論文の概要: Durability-Aware Multi-Objective Optimization of the Jansen Linkage: Trading Gait Quality Against Joint Wear

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22129v1
• Date: Sat, 20 Jun 2026 16:11:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 22:42:48.44921
• Title: Durability-Aware Multi-Objective Optimization of the Jansen Linkage: Trading Gait Quality Against Joint Wear
• Title（参考訳）: ヤンセンリンクの耐久性を考慮した多目的最適化:関節摩耗に対するトレーディング歩行品質
• Authors: Jichao Wang,
• Abstract要約: ヤンセンリンク(Jansen linkage)は、単自由度平面脚機構である。 本稿では,ヤンセン脚の設計に耐久性の目標を導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9443230571766854
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Jansen linkage is a single-degree-of-freedom planar leg mechanism whose eleven "holy numbers" were evolved by Theo Jansen to optimize the foot-path gait alone, with no regard for the wear of its revolute joints. This paper introduces a durability objective into the design of the Jansen leg. A parametric forward-kinematic model (two-circle-intersection solver), an inverse-dynamic model (constraint-Jacobian / Lagrange-multiplier formulation of a seven-body, ten-joint system, independently cross-verified by a reduced-DOF energy method), and an Archard wear model are coupled to evaluate, for any set of link lengths, both gait quality and the per-cycle sliding wear at every pin. Because the wear is computed on ideal, clearance-free revolute joints, the resulting wear figures are a relative comparative ranking rather than an absolute life prediction. A bi-objective problem -- composite gait error versus total joint wear, subject to step-length, ground-clearance, duty-factor and assembly constraints -- is solved with NSGA-II. Under the adopted gait metric the classical Jansen design is Pareto-dominated: for a representative design, link-length adjustments within +/-29% simultaneously flatten the stance (-28%), smooth the stance velocity (-58%) and reduce total joint wear by ~56%. A sensitivity study shows the wear advantage is robust across a crank-speed x payload envelope (48%-56%) and identifies the link lengths that most strongly govern wear. A variance-based global (Sobol) analysis confirms that two link lengths dominate the wear variance, and a Monte-Carlo manufacturing-tolerance study shows the wear advantage degrades gracefully under realistic fabrication error. The framework provides a practical route to longer-lived walking linkages and a baseline for future wear-clearance-impact coupled studies.
• Abstract（参考訳）: ヤンセン・リンケージ(Jansen linkage)は、セオ・ヤンセン(Theo Jansen)によって11個の「ホリーナンバー」(holy number)が進化した単自由度平面脚機構である。 本稿では,ヤンセン脚の設計に耐久性の目標を導入する。 パラメトリック前方運動モデル(2円断面解法)、逆力学モデル(7体10接合系の制約/ラグランジュ乗算器の定式化)、アーチャード摩耗モデルを組み合わせて、各ピンにおける歩行品質とサイクルごとの滑り摩耗のいずれにおいても、任意のリンク長について評価する。 摩耗は理想的でクリアランスのない逆流継手で計算されるので、結果として得られる摩耗の数値は絶対寿命予測よりも相対的なランクである。 NSGA-IIでは, 複合歩行誤差と全関節摩耗, ステップ長, グラウンドクリアランス, デューティファクタ, 組立制約の両目的問題を解いた。 代表的な設計では、+/-29%のリンク長調整は姿勢(28%)を同時に平らにし、姿勢速度(58%)を滑らかにし、関節総摩耗を約56%削減する。 感度調査では、クランク速度xペイロードエンベロープ(48%-56%)で摩耗が堅牢であることを示し、摩耗を強く支配するリンク長を特定する。 分散に基づくグローバル(ソボ)分析では、2つのリンク長が摩耗のばらつきを支配することが確認され、モンテカルロ製造耐久試験では、現実的な加工誤差下での摩耗優位性は良好に低下することが示された。 この枠組みは、長寿命歩行リンクへの実践的なルートと、将来のウェアラブル・クリアランス・インパクト複合研究のベースラインを提供する。

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