論文の概要: The Port-Hamiltonian Structure of Vehicle Manipulator Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.16882v1
• Date: Wed, 25 Feb 2026 08:41:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:42.357901
• Title: The Port-Hamiltonian Structure of Vehicle Manipulator Systems
• Title（参考訳）: 自動車マニピュレータシステムのポート・ハミルトン構造
• Abstract要約: 本稿では,車両マニピュレータシステム(VMS)のポート・ハミルトン式について述べる。 基礎となるエネルギー構造を曖昧にする既存のラグランジアンの定式化とは異なり、提案されたポート-ハミルトンの定式化はこれらの複雑な機械系のエネルギーフローと保存特性を明確に示している。 我々は、我々のポート・ハミルトンの定式化と既存の還元されたオイラー・ラグランジュ方程式とボルツマン・ハメル方程式の間の数学的等価性を厳密に確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.21756081703275998
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: This paper presents a port-Hamiltonian formulation of vehicle-manipulator systems (VMS), a broad class of robotic systems including aerial manipulators, underwater manipulators, space robots, and omnidirectional mobile manipulators. Unlike existing Lagrangian formulations that obscure the underlying energetic structure, the proposed port-Hamiltonian formulation explicitly reveals the energy flow and conservation properties of these complex mechanical systems. We derive the port-Hamiltonian dynamics from first principles using Hamiltonian reduction theory. Two complementary formulations are presented: a standard form that directly exposes the energy structure, and an inertially-decoupled form that leverages the principal bundle structure of the VMS configuration space and is particularly suitable for control design and numerical simulation. The coordinate-free geometric approach we follow avoids singularities associated with local parameterizations of the base orientation. We rigorously establish the mathematical equivalence between our port-Hamiltonian formulations and existing reduced Euler-Lagrange and Boltzmann-Hamel equations found in the robotics and geometric mechanics literature.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,航空マニピュレータ,水中マニピュレータ,宇宙ロボット,全方位移動マニピュレータを含む多種多様なロボットシステムであるVMSのポート・ハミルトン式化について述べる。 基礎となるエネルギー構造を曖昧にする既存のラグランジアンの定式化とは異なり、提案されたポート-ハミルトンの定式化はこれらの複雑な機械系のエネルギーフローと保存特性を明確に示している。 我々は、ハミルトニアン還元理論を用いた第一原理からポート・ハミルトン力学を導出する。 エネルギー構造を直接露出する標準形式と、VMS構成空間の主バンドル構造を利用する初期分離形式と、特に制御設計や数値シミュレーションに適している。 私たちが従う座標自由幾何的アプローチは、基底方向の局所パラメータ化に関連する特異点を避ける。 我々は、我々のポート・ハミルトンの定式化と既存の還元されたオイラー・ラグランジュ方程式とボルツマン・ハメル方程式の間の数学的等価性を厳密に確立した。

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