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、人間の労働者にとって困難な高地タスクの完了に関心を持っています。
この手紙は、より一般的で動的なタスクに対処します。同時に、表面の正常方向の時変の接触力と接線面での運動軌跡を追跡します。
動的に実行可能な軌跡を生成する接触軌道プランナーを含むパイプラインと、そのような軌跡を追跡するハイブリッドモーションフォースコントローラーを提案します。
脳卒中幅が接触力に正の関連性があるため、エンドエフェクターとして新しいスポンジペンデザインを使用して、空中書道タスク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を開発します。
実験では、私たちの方法が効果的に多様な文字を引き出し、0.59のIOUと2.9 cm（0.7 n）のRMSEを追跡するエンドエフェクターの位置（力）を達成できることを示しています。
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 positively related 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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