論文の概要: Unified Complementarity-Based Contact Modeling and Planning for Soft Robots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.21316v1
• Date: Tue, 24 Feb 2026 19:37:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.683827
• Title: Unified Complementarity-Based Contact Modeling and Planning for Soft Robots
• Title（参考訳）: ソフトロボットの統一相補性に基づく接触モデリングと計画
• Authors: Milad Azizkhani, Yue Chen,
• Abstract要約: 本稿では,ソフトロボット接触モデリングと計画のための統合補完性に基づくフレームワークを提案する。 我々は,識別ソフトロボットに適した頑健な線形補完性問題 (LCP) モデルを開発した。 また,接触による動的軌道最適化を可能にする,キネマティック・ガイド付きウォームスタート戦略を導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.597188299981312
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Soft robots were introduced in large part to enable safe, adaptive interaction with the environment, and this interaction relies fundamentally on contact. However, modeling and planning contact-rich interactions for soft robots remain challenging: dense contact candidates along the body create redundant constraints and rank-deficient LCPs, while the disparity between high stiffness and low friction introduces severe ill-conditioning. Existing approaches rely on problem-specific approximations or penalty-based treatments. This letter presents a unified complementarity-based framework for soft-robot contact modeling and planning that brings contact modeling, manipulation, and planning into a unified, physically consistent formulation. We develop a robust Linear Complementarity Problem (LCP) model tailored to discretized soft robots and address these challenges with a three-stage conditioning pipeline: inertial rank selection to remove redundant contacts, Ruiz equilibration to correct scale disparity and ill-conditioning, and lightweight Tikhonov regularization on normal blocks. Building on the same formulation, we introduce a kinematically guided warm-start strategy that enables dynamic trajectory optimization through contact using Mathematical Programs with Complementarity Constraints (MPCC) and demonstrate its effectiveness on contact-rich ball manipulation tasks. In conclusion, CUSP provides a new foundation for unifying contact modeling, simulation, and planning in soft robotics.
• Abstract（参考訳）: ソフトロボットは、環境との安全で適応的な相互作用を可能にするために主に導入され、この相互作用は基本的に接触に依存している。 しかし、ソフトロボットの接触豊富な相互作用のモデル化と計画は依然として困難なままであり、高剛性と低摩擦の相違は重度の悪条件を引き起こす一方、体に密着した接触候補は冗長な制約とランク不足のLCPを生成する。 既存のアプローチは問題固有の近似やペナルティに基づく治療に依存している。 本文は, ソフトロボット接触モデリングと計画のための統合された相補性に基づくフレームワークを提示し, 接触モデリング, 操作, 計画を統一的, 物理的に一貫した定式化に導く。 我々は,離散化されたソフトロボットに適した頑健な線形補間問題 (LCP) モデルを開発し,これらの課題に3段階の条件付けパイプラインで対処する。 同じ定式化に基づいて,補足性制約付き数学プログラム (MPCC) を用いた接触による動的軌道最適化を実現する,キネマティックガイド付きウォームスタート戦略を導入し,接触に富む球操作におけるその効果を実証する。 結論として、CUSPはソフトロボティクスにおけるコンタクトモデリング、シミュレーション、計画の統合のための新しい基盤を提供する。

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