Flying Calligrapher: Contact-Aware Motion and Force Planning and Control for Aerial Manipulation

要約

空中操作は、接触検査や欠陥検出など、人間の作業者にとって困難な高所作業を完了する際に関心を集めています。これまでの研究は、静的な接触点や力を維持することに焦点を当てていました。
この手紙は、より一般的で動的なタスク、すなわち、表面法線方向の時間変化する接触力と接線表面上の運動軌跡を同時に追跡することを扱います。
動的に実現可能な軌道を生成する接触認識軌道プランナーと、そのような軌道を追跡するハイブリッド運動力コントローラーを含むパイプラインを提案します。
ストローク幅が接触力に比例する新しいスポンジ ペン デザインをエンドエフェクターとして使用し、エア カリグラフィー タスクでこのアプローチを実証します。
さらに、柔軟なユーザー入力のためのタッチスクリーン インターフェイスも開発しています。
実験では、私たちの方法が多様な文字を効果的に描画でき、IoU 0.59 とエンドエフェクター位置 (力) 追跡 RMSE 2.9 cm (0.7 N) を達成できることが示されています。
ウェブサイト: https://xiaofeng-guo.github.io/flying-calligrapher/

要約(オリジナル)

Aerial manipulation has gained interest in completing high-altitude tasks that are challenging for human workers, such as contact inspection and defect detection, etc. Previous research has focused on maintaining static contact points or forces. This letter addresses a more general and dynamic task: simultaneously tracking time-varying contact force in the surface normal direction and motion trajectories on tangential surfaces. We propose a pipeline that includes a contact-aware trajectory planner to generate dynamically feasible trajectories, and a hybrid motion-force controller to track such trajectories. We demonstrate the approach in an aerial calligraphy task using a novel sponge pen design as the end-effector, whose stroke width is proportional to the contact force. Additionally, we develop a touchscreen interface for flexible user input. Experiments show our method can effectively draw diverse letters, achieving an IoU of 0.59 and an end-effector position (force) tracking RMSE of 2.9 cm (0.7 N). Website: https://xiaofeng-guo.github.io/flying-calligrapher/

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