清华大学学报(自然科学版)

作者：翟敬梅, 章昊

单位：华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641

关键词：皮肤三维形变,质点-弹簧-阻尼模型,黏滑摩擦,质点动力学模型

基金：广东省基础与应用基础研究基金资助项目(2023A1515010682)

人机接触运动中, 在接触区域后方和前方皮肤表面分别产生拉伸和堆积形变。针对当前该领域研究的局限性, 该文研究了黏滑摩擦下皮肤三维形变仿真模型, 为人机作业参数优化、 在线轨迹规划和控制提供参考。该文基于皮肤解剖结构, 构建皮肤、 肌肉脂肪、 骨骼3层质点-弹簧-阻尼模型, 描述皮肤在拉伸、 剪切和弯曲作用下的形变; 基于皮肤黏滑摩擦机理, 结合改进Kelvin-Voigt黏弹模型, 构建皮肤质点-弹簧-阻尼动力学模型, 模拟不同作业环境下皮肤的实时三维形变; 验证了皮肤质点-弹簧-阻尼模型在Kwiatkowska、 Franklin等皮肤拉伸测量试验中的有效性。同时, 该文搭建了机器人手臂按摩试验平台和皮肤表面形变测量视觉系统。与试验测量结果对比, 皮肤三维形变仿真模型拉伸形变在X和Z方向的平均误差分别为0.295、 0.360 mm, 标准差分别为0.164、 0.085 mm; 堆积形变在X、 Y和Z方向的平均误差分别为0.317、 0.248、 0.471 mm, 标准差分别为0.090、 0、 0.232 mm。试验结果表明： 该文构建的皮肤三维形变仿真模型误差较小、 稳定性较高。

来源：2024年第10期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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