一種增強(qiáng)空中機(jī)器人物理交互的技術(shù)

近年來(lái)，空中機(jī)器人已經(jīng)變得越來(lái)越流行，在各種領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用。這些機(jī)器人中的許多主要設(shè)計(jì)用于飛行并從周圍環(huán)境收集視覺(jué)數(shù)據(jù)，但是一些機(jī)器人還能夠抓住，攜帶甚至組裝物體。

為空中機(jī)器人配備先進(jìn)的物理交互功能可能非常有用，因?yàn)樗梢宰屗麄兺瓿筛鼜?fù)雜的任務(wù)。然而，由于空氣動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性，這經(jīng)常被證明是非常具有挑戰(zhàn)性的，特別是當(dāng)車輛靠近表面時(shí)。

卡西諾大學(xué)和南拉齊奧大學(xué)，圖盧茲大學(xué)和巴西利卡塔大學(xué)的研究人員最近推出了一種新的范例，可以實(shí)現(xiàn)空中機(jī)器人的六維交互控制。在SAGE 國(guó)際機(jī)器人研究雜志上發(fā)表的一篇論文中概述了他們的方法，可以為開(kāi)發(fā)更有效的空中系統(tǒng)鋪平道路，這些系統(tǒng)在空中操縱和物理交互任務(wù)中的表現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有機(jī)器人。

研究人員提出的稱為6-D飛行末端執(zhí)行器的新范例可以應(yīng)用于大多數(shù)(如果不是全部的話)完全驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠跟蹤末端執(zhí)行器的全姿勢(shì)軌跡。在這項(xiàng)研究中，它特別適用于Tilt-Hex，一種新型的航空機(jī)器人，可以獨(dú)立控制其線性和角加速度。這最終使機(jī)器人能夠瞬間抵消在與環(huán)境相互作用時(shí)遇到的任何扳手。

“通過(guò)利用其傾斜的螺旋槳驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人能夠控制完整的6-D姿勢(shì)(獨(dú)立的位置和方向)，并使用剛性連接的末端執(zhí)行器施加全扳手(力和扭矩獨(dú)立)，”研究人員解釋說(shuō)在他們的論文中。“通過(guò)導(dǎo)納控制方案實(shí)現(xiàn)相互作用，其中外環(huán)控制控制所需的導(dǎo)納行為(即相互作用順應(yīng)性/剛度，阻尼和質(zhì)量)，并且基于逆動(dòng)力學(xué)的內(nèi)環(huán)確保完整的6-D姿態(tài)跟蹤。 “

研究人員開(kāi)發(fā)的范式使用慣性測(cè)量單元(IMU)估算了相互作用力 - 增強(qiáng)了基于動(dòng)量的觀測(cè)器。當(dāng)與已知的機(jī)器人算法集成時(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)扳手估計(jì)，以及運(yùn)動(dòng)和交互控制。有趣的是，這種“集成系統(tǒng)”在其基本配置中不需要力傳感器，即使使用最小的傳感器套件也能工作。

研究人員在一系列實(shí)驗(yàn)中評(píng)估了6-D飛行末端執(zhí)行器范例的有效性，側(cè)重于四個(gè)案例研究：木質(zhì)表面上的硬觸及滑動(dòng)(即滑動(dòng)表面任務(wù))，傾斜釘入 - 孔任務(wù)，導(dǎo)納整形實(shí)驗(yàn)，以及存在時(shí)變相互作用力的任務(wù)。這些評(píng)估產(chǎn)生了非常有希望的結(jié)果，證明了即使存在環(huán)境不確定性，該方法的多功能性和穩(wěn)健性。

此外，新的范例被發(fā)現(xiàn)在其能力以及可靠性，復(fù)雜性和成本方面優(yōu)于其他空中操縱技術(shù)。因此，它可以幫助開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的空中系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在操縱和物理交互任務(wù)中表現(xiàn)更好。

研究人員在他們的論文中寫(xiě)道：“未來(lái)，我們將通過(guò)用完整的機(jī)載狀態(tài)估計(jì)取代動(dòng)作捕捉系統(tǒng)來(lái)尋求系統(tǒng)的完全自治。” “此外，我們將研究工具尖端上的差分接觸力和平臺(tái)上的干擾(例如陣風(fēng))。”