CATCH-FORM-3D：面向3D 弹性物体操作的合规感知控制与混合变形调节

本文提出了一种用于弹性材料操作中精确接触力控制和表面变形调节的框架（CATCH-FORM-3D）。该框架引入偏微分方程（PDE）来建模空间-时间应力-应变动力学，集成3D 克莱因-沃伊特（刚度-阻尼）和曼斯尔（扩散）效应，以捕获材料的弹性行为。通过基于PDE的观测器实时估计关键机械参数（刚度、阻尼、扩散系数）。该观测器融合视觉-触觉传感器数据和实验验证的力量信号，以生成丰富的回归信号。随后构建内外环控制结构。在外环中，采用新颖的准恒定控制律更新变形参考值，结合接触力测量值的比例-微分（PD）反馈律，确保系统对外部交互具有自适应响应。在内环中，构建变形跟踪误差的反应扩散PDE，并通过定义Dirichlet边界条件（即将接触表面 conform 到解析几何配置）来指数稳定该方程。该双环架构实现了在动态接触环境中的有效变形调节。使用PaXini机器人手进行实验表明，框架能够实现亚毫米级变形精度和稳定的力跟踪。该框架推动了工业装配、聚合物成形、外科治疗和家庭服务等领域的合规机器人交互。