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

本文讨论了一种更普遍且动态的任务，即同时跟踪在切向表面上的运动轨迹和表面法线方向上的时间变化接触力。我们提出了一个流程，其中包括一个接触感知轨迹规划器来生成动态可行的轨迹，以及一个混合运动力控制器来跟踪这些轨迹。我们使用一种新颖的海绵笔设计作为末端执行器，在空中书法任务中展示了这种方法，其笔画宽度与接触力成比例。此外，我们开发了一个触摸屏界面，以便用户进行灵活输入。实验表明，我们的方法可以有效地绘制多种字母，实现了0.59的IoU和2.9厘米（0.7 N）的执行器位置（力）跟踪RMSE。网址：https://xiaofeng-guo.github.io/flying-calligrapher/。

论文旨在解决动态高空操作中同时追踪法向表面接触力和切向运动轨迹的问题。这是一个新问题，之前的研究主要集中在维持静态接触点或力上。

论文提出了一个包括接触感知轨迹规划器和混合运动-力控制器的流程，可以生成动态可行的轨迹，并跟踪这些轨迹。论文使用一种新型海绵笔设计作为末端执行器，在空中书法任务中展示了该方法的有效性。

论文的亮点包括使用海绵笔设计作为末端执行器，可以根据接触力调整笔画宽度；实验中使用了触摸屏界面进行灵活的用户输入；实验结果表明该方法可以有效地绘制不同的字母，达到了0.59的IoU和2.9厘米（0.7 N）的末端执行器位置（力）跟踪RMSE。论文的代码和数据集已经开源。

最近的相关研究包括“空中机器人的接触感知和控制”（Contact Sensing and Control for Aerial Robots）和“空中机器人操作中的感知和控制”（Perception and Control in Aerial Manipulation）。