論文の概要: Full Nonlinear Nonholonomic Dynamics and Motion Analysis of a 3-DoF Underactuated Spherical Rolling Robot
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22169v1
- Date: Sat, 20 Jun 2026 17:57:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-25 22:21:15.386824
- Title: Full Nonlinear Nonholonomic Dynamics and Motion Analysis of a 3-DoF Underactuated Spherical Rolling Robot
- Title（参考訳）: 3自由度不動球面転がりロボットの非線形非線形非ホロノミックダイナミクスと運動解析
- Authors: Lakshmesha Krishnapa, Ahnaf Sharaar Mazahar, Seyed Amir Tafrishi,
- Abstract要約: MonoRollBotは、単一のモーター、リードスクリュートランスミッション、スプリングカップリングされた内部移動質量によって駆動される、新しい3DoF球面ローリングロボットである。
これは、モノアクチュレートされた超不飽和球面ローリングロボットに報告された最初の完全な非線形非ホロノミックモデルの一つである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1584771636861875
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper presents a full nonlinear constrained dynamic model of MonoRollBot, a novel 3-DoF spherical rolling robot driven by a single motor, a lead-screw transmission, and a spring-coupled internal moving mass, together with motion analysis of its behavior. To the best of our knowledge, this is one of the first full nonlinear nonholonomic models reported for a mono-actuated, super-underactuated spherical rolling robot of this kind. Because rolling without slipping is nonholonomic, the dynamics are derived using the Lagrange--d'Alembert formulation, with the lead-screw relation imposed as a holonomic constraint and the rolling condition imposed in Pfaffian form. The formulation retains the complete generalized coordinates of shell translation, shell attitude, screw travel, nut rotation, and radial mass motion. Simulations and representative motion studies show qualitative agreement with prototype behavior and reveal how gravity, compliance, and inertia jointly shape the locomotion and motion capabilities of this strongly underactuated robot. The resulting model also provides a mechanically consistent basis for future state estimation and hybrid controller design for this nonholonomic mono-actuated rolling robot.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, モノロールボットの非線形拘束動的モデル, 単一モータ, リードスクリュートランスミッション, スプリングカップリング内移動質量を駆動する3自由度球面ローリングロボットについて, 動作解析とともに述べる。
我々の知る限りでは、これはモノアクティベートで超不飽和な球状転がりロボットに報告された最初の完全な非線形非ホロノミックモデルの一つだ。
すべりのない転がりはホロノミックではないため、力学はラグランジュ-ダレムベルトの定式化(英語版)を用いて導かれる。
この定式化は、シェル翻訳、シェル姿勢、スクリュー走行、ナット回転、ラジアル質量運動の完全な一般化座標を維持している。
シミュレーションと代表的な動作研究は、プロトタイプの動作と質的な一致を示し、この強弱不動ロボットの運動能力と運動能力を、重力、コンプライアンス、慣性が共同でどのように形作るかを明らかにする。
結果として得られたモデルは、将来の状態推定のための機械的に一貫した基盤と、この非ホロノミックな単動回転ロボットのためのハイブリッドコントローラ設計を提供する。
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