水陸両用移動2026/9/23arXiv:2609.27358

内部質量駆動による全方向水陸両用移動

Omnidirectional Amphibious Locomotion via Internal Mass Actuation

内部の質量を動かすだけで回転し、陸上では転がり、水上ではフィンで推進する密閉球体ロボットMARBLEを開発した。

詳しい要約

1. どんなもの？

- 完全密閉型の全方向両生ローリングロボット MARBLE を提案 - 内部質量再分配のみで駆動し、外部に推進用アクチュエータを持たない - 3つの直交する linear slider で内部質量を移動し、機体回転を生成 - 剛体球殻が陸上接触面・浮力筐体・受動 fin の取付構造を兼ねる - 同一球殻の回転で陸上 rolling と水上 surface propulsion を実現 - 機械的再構成や別駆動系なしで land-water transition が可能

2. 先行研究と比べてどこがすごい？

- 従来の両生ロボットは媒体ごとに異なる推進機構や再構成を要することが多い - MARBLE は単一の密閉機械アーキテクチャで全方向移動と cross-medium locomotion を両立 - 外部アクチュエータを排し、内部質量移動のみで駆動する点が特徴 - 球形状により地形・障害物との接触時も姿勢変化や接触位置変化に耐容 - 受動 fin を球殻に取り付け、同一回転で水上推進を実現 - 陸上・水上・遷移・障害物相互作用を一貫設計で扱う点が先行研究と異なる

3. 技術・手法の肝は？

- 3つの相互直交 linear slider による内部質量再分配で body rotation を生成 - orientation-aware controller が planar velocity command を slider 位置へ写像 - 剛体球殻が陸上接触面・浮力筐体・fin 取付構造を兼ねる - 受動 fin が球殻回転により水面上推進を生む - 機械的再構成や専用 locomotion actuator を不要とする設計 - 球形状が接触時の姿勢・接触位置変化への耐容性を提供

4. どうやって有効だと検証した？

- omnidirectional locomotion characterization を実施 - heterogeneous terrestrial environments の走破を評価 - aquatic surface locomotion を評価 - land-water transitions を評価 - deliberate obstacle interactions を評価 - 単一密閉機構で全方向移動・cross-medium locomotion・環境接触耐容性を組み合わせ可能と実証

5. 議論はある？

- 単一密閉機械アーキテクチャで全方向移動・cross-medium locomotion・接触耐容性を統合 - 異種地形・障害物・land-water transition にまたがる field mobility 向けの compact design を提示 - ソフトウェアとハードウェア設計を open-source 化予定 - 具体的な限界・失敗事例・定量比較は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は？

- 要旨で参照・比較されている個別研究は明示されていない - 関連手法として internal mass actuation、spherical rolling robot、amphibious robot、cross-medium locomotion、omnidirectional locomotion の文献を挙げる - 同分野の定番として field robotics、terrestrial locomotion、aquatic surface propulsion に関する研究を参照すべき

※ 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: Niko Weaver, Boxi Xia, Li-Yu Lo, Yuhao Huang, Boyuan Chen

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Field robots must traverse varied terrain and obstacles while remaining robust to water, debris, vegetation, and physical contact. We present MARBLE, a fully enclosed omnidirectional amphibious rolling robot driven entirely by internal mass redistribution. Three mutually orthogonal linear sliders shift internal masses to generate body rotation, while an orientation-aware controller maps planar velocity commands into slider positions. A rigid spherical shell encloses all active mechanisms and simultaneously serves as the terrestrial contact surface, buoyant enclosure, and mounting structure for passive fins that enable water-surface propulsion. Rotation of the same shell architecture hence produces rolling on land and surface propulsion in water without mechanical reconfiguration or separate locomotion actuators. The spherical morphology further allows the robot to accommodate changes in body orientation and contact location during direct interactions with terrain and obstacles. We evaluate MARBLE through omnidirectional locomotion characterization, traversal across heterogeneous terrestrial environments, aquatic surface locomotion, land-water transitions, and deliberate obstacle interactions. These experiments demonstrate how a single enclosed mechanical architecture can combine omnidirectional mobility, cross-medium locomotion, and tolerance to environmental contact. MARBLE provides a compact design for field mobility across heterogeneous terrain, obstacles, and land-water transitions. We will open-source all software and hardware design. Our website is https://generalroboticslab.com/MARBLE

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