一种增强空中机器人物理交互的技术

近年来，空中机器人已经变得越来越流行，在各种领域中具有潜在的应用。这些机器人中的许多主要设计用于飞行并从周围环境收集视觉数据，但是一些机器人还能够抓住，携带甚至组装物体。

为空中机器人配备先进的物理交互功能可能非常有用，因为它可以让他们完成更复杂的任务。然而，由于空气动力学的复杂性，这经常被证明是非常具有挑战性的，特别是当车辆靠近表面时。

卡西诺大学和南拉齐奥大学，图卢兹大学和巴西利卡塔大学的研究人员最近推出了一种新的范例，可以实现空中机器人的六维交互控制。在SAGE 国际机器人研究杂志上发表的一篇论文中概述了他们的方法，可以为开发更有效的空中系统铺平道路，这些系统在空中操纵和物理交互任务中的表现优于现有机器人。

研究人员提出的称为6-D飞行末端执行器的新范例可以应用于大多数(如果不是全部的话)完全驱动的系统，这些系统能够跟踪末端执行器的全姿势轨迹。在这项研究中，它特别适用于Tilt-Hex，一种新型的航空机器人，可以独立控制其线性和角加速度。这最终使机器人能够瞬间抵消在与环境相互作用时遇到的任何扳手。

“通过利用其倾斜的螺旋桨驱动，机器人能够控制完整的6-D姿势(独立的位置和方向)，并使用刚性连接的末端执行器施加全扳手(力和扭矩独立)，”研究人员解释说在他们的论文中。“通过导纳控制方案实现相互作用，其中外环控制控制所需的导纳行为(即相互作用顺应性/刚度，阻尼和质量)，并且基于逆动力学的内环确保完整的6-D姿态跟踪。 “

研究人员开发的范式使用惯性测量单元(IMU)估算了相互作用力 - 增强了基于动量的观测器。当与已知的机器人算法集成时，它可以实现扳手估计，以及运动和交互控制。有趣的是，这种“集成系统”在其基本配置中不需要力传感器，即使使用最小的传感器套件也能工作。

研究人员在一系列实验中评估了6-D飞行末端执行器范例的有效性，侧重于四个案例研究：木质表面上的硬触及滑动(即滑动表面任务)，倾斜钉入 - 孔任务，导纳整形实验，以及存在时变相互作用力的任务。这些评估产生了非常有希望的结果，证明了即使存在环境不确定性，该方法的多功能性和稳健性。

此外，新的范例被发现在其能力以及可靠性，复杂性和成本方面优于其他空中操纵技术。因此，它可以帮助开发更先进的空中系统，这些系统在操纵和物理交互任务中表现更好。

研究人员在他们的论文中写道：“未来，我们将通过用完整的机载状态估计取代动作捕捉系统来寻求系统的完全自治。” “此外，我们将研究工具尖端上的差分接触力和平台上的干扰(例如阵风)。”