负载拉力四足动物的步态转换：来自拉雪狗及其最小 SLIP 模型的洞见
系统与控制
2025-12-25 v4 系统与控制
摘要
四足动物在优化速度、稳定性和能源效率方面采用多样化的跑步策略。然而， enable 高速负载下步态转换的生物力学机制仍鲜为人知。本研究提供了关于负载拉力四足动物生物力学的新见解，采用冲刺拉雪狗作为模型系统。高速视频和力记录揭示，拉雪狗常在仅数个步幅内即可在无速度、步幅持续时间或地形变化的情况下在旋转与横向跑步步态之间切换，清晰表明了高速负载下的运动多稳定性。为探讨这些步态转换的机械基础，构建了一个基于物理的四足 Spring-Loaded Inverted Pendulum 模型，包含混合动力学和规定的足着陆序列，以再现赛雪狗观察到的不对称跑步模式。通过轨迹优化，我们复制了实验观察到的步态序列，确定摆臂刚度调制是诱导步态转换的关键控制机制。该工作为高速动物拉力提供了必要的生物力学视角，并为研究拉雪狗运动提供了建模框架，对双生物学理解和自适应四足系统设计具有深远意义。
引用
@article{arxiv.2507.14727,
title = {Gait Transitions in Load-Pulling Quadrupeds: Insights from Sled Dogs and a Minimal SLIP Model},
author = {Jiayu Ding and Benjamin Seleb and Heather J. Huson and Saad Bhamla and Zhenyu Gan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.14727},
year = {2025}
}