論文の概要: A QUBO Formulation Framework for Kinematic Structure-Based Robot Design Optimization: A Robotic Hand Case Study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.15510v1
• Date: Fri, 15 May 2026 01:09:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-18 17:44:16.291672
• Title: A QUBO Formulation Framework for Kinematic Structure-Based Robot Design Optimization: A Robotic Hand Case Study
• Title（参考訳）: 運動構造に基づくロボット設計最適化のためのQUBO定式化フレームワーク:ロボットハンドケーススタディ
• Authors: HyoJae Kang, Yeong Jae Park, Jeongdo Ahn, Dongil Park,
• Abstract要約: 本稿では,ロボット設計最適化のための2次的制約のない二項最適化に基づく定式化フレームワークを提案する。 各指の個々の運動特性と相互作用条件の両方から,ロボットハンドの動作が決定されるため,ロボットハンドが代表的ケーススタディとして採用される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.06999740786886534
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This paper presents a quadratic unconstrained binary optimization-based formulation framework for robot design optimization using kinematic structure-level evaluation metrics. In the proposed framework, classical computation is used to evaluate design-dependent metrics while the resulting combinatorial selection problem is formulated in a structure compatible with quantum annealing-based optimization. A robotic hand is adopted as a representative case study, as its performance is determined by both the individual kinematic characteristics of each finger and interaction terms. The proposed formulation incorporates individual design rewards, overlap workspace interactions, one-hot constraint, and structural dependency penalties into a unified quadratic model. A 27-variable robotic hand design problem is constructed, and simulated annealing is used as a classical baseline to verify the feasibility of the formulation. Quantum annealing is further performed to examine the applicability of the proposed formulation to annealing-based hardware execution. The results show that feasible design combinations satisfying both one-hot selection and pairwise constraints can be obtained, with the observed objective-value range becoming narrower as the number of reads increases. In addition, the formulation process is discussed for other robotic systems. The proposed framework provides a generalized approach for transforming kinematic structure-based robot design problems into combinatorial optimization problems.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,機械的構造レベル評価指標を用いたロボット設計最適化のための2次的制約のないバイナリ最適化に基づく定式化フレームワークを提案する。 提案フレームワークでは、設計に依存したメトリクスを評価するために古典計算を用いており、その結果の組合せ選択問題は、量子アニールに基づく最適化と互換性のある構造で定式化されている。 各指の個々の運動特性と相互作用条件の両方から,ロボットハンドの動作が決定されるため,ロボットハンドが代表的ケーススタディとして採用される。 提案した定式化は、個々の設計報酬、重なり合うワークスペース相互作用、ワンホット制約、構造的依存関係のペナルティを統一された二次モデルに組み込む。 27変数のロボットハンドデザイン問題を構築し、模擬アニールを古典的ベースラインとして使用して、定式化の実現可能性を検証する。 さらに, 量子アニール法を用いて, 提案法の適用性について検討した。 その結果,1ホット選択とペアワイズ制約を満足できる設計の組み合わせが得られ,読み出し回数が増えるにつれて観測対象値の範囲が狭くなることがわかった。 また、他のロボットシステムについても定式化プロセスについて論じる。 提案フレームワークは,運動構造に基づくロボット設計問題を組合せ最適化問題に変換するための一般化されたアプローチを提供する。

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