Monitoring Electrostatic Adhesion Forces via Acoustic Pressure

要約

静電接着は、多様な基質と低エネルギー消費への適応性のために、モバイルロボット工学、触覚、およびロボットエンドエフェクターで広く使用されています。
Force Sensingは、EAシステムでのフィードバック制御、相互作用、監視に重要です。
ただし、EAフォースモニタリングは、しばしばかさばる高価なセンサーに依存しており、システム全体の複雑さと重量を増加させます。
このホワイトペーパーでは、接着パッドに接触せずにEA力を監視する音響圧力ベースの方法を提示します。
EAパッドが導電性オブジェクトを接着する双極平方波電圧によって駆動されると、EAシステムから周期的な音響パルスが発生します。
これらの音響圧力信号をキャプチャし、ピーク圧力値の影響を調査するためにマイクを使用しました。
結果は、音響圧のピーク値が、接着されたオブジェクトの質量と接触面積、ならびに駆動電圧の振幅と周波数とともに増加したことを示しています。
この手法を、さまざまなオブジェクトの質量推定に適用し、2つのEAシステムの同時監視を行いました。
次に、この手法をEAエンドエフェクターに統合して、輸送中に接着されたオブジェクト質量の変化を監視できるようにしました。
提案された手法は、タスクの取り扱いにおけるEAエンドエフェクターの低コスト、非接触、およびマルチオブジェクト監視ソリューションを提供します。

要約(オリジナル)

Electrostatic adhesion is widely used in mobile robotics, haptics, and robotic end effectors for its adaptability to diverse substrates and low energy consumption. Force sensing is important for feedback control, interaction, and monitoring in the EA system. However, EA force monitoring often relies on bulky and expensive sensors, increasing the complexity and weight of the entire system. This paper presents an acoustic-pressure-based method to monitor EA forces without contacting the adhesion pad. When the EA pad is driven by a bipolar square-wave voltage to adhere a conductive object, periodic acoustic pulses arise from the EA system. We employed a microphone to capture these acoustic pressure signals and investigate the influence of peak pressure values. Results show that the peak value of acoustic pressure increased with the mass and contact area of the adhered object, as well as with the amplitude and frequency of the driving voltage. We applied this technique to mass estimation of various objects and simultaneous monitoring of two EA systems. Then, we integrated this technique into an EA end effector that enables monitoring the change of adhered object mass during transport. The proposed technique offers a low-cost, non-contact, and multi-object monitoring solution for EA end effectors in handling tasks.

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