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ナビゲーションarXiv:2509.15062

ハイブリッドRTG-太陽電源下における惑星探査ローバのエネルギー制約付きナビゲーション

Energy-Constrained Navigation for Planetary Rovers under Hybrid RTG-Solar Power

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RTGと太陽電池を併用する惑星ローバ向けに、瞬時電力制約と累積エネルギー予算を組み込んだSE(2)多項式軌道最適化を提案し、滑らかで動的に実行可能かつ電力制約を満たす軌道を生成する。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 惑星探査ローバー向けの energy-constrained trajectory planning framework - RTG(radioisotope thermoelectric generator)の定常出力と変動する solar PV を組み合わせた hybrid power 入力を対象 - 累積 energy budget と instantaneous power constraint の両方を扱う - SE(2)-based polynomial trajectory optimization に基づく - lunar-like terrain 上の simulation で評価

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の energy-aware planning は aerial/underwater robots の battery limits 下が中心で、ground rover で power flow を明示的にモデル化する研究は少ない - classical terrain-aware planner は slope や traversability を重視 - trajectory optimization は geometric smoothness と dynamic feasibility に注目し、energy feasibility を軽視 - 本研究は translational・rotational・resistive power と baseline subsystem loads を物理モデルとして統合 - peak power が制限の 0.55% 以内に対し、既存手法は 17% 以上超過したと報告

3. 技術・手法の肝は?

- physics-based models を導入 - translational power、rotational power、resistive power をモデル化 - baseline subsystem loads を考慮 - hybrid RTG-solar input を扱う - SE(2)-based polynomial trajectory optimization に組み込む - cumulative energy budgets と instantaneous power constraints の両方を制約化 - 結果として smooth・dynamically feasible・power-compliant な trajectory を生成

4. どうやって有効だと検証した?

- lunar-like terrain 上での simulation により検証 - 提案 planner の peak power が規定 limit の 0.55% 以内に収まることを確認 - 既存手法が limit を 17% 以上超過することと比較 - 実機実験や field test については要旨からは不明

5. 議論はある?

- 長時間 planetary mission 向け energy-aware autonomy の原理的かつ実用的なアプローチと主張 - simulation のみでの検証であり、実環境での robustness は要旨からは不明 - RTG-solar hybrid の変動性や subsystem loads の不確実性に関する議論は要旨からは不明 - 計算コストや real-time 性についても要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で直接参照/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 energy-aware planning for aerial/underwater robots、classical terrain-aware planner、trajectory optimization が挙げられている - 次に読むべき候補は、これらの分野の energy-constrained trajectory optimization や hybrid power を扱う planetary rover autonomy の研究 - 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: Tianxin Hu, Weixiang Guo, Ruimeng Liu, Xinhang Xu, Rui Qian, Jinyu Chen, Shenghai Yuan, Lihua Xie

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Future planetary exploration rovers must operate for extended durations on hybrid power inputs that combine steady radioisotope thermoelectric generator (RTG) output with variable solar photovoltaic (PV) availability. While energy-aware planning has been studied for aerial and underwater robots under battery limits, few works for ground rovers explicitly model power flow or enforce instantaneous power constraints. Classical terrain-aware planners emphasize slope or traversability, and trajectory optimization methods typically focus on geometric smoothness and dynamic feasibility, neglecting energy feasibility. We present an energy-constrained trajectory planning framework that explicitly integrates physics-based models of translational, rotational, and resistive power with baseline subsystem loads, under hybrid RTG-solar input. By incorporating both cumulative energy budgets and instantaneous power constraints into SE(2)-based polynomial trajectory optimization, the method ensures trajectories that are simultaneously smooth, dynamically feasible, and power-compliant. Simulation results on lunar-like terrain show that our planner generates trajectories with peak power within 0.55 percent of the prescribed limit, while existing methods exceed limits by over 17 percent. This demonstrates a principled and practical approach to energy-aware autonomy for long-duration planetary missions.

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