論文の概要: Agile asymmetric multi-legged locomotion: contact planning via geometric mechanics and spin model duality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.09123v1
• Date: Mon, 09 Feb 2026 19:13:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.302186
• Title: Agile asymmetric multi-legged locomotion: contact planning via geometric mechanics and spin model duality
• Title（参考訳）: アジャイル非対称多脚移動:幾何力学とスピンモデル双対性による接触計画
• Abstract要約: 我々は,多足歩行における新しい制御構造を発見するための基本的枠組みを開発する。 幾何力学を用いて,グラフ最適化問題に対する接触リッチな移動計画を行う。 ヘキサポッドロボットの非対称移動戦略を1サイクルあたり0.61体長の前進速度で決定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.47009589379934
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Legged robot research is presently focused on bipedal or quadrupedal robots, despite capabilities to build robots with many more legs to potentially improve locomotion performance. This imbalance is not necessarily due to hardware limitations, but rather to the absence of principled control frameworks that explain when and how additional legs improve locomotion performance. In multi-legged systems, coordinating many simultaneous contacts introduces a severe curse of dimensionality that challenges existing modeling and control approaches. As an alternative, multi-legged robots are typically controlled using low-dimensional gaits originally developed for bipeds or quadrupeds. These strategies fail to exploit the new symmetries and control opportunities that emerge in higher-dimensional systems. In this work, we develop a principled framework for discovering new control structures in multi-legged locomotion. We use geometric mechanics to reduce contact-rich locomotion planning to a graph optimization problem, and propose a spin model duality framework from statistical mechanics to exploit symmetry breaking and guide optimal gait reorganization. Using this approach, we identify an asymmetric locomotion strategy for a hexapod robot that achieves a forward speed of 0.61 body lengths per cycle (a 50% improvement over conventional gaits). The resulting asymmetry appears at both the control and hardware levels. At the control level, the body orientation oscillates asymmetrically between fast clockwise and slow counterclockwise turning phases for forward locomotion. At the hardware level, two legs on the same side remain unactuated and can be replaced with rigid parts without degrading performance. Numerical simulations and robophysical experiments validate the framework and reveal novel locomotion behaviors that emerge from symmetry reforming in high-dimensional embodied systems.
• Abstract（参考訳）: 脚のついたロボットの研究は、現在二足歩行ロボットや四足歩行ロボットに重点を置いている。 この不均衡は必ずしもハードウェアの制限によるものではなく、いつ、どのように脚が移動性能を改善するかを説明する、原則化された制御フレームワークが欠如しているためである。 多脚システムでは、多数の同時接触をコーディネートすることは、既存のモデリングと制御アプローチに挑戦する、次元性の激しい呪いをもたらす。 代替として、多脚ロボットは通常、二足歩行や四足歩行のために開発された低次元歩行を用いて制御される。 これらの戦略は、高次元システムに現れる新しい対称性と制御の機会を活用できない。 本研究では,多脚移動における新たな制御構造を発見するための基本的枠組みを開発する。 幾何力学を用いて、グラフ最適化問題への接触リッチな移動計画を削減し、統計力学からスピンモデル双対性フレームワークを提案し、対称性の破れを利用して最適な歩行再構成を導出する。 本手法を用いて,従来の歩行より50%向上した6足歩行ロボットにおいて,1サイクルあたり0.61体長の前進速度を達成できる非対称移動戦略を同定する。 結果として生じる非対称性は、制御レベルとハードウェアレベルの両方に現れる。 制御レベルでは、体配向は前方移動のための高速時計回りと遅い反時計回りの旋回位相の間に非対称に振動する。 ハードウェアレベルでは、同じ側にある2本の脚は不安定のままであり、性能を低下させることなく硬い部品に置き換えることができる。 数値シミュレーションとロボ物理実験は、この枠組みを検証し、高次元エンボディドシステムにおいて対称性の改革から生じる新しい移動挙動を明らかにする。

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