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手指系统是在自动化生产过程中发展起来的一种能模仿人手结构和功能,并可实现抓取、搬运物件或使用工具的自动操作装置。同刚性机器人手指一样,柔性机器人手指在完成一些复杂的任务时,也会不可避免地产生摩擦接触。柔性机器人手指的摩擦接触进一步地分为仅含有切向初始速度的切向摩擦问题以及同时含有法向和切向初始速度的斜碰撞问题。目前对于这两类问题尚没有充分的研究,尤其缺乏对前者导致的Painlevé悖论问题的分析。因此,本文对柔性机器人手指的摩擦接触机理展开了研究,具体研究内容和结论如下:(1)提出了一种新颖的可同时考虑柔性机器人手指整体结构柔度及其指尖法向和切向接触柔度的混合计算模型(HCM)及相应的事件驱动数值计算方法。手指整体结构变形场和惯性场采用绝对节点坐标法(ANCF)进行离散。指尖法向和切向接触柔度采用局部接触模型进行描述,给出了指尖在法向压缩-恢复状态和切向滑动-粘滞状态时接触力的计算公式。推导了手指系统在不同状态时的控制方程以及给出了各状态相互转化的切换准则。(2)运用本文建立的模型对柔性手指斜碰撞进行了计算,并将计算结果与LS-DYNA结果比较,验证了本文方法的准确性和计算效率。数值结果还表明:当指骨的杨氏模量为0.01GPa~1GPa或其长细比为10.7~32时,指尖与粗糙表面的法向相对运动将经历1~4次压缩和恢复状态的切换。当手指在驱动力矩作用下以敲击姿势撞击粗糙表面时,指尖在切向上会经历3次粘滞和滑动状态的切换,并且由于大的切向接触柔度,指尖又会出现“反向滑动”现象。(3)提出了刚性机器人手指的均匀分布质量模型和集中质量模型,结合线性互补方法探讨了质量分布对其Painlevé悖论的极限摩擦系数和悖论区域的影响。结果表明在同一摩擦系数下,均匀分布质量模型的Painlevé悖论区大于集中质量模型的。(4)利用本文建立的混合计算模型计算并探讨了摩擦系数和手指结构柔度对柔性机器人手指动态自锁(对应于刚性手指的Painlevé悖论)的影响,总结了手指在混合计算模型中发生动态自锁(Painlevé悖论)现象的典型特征。结果表明,柔性机器人手指的动态自锁(Painlevé悖论)总是伴随着粘滞状态,且与刚性机器人手指相比,柔性机器人手指的结构柔度会导致其动态自锁(Painlevé悖论)区增大。