論文の概要: Wear-Clearance-Impact Coupling in the Jansen Linkage: A Gait-Durability-Optimized Design Slows Joint Loosening
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.25208v1
- Date: Tue, 23 Jun 2026 22:01:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-25 17:05:30.161932
- Title: Wear-Clearance-Impact Coupling in the Jansen Linkage: A Gait-Durability-Optimized Design Slows Joint Loosening
- Title(参考訳): ジャンセンリンクにおける摩耗-クリーランス-Impactカップリング:歩行-耐久性-最適化設計
- Authors: Jichao Wang,
- Abstract要約: 転位関節がクリアランス関節となるヤンセン脚の前方力学モデルを構築した。
第一に、クリアランスは最大関節荷重を過小評価し、第二に、カップリングは強い衝撃に敏感である。
第三に、摩耗は非一様であり、10デグの荷重アークに集中するので、均一なクリアランス成長が局所クリアランス成長を36倍過小評価すると仮定する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 2.9443230571766854
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A companion study introduced joint durability into the dimensional design of the Theo Jansen walking linkage and found its classical "holy numbers" Pareto-dominated, but it modelled the revolute joints as ideal, clearance-free pins, so its wear figures were relative rankings, not a prediction of in-service degradation. Here we relax that idealization. We build a forward-dynamic model of the Jansen leg in which a revolute joint becomes a clearance joint with a continuous normal contact law (Lankarani-Flores, hysteresis-damped) and Ambrosio friction, integrated as a constraint-stabilized differential-algebraic system, and couple it to the Archard law in a wear->clearance->impact feedback loop. Three findings emerge. First, neglecting clearance underestimates the peak joint load: the clearance model gives a peak contact force of ~104 N at the load-bearing pin against ~48 N for the ideal joint (~2x amplification), rising to ~426 N when two joints carry clearance at once. Second, the coupling is strongly impact-sensitive--single trajectories are non-monotonic and can reverse the design ranking, a chaos consistent with the literature--so designs must be compared statistically; over an ensemble of 16 randomized phases the optimized joint is robustly more durable, with per-cycle wear ~9-7x lower (peak force ~4x lower) at one clearance joint and still ~1.7x lower on both with two (p<0.01 throughout). Third, the wear is strongly non-uniform--it concentrates on a ~10 deg load arc--so assuming uniform clearance growth underestimates local clearance growth by ~36x. The clearance-free durability advantage thus survives the chaotic, multi-joint, non-uniformly-worn coupling in the ensemble mean. We deliver the first clearance-coupled forward-dynamic model of the Jansen leg and specify a falsifiable protocol to test each prediction.
- Abstract(参考訳): 共同研究では、テオ・ヤンセン歩行リンクの次元設計にジョイント耐久性を導入し、古典的な「ホリーナンバー」パレートを支配下に置いたが、リボリュートジョイントを理想的でクリアランスのないピンとしてモデル化した。
ここでは、その理想化を緩和します。
本研究は,Jansen脚の前方動的モデルを構築し,関節が連続的な正常接触法則(Lankarani-Flores, hysteresis-damped)とアンブロジオ摩擦(Ambrosio friction)とのクリアランス結合となり,制約安定化微分代数系として統合され,装着>クリアランス>インパクトフィードバックループでアーチャード法則と結合する。
3つの発見がある。
クリアランスモデルは、2つのジョイントが一度にクリアランスを運ぶと、理想的なジョイントに対して ~48 N に対して ~104 N のピーク接触力を与える(~2倍の増幅)。
第二に、結合性は強い衝撃に敏感であり、単調ではなく、設計のランクを逆転させることができるため、文献に整合したカオスは統計的に比較されなければならない。したがって、16のランダム化フェーズのアンサンブルにおいて、最適化された関節は頑丈に耐久性が高く、一方のクリアランスジョイントでは、サイクル当たりの摩耗が9-7倍(ピーク力は~4倍)低く、一方のクリアランスジョイントでは、どちらも1.7倍低い(p<0.01全体)。
第3に、摩耗は非一様であり、すなわち10デグの荷重弧に集中しているため、均一なクリアランス成長が局所クリアランス成長を約36倍過小評価している。
クリアランスフリー耐久性の利点は、アンサンブル平均におけるカオス、多接合、非一様結合を生き残る。
我々は,ヤンセン脚の最初のクリアランス結合前方力学モデルを提供し,各予測をテストするためのファリシビリティプロトコルを規定する。
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