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静摩擦与 Stribeck 效应

Static Friction (Stiction) and Stribeck Effect进阶

起动前要先克服较大的静摩擦,刚动起来后摩擦反而先变小。

静摩擦(stiction,static 与 friction 的合成词)指两个接触面相对静止时,要让它们开始相对运动必须克服的那股力;最大静摩擦通常比滑动起来之后的动摩擦大。Stribeck 效应得名于德国工程师 Richard Stribeck,他在 1901–1902 年发表的润滑轴承实验表明:有润滑的接触里,摩擦力并不随速度保持恒定,而是从静止起先下降,到某个速度降到最低,再随速度上升(上升段主要来自黏性摩擦)。画成摩擦-速度图就是 Stribeck 曲线。对机器人来说,减速器和关节在低速、换向时摩擦变化最剧烈,容易出现「卡住—突然冲出—再卡住」的黏滑现象,造成低速爬行和小幅定位误差。做关节摩擦补偿或参数辨识时,常用「库仑 + 黏性 + Stribeck」模型拟合,例如 ergoCub 人形机器人谐波减速关节的摩擦辨识研究就把它当作基线模型。

例子给谐波减速关节一个很小的速度指令:起初电机电流升高、关节却不动(静摩擦还没被克服);一旦突破,摩擦骤降,关节一下子冲过头,控制器再把它拉回,如此反复,编码器读数呈锯齿状,这就是低速黏滑。

也叫
Stiction、最大静摩擦、Stribeck 曲线、斯特里贝克效应、Stribeck 摩擦
相关
库仑摩擦、黏性摩擦、摩擦补偿、谐波减速器、系统辨识、摩擦系数
来源
Wikipedia: Stribeck curve
Wikipedia: Stiction
Sorrentino et al., Physics-Informed Learning for the Friction Modeling of High-Ratio Harmonic Drives (arXiv:2410.12685)

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