MechSense: A Design and Fabrication Pipeline for Integrating Rotary Encoders into 3D Printed Mechanisms
MechSense: A Design and Fabrication Pipeline for Integrating Rotary Encoders into 3D Printed Mechanisms
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MechSense：将旋转编码器集成到 3D 打印机构中的设计和制造流程
DOI：
10.1145/3544548.3581361
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Wessely, Michael
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Alalawi, Marwa;Pacik-Nelson, Noah;Zhu, Junyi;Greenspan, Ben;Doan, Andrew;Wong, Brandon M;Owen-Block, Benjamin;Mickens, Shanti Kaylene;Schoeman, Wilhelm Jacobus;Wessely, Michael
我们介绍了MechSense，3D打印旋转编码器，可以与旋转机构一起在一次加工中制造，并报告它们的角度位置、旋转方向和速度。MechSense编码器通过将一个浮动电容器集成到旋转元件中，并将三个电容传感器贴片集成到机构的固定部分，从而利用电容传感。与现有的旋转编码器不同，MechSense不需要手动组装，但可以在设计和制造过程中无缝集成。我们的MechSense编辑器允许用户将编码器与旋转机构集成在一起，并导出文件以进行3D打印。我们提出了一种传感器拓扑结构和一个可以补偿印刷偏差的计算模型。我们的技术评估表明，MechSense可以检测多个印刷品和旋转、不同传感器贴片之间的间距和不同大小的传感器的角度位置(平均误差：1.4°)。我们通过3D打印工具、有形用户界面和变速箱上的三个应用示例来演示MechSense。
We introduce MechSense, 3D-printed rotary encoders that can be fabricated in one pass alongside rotational mechanisms, and report on their angular position, direction of rotation, and speed. MechSense encoders utilize capacitive sensing by integrating a floating capacitor into the rotating element and three capacitive sensor patches in the stationary part of the mechanism. Unlike existing rotary encoders, MechSense does not require manual assembly but can be seamlessly integrated during design and fabrication. Our MechSense editor allows users to integrate the encoder with a rotating mechanism and exports files for 3D-printing. We contribute a sensor topology and a computational model that can compensate for print deviations. Our technical evaluation shows that MechSense can detect the angular position (mean error: 1.4°) across multiple prints and rotations, different spacing between sensor patches, and different sizes of sensors. We demonstrate MechSense through three application examples on 3D-printed tools, tangible UIs, and gearboxes.
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