論文の概要: Dynamics, stability, and energy efficiency of an energy-recycling rimless wheel with spring-clutch legs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22073v1
• Date: Sat, 20 Jun 2026 14:48:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-24 16:10:15.082928
• Title: Dynamics, stability, and energy efficiency of an energy-recycling rimless wheel with spring-clutch legs
• Title（参考訳）: ばねクラッチ脚を有する省エネリサイクリング式リムレスホイールのダイナミクス, 安定性, エネルギー効率
• Authors: Tongchen Lin, Yanqiu Zheng, Chuhan Zhang, Ruigang Chen, Yizhar Or, Mingyi Liu,
• Abstract要約: エネルギー循環型リムレスホイールのハイブリッド力学モデルを開発した。 数値シミュレーションは周期的な歩行のダイナミクスや局所的な安定性を調べるために用いられる。 傾斜面上での試作実験を行い,提案機構の実現可能性について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.596254659928001
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This paper proposes an energy-recycling rimless wheel with spring-clutch legs. The proposed mechanism uses a lockable clutch to store part of the impact-induced elastic energy after foot contact and reinject it in the next gait cycle. First, we develop a hybrid dynamic model of the energy-recycling rimless wheel. Second, numerical simulations are used to examine the dynamics, local stability of periodic gaits, and the Cost of Transport (CoT) of the proposed mechanism. The simulation results show that the proposed mechanism reduces the CoT by up to 16.13% compared with a benchmark viscoelastic-legged rimless wheel with telescopic spring-damper legs. Compared with the rigid rimless wheel, the viscoelastic-legged and energy-recycling models reduce the CoT by more than 50%. The energy-recycling model also maintains locally stable periodic gaits over the tested slope and stiffness ranges. Finally, prototype experiments on an inclined plane are conducted to examine the feasibility of the proposed mechanism. The experimental results show that the proposed rimless wheel achieves passive walking on a shallow 1° slope, corresponding to a CoT of approximately 0.02. These results suggest that the proposed spring-clutch mechanism can improve the simulated walking efficiency of the energy-recycling rimless wheel, while the prototype experiments support the feasibility of passive walking with the mechanism.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,バネクラッチ脚を有する省エネリサイクリング式リムレスホイールを提案する。 提案機構は、ロック可能なクラッチを用いて、足の接触後の衝撃誘起弾性エネルギーの一部を蓄え、次の歩行サイクルで再注入する。 まず,エネルギーリサイクル型リムレスホイールのハイブリッド力学モデルを開発する。 第2に,提案機構の動的特性,周期的歩行の局所的安定性,およびコスト・オブ・トランスポート(CoT)について数値シミュレーションを行った。 シミュレーションの結果, 提案機構は, 鏡視下バネダッパー脚付き粘弾性脚式リムレスホイールと比較して, CoT を最大16.13%低減することがわかった。 剛性のリムレスホイールと比較して、粘弾性脚とエネルギーリサイクルモデルはCoTを50%以上減少させる。 エネルギーリサイクルモデルは、試験された斜面と剛性範囲を局部的に安定な周期的な歩行も維持する。 最後に,傾斜面上での試作実験を行い,提案機構の実現可能性について検討した。 実験結果から,提案したリムレスホイールは,約0.02のCoTに対応して,浅い1°傾斜地を受動歩行できることがわかった。 これらの結果から,提案したスプリングクラッチ機構は省エネリサイクリング式リムレスホイールのシミュレーション歩行効率を向上し,プロトタイプ実験は受動歩行の実現性を支持することが示唆された。

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