論文の概要: Design of an In-Pipe Robot with Contact-Angle-Guided Kinematic Decoupling for Crosstalk-Suppressed Locomotion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.27245v1
• Date: Sat, 28 Mar 2026 11:40:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-31 23:18:44.863691
• Title: Design of an In-Pipe Robot with Contact-Angle-Guided Kinematic Decoupling for Crosstalk-Suppressed Locomotion
• Title（参考訳）: クロストーク抑制ロコモーションのための接触角誘導キネマティックデカップリングを用いた管内ロボットの設計
• Authors: Min Yang, Yang Tian, Longchuang Li, Jun Ma, Shugen Ma,
• Abstract要約: 管内検査ロボットは、肘と3次元のフィッティングで閉じ込められたパイプラインネットワークを横切る必要がある。 コンパクトなV字型プラットフォームでは、これらの機能はしばしば共有接触や間接運動に依存する。 本稿では、2つの物理的独立なアクティベーションチャネルを提供するジョイント軸・ホイール分離レイアウトを備えたV字型インパイプロボットを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 20.379309593600414
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In-pipe inspection robots must traverse confined pipeline networks with elbows and three-dimensional fittings, requiring both reliable axial traction and rapid rolling reorientation for posture correction. In compact V-shaped platforms, these functions often rely on shared contacts or indirect actuation, which introduces strong kinematic coupling and makes performance sensitive to geometry and friction variations. This paper presents a V-shaped in-pipe robot with a joint-axis-and-wheel-separation layout that provides two physically independent actuation channels, with all-wheel-drive propulsion and motorized rolling reorientation while using only two motors. To make the decoupling mechanism explicit and designable, we formulate an actuation transmission matrix and identify the spherical-wheel contact angle as the key geometric variable governing the dominant roll-to-propulsion leakage and roll-channel efficiency. A geometric transmission analysis maps mounting parameters to the contact angle, leakage, and efficiency, yielding a structural guideline for suppressing crosstalk by driving the contact angle toward zero. A static stability model further provides a stability-domain map for selecting torsion-spring stiffness under friction uncertainty to ensure vertical-pipe stability with a margin. Experiments validate the decoupling effect, where during high-dynamic rolling in a vertical pipe, the propulsion torque remains nearly invariant. On a multi-material testbed including out-of-plane double elbows, the robot achieved a 100% success rate in more than 10 independent round-trip trials.
• Abstract（参考訳）: 管内検査ロボットは、肘と3次元フィッティングを併用した密閉パイプライン網を横切る必要があり、姿勢補正には信頼性の高い軸トラクションと高速転がり再配向が必要である。 コンパクトなV字型プラットフォームでは、これらの関数はしばしば共有接触や間接運動に依存し、強いキネマティック結合を導入し、幾何学や摩擦の変動に敏感な性能をもたらす。 本稿では、2つのモーターのみを使用しながら、全輪駆動の推進とモータ駆動の転がりリオリエンテーションを備えた2つの物理的独立なアクティベーションチャネルを提供する、関節軸・車輪分離レイアウトを備えたV字型インパイプロボットを提案する。 分離機構を明確かつ設計可能にするため,アクティベーション伝達行列を定式化し,球形ホイール接触角を支配的なロール・ツー・プロパルション・リークとロール・チャネル効率を規定する鍵幾何学的変数として同定する。 幾何透過解析は、パラメータを接触角、漏れ、効率にマッピングし、接触角をゼロに駆動することでクロストークを抑制する構造的ガイドラインを与える。 静的安定モデルはさらに、摩擦不確実性の下でねじりばね剛性を選択する安定領域マップを提供し、マージンで垂直パイプ安定性を確保する。 垂直管内での高流動圧延において、推進トルクはほぼ不変であるようなデカップリング効果を実験により検証した。 飛行機外のダブル肘を含む多材料テストベッドでは、10回以上の独立したラウンドトリップ試験で100%の成功率を達成した。

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