High-Frequency Capacitive Sensing for Electrohydraulic Soft Actuators

要約

より適応性があり、汎用性の高いロボット システムを追求する中で、コンプライアンスに準拠した固有受容アクチュエータの必要性がますます明らかになってきています。
油圧増幅自己修復静電 (HASEL) アクチュエータは、その固有の柔らかさと柔軟性により独特の利点を提供し、人間や動物との繊細な相互作用、生体模倣運動、義肢、外骨格など、さまざまなロボット作業の有望な候補となっています。
このため、外部センサーを必要としない小型変位推定回路を作成するための HASEL アクチュエーターの容量性自己検知機能への関心が高まっています。
しかし、小型高電圧電源を使用して 1 Hz を超える動作周波数で HASEL セルフセンシングを実現することは依然として制限されています。
この論文では、Peano-HASEL アクチュエータに静電容量センシング専用に使用される追加の電極ペアを追加した F-HASEL アクチュエータを紹介します。
低コストの既製部品と小型高電圧電源で構成される小型回路を使用して、最大 20 Hz の高周波駆動時および外部負荷時の F-HASEL の変位推定を実証します。
最後に、複数の F-HASEL の変位を推定する回路を提案し、それをウェアラブル アプリケーションで実証し、仮想現実ユーザーの関節の回転をリアルタイムで追跡します。

要約(オリジナル)

The need for compliant and proprioceptive actuators has grown more evident in pursuing more adaptable and versatile robotic systems. Hydraulically Amplified Self-Healing Electrostatic (HASEL) actuators offer distinctive advantages with their inherent softness and flexibility, making them promising candidates for various robotic tasks, including delicate interactions with humans and animals, biomimetic locomotion, prosthetics, and exoskeletons. This has resulted in a growing interest in the capacitive self-sensing capabilities of HASEL actuators to create miniature displacement estimation circuitry that does not require external sensors. However, achieving HASEL self-sensing for actuation frequencies above 1 Hz and with miniature high-voltage power supplies has remained limited. In this paper, we introduce the F-HASEL actuator, which adds an additional electrode pair used exclusively for capacitive sensing to a Peano-HASEL actuator. We demonstrate displacement estimation of the F-HASEL during high-frequency actuation up to 20 Hz and during external loading using miniaturized circuitry comprised of low-cost off-the-shelf components and a miniature high-voltage power supply. Finally, we propose a circuitry to estimate the displacement of multiple F-HASELs and demonstrate it in a wearable application to track joint rotations of a virtual reality user in real-time.

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