論文の概要: Asymptotically Stable Gait Generation and Instantaneous Walkability Determination for Planar Almost Linear Biped with Knees

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.12274v1
• Date: Tue, 14 Apr 2026 04:36:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-15 19:11:32.240159
• Title: Asymptotically Stable Gait Generation and Instantaneous Walkability Determination for Planar Almost Linear Biped with Knees
• Title（参考訳）: 膝付き平面ほぼ線形二足歩行における漸近安定歩行生成と即時歩行性判定
• Authors: Fumihiko Asano, Ning Lei, Taiki Sedoguchi,
• Abstract要約: 独自の機械的特性を持つ平面二足歩行ロボットのクラスが提案されている。 運動方程式の共通する性質は、慣性行列が定数行列であり、非線形速度項がなく、重力項は単純な非線形項を含むことである。 本稿では, 膝付き平面二足歩行ロボットモデルに提案手法を拡張した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.8670524841575715
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A class of planar bipedal robots with unique mechanical properties has been proposed, where all links are balanced around the hip joint, preventing natural swinging motion due to gravity. A common property of their equations of motion is that the inertia matrix is a constant matrix, there are no nonlinear velocity terms, and the gravity term contains simple nonlinear terms. By performing a Taylor expansion of the gravity term and making a linear approximation, it is easy to derive a linearized model, and calculations for future states or walkability determination can be performed instantaneously without the need for numerical integration. This paper extends the method to a planar biped robot model with knees. First, we derive the equations of motion, constraint conditions, and inelastic collisions for a planar 6-DOF biped robot, design its control system, and numerically generate a stable bipedal gait on a horizontal plane. Next, we reduce the equations of motion to a 3-DOF model, and derive a linearized model by approximating the gravity term as linear around the expansion point for the thigh frame angle. Through numerical simulations, we demonstrate that calculations for future states and walkability determination can be completed in negligible time. By applying control inputs to the obtained model, performing state-space realization, and then discretizing it, instantaneous walkability determination through iterative calculation becomes possible. Through detailed gait analysis, we discuss how the knee joint flexion angle and the expansion point affect the accuracy of the linear approximation, and the issues that arise when descending a small step.
• Abstract（参考訳）: 独自の機械的特性を持つ平面二足歩行ロボットのクラスが提案され、すべてのリンクが股関節の周りでバランスを取り、重力による自然な揺動を防止している。 運動方程式の共通する性質は、慣性行列が定数行列であり、非線形速度項がなく、重力項は単純な非線形項を含むことである。 重力項のテイラー展開と線形近似を行うことにより線形化モデルを導出し易く、数値積分を必要とせずに将来の状態や歩行性決定の計算を瞬時に行うことができる。 本稿では, 膝付き平面二足歩行ロボットモデルに提案手法を拡張した。 まず,平面型6-DOF二足歩行ロボットの運動,制約条件,非弾性衝突の方程式を導出し,その制御系を設計し,水平面上で安定な二足歩行を数値的に生成する。 次に、運動方程式を3DOFモデルに還元し、大腿フレーム角の展開点付近で重力項を線形として近似することにより線形化モデルを導出する。 数値シミュレーションにより、将来の状態の計算と歩行性判定が無視可能な時間で完了できることを実証する。 得られたモデルに制御入力を適用し、状態空間実現を行い、それを判別することにより、反復計算による即時歩行可能性判定が可能となる。 詳細な歩行解析を通じて, 膝関節屈曲角度と伸展点が線形近似の精度にどのように影響するか, そして, 降下時に生じる問題点について考察する。

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