脊柱运动与肢体支撑之间的相位关系决定了具有非对称脊柱刚度的猎豹模型的高速奔跑性能
系统与控制
2026-04-02 v1 系统与控制
摘要
猎豹在高速奔跑中以大幅度的脊柱屈伸为特征，但脊柱运动与肢体支撑之间的相位关系的动力学作用仍不清楚。我们旨在阐明这一相位关系如何影响奔跑性能，重点关注非对称脊柱刚度的效应。使用具有非对称扭转脊柱刚度的简单平面猎豹模型，我们在广泛的刚度参数范围内数值搜索周期性飞奔解，并比较其地面反作用力、水平速度和稳定性。我们获得了类猎豹解——脊柱在后肢离地后伸展、在前肢离地后屈曲——以及非类猎豹解——脊柱在后肢离地后屈曲、在前肢离地后伸展。在非对称脊柱刚度下，类猎豹解在维持水平速度的同时更有效地减小了地面反作用力。脊柱运动与支撑时相之间的相位关系是高速奔跑性能的关键决定因素。这些发现为猎豹运动提供了动力学理解，并为带脊柱的腿足机器人提出了设计原则。
引用
@article{arxiv.2604.00329,
title = {Phase Relationship between Spinal Motion and Limb Support Determines High-speed Running Performance in a Cheetah Model with Asymmetric Spinal Stiffness},
author = {Tomoya Kamimura and Yuya Oshita and Mau Adachi and Yuichi Ambe and Akihito Sano and Naomi Wada and Fumitoshi Matsuno and Shinya Aoi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.00329},
year = {2026}
}