机械工程学报

作者：杨玉维, 李照童, 陈鹏宇, 龚健超, 王浩宇, 刘祺, 马跃

单位：1. 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室 天津 300384;2. 机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学） 天津 300384

关键词：落体碰撞系统,碰撞瞬态拓扑特征,增广构型变量,运动机理,完整性；

基金：国家自然科学基金(52205030, 52205029)和膝关节外骨骼机器人关键技术研发(10101/70305901)资助项目。

准确识别涵盖法向嵌入深度、切向侧滑阻尼、碰撞相对位姿及相对速度、接触轮廓几何非线性等要素的正/斜碰撞瞬态拓扑特征，对冲击碰撞影响下系统的局部与整体运动响应分析具有重要意义。鉴于此，基于多体力学建模方法的系统性与普适性，首先提出一种关于落体正/斜碰撞时变性瞬态拓扑特征识别的有效方法，进而提出一种集合法向碰撞与切向侧滑于一体的单/双侧冲击碰撞广义力模型的通用性构建方法；其次针对落体碰撞事件后期系统的纯滚动运动状态需由落体转角与路面轮廓曲线上其接触点切线斜率共同决定的复杂性运动几何特征，通过向系统引入新型增广构型矢量，提出一种将上述纯滚动非完整运动约束转化为滚动体轮廓上一等效动点对路面轮廓轨迹实施跟踪的完整运动约束的研究方法；再次针对落体与路面形成的碰撞多体系统，提出一种涵盖碰撞前、中、后3个子事件的系统动力学综合模型的构建方法；最后通过圆环-谐波路面落体运动的数值仿真，有效揭示落体碰撞系统事件完整性运动机理及规律，同时验证分析方法的正确性与有效性。研究成果对冲击碰撞动力学与多体运动学的理论丰富与应用，具有重要的学术与应用价值。

来源：2025年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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