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ComFree-Sim：面向可扩展接触密集机器人仿真与控制的GPU并行解析接触物理引擎

接触密集机器人仿真的物理模拟通常受限于接触解析：主流引擎通过互补约束或约束优化强制执行非穿透和库仑摩擦，每步需迭代求解，其成本随接触密度超线性增长。我们提出ComFree-Sim，一种基于无互补接触建模的GPU并行解析接触物理引擎。ComFree-Sim利用库仑摩擦对偶锥内的阻抗式预测-校正更新，以闭式计算接触冲量。接触计算在接触对之间解耦，并在锥面片上可分离，自然映射至GPU内核，实现与接触数近线性的运行时间缩放。我们将该公式扩展至统一6D接触模型，涵盖切向、扭转和滚动摩擦，并引入实用的对偶锥阻抗启发式。ComFree-Sim以Warp实现，通过MuJoCo兼容接口作为MuJoCo Warp（MJWarp）的即插即用后端。实验在穿透、摩擦行为、稳定性及仿真运行时间缩放方面与MJWarp对比，显示在密集接触场景中近线性缩放且吞吐量提高2–3倍，物理保真度相当。我们将ComFree-Sim部署于真实多指LEAP手实时MPC灵巧手中操作及动力学感知运动重定向，证明低延迟仿真带来更高闭环成功率，并使接触密集任务的高频控制实用化。