水中ロボット/姿勢制御2026/9/6arXiv:2609.09217

水中四脚ロボットの設計と姿勢制御

Design and Attitude Control of an Underwater Quadruped Robot

防水モータハウジングを備えた再現可能な水中四脚ロボットを設計し、SO(3)上の誤差定式化に基づく閉ループ姿勢制御をシミュレーションと水槽実験で検証した。

詳しい要約

1. どんなもの？

- 水中で動作する四脚ロボットの設計・モデル化・実験的検証を提示 - 防水モータハウジングを polyoxymethylene 製で自作し、O-ring と dynamic shaft seal を使用 - 球状 end effector への drag が floating base にトルクを伝える動力学モデルを導出 - SO(3) 上の誤差定式化を用いた閉ループ attitude controller を開発 - 水槽実験で roll, pitch, yaw の目標姿勢追従を評価

2. 先行研究と比べてどこがすごい？

- 脚式ロボットは陸上で汎用だが水中利用は限定的 - 本研究は四脚 locomotion を水中に拡張し、amphibious mobility を可能にする - 再現可能な underwater quadruped robot を設計・モデル化・実験検証まで一貫して提示 - 既存の水中ロボット研究との具体的比較は要旨からは不明

3. 技術・手法の肝は？

- 防水モータハウジングを polyoxymethylene から機械加工し、市販 O-ring と dynamic shaft seal で密封 - 水中脚式システムの簡略動力学モデルを導出 - 球状 end effector に働く drag が floating base にトルクを伝える機構を記述 - SO(3) 上の誤差定式化に基づく閉ループ attitude controller を設計 - シミュレーションと水槽実験で制御器を評価

4. どうやって有効だと検証した？

- シミュレーションで制御器を評価 - 水槽実験で roll, pitch, yaw の目標姿勢 setpoint への追従を検証 - 実験により水中四脚ロボットの姿勢制御が有効であることを示す - 詳細な評価指標や統計は要旨からは不明

5. 議論はある？

- 水中環境での脚式ロボットの可能性を inspection, environmental monitoring, disaster response へ応用 - 再現可能な設計と防水機構の実現性を示す - 限界や課題、今後の改善点についての議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は？

- 要旨で参照・比較されている研究は明示されていない - 同分野の定番として underwater legged robot, amphibious robot, SO(3) attitude control に関する研究が挙げられる - 具体的な論文名は要旨からは不明

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Davide Molinaroli, Mohit Singh, Kostas Alexis

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Legged robots are versatile on land, but their use in underwater environments remains limited. Extending quadruped locomotion to water enables amphibious mobility with applications in inspection, environmental monitoring and disaster response. This paper presents the design, modeling, and experimental validation of a reproducible underwater quadruped robot. The robot is built around custom waterproof motor housings machined from polyoxymethylene plastic, which use off-the-shelf O-rings and dynamic shaft seals. A simplified model is derived to describe the dynamics of this underwater legged system, capturing how drag forces on spherical end effectors transmit torque to the floating base. Building on this model, a closed-loop attitude controller is developed using an error formulation defined on the special orthogonal group SO(3). The controller is evaluated both in simulation and experimentally in a water tank, where the robot tracks desired orientation setpoints in roll, pitch and yaw.

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