一种用于可形变对象操作的动力学模型隐式求解方法

作     者：邓豪 熊璟 夏泽洋 DENG Hao;XIONG Jing;XIA Zeyang

作者机构：中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055 中国科学院大学北京100049 中国科学院人机智能协同系统重点实验室广东深圳518055 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2024年第46卷第1期

页      面：45-53页

核心收录：

学科分类：07[理学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 070102[理学-计算数学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金联合基金(U2013205) 国家自然科学基金(61773365) 广东省基础与应用研究基金(2022B1515020042) 深圳市基础研究专项(JCYJ20220818101603008) 

主　　题：机器人操作 可形变对象 交替方向乘子法 隐式时间积分 

摘      要：机器人操作可形变对象在多类场景中具有重要的应用需求。然而,对象复杂的高维动力学模型导致难以准确、快速地计算其形变。本文建立了一种基于交替方向乘子法的对象形变动力学模型快速、准确、隐式优化求解方法。该方法以通用对象几何模型为输入创建有限元模型,并分别构建材料本构势能函数和操作及碰撞交互单元的位置约束能量函数。随后,采用动力学投影方法构建基于交替方向乘子法的两项优化求解问题,最终快速、准确地计算对象在机器人操作下的形变。数值实验表明,所提出的方法能够在保证相对形变计算误差低于5%的条件下,实现高于24帧/秒的物理形态更新。针对实际应用场景,对所提出的方法开展了从形变仿真预测到在线操作执行的量化评估以及全局约束环境下的离线规划和仿真应用验证。