論文の概要: Muscle Coactivation in the Sky: Geometry and Pareto Optimality of Energy vs. Promptness in Multirotors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.14222v1
• Date: Sun, 15 Feb 2026 16:35:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.476079
• Title: Muscle Coactivation in the Sky: Geometry and Pareto Optimality of Energy vs. Promptness in Multirotors
• Title（参考訳）: 空における筋肉の活性化:多回転子におけるエネルギー対プロンプトネスの幾何学的およびパレート最適性
• Authors: Antonio Franchi,
• Abstract要約: モータの制限トルクとロータ速度から推力への非線形空力マップが, 突発性という新しい概念を生み出していることを示す。 エネルギー消費を競合対象として扱うことにより、冗長分解能をアフィン繊維上の原理化された多目的プログラムに変換する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.919116384604024
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In robotics and human biomechanics, the tension between energy economy and kinematic readiness is well recognized; this work brings that fundamental principle to aerial multirotors. We show that the limited torque of the motors and the nonlinear aerodynamic map from rotor speed to thrust naturally give rise to the novel concept of promptness-a metric akin to dynamic aerodynamic manipulability. By treating energy consumption as a competing objective and introducing a geometric fiber-bundle formulation, we turn redundancy resolution into a principled multi-objective program on affine fibers. The use of the diffeomorphic transformation linearizing the signed-quadratic propulsion model allows us to lay the foundations for a rigorous study of the interplay between these costs. Through an illustrative case study on 4-DoF allocation on the hexarotor, we reveal that this interplay is fiber-dependent and physically shaped by hardware inequalities. For unidirectional thrusters, the feasible fibers are compact, yielding interior allocations and a short Pareto arc, while torque demands break symmetry and separate the optima. Conversely, with reversible propellers, the null space enables antagonistic rotor co-contraction that drives promptness to hardware limits, making optimal endurance and agility fundamentally incompatible in those regimes. Ultimately, rather than relying on heuristic tuning or black box algorithms to empirically improve task execution, this framework provides a foundational understanding of why and how to achieve agility through geometry-aware control allocation, offering possible guidance for vehicle design, certification metrics, and threat-aware flight operation.
• Abstract（参考訳）: ロボット工学と人間のバイオメカニクスにおいて、エネルギー経済と運動的準備性の間の緊張はよく認識されており、この研究は空中マルチローターにその基本原理をもたらす。 モータの限られたトルクとロータ速度からスラストへの非線形空力マップが,ダイナミックな空力マニピュラビリティに類似した,プロンプトネス(propness)という新しい概念を生み出していることを示す。 エネルギー消費を競合対象として扱い, 幾何ファイバー束の定式化を導入することにより, 冗長分解能をアフィン繊維上の基本多目的プログラムに変換する。 符号付き四角形推進モデルを線形化する微分同相変換を用いることで、これらのコスト間の相互作用の厳密な研究の基礎をつくりだすことができる。 ヘキサロタ上の4-DoF割り当てに関する実証的なケーススタディにより、この相互作用は繊維依存的で、ハードウェアの不等式によって物理的に形成されることが明らかとなった。 一方向スラスタの場合、実現可能な繊維はコンパクトであり、内部配置とパレート弧が短い一方、トルク要求は対称性を破ってオプティマを分離する。 逆に、可逆プロペラでは、ヌル空間はアンタゴニストローターのココントラクションを可能にし、ハードウェアの限界への迅速な対応を可能にし、最適耐久性と俊敏性はこれらのレギュレーションに根本的に相容れない。 最終的に、このフレームワークは、経験的にタスク実行を改善するためにヒューリスティックなチューニングやブラックボックスアルゴリズムに頼るのではなく、幾何学的制御アロケーションを通じてアジリティを実現するための理由と方法の基礎的な理解を提供し、車両設計、認証メトリクス、脅威対応フライトオペレーションのガイダンスを提供する。

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