用于变形结构连续形状估计的折纸单端电容传感
人机交互
2024-04-30 v2 机器学习
图像与视频处理
信号处理
摘要
在本工作中，我们提出一种新颖的用于形状追踪的单端变形电容传感方法FxC，其通过结合折叠折纸结构与电容传感，利用最先进的传感电路和深度学习来检测变形结构运动。通过在折纸结构嵌入区域使用导电材料作为单端电容传感贴片，观察到传感器信号随结构运动发生一致性变化。不同于其他将折纸结构用于调节双极板电容器介电层厚度的折纸电容器，FxC每个通道仅使用单个导电板，且折纸结构直接改变导电板的几何形状。我们通过三维几何仿真结合物理学理论推导考察了变形单端电容器的工作原理，推导出的行为与实验观测相似。随后开发了软件流水线，通过从视觉追踪提取的几何基元的数据驱动深度神经网络回归，利用传感器信号重建动态结构几何。我们创建了多种折叠模式验证方法，基于包括手风琴（Accordion）、山形（Chevron）、太阳射线（Sunray）和V折（V-Fold）模式，以及使用纸基和纺织基材料的不同电容传感器布局。实验结果表明，由电容信号预测的几何基元与视觉真值具有强相关性，R平方值达95%，贴片追踪误差为6.5 mm。仿真与机器学习构成了传感信号与结构几何之间的双向信息交换。
引用
@article{arxiv.2307.05370,
title = {Origami Single-end Capacitive Sensing for Continuous Shape Estimation of Morphing Structures},
author = {Lala Shakti Swarup Ray and Daniel Geißler and Bo Zhou and Paul Lukowicz and Berit Greinke},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.05370},
year = {2024}
}