面向全向空中机器人的六自由度手部遥操作
Six-DoF Hand-Based Teleoperation for Omnidirectional Aerial Robots
AI总结：
本文提出一种基于手部运动跟踪和数据手套的空中机器人遥操作系统，设计四种手势切换交互模式，将人手六自由度灵巧性引入全向空中操作，并通过真实阀门旋转任务验证其有效性。
摘要：
全向空中机器人能够对位置和姿态进行完整的六自由度独立控制，因此在空中操作中广受欢迎。尽管机器人自主能力不断进步，但在复杂的空中环境中，人类操作仍然不可或缺。现有的多旋翼遥操作方法未能充分利用全向旋转所提供的额外自由度。此外，人类手指的灵巧性也应当被用于实现更具参与感的交互。在本工作中，我们提出了一种空中遥操作系统，将人手的旋转灵活性引入无界的空中工作空间。该系统包括两组运动跟踪标记——一组位于肩部，一组位于手部——以及一只用于捕捉手势的数据手套。利用这些输入，我们针对不同任务设计了四种交互模式，包括用于长距离移动的球面模式和笛卡尔模式、用于精细操作的操作模式，以及用于临时暂停的锁定模式，其中手势被用于实现无缝的模式切换。我们在真实世界中通过一个垂直安装的阀门旋转任务对系统进行了评估，展示了每种模式如何为有效的空中操作做出贡献。该交互框架将人类灵巧性与空中机器人技术连接起来，为在非结构化环境中增强空中遥操作铺平了道路。
英文摘要：
Omnidirectional aerial robots offer full 6-DoF independent control over position and orientation, making them popular for aerial manipulation. Although advancements in robotic autonomy, human operation remains essential in complex aerial environments. Existing teleoperation approaches for multirotors fail to fully leverage the additional DoFs provided by omnidirectional rotation. Additionally, the dexterity of human fingers should be exploited for more engaged interaction. In this work, we propose an aerial teleoperation system that brings the rotational flexibility of human hands into the unbounded aerial workspace. Our system includes two motion-tracking marker sets--one on the shoulder and one on the hand--along with a data glove to capture hand gestures. Using these inputs, we design four interaction modes for different tasks, including Spherical Mode and Cartesian Mode for long-range moving, Operation Mode for precise manipulation, as well as Locking Mode for temporary pauses, where the hand gestures are utilized for seamless mode switching. We evaluate our system on a vertically mounted valve-turning task in the real world, demonstrating how each mode contributes to effective aerial manipulation. This interaction framework bridges human dexterity with aerial robotics, paving the way for enhanced aerial teleoperation in unstructured environments.
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