論文の概要: FlapSim: A Composable MuJoCo Simulation Platform and Reduced-Order Aerodynamic Model Hierarchy for Flapping-Wing Robotics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.40902v1
- Date: Thu, 29 Oct 2026 19:25:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-11-02 22:05:31.478614
- Title: FlapSim: A Composable MuJoCo Simulation Platform and Reduced-Order Aerodynamic Model Hierarchy for Flapping-Wing Robotics
- Title（参考訳）: FlapSim: 折りたたみ翼ロボットのための構成可能なMuJoCoシミュレーションプラットフォームと低次空力モデル階層
- Abstract要約: 羽ばたきシミュレーションは、飛行制御と強化学習に関連する遅いダイナミクスと高周波翼の空気力学を調整しなければならない。
本稿では,ロボット記述,翼形状,空力モデルを組み合わせたモジュール型オープンソース MuJoCo シミュレーションプラットフォームである FlapSim を紹介する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Flapping-wing simulation must reconcile high-frequency wingbeat aerodynamics with the slower dynamics relevant to flight control and reinforcement learning. We present FlapSim, a modular open-source MuJoCo simulation platform that combines robot descriptions, wing geometry, and composable aerodynamic models in a deterministic simulation pipeline. Across $48$ held-out scenarios spanning frequency, gimbal, wind, frequency-step, gust, and cross-robot flat-plate regimes, we compare five reduced-order configurations operating at $1\,\text{ms}$ with a $50\,μ\text{s}$ quasi-steady blade-element reference. The built-in hover cycle-averaged baseline achieves a $67.51\times$ CPU speedup but only $0.6593$ mean wrench fidelity. Combining multirate $21$-substep clock synchronization, three-dimensional linear/quadratic inflow and gust coupling, analytical blade-element geometry scaling, and phase-locked $1f\text{--}6f$ harmonics raises mean fidelity to $0.9646$ at a $65.19\times$ speedup in a five-block model. A streamlined four-block model without explicit step-transient lag states achieves $0.9662$ fidelity at a $67.98\times$ speedup. Controlled ablations show that stroke harmonics are particularly important during frequency transitions, improving held-out frequency-step fidelity by $+0.3176$. Transfer-function analysis explains this effect: fixed-window cycle averaging retains harmonic contributions when the wingbeat frequency changes, so within-cycle reconstruction also improves the filtered wrench. Once phase alignment and harmonic synthesis are included, explicit transient lag states provide no additional benefit in this benchmark. These results characterize the accuracy--computation tradeoff of the aerodynamic hierarchy and identify timing, inflow, geometry, and harmonic representation as central considerations for reduced-order flapping-wing simulation.
- Abstract（参考訳）: 羽ばたきシミュレーションは、飛行制御と強化学習に関連する遅いダイナミクスと高周波翼の空気力学を調整しなければならない。
提案するFlapSimは,ロボット記述,翼形状,構成可能な空力モデルを組み合わせた,モジュール形式のオープンソース MuJoCo シミュレーションプラットフォームである。
周波数, ジンバル, 風, 周波数ステップ, ガスト, 横ロボットの平板構造にまたがる48ドルの保留シナリオを網羅し, 1 ,\text{ms}$ の低次構成を50,μ\text{s}$ の準定常ブレード要素参照で比較した。
内蔵のホバーサイクル平均ベースラインは67.51\times$ CPUスピードアップを達成するが、平均レンチ忠実度は0.6593$である。
マルチレート211ドルのサブステップクロック同期、三次元リニア/クアッドレートのインフローとガストカップリング、分析ブレード要素の幾何スケーリング、位相ロックされた1f\text{--}6f$ハーモニクスを組み合わせることで、5ブロックモデルで平均精度は0.9646$で65.19\times$スピードアップする。
明示的なステップ遷移ラグ状態のない合理化4ブロックモデルでは、$0.9662$の忠実さを67.98\times$のスピードアップで達成する。
制御されたアブレーションは、ストロークハーモニクスが周波数遷移において特に重要であり、保持された周波数ステップの忠実度を$+0.3176$で改善することを示している。
固定ウィンドウサイクル平均化は、ウィングビート周波数が変化したときにハーモニックな寄与を保ち、サイクル内再構成はフィルターされたレンチも改善する。
位相アライメントと調和合成が組み込まれると、明示的な過渡的なラグ状態は、このベンチマークには追加の利益を与えない。
これらの結果は, 空力階層の高精度計算トレードオフを特徴付け, 時間, 流入, 幾何, 調和表現をフラッピング・ウィングシミュレーションにおける中心的考察として同定する。
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