间内的所有解.在此基础上,考虑结构间的约束关系,给出了子机器人的工作空间及轨迹规划方法.最后,使用OpenGL对设计的子机器人系统进行了运动学仿真实验,实验以末端操作器的直线运动为例,充分考虑空间几何的关系,其结果有效地证明了建模及轨迹规划的正确性.

可重构星球探测机器人的OpenGL仿真实验平台研究

采用基于Visual C++和OpenGL的建模和运动仿真方法,对可重构星球探测机器人系统的三维运动仿真实验平台进行了研究,建立了一个多机器人系统的仿真实验平台。开发的实验平台可用于探索和验证机器人系统的工作原理、工作空间、多机器人协调算法、重构方法、系统集成技术等。在该平台上进行了机器人的运动学仿真和协调运动研究,验证了该仿真平台的有效性和机器人系统体系结构的合理性。

可重构星球探测机器人的空间对接研究

提出了以改装后的位置敏感传感器来引导机器人完成自动对接的方法,分析了具体工作原理。对可重构星球探测机器人在运动模式下完成对接的两种姿态进行了比较,分别用一般方法和改进后的规划方法计算出了对接工作空间,比较结果说明,机器人在运动模式下三角边着地有利于完成自动对接。对工作模式机器人在工作空间内的运动进行了静力学分析,分析结果表明,机器人在工作空间内可以自由运动。用VC和OpenGL搭建的平台对空间对接进行了仿真试验,试验结果验证了对接工作空间计算的正确性和完成空间自动对接的可能性。