[发明专利]柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法及系统

权利要求书

1.柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

读入系统模型及拓扑数据；所述系统模型包括机械手模型与果实模型，所述机械手模型具备基座与多个抓取部，所述抓取部由柔性的手指部构成；所述拓扑数据用于定义所述机械手模型与所述果实模型的属性；

控制所述机械手模型执行抓取动作；

基于非碰撞动力学求解所述机械手模型的动力学参数，并计算所述机械手模型的振动与变形；

判断所述机械手模型与所述果实模型之间是否产生碰撞并形成碰撞对；

当所述机械手模型与所述果实模型发生碰撞，判断所述碰撞对的状态并计算所述机械手模型的动力学响应量；所述动力学响应量包括所述机械手模型的振动、变形、法向接触力、切向接触力及碰撞接触持续时间。

2.根据权利要求1所述的柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法，其特征在于，所述基于非碰撞动力学求解所述机械手模型的动力学参数具体为：

基于动力学方程计算所述手指部的动力学参数；其中，为广义加速度列阵，J为广义质量阵，R为非碰撞的广义力阵。

3.根据权利要求2所述的柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法，其特征在于，所述判断所述机械手模型与所述果实模型之间是否产生碰撞并形成碰撞对包括：

根据法向碰撞约束方程是否成立以判断所述机械手模型与所述果实模型之间是否产生碰撞并形成碰撞对；其中，所述法向碰撞约束方程为：

；

其中，，I_C为处于连续接触状态的碰撞对的集合；为位移约束雅可比矩阵；为速度约束雅可比矩阵；为加速度约束雅可比矩阵；为速度列阵；为法向约束的雅可比矩阵。

4.根据权利要求2所述的柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法，其特征在于，所述判断所述碰撞对的状态并计算所述机械手模型的动力学响应量包括：

采用冲量-动量法方程求解碰撞初始时刻的速度跳跃条件；

基于增减约束法建立机械手模型的含摩擦多点碰撞的动力学方程；

根据粘滞-滑移切换准则判断所述碰撞对所处状态，并采用粘滞状态动力学方程或滑动状态动力学方程对各状态下所述机械手模型的动力学响应量进行求解。

5.根据权利要求4所述的柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法，其特征在于，所述碰撞初始时刻的速度跳跃条件基于如下动力学方程求解：

；

其中，为法向冲量势矢量阵；为切向冲量势矢量阵；为法向速度列阵；为切向速度列阵；为位移列阵。

6.根据权利要求4所述的柔性多指采摘机械手的接触动力学仿真方法，其特征在于，所述机械手模型的含摩擦多点碰撞的动力学方程为：

；

其中：为法向约束广义力，为粘滞摩擦广义力，为滑动摩擦广义力；为第k个碰撞对的法向接触约束反力；为第k个碰撞对的法向接触约束反力；为的转置矩阵，为的增广矩阵，为第k个碰撞对的法向约束的雅可比矩阵；为的转置矩阵，为第k个碰撞对的切向约束雅可比矩阵；为处于连续接触状态的碰撞对的个数；为处于切向粘滞状态的碰撞对的个数。