特許 6633360 移動ロボット用接触センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6633360

(24)【登録日】2019年12月20日

(45)【発行日】2020年1月22日

(54)【発明の名称】移動ロボット用接触センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/14 20060101AFI20200109BHJP

   G05D 1/02 20200101ALI20200109BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20200109BHJP

   B25J 19/02 20060101ALN20200109BHJP

   B60R 19/48 20060101ALN20200109BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/14 J

   G05D1/02 S

   G01L5/00 101Z

   G01L5/00 F

   !B25J19/02

   !B60R19/48 E

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2015-225826(P2015-225826)

(22)【出願日】2015年11月18日

(65)【公開番号】特開2016-224023(P2016-224023A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2018年9月3日

(31)【優先権主張番号】14/728,406

(32)【優先日】2015年6月2日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】313013863

【氏名又は名称】アイロボット・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】フェイ， ビクター

(72)【発明者】

【氏名】ブリッツブロー， セス

(72)【発明者】

【氏名】ダッフリー， サム

(72)【発明者】

【氏名】デュモン， カイル

(72)【発明者】

【氏名】ウッドマン， ジャスティン エイチ．

【審査官】 谷垣 圭二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１６４２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１８４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／００６９０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００７−５１３６６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／１４

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｇ０５Ｄ １／０２

Ａ４７Ｌ ９／２８

Ｂ２５Ｊ １９／０２

Ｂ６０Ｒ １９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

床面に対して可動であり、センサの第一部分を含む本体と、
前記本体に、該本体に対して可動に取り付けられたバンパであって、
前記バンパに加わる力に応じて、前記本体に対して可動である裏張りと、
前記裏張りに取り付けられ、前記バンパに加わる前記力に応じて、該裏張りと共に前記センサの前記第一部分に対して可動である、前記センサの第二部分と、
を備えるバンパと、
を備え、
前記センサは、前記裏張りの動きに応じて、前記第二部分の前記第一部分に対する変位量に比例する電気信号を出力するよう構成され、
前記裏張りは柔軟領域で連結された複数の硬い領域を含む、ロボット。

【請求項2】

前記センサは容量センサを含み、
前記第一部分は前記容量センサの第一プレートを含み、
前記第二部分は前記容量センサの第二プレートを含み、
前記電気信号は、前記第一プレートの前記第二プレートに対する変位量に比例して変化する、請求項１に記載のロボット。

【請求項3】

該硬い領域の少なくとも一つは、前記本体に向かって延びて該本体の穴を通るポストを含み、前記第二プレートは、該第二プレートが該ポストと共に前記第一プレートに対して可動となるよう、該ポストの、該本体の該裏張りと向かい合わない側に取り付けられた、請求項２に記載のロボット。

【請求項4】

前記バンパは押圧位置と非押圧位置との間で可動であり、
前記非押圧位置において、前記第一プレートは前記第二プレートと接触し、前記押圧位置において、前記ポストの前記穴を通る動きによって該第一プレートと該第二プレートとが引き離される、請求項３に記載のロボット。

【請求項5】

前記第一プレートの前記第二プレートに対する変位は、前記床面に平行な水平変位を含み、
前記電気信号は、前記水平変位の量に比例して変化する、請求項２に記載のロボット。

【請求項6】

前記第一プレートは、前記本体の、前記裏張りと向かい合う面に取り付けられ、前記第二プレートは、該裏張りの、該本体と向かい合う側に取り付けられ、誘電体は該第一プレートと該第二プレートとの間にある、請求項２に記載のロボット。

【請求項7】

厚みを有し、前記第一プレートと前記本体とを連結する、該第一プレートと前記本体との間に位置するスペーサを更に備える、請求項６に記載のロボット。

【請求項8】

前記裏張りは、前記硬い領域を前記柔軟領域に連結する統合構造であって、該統合構造の全体に亘って剛性が実質一定である統合構造を含む、請求項１に記載のロボット。

【請求項9】

前記センサは誘導性センサを含み、
前記第一部分は前記誘導性センサの巻線を含み、
前記第二部分は前記誘導性センサのコアを含み、
前記電気信号は、前記巻線の前記コアに対する変位量に比例して変化する、請求項１に記載のロボット。

【請求項10】

前記センサの前記第一部分はホール効果センサを含み、
前記センサの前記第二部分はマグネットを含み、
前記電気信号は、前記マグネットの前記ホール効果センサに対する変位量に比例して変化する、請求項１に記載のロボット。

【請求項11】

床面に対して可動な本体と、
前記本体に、該本体に対して可動に取り付けられたバンパであって、該バンパに加わる力に応じて、該本体に対して可動である裏張りを含む、バンパと、
前記バンパの移動量に応じて変化する第一電気信号を出力する、少なくとも一部が前記裏張りに取り付けられた第一センサと、
前記バンパの移動量に応じて変化する第二電気信号を出力する、少なくとも一部が前記裏張りに取り付けられた第二センサと、
前記第一電気信号及び前記第二電気信号を受信し、該第一電気信号及び該第二電気信号に基づいて前記バンパに加わる前記力の一つ以上の特性を判断する制御装置と、を備え、
前記裏張りは、第一セグメント及び第二セグメントを含む複数のセグメントを含み、前記第一センサの前記少なくとも一部は該第一セグメントに取り付けられ、前記第二センサの前記少なくとも一部は該第二セグメントに取り付けられ、
前記複数のセグメントは連結要素によって連結されて統合構造を形成し、該連結要素は該複数のセグメントよりも柔軟性が高い、ロボット。

【請求項12】

前記連結要素は、材質が前記複数のセグメントと同じであり、厚みが該複数のセグメントよりも薄い、請求項１１に記載のロボット。

【請求項13】

前記複数のセグメントの少なくともいくつかは、他の前記複数のセグメントと連結されていない、請求項１１に記載のロボット。

【請求項14】

前記一つ以上の特性は、前記バンパに加わる前記力の位置を含む、請求項１１に記載のロボット。

【請求項15】

前記制御装置は、前記第一及び第二電気信号に基づいて一つ以上の補間処理を実行することで、前記一つ以上の特性の判断指示を実行するよう構成される、請求項１１に記載のロボット。

【請求項16】

前記裏張りは、第二側と直列に連結され、該第二側に対して角度付けられた第一側を有し、
前記裏張りは、前記第一側の前記第一センサに整列された第一セグメントと、前記第二側の前記第二センサに整列された第二セグメントとを含み、
前記第一セグメントは、前記第一側に沿った第一セグメントから前記第二側に沿った第二セグメントまでの長さよりも長い連結要素によって前記第二セグメントに連結された、請求項１１に記載のロボット。

【請求項17】

前記連結要素は、前記第一側において前記第一セグメントから離れる方向に角度付けられ、前記第二側において前記第二セグメントから離れる方向に角度付けられた、請求項１６に記載のロボット。

【請求項18】

前記第一及び／又は第二電気信号は、前記バンパの動きに対して線形的に変化する、請求項１１に記載のロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、概して、移動ロボット用接触センサに関する。

【背景技術】

【0002】

移動ロボットは、環境内を動き回るように稼働する。移動ロボットは、移動ロボットが移動中に遭遇する障害物と接触するバンパを含み得る。移動ロボットは、環境内でバンパが障害物に接触したことの検出に応じて挙動を変更することができる。例えば、移動ロボットは、障害物から離れるよう後退するか、若しくは軌道を変更することができる。いくつかの移動ロボットでは、バンパは、バンパが障害物に接触したか否かを二値で示す機械的スイッチを含む。

【発明の概要】

【0003】

移動ロボット用バンパは、バンパの動きを検出するセンサを用いて環境内の障害物との接触を検出することができる。例えば、各センサは、バンパと共にシャーシに対して動くよう可動に取り付けられた一つのプレートと、シャーシに対して動かないよう取り付けられたもう一つのプレートとを有する容量センサであっても良い。バンパが動くことによる一つのプレートのもう一つのプレートに対する動きは、容量センサに、プレート間の距離に比例する大きさ又は数値を有する電気信号を出力させる。従って、電気信号は、バンパの動きに応じて、ある数値の範囲内で変化する。制御装置は、センサによって生成された電気信号を解読し、力の位置、強さ、及び継続時間といった、バンパに加わる力の特性を判断する。本明細書では、移動ロボットに用いられるバンパへの接触、バンパに加わる力、及びバンパの変位を検出するための様々なシステムを説明する。

【0004】

ある側面では、ロボットは、本体とバンパとを備える。本体は、表面に対して可動であり、センサの第一部分を含む。バンパは、本体に、本体に対して可動に取り付けられ、裏張りとセンサの第二部分とを含む。裏張りは、バンパに加わる力に応じて、本体に対して可動である。センサの第二部分は、裏張りに取り付けられ、バンパに加わる力に応じて、裏張りと共にセンサの第一部分に対して可動である。センサは、裏張りの動きに応じて電気信号を出力するよう構成される。電気信号は、第二部分の第一部分に対する変位量に比例する。

【0005】

いくつかの場合においては、センサは容量センサを含む。第一部分は容量センサの第一プレートを含むことができる。第二部分は容量センサの第二プレートを含み得る。電気信号は、第一プレートの第二プレートに対する変位量に比例して変化し得る。裏張りは柔軟領域で連結された複数の硬い領域を含むことができる。硬い領域の少なくとも一つは、本体に向かって延びて本体の穴を通るポストを含むことができる。第二プレートは、ポストの、本体の裏張りと向かい合わない側に取り付けることができる。第二プレートは、ポストと共に第一プレートに対して可動とすることができる。いくつかの例では、第一プレートの第二プレートに対する変位は、表面に平行な水平変位を含むことができ、電気信号は、水平変位の量に比例して変化することができる。いくつかの例では、第一プレートの第二プレートに対する変位は、表面に対して直角な垂直変位を含むことができ、電気信号は、垂直変位の量に比例して変化することができる。

【0006】

バンパは押圧位置と非押圧位置との間で可動とすることができる。いくつかの場合においては、非押圧位置において、第一プレートは第二プレートと接触し、押圧位置において、ポストの穴を通る動きによって第一プレートと第二プレートとを引き離すことができる。いくつかの例では、非押圧位置においては、第一プレートと第二プレートとの間の距離が押圧位置における第一プレートと第二プレートとの間の距離よりも小さい。

【0007】

いくつかの例では、容量センサの第一プレートは、本体の、裏張りと向かい合う面に取り付けることができ、第二プレートは、裏張りの、本体と向かい合う側に取り付けることができる。誘電体は第一プレートと第二プレートとの間に存在することができる。ロボットは、厚みを有するスペーサを備えることができる。いくつかの実施形態では、スペーサは第一プレートを本体に連結することができる。スペーサは、第一プレートと本体との間に位置することができる。いくつかの実施形態では、スペーサは、第二プレートを裏張りに連結することができ、第二プレートと裏張りとの間に位置することができる。

【0008】

裏張りは、統合構造であって、統合構造の全体に亘って剛性が実質一定である統合構造を含むことができる。バンパは、実質長方形の形状を有することができる。バンパは、裏張りの少なくとも一部を覆う膜を含むことができ、膜は衝撃吸収材を含む。

【0009】

いくつかの例では、センサは誘導性センサを含むことができ、センサの第一部分は誘導性センサの巻線を含むことができ、第二部分は誘導性センサのコアを含むことができ、電気信号は、巻線のコアに対する変位量に比例して変化することができる。

【0010】

他の例では、センサの第一部分はホール効果センサを含むことができ、センサの第二部分はマグネットを含むことができ、電気信号は、マグネットのホール効果センサに対する変位量に比例して変化することができる。

【0011】

別の側面では、ロボットは、本体と、バンパと、第一センサと、第二センサと、制御装置とを備える。本体は表面に対して可動である。バンパは本体に取り付けられ、本体に対して可動である。バンパは、バンパに加わる力に応じて、該本体に対して可動である裏張りを含む。第一センサは、バンパの移動量に応じて変化する第一電気信号を出力する及び／又は出力するよう構成される。第一センサの少なくとも一部は裏張りに取り付けられている。第二センサは、バンパの移動量に応じて変化する第二電気信号を出力する及び／又は出力するよう構成される。第二センサの少なくとも一部は裏張りに取り付けられている。制御装置は、第一電気信号及び第二電気信号を受信する／又は受信するよう構成される。制御装置は、第一電気信号及び第二電気信号に基づいてバンパに加わる力の一つ以上の特性を判断する及び／又は出力するよう構成される。

【0012】

裏張りは複数のセグメントを含むことができる。複数のセグメントは、第一セグメント及び第二セグメントを含むことができる。第一センサの少なくとも一部は第一セグメントに取り付けることができる。第二センサの少なくとも一部は第二セグメントに取り付けることができる。複数のセグメントは、連結要素によって連結されて統合構造を形成することができる。連結要素は複数のセグメントよりも柔軟性が高いものであることができる。連結要素は、材質が複数のセグメントと同じであることができる。連結要素の厚みは、複数のセグメントよりも薄いものであることができる。複数のセグメントの少なくともいくつかは、他の複数のセグメントと連結されていないものであることができる。

【0013】

いくつかの例では、一つ以上の特性は、バンパに加わる力の位置を含むことができる。一つ以上の特性は、バンパに加わる力の強さを含むことができる。一つ以上の特性は、バンパに加わる力の周波数、バンパに加わる力の継続時間、及び／又はバンパに加わる力の動的応答を含むことができる。

【0014】

制御装置は、前記第一及び第二電気信号に基づいて一つ以上の補間処理を実行することで、前記一つ以上の特性の判断指示を実行するよう構成することができる。

【0015】

裏張りは、第二側と直列に連結され、第二側に対して角度付けられた第一側を有することができる。裏張りは、第一側の第一センサに整列された第一セグメントと、第二側の第二センサに整列された第二セグメントとを含むことができる。第一セグメントは、第一側に沿った第一セグメントから第二側に沿った第二セグメントまでの長さよりも長い連結要素によって第二セグメントに連結することができる。連結要素は、第一側において第一セグメントから離れる方向に角度付けることができる。連結要素は、第二側において第二セグメントから離れる方向に角度付けることができる。連結要素は、第一側及び第二側に沿った経路に対して湾曲させることができる。裏張りは、実質長方形の形状を有することができる。第一側及び第二側は、実質長方形の形状における隣接する側であることができる。

【0016】

いくつかの例では、第一及び／又は第二電気信号は、バンパの動きに対して線形的に変化することができる。いくつかの例では、第一及び／又は第二電気信号は、バンパの動きに対して非線形的に変化することができる。

【0017】

前述の発明は、限定されないが、以下の長所を含み得る。センサは、環境内の物体との接触によって生じる力の度合いを示す電気信号を生成するため、バンパが環境内の物体と接触したか否かを制御装置が検出することを可能にするだけでなく、バンパ上において力が加えられた位置、バンパに加わった力の強さ、及びバンパに加えられた力のその他の特性を制御装置が判断することを可能にする。制御装置は、接触の検出及び接触の特性の判断に応じて、操縦挙動を調整して環境内の障害物を回避させることができる。頭上の障害物も検出することが可能なセンサシステムは、ロボットが張り出した障害物と床面との間に挟まる可能性を低下させる。センサが高感度であることにも起因して、本明細書で説明するセンサを用いるバンパは、ロボットのユーザが視認可能な可動要素の数を減らすことができる。加えて、センサが高感度であることにも起因して、バンパの可動要素の小さい変位（例えば、１〜３ｍｍ）をセンサシステムで正確に計測することができるため、例えば機械的スイッチをベースにしたバンパと比較して、可動要素の総移動量を減らすことが可能になる。センサは、力に対する反応度がバンパに沿って異なるよう設計することができ、それによってロボットの作用を向上させることができる。

【0018】

本明細書で説明する、発明の概要に記載されている特徴を含む二つ以上の特徴を組み合わせることで、本明細書に具体的に記載されていない実施形態を形成することができる。

【0019】

本明細書で説明するロボット又はロボットの動作態様は、一つ以上の非一時的機械可読記憶媒体に保存された指示を含み、且つ本明細書で説明する動作を制御する（例えば、調整する）ために一つ以上の処理装置で実行可能である、コンピュータプログラム製品としての実装や当該コンピュータプログラム製品による制御が可能である。本明細書で説明するロボット又はロボットの動作態様は、様々な動作を実装するための一つ以上の処理装置及び実行可能な指示を保存するためのメモリを含むことができるシステム又は方法の一部として実装することができる。

【0020】

一つ以上の実施形態の詳細が、添付図面及び以下の説明に記載されている。その他の特徴及び長所は、明細書、図面、及び特許請求の範囲から明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、床面上の障害物に接触している移動ロボットの斜視図である。

【図2】図２は、容量センサを有するバンパを含む移動ロボットの平面断面図である。

【図3】図３は、図２に示すバンパの部分拡大図である。

【図4】図４は、移動ロボットから切り離された、図２に示すバンパの斜視図である。

【図5】図５は、容量センサの側面斜視断面図である。

【図6】図６は、図５に示す容量センサの側面断面図である。

【図7】図７は、移動ロボット制御システムのブロック図である。

【図8A】図８Ａは、物体と接触している、図２に示す移動ロボットの平面図である。

【図8B】図８Ｂは、移動ロボットと図８Ａに示す物体の間の接触によって生成される電気的応答のグラフである。

【図9A】図９Ａは、障害物との接触を検出するために移動ロボットによって実行される処理を示すフローチャートである。

【図9B】図９Ｂは、図９Ａで説明されている接触の位置を判断するための処理を示すフローチャートである。

【図9C】図９Ｃは、図９Ｂに示す接触の強さを判断するための処理を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、代替的な容量センサの側面断面図である。

【図11】図１１は、代替的な容量センサの側面断面図である。

【図12】図１２は、代替的な容量センサの側面断面図である。

【図13】図１３は、容量センサを備える代替的なバンパを含む移動ロボットの平面図である。

【図14】図１４は、容量センサを備える代替的なバンパを含む移動ロボットの平面図である。

【図15】図１５は、容量センサを備える代替的なバンパの角部の拡大図である。

【図16】図１６は、容量センサを備える代替的なバンパの角部の拡大図である。

【図17】図１７は、物体と接触している移動ロボットの平面図である。

【図18】図１８は、代替的な容量センサの側面図である。

【図19】図１９は、図１８に示す容量センサの斜視図である。

【図20】図２０は、代替的な容量センサの側面図である。

【図21】図２１は、図２０に示す容量センサの斜視図である。

【図22】図２２は、容量センサの側面図である。

【図23】図２３は、物体と接触している移動ロボットの側面図である。

【図24】図２４は、バンパ用誘導性センサの側面図である。

【図25】図２５は、バンパ用ホール効果センサの側面図である。 異なる図面中の類似の参照符号は類似の要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本明細書では、床、カーペット、芝、又はその他の材質の表面を横断（又は移動）し、限定されないが、吸引、乾式又は湿式清掃、研磨等を含む様々な作業を行うよう構成されたロボットの例について説明する。これらのロボットは障害物に遭遇する可能性があり、それによってロボットの進行が妨げられる可能性がある。例えば、ロボットは、動作中に椅子や壁といった障害物に接触する可能性がある。ロボットは、ロボットに設けられたバンパと障害物との間の接触により生じる力に基づいて、障害物と接触したと判断する。制御装置は、力に応じたバンパの動きを検出するセンサから出力される信号に基づいてこの力を識別する。

【0023】

センサには、様々な適切な検出技術を採用することができる。例えば、キャパシタの一方のプレートはシャーシに対して動かず、キャパシタのもう一方のプレートはバンパと共にシャーシに対して動く容量センサを用いてもよい。バンパは、障害物との接触に応じて可動である。容量センサは、バンパの動きにより生じるプレートの変位に比例する電気信号を出力する。これらの電気信号を制御装置で解読（例えば、処理）することで、力の位置や力の強さといった接触力の特性を識別することができる。本明細書で説明する容量センサや本明細書で説明するその他のタイプの容量センサといった容量センサは、接触に応じて様々な電気信号を生成することができ、それによって改良された障害物検出を提供することができるため、有利となり得る。

【0024】

図１は、環境内の障害物との接触を検出してその接触の特性を判断することができる移動ロボット１００（ロボット１００とも呼ぶ）の例を示す。動作中は、ロボット１００は環境１０３内の床面１０２に沿って移動し、垂直な面、頭上の面、又はロボット１００の動きを妨げ得るその他の面といった障害物と接触する可能性がある。移動中、ロボット１００の（移動方向における）前部に位置するバンパ１０６が椅子１０４と接触する。ロボット１００が椅子１０４に接触すると、ロボット１００内のセンサは、バンパ１０６の移動量に比例し得る電気信号を生成し出力する。ロボット１００内の制御装置１１０は、これらの電気信号を受信し、力の強さ、力の方向、力の位置、又は力の継続時間といった一つ以上の力の特性の判断に用いる。力の方向及び位置といった情報は、ロボット１００に対する環境１０３内の障害物の位置の判断に用いることができる。制御装置１１０は、一つ以上の力の特性の判断に基づいて移動及び駆動コマンドを発行することができる。例えば、移動及び駆動コマンドは、椅子１０４との接触の検出に応じて椅子との継続的な接触を避けるよう、椅子に沿って移動するよう、前進速度を低下するよう、又はその他の動作を実行するようロボットに指示し動作させることができる。

【0025】

図２及び３は、ロボット本体１０９に取り付け可能なバンパ２００の構造例を示す。この例では、バンパ２００は概して長方形である。バンパ２００はロボットの前方部１０８に取り付けられており、前側２００Ｆ、右横側２００Ｒ、及び左横側２００Ｌを含む。左角部２０１Ｌは前側２００Ｆと左横側２００Ｌとを接続することができ、右角部２０１Ｒは前側２００Ｆと右横側２００Ｒとを接続することができる。前側２００Ｆ及び横側２００Ｒ、２００Ｌは、互いに実質的に直角であってもよく、部分的に（例えば前方のみ）長方形を形成する。前側２００Ｆは、例えば、１５ｃｍから３０ｃｍの間、３０ｃｍから４５ｃｍの間、または４５ｃｍから６０ｃｍの間の長さを有することができる。横側２００Ｒ、２００Ｌは、例えば、５ｃｍから１５ｃｍの間、１５ｃｍから２５ｃｍの間、または２５ｃｍから３５ｃｍの間の長さを有することができる。一般に、前側２００Ｆはロボットの全幅にわたって延びてロボットの幅と同じ幅を有することができ、横側２００Ｒ、２００Ｌはロボットの長さの１／４から１／２の間とすることができる。例えば、横側２００Ｒ、２００Ｌは、ロボットの長さの１／４から１／３の間の長さを有することができる。

【0026】

バンパ２００は部分的に長方形であると説明したが、本明細書で説明するように他の形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、前側２００Ｆと横側２００Ｒ、２００Ｌとの間の角度は、限定されないが、例として、例えば８５から９５度の間、８０から１００度の間、または７５から１０５度の間の適切な角度である。本明細書で説明する実施形態のいずれにおいても、ロボット本体の前方部１０８は、部分的に円形、半円形、三角形、ルーロー三角形、スプライン形状、又はその他の適切な形状であってもよい。これらの場合、バンパ２００は、本明細書で説明する概して長方形の形状とは異なる形状を有してもよい。

【0027】

バンパ２００の構造は、バンパ２００内のセンサが接触により生じる力に基づいて電気信号を生成することができるよう力を伝達する。具体的には、本明細書で説明するセンサは、バンパ２００に加わる垂直方向の力、水平方向の力、又はこれらを組み合わせた力の検出に用いることができる。図２を参照すると、バンパ２００は、裏張り２０４を少なくとも部分的に（本例では全体を）覆う膜２０２を含む。裏張り２０４は、ロボット本体１０９と膜２０２との間に位置する。膜２０２はバンパ２００の外面の役割を果たし、環境１０３内に位置する物体と直接接触する。従って、膜２０２が環境１０３内の物体と接触すると、膜２０２は変形し、裏張り２０４をロボット本体１０９の方向に押す。そして、裏張り２０４の動きによって、バンパ２００の容量センサ２１０ａ−２１０ｊ（まとめて容量センサ２１０と呼ぶ）が裏張り２０４の動きに応じて電気信号を生成する。いくつかの実施形態では、ロボット本体１０９に対する裏張り２０４の変位は、例えば、０ｍｍから５ｍｍ、０ｍｍから１５ｍｍ、及び０ｍｍから２５ｍｍの間隔内である。センサが高感度であることにも起因して、いくつかの例では、観察者から見て概して移動しないように見えるバンパを提供するために、裏張り２０４のロボット本体１０９に対する変位は、１ｍｍから５ｍｍの間に限定されている。

【0028】

バンパ２００の構成要素の材質は、構成要素の機能に基づいて異なってもよい。膜２０２は、膜２０２を変形させるバンパ２００の外面に加わる力を、裏張り２０４の小さい領域に比較的狭く伝えるような柔らかく撓み易い材質とすることができる。例えば、膜２０２は、ポリクロロプレン、エチレンプロピレンジエンゴム、ポリオレフィン熱可塑性エラストマー又は熱可塑性硬質ゴムといった、エラストマー材やゴム材とすることができる。膜２０２は、例えば０．０１ＭＰａから１ＭＰａ、１ＭＰａから１０ＭＰａ、又は１０ＭＰａから１００ＭＰａといった、低い弾性係数を有することができる。いくつかの実施形態においては、膜２０２は単一統合要素であるが、バンパ２００の前側２００Ｆで別れている、それぞれがバンパ２００の横側２００Ｒ、２００Ｌの一方を覆う二つの部品から成るものでもよい。

【0029】

裏張り２０４の全てまたは一部を、膜２０２よりも硬い材料で形成することができる。例えば、裏張りは、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、又はナイロンといった剛値高分子で形成することができる。或いは、裏張りはステンレス鋼や銅鋼といった金属板で形成することができる。一つの例では、裏張りは銅メッキ鋼で形成されている。動作中は、ロボット１００が環境１０３内の物体と接触し、膜２０２が変形して力を裏張り２０４に伝達し、裏張り２０４はロボット本体１０９に対して動くことで力に応答する。バンパ２００の膜２０２及び裏張り２０４は、その下にあるロボット本体１０９の形状に似た形状を有することができる。その結果、膜２０２及び裏張り２０４は全体として部分的に長方形とすることができる。

【0030】

ロボット１００は、環境１０３内の物体との接触を検出することが可能なセンサシステムを含む。この例においては、センサシステムはバンパ２００に沿って位置する容量センサ２１０を含む。容量センサは、（バンパ２００に力が加わると動く）裏張り２０４の動きに応じて電気信号を出力する。各電気信号は、例えば、電流、電圧、又は容量センサの容量によって変化するその他の適切な信号とすることができる。容量センサ２１０は、バンパ２００の前側２００Ｆ、バンパ２００の右横側２００Ｒ及び／又は左横側２００Ｌに配置することができる。容量センサ２１０の数及びバンパ２００の長さ方向における容量センサ２１０の分布は、ロボット１００の前側及び横側に沿った様々な位置の接触をセンサシステムが検出することを可能にする。例えば、容量センサ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｈ、２１０ｉはバンパ２００の横側２００Ｒ、２００Ｌにおける物体との接触に応答するのに対し、バンパ２００の前側２００Ｆに沿って配置された容量センサ２１０ｃ−２１０ｇはバンパ２００の前側２００Ｆにおける物体との接触に応答する。

【0031】

裏張り２０４の構造は、バンパ２００上の様々な位置に加わる力に対する容量センサ２１０の反応性を調整するために選択することができる。反応性は、例えばバンパ２００の一部に加わる力の強さといった、パラメータの変化に対する電気信号の変化量を含む。従って、力に対する反応性が高い容量センサでは、力の単位増加に応じた電気信号の変化が、力に対する反応性が低い容量センサよりも大きくなる。

【0032】

裏張り２０４は、複数の硬い領域であって、容量センサ２１０が、それらが取り付けられている硬い領域に加わる局所的な力に対して強く反応するよう、硬い領域より柔らかい他の領域（以下、柔軟領域と呼ぶ）によって互いに連結された複数の硬い領域を含むことができる。例えば、図３のバンパ２００の部分拡大図に示されているように、裏張り２０４は、連結要素２０８ａ−２０８ｆ（各要素は図２に示されており、図３においてはそれらをまとめて連結要素２０８として示している）によって相互に連結された複数のセグメント２０６ａ−２０６ｇ（各セグメントは図２に示されており、図３においてはそれらをまとめてセグメント２０６として示している）を含むことができる。連結要素２０８は柔軟領域であり、セグメント２０６より高い柔軟性／低い剛性を有することができる。

【0033】

図３に示す例では、連結要素２０８及びセグメント２０６は同じ材質でできている。連結要素２０８はセグメント２０６よりも薄いため、連結要素２０８はセグメント２０６よりも柔軟になっている。いくつかの実施形態においては、連結要素２０８は、セグメント２０６と異なる、より柔軟な材料でできていてもよい。このような実施形態においては、セグメント２０６と連結要素２０８は、ほぼ同じ厚みであるか、これらが同じ材料でできている場合よりも厚みの差が小さいものであってもよい。例えば、連結要素２０８に対するセグメント２０６の厚みの比は、１．１から２の間、２から４の間、４から６の間、又は６から８の間とすることができる。セグメント２０６は、例えば、１ｍｍから２ｍｍの間、２ｍｍから３ｍｍの間、または３ｍｍから４ｍｍの間の厚みを有することができる。

【0034】

複数のセグメント２０６及び連結要素２０８は統合構造を形成するため、単一の部品として製造することができる。別の実施形態においては、セグメント及び連結要素は複数の部品でできている。

【0035】

例として、セグメント２０６は柔軟な要素２０８で連結されているため、セグメント２０６のそれぞれに加わる力は、その力が加わったセグメントに実質的に隔離されている。力が加わったセグメントは、力が加わっていないセグメントよりも更に押圧される。その結果、容量センサ２１０は、それらが直接取り付けられているセグメント２０６に加わる力に良く反応し、それらが直接取り付けられていないセグメント２０６に加わる力にはあまり（又は、隔離の程度によっては、全く）反応しない。いくつかの実施形態においては、この働きを実現するために、連結要素２０８の剛性をセグメント２０６の剛性よりも低くし、セグメント２０６間の力の伝達量を小さくしている。従って、本明細書で説明するように、容量センサ２１０により生成される電気信号は、バンパ上の異なる位置に加わる力に対する容量センサ２１０の電気的応答の違いにより、バンパ２００上の力の位置の推定に用いることができる。

【0036】

本明細書の別の箇所で説明するように、容量センサ２１０は、容量センサ２１０のプレートの相対的な動きに応じて電気信号を生成する。図３−５に示す例においては、各容量センサ２１０は、固定されたプレート２１６と、バンパ２００と共に可動なプレート２１４とを含む。固定プレート２１６は、ロボット本体の、裏張り２０４と向かい合わない部分に取り付けられている。可動プレート２１４は、裏張り２０４の（硬い）セグメントに連結されたポスト２１２に取り付けられている。ポスト２１２は、セグメント２０６に連結されているか、セグメント２０６の統合部分を構成してもよい。ポスト２１２は、本体１０９の穴２１３を通して可動プレート２１４に連結されている。この連結により、セグメント２０６の動きはポスト２１２に伝達され、その動きは次いで可動プレート２１４に伝達される。従って、動作中は、バンパ２００に加わる力に応じてセグメント２０６が動き、それによりポスト２１２が動き、それにより稼働プレート２１４が固定プレート２１６から離れる。このように、穴２１３を通したポスト２１２の動きは、稼働プレート２１４と固定プレート２１６を離反させる。結果として生じるプレート２１４、２１６の変位は、容量センサ２１０の容量の変化を引き起こす。この容量の変化は、変位に比例する電気信号の出力に反映され、動きに反映される。

【0037】

容量センサ２１０により生成される電気信号は、ベースライン電気信号に対して変化することができる。力が加わっておらず、バンパ２００が非押圧位置にある場合、プレート２１４、２１５は、接触しているか、或いは力が加わっている時よりも互いに近い位置にある。その結果生成される電気信号は、プレートの動きを計測する際の基準となるベースライン電気信号の役割を果たす。

【0038】

可動プレート２１４及び固定プレート２１６は、例えば、銅板、薄膜塗装金属板、又はその他の適切な伝導性金属とすることができる。プレート２１４、２１６間の誘電体５００は、例えば、空気、ガラス、セラミック、又はその他の絶縁性材料とすることができる。例えば、力が加わっていないときにプレート同士が接触している場合、誘電体は空気である。しかし、プレート間にベースライン離反がある場合、他の誘電体（及び空気）を用いることができる。可動プレート２１４は、円形、長方形、又は他のあらゆる適切な形状であってもよい。固定プレート２１６は、可動プレート２１４の形状に合う形状（例えば、円形、長方形、又は他のあらゆる適切な形状）であってもよい。いくつかの場合においては、可動プレート２１４は、５ｍｍから３５ｍｍの間（例えば、５ｍｍから１５ｍｍの間、１５ｍｍから２５ｍｍの間、又は２５ｍｍから３５ｍｍの間）の半径で規定される円形状であってもよい。固定プレートは、例えば、５ｍｍから１５ｍｍの間、１５ｍｍから２５ｍｍの間、又は２５ｍｍから３５ｍｍの間の半径で規定される円形状であってもよい。可動プレートが長方形である場合、可動プレート２１４は、５ｍｍから３５ｍｍの間（例えば、５ｍｍから１５ｍｍの間、１５ｍｍから２５ｍｍの間、又は２５ｍｍから３５ｍｍの間）の長さ及び幅を有することができる。いくつかの例においては、可動プレートは、長さと幅の比率が１．５：１から２：１の間の長方形プレートとすることができる。一つの特定の例においては、プレートの長さは約１５−２５ｍｍの間、プレートの幅は約５−１５ｍｍの間とすることができる。

【0039】

図６は、可動プレート２１４及び固定プレート２１６を含む容量センサ２１０の一例の概略側面図を示す。図６に示すように、可動プレート２１４の変位は、ロボット１００が移動する床面に対して概して平行な水平変位６０５を含む。例えば、バンパ２００が床面から延びる垂直面に接触する場合、変位は水平方向の変位を含み得るため、水平変位６０５を引き起こす。従って、バンパ２００が非押圧位置にある場合、可動プレート２１４と固定プレート２１６との間の水平距離６００は、バンパ２００が押圧位置にある場合の可動プレート２１４と固定プレート２１６との間の水平距離６００よりも小さい。

【0040】

容量センサの容量は、連続範囲にわたって変化するパラメータである。従って、容量センサは、容量に基づいてアナログ電気信号を生成することができる。前述したように、電気信号は、電圧、電流、（ＲＣ回路に起因する）周波数、又は容量によって変化するその他の適切な信号とすることができる。水平距離６００が増加すると、容量センサ２１０の容量が減少する。水平距離６００が減少すると、容量センサ２１０の容量が増加する。容量の連続範囲は、非押圧位置と押圧位置との間での水平距離６００の変化に応じて変化する。容量を示す電気信号は、水平変位６０５に比例することができる。ある例においては、容量を示す電気信号は、水平変位６０５に反比例することができる。

【0041】

図７は、例えばロボット１００のバンパ２００に加わる力の特性を判断しロボット１００を操縦するために、ロボット１００に含むことができる制御システム７００の例を示す。制御システム７００は、メモリ記憶素子７１０及びセンサシステム７１５と共に動作可能な制御回路７０５（以下では、制御装置７０５とも呼ぶ）を含む。制御装置７０５は、ロボット１００に設けられたセンサシステム７１５のセンサにより生成される電気信号を受信し、受信した電気信号に基づいて駆動コマンド、操縦コマンド、及びその他の挙動コマンドを選択し発行することができる。センサシステム７１５は、例えば本明細書で説明する容量センサ２１０を含む、バンパ接触センサを含む。制御装置７０５は、センサシステム７１５から受信した電気信号と連動して、障害物を検出し障害物を回避する挙動を実行することができる。

【0042】

制御装置７０５は、メモリ記憶素子にアクセスしてメモリ記憶素子７１０に保存されている信号処理ルーチンを実行することができる。メモリ記憶素子７１０には、制御装置７０５による電気信号の特徴のより正確な判断を可能にする補間ルーチン、静的センサ校正値、及びローパスフィルタリングルーチンを保存することができる。補間ルーチンは、環境内の障害物から受ける力の特性の判断に用いることができる。制御装置７０５は、静的センサ校正値を用いて、バンパ接触センサシステム７２０からの電気信号の強さに対応する力の強さを判断することができる。制御装置７０５は、ローパスフィルタリングルーチンを用いて、バンパ接触センサシステム７２０の分解能を設定することができる。いくつかの実施形態においては、制御装置は、フィルタリングルーチンを実行してバンパセンサの周波数分解能を設定することができる。制御装置が、バンパに加わる力の周波数が０．１Ｈｚから０．５Ｈｚ、０．５Ｈｚから２Ｈｚ，または２Ｈｚから５Ｈｚを超えた場合に接触があったと判断するように、ハイパスフィルタリングルーチンを設定しても良い。ハイパスフィルタリングは、システムによるある周波数を超える力の検出を可能にするために有益であり得る。

【0043】

図２に戻って、容量センサ２１０ａ−２１０ｉの各々は、バンパ２００の環境１０３内の物体との接触に応じて、独立して電気信号を生成することができる。バンパ２００が、一般的にバンパ２００が環境内の物体と接触しておらず加わる力に作用されていないことを示す非押圧位置にある場合、容量センサ２１０ａ−２１０ｉは、バンパ２００が非押圧位置にあることを示すベースラインニュートラル信号であると制御装置７０５が解釈できる、同様の信号を生成する。従って、制御装置７０５は、ロボット１００が環境１０３内の物体に接触せずに環境１０３内を移動している間に、動的に容量センサ２１０ａ−２１０ｉの各々をこれらのニュートラル信号でキャリブレーションすることができる。電気信号のベースラインニュートラル信号からの変化（電気的応答と呼ぶ）は、バンパ２００の一部の押圧を示すものであり得る。

【0044】

図８Ａは、ロボット１００のバンパ２００に、床面と平行又は実質的に平行な力８０５を加える物体８００と接触しているロボット１００を示す。力８０５に応じてバンパ２００が動き、それによって裏張り２０４のセグメント２０６が動き、容量センサ２１０により出力される電気信号が得られる。力８０５は、強さ、方向、及びバンパ２００上の位置といった特性を含むことができる。

【0045】

容量センサ２１０ａ−２１０ｉの各々は、力の特性に応じて、電圧、電流、又はその他の電気信号の特性が変化し得る電気信号を生成することができる。容量センサ２１０の力に対する反応は、力８０５の位置に基づいて変化することができる。例えば、力８０５の位置と容量センサ２１０との間の距離が増加すると、力８０５による変位は減少する。従って、容量センサ２１０の各々は、力８０５の位置に応じた電気信号を生成する。力８０５がバンパ２００に作用する場合、力８０５の位置がある容量センサ２１０に近いほど、その容量センサにより生成される電気的応答が大きくなる。いくつかの例では、容量センサ２１０が力８０５の位置に近いほど、力８０５の強さに対する容量センサ２１０の応答が大きくなる。

【0046】

図８Ａに示す例では、力８０５の近傍に位置する容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄは、他の容量センサ２１０ａ−２１０ｂ及び２１０ｅ−２１０ｉよりも強く力８０５に反応する。図８Ｂのグラフ８１９は、例えば、電圧、電流、又はその他の適切なベースラインニュートラル信号に対する電気信号の変化で表現可能な、容量センサ２１０ａ−２１０ｉのそれぞれの電気的応答８２０ａ−８２０ｉ示す。容量センサ２１０ａ−２１０ｉの各々は、バンパ２００上の、バンパ２００に沿って測定した線形一次元位置である位置８２２に位置する。従って、電気的応答８２０ａ−８２０ｉは、それぞれ容量センサ２１０ａ−２１０ｉの位置と関連付けることができる。

【0047】

力８０５は容量センサ２１０ｃの位置と２１０ｄの位置との間に位置するため、電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄは、その他の電気的応答８２１０ａ−８２０ｂ及び８２０ｅ−８２０ｉよりも大きい。更に、容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄは、その両方を（図２に示す）裏張り２０４の同じセグメント（例えば２０６ｃ）に結合されているため、力８０５の単位力に対して他の容量センサ２１０ａ−２１０ｂ及び２１０ｅ−２１０ｉよりも強い応答性を示す。本明細書で説明するように、電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄは、セグメント２０６ｃをその他のセグメント２０６から分離する柔軟な連結要素２０８ｂ及び２０８ｃにより、力８０５に応じてより大きな変化を示し得る。

【0048】

制御装置７０５は、電気的応答８２０ａ−８２０ｉに基づいて、物体８００との接触により生じる力８０５の特性を判断することができる。例えば、制御装置７０５は、力８０５の位置及び強さを判断することができる。制御装置７０５は、容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄからの電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄがその他の容量センサ２１０ａ−２１０ｂ及び２１０ｅ−２１０ｉのそれぞれからの電気的応答８２１０ａ−８２０ｂ及び８２０ｅ−８２０ｉよりも大きいことから、力８０５の概略位置はセグメント２０６ｃの近傍にあると判断することができる。制御装置７０５は、容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄからの電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄに基づいて補間処理を実行し、セグメント２０６ｃ上の力８０５の正確な位置を特定することができる。補間は、線形補間でとすることができる。いくつかの場合においては、補間は、例えばセグメント２０６ｃに沿った剛性、弾性、及び形状の非線形変化を考慮してもよく、従って多項補間といった非線形補間とすることができる。

【0049】

一例では、制御装置７０５は、電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄの間の補間線８２５の傾き８３０を算出し、容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄが設けられたセグメント２０６ｃ上の位置を判断することができる。一般的に、傾き８３０がゼロの場合、制御装置７０５は力８０５が容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄのそれぞれから実質的に等距離の点に位置すると判断することができる。傾きが正の場合、制御装置７０５は力８０５が容量センサ２１０ｄ寄りの位置にあると判断することができる。（図８Ａに示すように、）傾きが負の場合、制御装置７０５は力８０５が容量センサ２１０ｃに近い位置にあると判断する。具体的には、制御装置７０５は、傾き８３０と、例えばメモリ記憶要素７１０に保存された所定の参照傾きとの差を算出することができる。所定の参照傾きは、容量センサ（例えば容量センサ２１０ｃ）に対するセグメント（例えばセグメント２０６ｃ）上の力の位置（例えば、力８０５の位置）を規定することができる。従って、算出された差は、容量センサ２１０ｃ及び２１０ｄのそれぞれの位置に対する力８０５の位置を示すことができる。従って、制御装置７０５は、バンパ２００上の力８０５の位置を判断することができる。いくつかの場合においては、制御装置７０５は、傾き８３０を、電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄの強さの平均に対して正規化することができる。

【0050】

別の例では、制御装置７０５は、電気的応答８２０ｄに対する電気的応答８２０ｃの比率を判断し、力８０５のバンパ２００上の位置を判断することができる。同一を示す比率は、力８０５が容量センサ２１０ｃ及び容量センサ２１０ｄから等距離の位置にあることを示し得る。１より大きい比率は、力８０５が容量センサ２１０ｃ寄りに位置することを示し、１より小さい比率は、力８０５が容量センサ２１０ｄ寄りに位置することを示し得る。システムは、電気的応答の比率を計算し、算出された比率に少なくとも部分的に基づいて接触の位置を判断することができる。

【0051】

制御装置７０５は、電気的応答８２０ａ−８２０ｉに基づいて、力８０５の強さも判断することができる。例えば、制御装置７０５は、電気的応答８２０ｃ及び８２０ｄの平均を算出することができる。次いで、制御装置７０５は、算出した平均と、メモリ記憶素子７１０に保存されている所定の参照平均との差を算出することができる。所定の参照平均は、力の強さ（例えば、力８０５の強さ）と二つの電気的応答（例えば、電気的応答８２０ａ−８２０ｉ）の平均との間の関係を規定する。従って、算出される差は、力８０５の強さを示し得る。従って、制御装置７０５は、算出される差から、バンパ２００に加わる力８０５の強さを判断することができる。

【0052】

いくつかの追加の例では、力の強さは、複数のセンサの数値を合計することで算出することができる。複数のセンサの相対応答は、力が小さい領域に加わる局所的なものであるか、柔らかい障害物の場合に加わる、広い領域に分布する力であるかを判断する際にも用いることができる。従って、システムは、一つから二つのセンサのみが強い応答を示す場合に、接触が小さい物体（例えば、柱、椅子の脚、テーブルの脚）との接触であると判断することができる。一方で、より多くのセンサ（例えば、三つ以上のセンサ）が強い応答を示す場合、システムは、壁といった大きい障害物に接触したと判断することができる。同様に、より多くのセンサが弱い応答を示す場合、システムは、ロボットが柔らかい又は柔軟な面に接触したと判断してもよい。

【0053】

図９Ａは、ロボット（例えば、ロボット１００）のバンパ（例えば、バンパ２００）上の接触の検出に応じて一つ以上の駆動コマンドを発行する処理９００を示すフローチャートである。

【0054】

制御装置は、処理９０２に従って、環境内を動き回るようロボットを制御（９０５）する。制御装置は、操縦、駆動、及び挙動コマンドを発行して制御に変化をもたらすことができる。制御装置は、移動中にロボットのバンパ用のバンパセンサのキャリブレーション（９１０）も行う。制御装置は、断続的（例えば、０．０１Ｈｚから０．１Ｈｚ、０．１Ｈｚから１Ｈｚ、又は１Ｈｚから１０Ｈｚの周波数で）かつ動的に（例えば、ロボットが環境内を移動中に）バンパセンサをベースライン信号に対してキャリブレーションすることができる。動的キャリブレーション中は、バンパは押圧されていない。従って、制御装置が受信する電気信号は、他の電気信号の比較対称となるベースライン信号の役割を果たす。いくつかの実施形態においては、制御装置は、周波数が閾周波数より高い信号がフィルタリングにより除去されるよう、ローパスフィルタリングルーチンを実行することができる。従って、制御装置は、０．０１Ｈｚから０．１Ｈｚ、０．１Ｈｚから１Ｈｚ、又は１Ｈｚから１０Ｈｚの間であり得るベースライン信号を、ローパスフィルタリングルーチンの閾周波数より下のサンプルとして設定することができる。いくつかの例では、接触信号として見込まれない周波数のノイズをフィルタリングにより除去するために、閾周波数をロボットの速度に基づいて調整することができる。

【0055】

バンパに加わる力に応じて、バンパセンサはキャリブレーションした電気信号と異なる電気信号を生成し、制御装置はその電気信号を受信（９１５）する。電気信号は、例えば、アナログ信号（例えば、電圧、電流、またはその他の適切な電気信号）とすることができる。アナログ信号は、容量、インダクタンス、磁場、距離、変位、又はその他の連続的なパラメータといった、ある範囲内で連続的に変化するパラメータに応答することができる。電気信号は、バンパの変位やバンパに加わる力の量に正比例又は反比例させることができる。いくつかの例では、電気信号は、多項式、スプライン、指数等といった非線形の平滑な関数に沿ったバンパの変位量と関連させることができる。従って、電気信号は、変位量が変化するにつれて連続的に変化することができる。

【0056】

制御装置が電気信号を受信（９１５）した後、制御装置は、ロボットのバンパが、例えば環境内の物体と接触したかを判断（９２０）する。制御装置は、この判断を、電気信号とキャリブレーションした電気信号との差が閾差を超えていないと判断（９２２）することにより行うことができる。このような場合には、制御装置は、工程９０５で環境内での移動を継続するようロボットに指示する。

【0057】

電気信号が閾差を超えている場合、制御装置は、バンパが接触したと判断（９２４）することができる。制御装置は、次いで、本明細書で図９Ｂ及び９Ｃに関して説明する例のように、接触の特性を判断（９２５）する。例えば、制御装置は、バンパ上の接触の位置、接触により生じる力の強さ、又は接触の継続時間を判断することができる。

【0058】

制御装置は、判断された特性に基づいてロボットにコマンドを発行（９３０）する。例えば、制御装置は、接触の位置を判断すると、接触の位置の周りを旋回するようロボットに指示する操縦コマンドを発行する。いくつかの場合においては、制御装置は、ロボットが接触した物体に沿って移動するようロボットに指示してもよい。例えば、物体は壁であってもよく、制御装置は、ロボットが壁に沿って動く壁追従挙動を実行するようロボットに指示してもよい。制御装置は、ロボットが壁追従挙動を実行している間、力の強さを所定の力の範囲に維持するようロボットに指示してもよい。制御装置が接触に応じてコマンドを発行した後、ロボットは環境内で移動を続ける。

【0059】

制御装置が接触の特性を判断（９２５）する際、制御装置は、接触の複数の異なる特性を判断するために複数の異なる処理を実行することができる。制御装置は、これらの処理のいくつかを実行して連続範囲にわたる電気信号の変化を利用し、接触の特性を判断（９２５）することができる。図９Ｂは、制御装置が受信（９１５）した電気信号に基づいて接触の位置を判断する処理９３５を示すフローチャートの例である。

【0060】

制御装置は、処理９３７に従って、二つのバンパセンサから受信（９１５）した二つの電気信号を選択（９４０）する。制御装置は、当該二つの電気信号の強度に基づいて当該二つの電気信号を選択（９４０）することができる。例えば、制御装置は、最も高い強度を有する二つの電気信号を選択（９４０）することができ、これらの二つの電気信号は、これらの二つの電気信号を生成した二つのバンパセンサが接触の位置に近いことを示すことができる。

【0061】

制御装置が二つの電気信号を選択（９４０）した後、制御装置は、少なくとも二つの電気信号に基づいて位置を示す値を算出（９４３）する。位置を示す値は、例えば、二つの電気信号の差とすることができる。制御装置は、二つの電気信号を、当該二つの電気信号を生成したバンパセンサの位置と関連付けることができる。バンパセンサの位置は、バンパ上のバンパセンサの位置として測定することができる。従って、電気信号とバンパセンサの位置は順序対を成すことができる。制御装置は、二つの電気信号と、二つの電気信号を生成した二つのバンパセンサのバンパ上の二つの位置とに基づいて、位置を示す値を傾きとして算出（９４３）することができる。このような場合、制御装置は、二つの電気信号に対応する二つの順序対の間の線形補間を実行することができる。

【0062】

次いで、制御装置は、位置を示す値に基づいて接触の位置を判断（９４５）する。制御装置は、位置を示す値を参照値と比較することができる。制御装置は、位置を示す値と参照値との差に基づいて、接触の位置を判断することができる。例えば、位置を示す値が二つの電気信号の差である場合、制御装置は、その差を参照差と比較することができる。参照差は、バンパ上のある位置での接触において予測される二つの電気信号の推定差とすることができる。別の例では、制御装置は補間を実行することができる。位置を示す値が傾きである場合、制御装置は、補間を実行し、補間により得られた傾きを参照傾きと比較することができる。参照傾きは、バンパ上のある位置での接触において予測される二つの電気信号の間の推定傾きとすることができる。

【0063】

いくつかの実施形態においては、制御装置は、三つ以上のバンパセンサからの三つ以上の電気信号を選択（９４０）してもよい。例えば、制御装置は、電気信号が閾読取値を超える全てのセンサの読取値に基づいて補間を実行してもよい。従って、補間は、データセットの多項式補間又はその他の補間とすることができる。

【0064】

図９Ｃは、制御装置が受信（９１５）した電気信号に基づいて接触力の強さを判断する処理９５０を示す別のフローチャート例である。

【0065】

制御装置は、処理９５２に従って、受信（９１５）した電気信号に基づいて強さを示す値を算出（９５５）する。強さを示す値は、例えば、受信（９１５）した電気信号のうちの、全電気信号の平均、電気信号の部分集合の平均、最大の電気信号、又は電気信号の和とすることができる。

【0066】

制御装置は、強さを示す値に基づいて接触力の強さを判断（９６０）する。制御装置は、強さを示す値を参照値と比較する。例えば、強さを示す値が受信（９１５）した電気信号の平均である場合、参照値は、ある既知の強さの接触力において予測される所定平均とすることができる。いくつかの場合においては、制御装置は、接触の位置を判断（９４５）した後に処理９５２を実行する。従って、参照値は、ある既知の位置におけるある既知の強さの接触力において予測される所定値とすることができる。このような場合、強さを示す値は、最大電気信号といった一つの電気信号であってもよい。制御装置は、強さを示す値と参照値との間のより大きい差を、より大きい力の強さを示すものであると解釈することができる。

【0067】

ロボット、センサ、及び方法の追加的及び代替的な実施形態の説明も提供する。例えば、本明細書で説明する容量センサの構造を変えることができる。図５に示す例では、可動プレート２１４は、本体１０９の、裏張り２０４と向かい合わない側に隣接しており、固定プレート２１６は、本体１０９の、裏張り２０４と向かい合わない側に取り付けられている。図１０から１２は、代替的な実施形態を示す。これらの代替的な実施形態では、可動プレートは、裏張りの、本体と向かい合う側に取り付けられており、固定プレートは、本体の、裏張りと向かい合う側に取り付けられている。これらの実施形態は、裏張りの本体に対する動きによる容量の変化の仕方も異なっている。例えば、図１０から１２に示す実施形態では、裏張りと本体との間の圧縮によってプレート同士が近づくが、図５に示す実施形態では、裏張りと本体との間の圧縮によってプレート同士が離れる又は遠ざけられる。

【0068】

可動プレート及び固定プレートの形状は容量に影響する。可動プレートは、円形、長方形、又は固定プレートの形状と合うその他の形状とすることができる。固定プレートは、円形、長方形、又は本体の固定プレートが取り付けられている部分と合うその他の形状とすることができる。可動プレートはそれぞれ、例えば１００平方ミリメートルから１０００平方ミリメートルの間、又は１０００平方ミリメートルから２０００平方ミリメートルの間の表面積を有することができる。固定プレートはそれぞれ、例えば１００平方ミリメートルから１０００平方ミリメートルの間、又は１０００平方ミリメートルから２０００平方ミリメートルの間の表面積を有することができる。

【0069】

図１０を参照すると、裏張り１０１０に取り付けられた可動プレート１０００はロボット本体１００５と向かい合っており、ロボット本体１００５上の固定プレート１０１５ａ、１０１５ｂは裏張り１０１０と向かい合っている。誘電体１０２０ａ、１０２０ｂは、固定プレートを可動プレート１０００から隔離する。誘電体１０２０ａ、１０２０ｂは、発泡体のような変形可能な材料とすることができる。各固定プレート１０１５ａ、１０１５ｂ、各誘電体１０２０ａ、１０２０ｂ、及び可動プレート１０００により、容量センサ１０２２ａ、１０２２ｂを形成する。固定プレート１０１５ａ、１０１５ｂを可動プレート１０００以外のソースによる電場から遮断するために、接地された金属板１０３０で固定プレート１０１５ａ、１０１５ｂのそれぞれの、可動プレート１０００に対して反対側を覆うことができる。裏張り１０１０に加わる力１０２５は、固定プレート１０１５ａ、１０１５ｂに対する可動プレートの変位を引き起こす。力１０２５の裏張り１０１０上の位置は、容量センサ１０２２ａ、１０２２ｂのそれぞれの力１０２５に対する反応性に影響を与え得る。例えば、裏張り１０１０に加わる力１０２５は、容量センサ１０２２ｂよりも容量センサ１０２２ａに近い。従って、容量センサ１０２２ａの方が力１０２５に強く反応する。力１０２５が容量センサ１０２２ａ、１０２２ｂから等距離の位置にある場合、容量センサ１０２２ａ、１０２２ｂは、力１０２５の強さに対して同等の反応性を示し、ある強さに対して同じだけ活性化される。いずれにしても、制御装置は、力の計測結果に基づいて、裏張り１０１０上のどこに力が発生したかを判断してもよい。

【0070】

図１１を参照すると、裏張り１１１０に取り付けられた可動プレート１１００はロボット本体１１０５と向かい合っており、ロボット本体１１０５に取付けられたスペーサ１１１６ａ、１１１６ｂ上に位置する固定プレート１１１５ａ、１１１５ｂは裏張り１１１０と向かい合っている。空気は、可動プレート１１００を固定プレート１１１５ａ、１１１５ｂから隔離することができるため、容量センサ１１２２ａ、１１２２ｂの誘電体の役割を果たす。接地された金属板１１３０は、固定プレート１１１５ａ、１１１５ｂのそれぞれの、可動プレート１１００に対して反対側を遮断する。スペーサ１１１６ａ、１１１６ｂの高さは、小さな距離の変化により容量センサ１１２２ａ、１１２２ｂの容量が大きく変化するよう、可動プレート１１００と固定プレート１１１５ａ、１１１５ｂとの間の距離を短くする。その結果、スペーサ１１１６ａ、１１１６ｂは、容量センサ１１２２ａ、１１２２ｂが裏打ち１１１０に加わる力１１２５により強く反応することを可能にする。

【0071】

図１２を参照すると、裏張り１２１０に取付けられた可動プレート１２００はロボット本体１２０５と向かい合っており、ロボット本体１２０５に取り付けられたスペーサ１２１７ａ、１２１７ｂ、１２１７ｃ上に位置する固定プレート１２１５ａ、１２１５ｂ、１２１５ｃは裏張り１２１０と向かい合っている。接地された金属板は、固定プレート１２１５ａ、１２１５ｂ、及び１２１５ｃのそれぞれの、可動プレート１２００に対して反対側を遮断する。可動プレート１２００は、容量的に固定プレート１２１５ｂに結合することができ、接地された電線を用いて接地することができる。その結果、このような実施形態では、可動プレート１２００はフローティング状態とすることができ、可動プレート１２００が動くと一緒に動いてしまう電線を可動プレート１２００に接続する必要が無くなる。本明細書で説明するように、スペーサ１２１７ａ、１２１７ｂ、１２１７ｃにより、容量センサ１２２２ａ、１２２２ｂ、１２２２ｃが裏張り１２１０に加わる力１２２５に対してより強く反応するようになる。

【0072】

図１３及び１４は、位置が異なる容量センサと構造が異なる裏張りを有する代替的なバンパを示す。ある実施形態では、図１３に示すロボット１３００は、図１０から１２に関して説明した、容量センサタイプである容量センサ１３１５ａ−１３１５ｊ（まとめて容量センサ１３１５と呼ぶ）を用いて本体１３１２に取り付けられたバンパ１３１０上に加わる力を検出することができる。

【0073】

図２に示す、連結要素２０８で互いに連続的に連結されたセグメント２０６とは対照的に、バンパ１３１０は非連続の裏張りセグメント１３１４ａ−１３１４ｆ（まとめて裏張りセグメント１３１４と呼ぶ）を含む。その結果、一つの裏張りセグメント１３１４に加わる力は、基本的には他の裏張りセグメントには伝達されない。容量センサ１３１５は、裏張りセグメント１３１４に結合された可動プレート、及びロボット１３００の本体１３１２に結合された固定プレートを含むことができる。ある例では、セグメント１３１４ａに加わる力は、容量センサ１３１５ａ及び１３１５ｂにより生成される電気信号を、容量センサ１３１５ｃ−１３１５ｊにより生成される電気信号よりも大きく変化させる。その結果、容量センサ１３１５は、それらが取り付けられていないセグメント１３１４に加わる力よりも、それらが取り付けられているセグメント１３１４に加わる力に強く反応する。

【0074】

図１３を参照すると、容量センサ１３１５ｃ及び１３１５ｈは、それぞれバンパ１３１０の左角部１３５０及び右角部１３５０Ｒに位置する。従って、容量センサ１３１５ｃ及び１３１５ｈは、角部１３５０Ｌ、１３５０Ｒの曲面形状に合う非平面固定プレート及び非平面可動プレートを含み得る。容量センサ１３１５ｃ及び１３１５ｈは、バンパ１３１０の角部１３５０Ｌ、１３５０Ｒに加わる力に対して、容量センサ、１３１５ａ−１３１５ｂ、１３１５ｄ−１３１５ｆ、及び１３１５ｈ−１３１５ｊよりも強く反応する。更に、左角部１３５０Ｌのセグメント１３１４ｂ及び右角部１３５０Ｒのセグメント１３１４ｅは、柔軟性を向上させ、それによって角部１３５０Ｌ、１３５０Ｒに加わる力への反応性を向上させるために、薄くなっていてもよい。

【0075】

図１４に示す別の実施形態では、ロボット１４００のバンパ１４１０は、剛性に変化をもたせるために厚みを変化させた連続的なセグメント１４１６Ｆ、１４１６Ｒ、１４１６Ｌ、１４１７Ｌ、１４１７Ｒを含む裏張り１４１４を含む。裏張り１４１４は、ポリカーボネート、板金、又はその他の硬い材質といった剛性のある材質で形成することができる。ロボット１４００は、図１０から１２に関して説明したタイプの容量センサ１４１５ａ−１４１５ｅ（まとめて容量センサ１４１５と呼ぶ）を含む。従って、容量センサ１４１５は、裏張り１４１４に結合された可動プレート（例えば、図１０から１２のそれぞれにおける可動プレート１０００、１１００、１２００）と、ロボット１４００の本体１４１８に結合された固定プレート（例えば、図１０から１２のそれぞれにおける可動プレート１０１５、１１１５、１２１５）を含むことができる。

【0076】

裏張り１４１４の前方セグメント１４１６Ｆ、右セグメント１４１６Ｒ、及び左セグメント１４１６Ｌは、セグメント１４１６Ｆ、１４１６Ｒ、１４１６Ｌ間での力の伝達量を減らすために、裏張り１４１４の左角セグメント１４１７Ｌ及び右角セグメント１４１７Ｒよりも高い剛性を有することができる。容量センサ１４１５ａ−１４１５ｅの可動プレートを含む裏張り１４１４は、サポート１４２０ａ−１４２０ｄ（まとめてサポート１４２０と呼ぶ）を用いて容量センサ１４１５の固定プレートを含むロボット本体１４１８から離すことができる。従って、裏張り１４１４が変形すると、可動プレート及び固定プレートは相互に動く。サポート１４２０は更に、ロボット１４００の制御装置（例えば、制御装置７０５）が容量センサ１４１５ａ−１４１５ｅにより生成された電気信号に対して補間ルーチンを実行する際の参照位置及び／又は境界条件の役割を果たす。

【0077】

いくつかの実施形態においては、裏張りの形状は、バンパ上の特定の位置に加わる力に対する容量センサの反応に影響を与え得る。図１５から１６は、バンパの角に沿ったバンパの裏張りの形状の代替的な実施形態を示す。角部における裏張りの構造により、裏張りの横側から前側に伝達される力の量を決定づけることができる。角部における裏張りの構造は、各側間で伝達される力の量が減少するよう設計することができる。

【0078】

バンパは、前側と横側との間の力の伝達を緩和する角部形状を有する裏張りを含むことができる。裏張りは、角部形状が隣接する前側及び横側の形状よりも柔軟となるよう、細長い要素、薄い要素、又はその他の特徴を組み込んだ角部形状を含むことができる。従って、裏張りは、前側と横側との間の力の伝達を大幅に削減することで、機械的にバンパの前側と横側とを分離することができる。あるセグメントに加えられた力が隣接するセグメントに与える影響が小さくなり、加えられた力の位置の判断がより容易になる。

【0079】

図１５は、ロボットの、裏張り１５１２の前側１５１２Ｆと裏張りの横側１５１２との間の力の伝達を削減する特徴を含むバンパ１５１０の左角部１５５０Ｌの部分を拡大した平面図を示す。バンパ１５１０は、ロボット本体１５１１に取り付けられている。バンパ１５１０の裏張り１５１２は、角部１５５０Ｌに、互いに直列に連結されたセグメント１５１６ａ、１５１６ｂ、及び１５１６ｃを含む。接続セグメント１５１６ｂは、裏張り１５１２の横側１５１２Ｌの横セグメント１５１６ａと、裏張り１５１２の前側１５１２Ｆの前方セグメント１５１６ｃとを連結する連結要素の役割を果たす。容量センサ１５１５ａは、横セグメント１５１６ａに取り付けられた可動プレート（例えば、図１０から１２のそれぞれにおける可動プレート１０００、１１００、１２００）及びロボット本体１５１１に取り付けられた固定プレート（例えば、図１０から１２の固定プレート１０１５、１１１５、１２１５）を含む。容量センサ１５１５ｂは、前セグメント１５１６ｃに取り付けられた可動プレート（例えば、図１０から１２のそれぞれにおける可動プレート１０００、１１００、１２００）及びロボット本体１５１１に取り付けられた固定プレート（例えば、図１０から１２の固定プレート１０１５、１１１５、１２１５）を含む。

【0080】

連結セグメント１５１６ｂの形状は、連結セグメント１５１６ｂが、隣接するセグメントからの力を吸収する屈曲部の役割を果たすことを可能にする。具体的には、連結セグメント１５１６ｂは、前側１５１２Ｆから横側１５１２Ｌに、又は横側１５１２Ｌから前側１５１２Ｆに伝達される力の量を減らすことができる。図１５に示すように、連結セグメント１５１６ｃの長さを伸ばすために、連結セグメント１５１６ｂは、前側１５１２Ｆと横川１５１２Ｌとの間の経路１５１７に対して（凹又は凸方向に）湾曲している。連結セグメント１５１６ｂは、経路１５１７よりも長く、前セグメント１５１６ｃ及び横セグメント１５１６ａの両方から離れる方向に角度が付けられている。いくつかの場合においては、連結セグメント１５１６ｂは、経路１５１７の長さの１．１倍から１．５倍、１．５倍から３倍、３倍から４．５倍の長さを有する。

【0081】

凹形状を有する連結セグメント１５１６ｂを示してあるが、連結セグメント１５１６ｂは、凸形状、三角形、ギザギザ形状、又は連結セグメント１５１６ｂを長くするその他の形状を有することができる。別の実施形態では、連結セグメント１５１６ｂは、連結セグメント１５１６ｂを経路１５１７より長くする、複数の曲面又はスプラインを含むことができる。

【0082】

いくつかの場合においては、バンパは、角部に関連付けられたバンパセンサを含んでもよく、角部における裏張りの形状は、裏張りの角部と各側との間、及び各側間の力の伝達を緩和するよう設計することができる。例えば、角セグメントは、角部付近で裏張りがより柔軟になり、裏張りのセグメント同士が加えられた力に対して互いに多少独立して動くことができるよう、細長くした、分割した、又は薄くしたものとすることができる。角部にこのような特別な措置を講じない場合、いくつかの例では、角部付近の裏張りが若干硬くなり、裏張りのセグメントが動きにくくなる。このような機械的分離により、各セグメントが隣接するセグメントに関連付けられたセンサに与える影響を小さくすることができ、加わった力の位置の判断が容易になる。図１６は、力の伝達の緩和の例を説明する図である。図１６は、ロボットの、ロボットのバンパ１６１０の左角部１６５０Ｌの部分を拡大した平面図を示す。バンパ１６１０は、ロボット本体１６１１に取り付けられている。バンパ１６１０の裏張り１６１２は、連結要素１６１７ａ、１６１７ｂを介して互いに直列に連結された裏張りセグメント１６１６ａ、１６１６ｂ、及び１６１６ｃを角部１６５０Ｌに含む。連結要素１６１７ａは、横セグメント１６１６ａと角セグメント１６１６ｂを連結する。連結要素１６１７ｂは、角セグメント１６１６ｂと前セグメント１６１６ｃを連結する。容量センサ１６１５ａ、１６１５ｂ、１６１５ｃは、横セグメント１６１６ａ、角セグメント１６１６ｂ、及び前セグメント１６１６ｃにそれぞれ取り付けられた可動プレート（例えば、図１０から１２のそれぞれにおける可動プレート１０００、１１００、１２００）と、ロボット本体１６１１に取り付けられた固定プレート（例えば、図１０から１２の固定プレート１０１５、１１１５、１２１５）とを含む。

【0083】

連結要素１６１７ａ、１６１７ｂは、セグメント間の連結を長くし、セグメント１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ間の力の伝達を減らす。連結要素１６１７ａは、連結要素１６１７ａの長さを横セグメント１６１６ａと角セグメント１６１６ｂとの間の直線での連結よりも長くする湾曲を有する。同様に、連結要素１６１７ｂも、連結要素１６１７ｂの長さを角セグメント１６１６ａと前セグメント１６１ｃとの間の直線での連結よりも長くする湾曲を有する。例えば、連結要素１６１７ａは、前セグメント１６１６ｃ及び横セグメント１６１６ａの両方から離れる方向に角度が付けられている。従って、連結要素１６１７ａは、横セグメント１６１６ａと角セグメント１６１６ｂとの間の力の伝達量を減らす。連結要素１６１７ｂは、前セグメント１６１６ｃと角セグメント１６１６ｂとの間の力の伝達量を減らす。連結要素１６１７ａ、１６１７ｂは、横セグメント１６１６ａ、角セグメント１６１６ｂ、及び前セグメント１６１６ｃのそれぞれの内部に力を隔離する。従って、連結要素１６１７ａ、１６１７ｂは、容量センサ１６１５ａ、１６１５ｂ、１６１５ｃのそれぞれが、これらの可動プレートが取り付けられたセグメント１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃに加わる力をより正確に検出することを可能にする。

【0084】

この目的を達成するために、凹形状である連結要素１６１７ａ、１６１７ｂを示したが、いくつかの実施形態では、連結要素１６１７ａ、１６１７ｂは凸形状である。他の実施形態では、連結要素１６１７ａ、１６１７ｂは、連結要素１６１７ａ、１６１７ｂを長くする複数の曲面又はスプラインを含むことができる。

【0085】

図１７は、例えばバンパ１６１０の左角部１６５０Ｌの近くにある物体との接触によりバンパ１６１０の左角部１６５０Ｌに加わる横側力１７０５ａ、角部力１７０５ｂ、及び前側力１７０５ｃの考えられる位置を示す。横側力１７０５ａがバンパ１６１０に加わった場合、容量センサ１６１５ａは、容量センサ１６１５ｂ、１６１５ｃのいずれよりも大きい電気的応答を示す。角部力１７０５ｂがバンパ１６１０に加わった場合、容量センサ１６１５ｂは、容量センサ１６１５ａ、１６１５ｃのいずれよりも大きい電気的応答を示す。前側力１７０５ａがバンパ１６１０に加わった場合、容量センサ１６１５ｃは、容量センサ１６１５ａ、１６１５ｂのいずれよりも大きい電気的応答を示す。図１６に関して示したような、連結要素１６１７ａ、１６１７ｂの長さ、湾曲、及びその他の形状の特徴により、力１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃは、セグメント１６１６ａ、１６１６ｂ、１６１６ｃ間では容易には伝達されない。

【0086】

可動プレートは可動プレートを内側に押し込む水平方向の力に応じて固定プレートに対して相対的に動くと説明したが、いくつかの実施形態では、可動プレートは、非水平成分を有する力による固定プレートに対する相対的な動きを可能にする特徴を含むことができる。図５に示す例では、可動プレート２１４と結合されたポスト２１２は、本体１０９に向かって、ロボット本体１０９の穴２１３を通って延び、可動プレートの固定プレートに対する相対的な動きを制御している。図１８から２１は、非水平成分を有する力による固定プレートに対する相対的な動きが可能な可動プレートの代替的な実施形態を示す。

【0087】

可動プレートの構造に組み込まれたリンクは、非水平成分を有する力による可動プレートの固定プレートに対する相対的な動きを可能にする。裏張り１８００の一部を示す図１８及び１９に示すように、バンパ（例えば、バンパ２００）の裏張り１８００は、ポスト１８１０に連結されたリンク１８０５を含むことができる。ポスト１８１０は、ロボット本体１８１４の穴１８１３を通り、容量センサ１８２２の可動プレート１８１６に取り付けられている。ロボット本体１８１４に取り付けられた固定プレート１８１８は、可動プレート１８１６と向かい合っている。裏張り１８００に与えられる、水平成分と垂直成分を含む力１８２５は、リンク１８０５を通してポスト１８１０に伝わることができ、それによって可動プレート１８１６の水平方向の変位が生じる。従って、リンク１８０５は、垂直方向及び水平高校の力を可動プレート１８１６に伝達するバネの役割を果たす。

【0088】

リンク１８０５の形状により、裏張り１８００を通した可動プレート１８１６への力の伝達を促進することができる。リンク１８０５は、角度１８３０と同程度の角度を成す力（例えば、力１８２５）が容易にリンク１８０５を通してポスト１８１０に伝わるよう、ポスト１８１０に対して角度１８３０を成すことができる。角度１８３０は、１００度から１２０度の間、１２０度から１４０度の間、又は１４０度から１６０度の間とすることができる。リンク１８０５は、凹、凸、線形、又はその他の経路に沿って裏張り１８００をポスト１８１０に連結することができる。いくつかの場合においては、リンク１８０５は裏張り１８００の一端に連結され、他の場合においては、リンク１８０５は裏張り１８００の端部と中央部との間の点に連結されてもよい。

【0089】

裏張りが、水平方向の動きに都合が良く、非水平方向の動きには都合が良くないものとなるよう、湾曲を裏張りの構造に組み込むことができる。図２０及び２１を参照すると、バンパ（例えば、バンパ２００）の裏張り２０００は、湾曲部２００５ａ及び湾曲部２００５ｂを含むことができる。裏張り２０００は、ロボット本体２０１４の穴２０１３を通って容量センサ２０２２の可動プレート２０１６に取り付けられたポスト２０１０も含む。ロボット本体２０１４に取り付けられた固定プレート２０１８は、可動プレート２０１６と向かい合っている。湾曲部２００５ａ、２００５ｂは、湾曲部２００５ａ、２００５ｂが裏張り２０００に加わる非水平成分を含む力２０２５の非水平方向の力に抵抗し、それによって可動プレート２０１６の非水平方向の変位が減少するよう、ロボット本体２０１４と係合している。

【0090】

いくつかの場合においては、容量センサは、固定プレートの可動プレートに対する横方向運動又は滑り運動を可能にし、横方向運動により変化する電気信号を生成する。図２２は、容量センサ２２００の可動プレート２２１８の、容量センサ２２００の固定プレート２２１６に対する横方向運動に応じて電気信号を生成することが可能な容量センサ２２００を示す。ロボット（例えば、図２３のロボット２３００）の本体２２２３の穴２２２５は、可動プレート２２１８に取り付けられたポスト２２２７が穴２２２５内で動くことを可能にする。従って、可動プレート２２１８は固定プレート２２１６に対して滑ることが可能であり、それによって容量センサ２２００の容量を変化させ、容量センサ２２００により生成される電気信号に変化を与えることができる。容量は、可動プレート２２１８と固定プレート２２１６との間の垂直方向距離２２０５に基づいて変化することができる。垂直方向変位２２５０によって垂直方向距離２２０５を増加させることができ、それによって効率的に容量センサ２２００の容量領域が減少する。その結果、垂直方向距離２２０５が増加すると、容量センサ２２００の容量が減少する。垂直方向距離２２０５が減少すると、容量センサ２２００の容量が増加する。従って、容量を示す電気信号は垂直方向変位２２５０に比例させることができる。ある例では、容量の電気信号は、垂直方向変位２２５０に反比例させることができる。

【0091】

従って、容量センサ２２００は垂直方向変位２２５０を示す電気信号を生成することができ、制御装置はロボット２３００が環境内の物体に接触したと判断することができる。図２２に示す横方向運動は、一般に、図２３に示すロボット２３００が移動する床面に対して直角の垂直方向変位２２５０を含む。垂直方向変位２２５０は、例えば、ロボットのバンパ２３１０が頭上の物体２３２０に接触することによって生じ得る。図２３は、頭上の物体２３２０に接触しているロボット２３００の側面概略図を示す。ロボット２３００のバンパ２３１０が物体２３２０に接触すると、バンパ２３１０に垂直方向力２３３０が加わる。垂直方向力２３３０は垂直方向変位を引き起こすことができ、図２２に関して本明細書で説明するように、垂直方向変位２２５０は、バンパ２３１０の容量センサ（例えば、容量センサ２２００）に、バンパ２３１０が力２３３０を受けていることを示す電気信号を生成させることができる。いくつかの場合においては、容量センサからの電気信号は、力２３３０が垂直方向力であることを示してもよい。

【0092】

いくつかの場合において、ロボット（例えば、ロボット２３００）に加わる水平方向力の方向は、可動プレートと固定プレートの相対的な滑り運動につながる容量センサ（例えば、容量センサ２２００）の滑り運動を引き起こす横方向成分を含む。可動プレート（例えば、可動プレート２２１８）及び固定プレート（例えば、固定プレート２２１６）は、図２３に示した垂直方向変位２２５０により生じる変位と同様に、横方向成分によって容量センサの有効容量領域が変化するような変位が可能である。その結果、横方向成分の大きさが増加すると容量領域が減少し、容量が減少する。横方向成分の大きさが小さくなると容量領域が増加し、容量が増加する。滑り運動は、二つ以上の容量センサからの電気信号に同様の差を引き起こすことができるため、制御装置（例えば、制御装置７０５）は、力が横方向成分を含むと判断することができる。

【0093】

図１から２３に関して本明細書で説明する接触センサは容量センサであってもよいが、他の実施形態では、バンパのロボット本体に対する動きに応じて電気信号を生成するその他の電気的センサを用いることができる。例えば、図２４を参照すると、バンパ（例えば、バンパ２００）の裏張り２４００は、誘導性センサを含むことができる。誘導性センサは、裏張り２４００に取り付けられたコア２４１０と、ロボット本体２４３０に取り付けられた巻線２４２０を含む。コア２４１０及び巻線２４２０はインダクタを形成し、誘導性センサ２４０５はインダクタのインダクタンスに基づいて電気信号を生成する。バンパの膜２４５５に加わる力２４５０は裏張り２４００に伝達され、裏張り２４００の本体に対する動きを引き起こす。従って、コア２４１０は、裏張り２４００が動くと巻線２４２０内を通過する。コア２４１０が巻線２４２０内を進むほど、インダクタのインダクタンスは増加する。従って、誘導性センサ２４０５からの電気信号は、コア２４１０の巻線２４２０に対する変位量に比例して変化する。いくつかの場合においては、コア２４１０をロボット本体２４３０に取り付け、巻線２４１０を裏張り２４００に取り付けることができる。これらの場合においても、同様に、コア２４１０の巻線２４２０に対する変位量に比例して変化する。

【0094】

図２５を参照すると、バンパ（例えば、バンパ２００）の裏張り２５００は、ロボット本体２５３０の穴２５１５を通るポスト２５１０に取り付けられたマグネット２５０５を含むことができる。マグネット２５０５は、ロボット本体２５３０に取り付けられたホール効果センサ２５５０から初期距離離れた位置に位置する。ホール効果センサ２５５０は、マグネット２５０５により発生する、ホール効果センサ２５５０の位置における磁場の強度に応じて電気信号を生成する。ある例では、バンパの膜２５６５に加わる力２５６０が裏張り２５００に伝達され、裏張り２５００の本体２５３０に対する動きを生じさせる。従って、マグネット２５０５とホール効果センサ２５５０との間の距離が裏張り２５００の動きによって変化する。その結果、力２５６０は、ホール効果センサにより生成される電気信号を、マグネット２５０５のホール効果センサ２５５０に対する変位量に比例して変化させる。

【0095】

本明細書で説明するロボットは、少なくとも部分的に、例えば一つ以上の非一時的機械可読媒体といった一つ以上の情報媒体に明白に組み込まれた、プログラム処理装置、コンピュータ、複数のコンピュータ、及び／又はロジック部品といった一つ以上の情報処理装置で実行するための、又は一つ以上の情報処理装置の動作を制御するための一つ以上のコンピュータプログラムといった、一つ以上のコンピュータプログラム製品を用いて制御することができる。

【0096】

コンピュータプログラムは、コンパイラ言語やインタプリタ形式の言語を含む、あらゆる形式のプログラム言語で書くことができ、スタンドアローンプログラム、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、又は演算環境での使用に適したその他の単位を含む、あらゆる形式に展開することができる。

【0097】

本明細書で説明するロボットの制御に関連する操作は、本明細書で説明する機能を実行するために、一つ以上のコンピュータプログラムを実行する一つ以上のプログラム処理装置で実行することができる。本明細書で説明するロボットの全体又は一部の制御は、例えばＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）及び／又はＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）といった特殊用途ロジック回路を用いて実行することができる。

【0098】

コンピュータプログラムの実行に適した処理装置は、例えば、一般及び特殊用途のマイクロプロセッサの両方、及び一つ以上のあらゆる種類のデジタルコンピュータの処理装置を含む。一般に、処理装置は、読み出し専用記憶領域又はランダムアクセス記憶領域、又はこれらの両方から指示及びデータを受け取る。コンピュータの要素は、指示を実行するための一つ以上の処理装置と、指示及びデータを保存するための一つ以上の記憶領域装置を含む。一般に、コンピュータは、例えば磁気、光磁気ディスク、又は光ディスクのような、データ保存用の集合ＰＣＢといった一つ以上の機械可読記憶媒体を含むか、データを受け取るために動作的に結合されているか、又はその両方である。コンピュータプログラム指示及びデータを使用するのに適した機械可読記憶媒体には、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュ記憶領域装置といった半導体記憶領域装置、内蔵ハードディスクやリムーバブルディスクといった磁気ディスク、光磁気ディスク、及びＣＤ−ＲＯＭディスクやＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、あらゆる形態の不揮発性記憶領域を含む。

【0099】

本明細書で説明する異なる実施形態の要素を組み合わせることで、具体的に上述していない他の実施形態を形成してもよい。発明の動作に悪影響を与えずに、要素を本明細書で説明する構造から抜き出してもよい。更に、様々な別々の要素を一つ以上の個別の要素に組み合わせることで、本明細書で説明する機能を実行するようにしてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】