論文の概要: A Unified Framework for Multi-Contact Path Planning in the Rolling Robot Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.29065v1
• Date: Sat, 27 Jun 2026 19:50:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-30 18:07:15.775745
• Title: A Unified Framework for Multi-Contact Path Planning in the Rolling Robot Systems
• Title（参考訳）: 転がりロボットシステムにおける多接触経路計画のための統一的枠組み
• Abstract要約: ローリング・モーション・プランニングは、ローリング・コンタクトが非ホロノミックな制約を課すため、難しい。 球状転がりロボットにおける非すべり制約下での多接触経路計画のための新しい枠組みを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.338040976952028
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rolling motion planning is challenging because rolling contact imposes nonholonomic constraints and the configuration evolves on a curved manifold. The problem becomes substantially harder in multi-contact settings, where multiple bodies roll without slip and the contact states are coupled. This paper presents a new framework for multi-contact path planning in spherical rolling robotics under no-slip constraints. We first derive a compact kinematic model for multi-sphere rolling using Montana's contact-coordinate formulation, where each contact is represented by a stacked five-state vector. Building on this model, we construct a Voronoi-based roadmap directly on the spherical contact manifold, incorporating spherical-cap obstacles and mutual-exclusion regions via on-manifold collision checking, and refine discrete graph paths using manifold-consistent log-exp smoothing. The resulting smoothed surface paths are then lifted to admissible multi-contact rolling motions through the derived Montana kinematics and validated via forward simulation. We further evaluate feasibility and path quality versus trajectory smoothness, Voronoi seed density, and computation time. The proposed framework provides a foundation for extending the method to non-spherical geometries, time-varying obstacle environments, and experimental validation on physical rolling robotic platforms.
• Abstract（参考訳）: ローリング・モーション・プランニングは、ローリング・コンタクトが非ホロノミックな制約を課し、その構成が曲線多様体上で進化するからである。 この問題は、複数の体が滑ることなく転がり、接触状態が結合されるマルチコンタクト環境では、かなり困難になる。 球状転がりロボットにおける非すべり制約下での多接触経路計画のための新しい枠組みを提案する。 まず、モンタナの接触座標式を用いて、多面体転がりのコンパクトなキネマティックモデルを導出し、各接触を重畳した5状態ベクトルで表現する。 このモデルに基づいて,球面接触多様体上でのボロノイ型ロードマップを構築し,平面上の衝突チェックを通じて球面障害物と相互排他領域を組み込んで,多様体に一貫性のある対数的滑らか化を用いた離散グラフパスを洗練する。 得られた滑らかな表面の経路は、誘導されたモンタナ運動学を通して許容可能な多接触回転運動へと持ち上げられ、前方シミュレーションによって検証される。 さらに, 軌道平滑性, ボロノイ種密度, 計算時間に対する実現可能性, 経路品質について検討した。 提案フレームワークは,非球面ジオメトリ,時間変化による障害物環境,物理的転がりロボットプラットフォームに対する実験的検証に,この手法を拡張するための基盤を提供する。

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