当运动学主导力学：用于有限弹性模型降阶的局部保体积基元
机器人学
2022-02-21 v1
摘要
本文引入了一种新的、极快的计算建模范式，用于解决软机器人背景下出现的特定有限弹性问题。虽然连续介质力学是一个非常经典的研究领域，且已有大量努力致力于开发复杂的有限弹性本构模型，但我们表明，在软机器人中出现的大应变力学问题中，本构模型中的许多参数是无关的。在很大程度上，等容（局部保体积）约束主导了行为，在考虑本构建模的其他方面之前，就可以将其构建到闭式运动学变形场中。因此，我们专注于开发和应用各自遵守此约束的基元变形。结果表明，通过组合足够丰富多样的此类变形，可以复制在软机器人中观察到的最常见行为。案例研究包括充气橡胶腔、细长橡胶杆以及承受不同边界条件的橡胶块。我们表明，该方法比有限元方法（FEM）的ABAQUS实现至少快50倍。物理实验和测量表明，我们的方法和ABAQUS相对于实验测量的位移以及彼此之间都有大约10%的误差。我们的方法提供了FEM的实时替代方案，并捕获了用于反馈控制系统中的基本自由度。
引用
@article{arxiv.2202.09270,
title = {When Kinematics Dominates Mechanics: Locally Volume-Preserving Primitives for Model Reduction in Finite Elasticity},
author = {Xu Yi and Gregory S. Chirikjian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.09270},
year = {2022}
}