論文の概要: Dynamic Modeling and Attitude Control of a Reaction-Wheel-Based Low-Gravity Bipedal Hopper

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.10670v1
• Date: Wed, 11 Mar 2026 11:35:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.677459
• Title: Dynamic Modeling and Attitude Control of a Reaction-Wheel-Based Low-Gravity Bipedal Hopper
• Title（参考訳）: 低重力二足ホッパーの動的モデリングと姿勢制御
• Authors: Shriram Hari, M Venkata Sai Nikhil, R Prasanth Kumar,
• Abstract要約: ホッピング・ロコモーションは エネルギー効率が高いが 飛行中の姿勢不安定になりやすい 本稿では,内輪を用いた不動二足歩行ロボットによる姿勢制御について述べる。 提案手法は,月の重力条件下でのMuJoCoシミュレーションで評価される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Planetary bodies characterized by low gravitational acceleration, such as the Moon and near-Earth asteroids, impose unique locomotion constraints due to diminished contact forces and extended airborne intervals. Among traversal strategies, hopping locomotion offers high energy efficiency but is prone to mid-flight attitude instability caused by asymmetric thrust generation and uneven terrain interactions. This paper presents an underactuated bipedal hopping robot that employs an internal reaction wheel to regulate body posture during the ballistic flight phase. The system is modeled as a gyrostat, enabling analysis of the dynamic coupling between torso rotation and reaction wheel momentum. The locomotion cycle comprises three phases: a leg-driven propulsive jump, mid-air attitude stabilization via an active momentum exchange controller, and a shock-absorbing landing. A reduced-order model is developed to capture the critical coupling between torso rotation and reaction wheel dynamics. The proposed framework is evaluated in MuJoCo-based simulations under lunar gravity conditions (g = 1.625 m/s^2). Results demonstrate that activation of the reaction wheel controller reduces peak mid-air angular deviation by more than 65% and constrains landing attitude error to within 3.5 degrees at touchdown. Additionally, actuator saturation per hop cycle is reduced, ensuring sufficient control authority. Overall, the approach significantly mitigates in-flight attitude excursions and enables consistent upright landings, providing a practical and control-efficient solution for locomotion on irregular extraterrestrial terrains.
• Abstract（参考訳）: 月や地球近傍の小惑星のような低重力加速度によって特徴づけられる惑星の天体は、接触力の低下と飛行間隔の延長による独特の移動制限を課している。 移動戦略の中で、ホッピングロコモーションは高いエネルギー効率を提供するが、非対称な推力発生と不均一な地形相互作用によって引き起こされる飛行中の姿勢不安定性を引き起こす。 本稿では,内輪を用いた非作動二足歩行ロボットを用いて,弾道飛行時の体姿勢を調節する手法を提案する。 このシステムはジャイロスタットとしてモデル化され、トルソ回転とリアクションホイール運動量の間の動的カップリングの解析を可能にする。 移動サイクルは、脚駆動の推進ジャンプ、アクティブモーメント交換制御装置による空中姿勢安定化、衝撃吸収着陸の3段階からなる。 トルソ回転とリアクションホイールのダイナミックスとの臨界結合を捉えるために, 縮小次モデルを開発した。 提案手法は,月の重力条件下でのMuJoCoシミュレーション(g = 1.625 m/s^2)で評価される。 その結果, 反応ホイールコントローラの活性化により, ピーク中角偏差が65%以上減少し, タッチダウン時の着地姿勢誤差が3.5度以内に制限されることが判明した。 さらに、ホップサイクル当たりのアクチュエータ飽和を低減し、十分な制御権限を確保する。 全体として、このアプローチは飛行中の姿勢の移動を著しく軽減し、一貫した直立着陸を可能にし、不規則な地球外地形で移動するための実用的で制御効率の良いソリューションを提供する。

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