論文の概要: A Unified Complementarity-based Approach for Rigid-Body Manipulation and Motion Prediction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.04522v1
• Date: Wed, 04 Feb 2026 13:10:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.170066
• Title: A Unified Complementarity-based Approach for Rigid-Body Manipulation and Motion Prediction
• Title（参考訳）: Rigid-Body マニピュレーションと動作予測のための統一的相補性に基づくアプローチ
• Authors: Bingkun Huang, Xin Ma, Nilanjan Chakraborty, Riddhiman Laha,
• Abstract要約: 本稿では,単一形式(Unicomp)における自由運動と摩擦接触を連続的に捉えるロボット操作の数学的モデルを提案する。 実験結果から,提案手法は,接触に富む全身操作の操作から,タスク間の対話的な動作において,物理的に一貫した動作を可能にすることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.241353619398899
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Robotic manipulation in unstructured environments requires planners to reason jointly about free-space motion and sustained, frictional contact with the environment. Existing (local) planning and simulation frameworks typically separate these regimes or rely on simplified contact representations, particularly when modeling non-convex or distributed contact patches. Such approximations limit the fidelity of contact-mode transitions and hinder the robust execution of contact-rich behaviors in real time. This paper presents a unified discrete-time modeling framework for robotic manipulation that consistently captures both free motion and frictional contact within a single mathematical formalism (Unicomp). Building on complementarity-based rigid-body dynamics, we formulate free-space motion and contact interactions as coupled linear and nonlinear complementarity problems, enabling principled transitions between contact modes without enforcing fixed-contact assumptions. For planar patch contact, we derive a frictional contact model from the maximum power dissipation principle in which the set of admissible contact wrenches is represented by an ellipsoidal limit surface. This representation captures coupled force-moment effects, including torsional friction, while remaining agnostic to the underlying pressure distribution across the contact patch. The resulting formulation yields a discrete-time predictive model that relates generalized velocities and contact wrenches through quadratic constraints and is suitable for real-time optimization-based planning. Experimental results show that the proposed approach enables stable, physically consistent behavior at interactive speeds across tasks, from planar pushing to contact-rich whole-body maneuvers.
• Abstract（参考訳）: 非構造環境におけるロボット操作は、プランナーが自由空間の動きと環境との持続的摩擦的な接触について共同で考える必要がある。 既存の(ローカルな)計画とシミュレーションフレームワークは、一般的にこれらのレシシエーションを分離するか、特に非凸や分散コンタクトパッチのモデリングにおいて、単純化されたコンタクト表現に依存している。 このような近似は、接触モード遷移の忠実さを制限し、接触リッチな動作をリアルタイムに堅牢に実行することを妨げる。 本稿では,1つの数学的形式(Unicomp)内で自由運動と摩擦接触の両方を連続的にキャプチャする,ロボット操作のための統合離散時間モデリングフレームワークを提案する。 相補性に基づく剛体力学に基づいて、線形および非線形相補性問題として自由空間運動と接触相互作用を定式化し、固定接触仮定を強制せずに接触モード間の原則的遷移を可能にする。 平面パッチ接触に対しては、許容接点レンチの集合を楕円形極限面で表す最大電力散逸原理から摩擦接触モデルを導出する。 この表現は、ねじり摩擦を含む結合力-モーメント効果を捉えながら、接触パッチ全体にわたる下層の圧力分布に依存しない。 得られた定式化により、一般化された速度と接触レンチを2次制約で関連付ける離散時間予測モデルが得られ、リアルタイムの最適化に基づく計画に適している。 実験の結果,提案手法は,平面プッシュから接触に富んだ全身操作に至るまで,タスク間の対話的な速度で安定かつ物理的に一貫した動作を可能にすることが示された。

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