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基于线性投影算子的单侧和双边约束下多体系统多重碰撞建模与分析。 (英语) Zbl 1428.74170号

摘要:本文提出了一种基于线性投影算子的非光滑多体系统(MBS)的统一动力学公式。斜投影矩阵无处不在地产生了此类系统的所有特征变量,如下所示:(i)从无约束加速度投影的跳跃间断前的约束加速度,(ii)从碰撞前速度投影的碰撞后速度,(iii)冲击过程中的冲量来自于冲击前动量的投影,(iv)广义约束力来自于广义输入力的投影,以及(v)冲击后的动能来自于基于投影惯性矩阵的冲击前动能。所有解都以封闭形式给出,并有优雅的几何解释。该公式具有足够的通用性,适用于同时受到多重冲击、恢复系数不相同、拓扑结构发生变化(即单侧约束失效或反之亦然,甚至当整体约束雅可比矩阵奇异时)的多体系统。不仅无论约束条件如何,解总是存在的,而且广义约束惯性矩阵的条件数也是最小化的,以降低投影矩阵计算中对舍入误差的数值敏感性。如果假设整体恢复系数,则该模型被证明是能量一致的。在恢复系数不一致的情况下,利用线性矩阵不等式(LMI)刻画了能量一致的恢复矩阵集。

MSC公司:

74平方米20 固体力学中的冲击
70E55型 多体系统动力学
70楼35 刚体或伪刚体的碰撞
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全文: 内政部

参考文献:

[1] McClamroch,N.H.,Wang,D.:受限机器人的反馈稳定和跟踪。IEEE传输。自动。控制33,419-426(1988)·Zbl 0648.93045号 ·数字对象标识代码:10.1109/9.1220
[2] Garcia de Jalón,J.,Bayo,E.:多体系统的运动学和动力学仿真:实时挑战。施普林格,纽约(1994)·doi:10.1007/978-1-4612-2600-0
[3] Blajer,W.、Schiehlen,W.和Schirm,W.:多体动力学坐标分割方法的投影准则。申请。机械。64, 86-98 (1994) ·Zbl 0793.70002号
[4] Aghili,F.:输入力和约束力均受等式和不等式约束的冗余机械系统的控制。J.计算。非线性动力学。6(3), 031013 (2011) ·数字对象标识代码:10.1115/1.4002689
[5] 阿吉利,F。;Su,C.,机器人和机电系统中的碰撞动力学,163-167(2017)·doi:10.1109/ICAMechS.2017.8316569
[6] Gottschlich,S.N.,Kak,A.C.:高精度零件配合的动态方法。IEEE传输。系统。人类网络。19(4), 797-810 (1989) ·数字对象标识代码:10.1109/21.35343
[7] Dupree,K.,Liang,C.H.,Hu,G.,Dixon,W.E.:基于自适应Lyapunov的机器人和质量弹簧系统的碰撞控制。IEEE传输。系统。人类网络。,B部分,Cybern。38(4), 1050-1061 (2008) ·doi:10.1109/TSMCB.2008.923154
[8] Marhefka,D.W.,Orin,D.E.:机器人系统仿真的非线性阻尼柔顺接触模型。IEEE传输。系统。人类网络。,A部分,系统。《人类》29(6),566-572(1999)·数字对象标识代码:10.1109/3468.798060
[9] Khulief,Y.A.:多体系统碰撞建模:综述。J.计算。非线性动力学。8(2), 021012 (2013) ·数字对象标识代码:10.1115/1.4006202
[10] Brogliato,B.:具有冲击和摩擦的单方面约束拉格朗日力学中的动力学准速度。多体系统。动态。32(2), 175-216 (2014) ·Zbl 1351.70014号 ·doi:10.1007/s11044-013-9392-5
[11] Hunt,K.H.,Crossley,F.R.E.:恢复系数被解释为振动冲击中的阻尼。J.应用。机械。42, 440-445 (1975) ·数字对象标识代码:10.1115/1.3423596
[12] Goldsmith,W.:《冲击:碰撞固体的理论和物理行为》。爱德华·阿诺德,伦敦(1960)·Zbl 0122.42501号
[13] Lankarani,H.M.,Nikravesh,P.E.:用于多体系统冲击分析的具有滞后阻尼的接触力模型。J.机械。设计。112, 369-376 (1990) ·数字对象标识代码:10.1115/12912617
[14] Hurmuzlu,Y.,Chang,T.H.:一类特殊平面运动链的刚体碰撞。IEEE传输。系统。人类网络。22(5), 964-971 (1992) ·Zbl 0825.70013号 ·数字对象标识代码:10.1109/21.179836
[15] Mu,X.,Wu,Q.:通过碰撞效果探讨双足机器人的碰撞动力学和接触事件。IEEE传输。系统。人类网络。,B部分,Cybern。36(6), 1364-1372 (2006) ·doi:10.1109/TSMCB.2006.876818
[16] Liu,C.,Zhao,Z.,Brogliato,B.:多体系统中的无摩擦多重碰撞。一、理论框架。程序。R.Soc.A 464,3193-3211(2008)·Zbl 1186.70012号 ·doi:10.1098/rspa.2008.0078
[17] Zhao,Z.,Liu,C.,Brogliato,B.:具有摩擦冲击的刚体系统的平面动力学。二、。定性分析和数值模拟。程序。R.Soc.A 465,2267-2292(2009年)·Zbl 1186.70010号 ·doi:10.1098/rspa.2008.0520
[18] Yoshida,Y.、Takeuchi,K.、Miyamoto,Y.,Sato,D.、Nenchev,D.:应对正面干扰的姿势平衡策略及其在仿人机器人上的实现。IEEE传输。系统。人类网络。系统。44(6), 692-704 (2014) ·doi:10.1109/TSMC.2013.2272612
[19] Schiehlen,W.,Seifried,R.,Eberhard,P.:多体碰撞动力学中的弹塑性现象。计算。方法应用。机械。工程195,6874-6890(2006)·兹比尔1120.74679 ·doi:10.1016/j.cma.2005.08.011
[20] Zhang,X.,Vu-Quoc,L.:模拟弹塑性碰撞中恢复系数对冲击速度的依赖性。《国际影响工程杂志》27(3),317-341(2002)·doi:10.1016/S0734-743X(01)00052-5
[21] Najafabadi,S.M.,Kovecses,J.,Angeles,J.:多体系统中的影响:建模和实验。多体系统。动态。120163-176(2008年)·Zbl 1347.70019号 ·doi:10.1007/s11044-008-9117-3
[22] Pena,F.、Lourenco,P.B.、Campos-Costa,A.:地震荷载下自立式多块结构的试验动力行为。J.接地。工程12(6),953-979(2008)·doi:10.1080/13632460801890513
[23] 阿吉利,F。;Buehler,M。;Hollebach,J.M.,具有正关节力矩反馈的直接驱动机器人动力学和控制,第2期,1156-1161(1997)·doi:10.1109/ROBOT.1997.614294
[24] Arponen,T.:多体系统中约束奇异性的正则化。多体系统。动态。6, 355-375 (2001) ·Zbl 1018.7002号 ·doi:10.1023/A:1012084517966
[25] Blajer,W.:增广拉格朗日公式:几何解释和在奇异和冗余系统中的应用。多体系统。动态。8, 141-159 (2002) ·Zbl 1022.70004号 ·doi:10.1023/A:1019581227898
[26] Aghili,F.,Piedbœuf,J.-C.:基于投影算子的约束多体系统运动仿真。多体系统。动态。10, 3-16 (2003) ·Zbl 1137.70329号 ·doi:10.1023/A:1024584323751
[27] Muller,A.:具有相对坐标的MBS模型中永久冗余闭合约束的保守消除程序。多体系统。动态。16, 309-330 (2006) ·Zbl 1119.70006号 ·doi:10.1007/s11044-006-9028-0
[28] Aghili,F.:基于线性投影算子的约束多体系统逆动力学和直接动力学的统一方法:控制和仿真应用。IEEE传输。机器人。21(5), 834-849 (2005) ·doi:10.1109/TRO.2005.851380
[29] Mistry,M。;Buchli,J。;Schaal,S.,使用正交分解的浮基系统逆动力学控制,3406-3412(2010)·doi:10.10109/ROBTO.2010.5509646
[30] Mistry,M。;Righetti,L.,约束和欠驱动系统的操作空间控制,美国加利福尼亚州洛杉矶
[31] 里盖蒂。;Buchli,J。;Mistry,M。;Schaal,S.,具有外部约束的浮动底座机器人的逆动力学控制:统一观点,1085-1090(2011)·doi:10.1109/ICRA.2011.5980156
[32] Ahmad,M.、Ismail,K.A.、Mat,F.:影响模型和恢复系数:综述。J.工程应用。科学。11(10), 6549-6555 (2016)
[33] Ismail,K.A.,Stronge,W.:粘塑性体的影响:耗散和恢复。J.应用。机械。75(6), 061011 (2008) ·数字对象标识代码:10.1115/12965371
[34] Kangur,K.,Kleis,I.:撞击后速度恢复系数的实验和理论测定。机械。固体23(5),2-5(1988)
[35] Jackson,R.L.,Green,I.,Marghitu,D.B.:预测冲击弹塑性球的恢复系数。非线性动力学。60(3), 217-229 (2010) ·Zbl 1189.74091号 ·doi:10.1007/s11071-009-9591-z
[36] 斯特朗,W.:解开刚体碰撞的矛盾理论。J.应用。机械。58, 1049-1055 (1991) ·Zbl 0817.73054号 ·数字对象标识代码:10.1115/12897681
[37] Stoianovici,D.,Hurmuzlu,Y.:刚体碰撞理论适用性的批判性研究。J.应用。机械。63(2), 307-316 (1996) ·doi:10.1115/12788865
[38] Lu,C.J.,Kuo,M.C.:基于分形表面模型的恢复系数。J.应用。机械。70(3), 339-345 (2003) ·Zbl 1110.74572号 ·数字标识代码:10.1115/1.1574063
[39] amd,J.G.V.,Braatz,R.D.:线性和双线性矩阵不等式教程。《过程控制杂志》10,363-385(2000)·doi:10.1016/S0959-1524(99)00056-6
[40] Gahinet,P。;内米洛夫斯基,A。;Laub,A.J。;Chilali,M.,《LMI控制工具箱》,意大利罗马,1995年
[41] Delebecque,R.N.F.,Ghaoui,L.E.:LMITOOL:Scilab-User's Guide(1995)中的LMI优化包
[42] Golub,G.H.,Loan,C.F.V.:矩阵计算。约翰·霍普金斯大学出版社,巴尔的摩(1996)·Zbl 0865.65009号
[43] Aghili,F.:具有仿真和控制冗余约束的机械系统的非最小阶模型。IEEE传输。自动。对照61(5),1350-1355(2016)·Zbl 1359.70092号 ·doi:10.1109/TAC.2015.2463632
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