CN106225812A - 用于移动机器人的接触传感器 - Google Patents

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Abstract

一个机器人包含主体和防撞器。主体可相对于表面移动并包括传感器的第一部分。防撞器被安装在主体上并且可相对于主体移动并包括一个支架和传感器的第二部分。支架可响应于施加在防撞器上的力相对于主体移动。传感器的第二部分附于支架上并可与支架一起响应于施加在防撞器上的力相对于传感器的第一部分移动。传感器配置成输出响应支架移动的电信号。电信号与第二部分相对于第一部分的位移量成正比。

Description

用于移动机器人的接触传感器
技术领域
本说明书通常涉及用于移动机器人的接触传感器。
背景技术
移动机器人通过在环境周围行进进行操作。移动机器人可包括防撞器，其接触移动机器人在其行进中遇到的障碍。移动机器人可响应于防撞器已接触到环境中障碍物的检测，而修改其行为。例如，移动机器人可从障碍物返回，或相反地改变其路径。在一些移动机器人中，防撞器包括机械开关，其提供防撞器是否已与障碍物接触的二进制指示。
发明内容
移动机器人的防撞器可使用检测防撞器运动的传感器检测与环境中障碍物的接触。例如，每个传感器可以是电容式传感器，其具有一活动安装的板，该板与防撞器一起相对于底盘移动，以及另一安装的板，它相对于底盘是固定的。由于防撞器的移动，一个板相对于另一个板移动使得电容式传感器输出具有大小或值与板之间距离成比例的电信号。因此，电信号根据防撞器的移动在值范围内变化。控制器解释由传感器产生的电信号以确定施加在防撞器的力的属性，如位置、大小和力的持续时间。在此描述的各种系统用于检测与移动机器人防撞器的接触、施加给移动机器人防撞器的力以及移动机器人防撞器的位移。
在一个方面，机器人包含主体和防撞器。主体可相对于表面移动并包括传感器的第一部分。防撞器安装在主体上并且可相对于主体移动并包括一个支架和传感器的第二部分。支架可响应于施加在防撞器上的力相对于主体移动。传感器的第二部分被附于支架上并可响应于施加在防撞器上的力随支架一起相对于传感器的第一部分移动。传感器被配置成输出响应于支架移动的电信号。电信号与第二部分相对于第一部分的位移量成正比。
在一些情况下，传感器包括电容式传感器。所述第一部分可包括电容式传感器的第一板。所述第二部分可包括电容式传感器的第二板。电信号可与第一板相对于第二板的位移量成比例地变化。支架可包括通过柔性区域互相连接的刚性区域。至少一个刚性区域可包括杆，其向主体延伸并穿过主体中的孔。第二板可附于背对支架的主体一侧的杆上。第二板可与杆一起相对于第一板移动。在一些示例中，第一板相对于第二板的位移可包括平行于表面的水平位移，并且电信号可与水平位移量成比例变化。在一些示例中，第一板相对于第二板的位移可包括垂直于表面的垂直位移，并且电信号可与垂直位移量成比例地变化。
防撞器可在受压位置和未受压位置之间移动。在一些情况下，在未受压位置中，第一板可接触第二板，以及在受压位置中，杆穿过孔的运动可导致第一板和第二板之间分离。在一些示例中，在未受压位置中，第一板和第二板之间的距离小于受压位置中第一板和第二板之间的距离。
在一些示例中，电容式传感器的第一板可在面向支架的主体表面上与附于主体，以及第二板可在背向主体的支架一侧附于支架。电介质可在第一板和第二板之间。机器人可包括具有一定厚度的间隔件。在一些实施方式中，间隔件可将第一板连接至主体。垫片可位于第一板和主体之间。在一些实施方式中，垫片可将第二板连接至支架并可以位于第二板和支架之间。
支架可包括集成结构，集成结构整体上的刚性基本恒定。防撞器可具有大致成矩形的形状。防撞器可包括覆盖至少一部分支架的外皮，该外皮由减震材料构成。
在一些示例中，传感器可包括电感传感器，传感器的第一部分可包括电感传感器的线圈，第二部分可包括电感传感器的芯，以及电信号可与线圈相对于芯的位移量成比例地变化。
在其他示例中，传感器的第一部分可包括霍尔效应传感器，传感器的第二部分可包括磁体，以及电信号可与磁体相对于霍尔效应传感器的位移量成比例地变化。
在其他方面，机器人包括主体、防撞器、第一传感器、第二传感器和控制器。主体可相对于表面移动。防撞器安装在主体上并可相对于主体移动。防撞器包括可响应于施加在防撞器上的力相对于主体移动的支架。第一传感器输出和/或配置成输出随防撞器移动量变化的第一电信号。第一传感器的至少一部分被安装至支架上。第二传感器输出和/或配置成输出随防撞器移动量变化的第二电信号。第二传感器的至少一部分被安装至支架上。控制器接收和/或被配置成接收第一电信号和第二电信号。控制器基于第一电信号和第二电信号确定和/或配置成确定施加在防撞器上的力的一个或多个属性。
支架可包括多个段。该多个段可包括第一段和第二段。第一传感器的至少一部分被安装至第一段。第二传感器的至少一部分被安装至第二段。该多个段能通过连接元件互相连接以构成集成结构。连接元件可具有比该多个段的弹性更大的弹性。连接元件可包括与该多个段相同的材料。连接元件的厚度可比该多个段的厚度小。该多个段的至少一些可与多个段的其余段分离。
在一些示例中，所述一个或多个属性可包括施加在防撞器的力的位置。所述一个或多个属性可包括施加在防撞器的力的大小。所述一个或多个属性可包括施加在防撞器的力的频率，施加在防撞器的力的持续时间和/或施加在防撞器的力的动态响应。
控制器可被配置成执行指令以通过基于第一和第二电信号执行一个或多个插值处理而确定所述一个或多个属性。
支架可具有与第二侧串联并相对于第二侧成角度的第一侧。支架可包括位于第一侧与第一传感器对齐的第一段以及位于第二侧与第二传感器对齐的第二段。第一段可通过连接元件被连接至第二段，该连接元件的长度大于从沿第一侧的第一段至沿第二侧的第二段的长度。连接元件可倾斜远离位于第一侧的第一段。连接元件可倾斜远离位于第二侧的第二段。连接元件可相对于沿第一侧和第二侧的通路弯曲。支架可具有大致成矩形的形状。第一侧和第二侧可以是大致成矩形形状的相邻侧。
在一些示例中，第一和/或第二电信号可随防撞器的移动线性地变化。在一些示例中，第一和/或第二电信号可随防撞器的移动非线性地变化。
前述的优点可包括但不限于以下：传感器生成电信号，其指示由接触环境中的物体引起的力的角度，因此不仅允许控制器检测防撞器是否与环境中的物体接触，而且允许控制器确定防撞器上力的位置，防撞器上力的大小和防撞器上力的其他属性。响应检测接触和确定接触的属性，控制器可调整行进行为以避开环境中的障碍物。传感器系统，其也可检测空中的障碍物，减少机器人在悬垂障碍物和地板表面之间将发生卡住情况的可能。部分的由于传感器的高灵敏度，使用在此描述的传感器的防撞器可减少对机器人用户可见的可移动部件数量。此外，部分由于传感器的高灵敏度，防撞器可移动部件的小位移(如1-3mm)可被系统精确的测量，使得可移动部件的总移动量相对于基于机械开关的防撞器有所减少。传感器可被设计成获得对沿防撞器的作用力的不同程度反应性，从而可提高机器人的运转。
在此说明书描述的任何两个或两个以上的特征，包括在此概述章节中的，可以被组合以形成在这里没有具体描述的实现。
在此描述的机器人或其操作方面可以实现为计算机程序产品/被计算机程序产品控制，该计算机程序产品包括指令，其存储在一个或多个非易失性机械可读存储介质上，并且其可在一个或多个处理装置上执行以控制(例如，调整)在此描述的运转。在此描述的机器人或其运转方面可被实现为部分系统或方法，其可包括一个或多个处理装置和存储器以存储可执行指令以实现各种操作。
一个或多个实施方式的细节结合附图和以下的描述阐述。根据描述和附图以及权利要求，其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是接触地面上障碍物的移动机器人的透视图。
图2是包括具有电容式传感器的防撞器的移动机器人的俯视剖面图。
图3是图2防撞器的一部分的放大图。
图4是从移动机器人分离的图2防撞器的透视图。
图5是电容式传感器的侧面透视剖面图。
图6是图5电容式传感器的侧面剖面图。
图7是移动机器人控制系统的框图。
图8A是图2移动机器人与物体接触的的俯视图。
图8B是由于图8A中移动机器人与物体之间的接触产生的电响应的图。
图9A是流程图，示出了由移动机器人应用的流程以检测与障碍物的接触。
图9B是流程图，示出了流程以确定在图9A中描述的接触位置。
图9C是流程图，示出了流程以确定在图9B中描述的接触大小。
图10至12是替代性电容式传感器的侧剖面图。
图13和14是包括具有电容式传感器的替代性防撞器的移动机器人的俯视图。
图15和16是具有电容式传感器的替代性防撞器的转角的放大图。
图17是移动机器人接触物体的俯视图。
图18替代性电容式传感器的侧视图。
图19是图18中电容式传感器的透视图。
图20是替代性电容式传感器的侧视图。
图21是图20中电容式传感器的透视图。
图22电容式传感器的侧视图。
图23是移动机器人接触物体的侧视图。
图24用于防撞器的电感传感器的侧视图。
图25用于防撞器的霍尔效应传感器的侧视图。
具体实施方式
在此描述的是示例性机器人配置成在表面上来回移动(或行走)，如地板，地毯，草皮，或其他材料并执行各种操作包括，但不限于吸尘，湿式或干式清洗，抛光等。这些机器人会遇到可阻碍它们的前进障碍物。例如，在运转期间，机器人可接触障碍物如椅子或墙壁。机器人基于机器人上防撞器与障碍物之间的接触而产生的力确定其已与障碍物接触。控制器基于传感器输出的信号识别该力，其中该传感器检测防撞器响应于该力的移动。
传感器可采用各种适当的感测技术。例如，可使用电容式传感器，在其中电容器的一个板相对于底盘固定而电容器的另一个板与防撞器一起相对于底盘移动。防撞器可响应于与障碍物的接触而移动。电容式传感器输出电信号，其与由防撞器移动造成的板的位移成比例。这些电信号可被控制器解释(例如：处理)以识别接触力的属性，如力的位置和力的大小。如那些在此描述的电容式传感器以及同样在此描述的其他类型传感器是有利的，因为它们能产生一系列响应接触的电信号并因此能提供改进的障碍物检测。
图1示出了移动机器人100(也称为机器人100)的示例，该机器人100可检测与环境中障碍物的接触并确定该接触的属性。在运转中，机器人100沿环境103中的地面102行进并能接触障碍物，如可阻碍机器人100移动的垂直向表面、架空表面或其他表面。在移动期间，位于机器人100前方(相对于其移动方向)的防撞器106接触椅子104。当机器人100接触椅子104时，机器人100中的传感器产生并输出与防撞器106的移动量成正比的电信号。机器人100中的控制器110接收这些电信号并利用它们确定力的一个或多个属性，如力的大小、力的方向、力的位置或力的持续时间。诸如力的方向和位置的信息可被用于确定环境103中的障碍物相对于机器人100的位置。控制器110可基于确定的力的一个或多个属性发出行进和驾驶的命令。例如，行进和驾驶命令可指示并使得机器人避免与椅子持续接触、沿着椅子行进、降低前进速度、或执行其他动作以响应与椅子104接触的检测。
图2和3示出了安装在机器人主体109上的防撞器200的示例结构。在此示例中，防撞器200通常是矩形形状。防撞器200被安装在机器人的前部108上，并且包括前侧200F、右侧面200R和左侧面200L。左转角部201L连接前侧200F和左侧面200L，并且右转角部201R连接前侧200F和右侧面200R。前侧200F和侧面200R、200L可基本上互相垂直，从而形成部分的(如正面)矩形形状。前侧200F可具有长度在如15cm和30cm、30cm和45cm或45cm和60cm之间。侧面200R、200L每个可具有长度在如5cm和15cm、15cm和25cm或25cm和35cm之间。通常，前侧200F可延伸穿过机器人的整个宽度并等于机器人的宽度以及侧面200R、200L可在1/4和1/2的机器人长度之间。例如，侧面200R、200L可具有1/4和1/3的机器人长度之间的长度。
尽管防撞器200在此已被描述为部分矩形，但是它也可具有在此描述的其他形状。在一些实施例中，前侧200F和侧面200R、200L之间的角度是任何适当角度，其示例包括，但不限于如85和95度、80和100度、或75和105度之间的角度。对于任何在此描述的实施方式，机器人主体的前部108可以是部分圆形、半圆形、三角形、勒洛(Realeaux)三角形、花键形或具有任何其他适当的形状。在这些情况下，防撞器200可具有与在此描述的大致矩形形状不同的几何形状。
防撞器200的结构传递由接触产生的力使得防撞器200中的传感器可基于该力产生电信号。尤其地，在此描述的传感器可被用于检测施加在防撞器200上的垂直力、水平力或它们的组合。参考图2，防撞器200包括至少部分(在此示例中，完全)覆盖支架204的外皮202。支架204位于机器人主体109和外皮202之间。外皮202用作防撞器200的外表面并与位于环境103中的物体直接接触。因此，当外皮202接触环境103中的物体时，外皮202变形、促使支架204迫近机器人主体109。支架204的移动从而使得防撞器200的电容式传感器210a-210j(统称为电容式传感器210)产生响应支架204移动的电信号。在一些实施方式中，支架204相对于机器人主体109的位移在如0mm和5mm、0mm和15mm以及0mm和25mm间距之内。部分地由于传感器的高灵敏性，在一些示例中，支架204相对于机器人主体109的位移被限制在1mm和5mm之间以提供对于观察者看来基本固定的防撞器。
防撞器200的组件材料可根据组件的功能有所不同。外皮202可以是柔性、挠性材料，其允许施加至防撞器200的外表面上、使外皮202变形的力相对精细地分布在支架204的小区域上。例如，外皮202可以是弹性材料或橡胶材料，诸如聚氯丁二烯、乙烯-丙烯二烯橡胶、聚烯烃热塑性弹性体或热塑性硬橡胶。外皮202可具有低弹性模数/模量，如0.01MPa至1MPa，1MPa至10MPa或10MPa至100MPa。在一些实施方式中，外皮202是单一集成元件；然而，外皮可以由在防撞器200的前侧200F处拆分的两个独立部分组成，每个独立部分覆盖防撞器200的侧面200R、200L中的一个。
支架204的全部或部分可以由比外皮202更硬的材料组成。例如，支架可由刚性聚合物如聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、或尼龙组成；或者支架可由片状金属如不锈钢和铜钢组成。在一个特定实施例中，支架由镀铜钢组成。在操作中，机器人100接触环境103中的物体，外皮202变形并将力传递至支架204，支架通过相对于机器人主体109移动对力起反作用。防撞器200的外皮202和支架204可具有与机器人主体109下部分相似的几何形状。其结果是，外皮202和支架204都可以是部分矩形形状。
机器人100包括传感器系统，其可检测与环境103中物体的接触。在此示例中，传感器系统包括沿着防撞器200分布的电容式传感器210。电容式传感器210响应支架204的移动(当力施加在防撞器200时，支架204移动)输出电信号。每个电信号可以是可随电容式传感器210的电容变化的如电流、电压或其他一些合适的信号。电容式传感器210可位于防撞器200的前侧200F、防撞器200的右侧面200R和/或防撞器200的左侧面200L上。电容式传感器210的数量以及电容式传感器210沿防撞器200长度的的分布允许传感器系统可以检测来自沿机器人100前面和侧面的多个位置的接触。例如，电容式传感器210a、210b、210h、210i响应与防撞器200侧面200R、200L上物体的接触，而沿防撞器200的前侧200F的电容式传感器210c至210g响应与防撞器200前侧200F上物体的接触。
可选择支架204的结构以调节电容式传感器210对沿防撞器200的各个位置的力的反应性。反应性包括参数中每一个变化中电信号的变化量，所述参数如防撞器200一部分上力的大小。因此，相比于力反应性较弱的电容式传感器，力反应性较强的电容式传感器210响应力的单位增加，电信号会产生较大量的变化。
支架204可包括彼此互相联接的刚性区域和较弱刚性的其他区域(在此称为柔性区域)，使得位于刚性区域的电容式传感器210对其所贴附的刚性区域上的力显示出较强反应。例如，在图3中示出的防撞器200的一部分放大图，支架204可包括多个段206a至206g(每一个在图2中示出并在图3中统称为段206)，其通过连接元件208a至208f(每一个在图2中示出并在图3中统称为连接元件208)相互连接。连接元件208是挠性区域，以及可具有比段206更大的挠性/更小的刚性。
在图3的示例中，连接元件208和段206由相同材料组成。连接元件208的厚度小于段206的厚度，使得连接元件208比段206更有弹性。在一些实施方式中，组成连接元件208的材料可以不同于段206或段206更有弹性。在这种实施方式中，段206和连接元件208的厚度可以是大致相同的或者有可能比两者由相同材料组成的其厚度差异更小。例如，段206与连接元件208的厚度比例可以是1.1和2，2和4，4和6或6和8之间。段208的厚度在如1mm和2mm，2mm和3mm或3mm和4mm之间。
多个段206和连接元件208构成集成结构，从而可被制造成单件。在其他实施方式中，段和连接元件由多个片段组成。
以举例的方式，由于段206由挠性元件208连接，每个段206上的力基本上被分成受力段。受力段相比于非受力段进一步被压迫。结果，电容式传感器210对其直接贴附的段206上的力响应更强烈，而对其不直接贴附的段206上的力响应较弱(或一点也没有，取决于隔离水平)。在一些实施方式中，为实施方式此操作，连接元件208的刚度比段206的刚性更低以便减少各段206之间的力的传递。如在此描述的，由于电容式传感器210对沿防撞器的不同位置的力的电反应不同，因此，电容式传感器210产生的电信号可用于推算力沿防撞器200的位置。
如在此其他地方所描述的，电容式传感器210响应于电容式传感器210的板相对彼此的移动产生电信号。图3至5的示例中，每个电容式传感器210包括固定板216和可随防撞器200移动的板214。固定板216被安装在主体背离支架204的一部分上。可移动板214被安装在与支架204的(刚性)段连接的杆212上。杆212可被连接至段206或组成段206的集成部分。杆212穿过主体109中的孔213连接至可移动板214。作为此连接的结果，段206的移动被传递至杆212，并且该移动然后被传递至可移动板214。因此，在操作中，响应于施加在防撞器200的力，段206移动，导致杆212移动，进而使可移动板214移动离开固定板216。杆212穿过孔213的运动因此导致可移动板214和固定板216之间的分离。板214、216由此造成的位移导致电容式传感器210的电容变化。此电容变化通过与位移以及因此与所述移动成比例的电信号的输出得以反映。
由电容式传感器210产生的电信号可相对于基线电信号变化。当没有力施加时，在这种情况下防撞器200处于未受压位置，板214、216接触或者比施加力时互相靠的更近。产生的电信号作为测量板移动所对照的基线电信号。
可移动板214和固定板216可以是，例如铜板，薄膜金属涂层板，或包括一些其他适当的导电材料。板214、216之间的电介质500可以是，例如空气、玻璃、陶瓷或一些其他绝缘材料。例如，当没有施加力时如果板接触，电介质将是空气。然而，如果板之间有一些基线分离，可使用其他电介质(和空气)。可移动板214可以是圆形、矩形或任何其他适当形状。固定板216可以是补充可移动板214形状的形状(如圆形、矩形或任何其他适当形状)。在一些情况下，可移动板214可以是由5mm和35mm(例如5mm和15mm之间、15mm和25mm之间或25mm和35mm之间)之间的半径确定的圆形形状。固定板可以是由例如5mm和15mm之间、15mm和25mm之间或25mm和35mm之间的半径确定的圆形形状。在可移动板214是矩形形状的情况下，可移动板214可具有长度和宽度在5mm和35mm之间(例如5mm和15mm之间、15mm和25mm之间或25mm和35mm之间)。在一些示例中，可移动板可以是长度与宽度的比例在1.5∶1和2∶1之间的矩形板。在一个特定示例中，板的长度可以在约15-25mm之间并且板的宽度可以在5-15mm之间。
图6示出了电容式传感器210的示例的示意侧视图，其包括可移动板214和固定板216。如图6中所示，可移动板214的位移可包括水平位移605，其通常平行于机器人100行进的地面。例如，当防撞器200接触从地面延伸的垂直表面，位移可包括水平方向的位移，因此导致水平位移605。因此，当防撞器200处于未受压位置时，可移动板214和固定板216之间的水平距离600比当防撞器200处于受压位置时可移动板214和固定板216之间的水平距离600小。
电容式传感器的电容是在连续范围变化的参数。因此电容式传感器可基于电容产生模拟电信号。如指出的，电信号可以是电压、电流、频率(由RC电路引起)，或其他适当的随电容变化的电信号。当水平距离600增加时，电容式传感器210的电容减少。当水平距离600减少时，电容式传感器210的电容增加。电容的连续范围随着未受压位置和受压位置之间水平距离600的变化而改变。指示电容的电信号可以与水平位移605成比例。在一个示例中，电容的电信号可以与水平位移605成反比。
图7示出了控制系统700的示例，其可以包含在机器人100中，例如，以便确定机器人100的防撞器200上的力的属性并导航机器人100。控制系统700包括控制器电路705(在此也称为控制器705)，可利用存储器存储元件710和传感器系统715运行。控制器705接收由机器人100上传感器系统715的传感器产生的电信号，并基于所述电信号选择并发出驱动命令、行进命令和其他行为命令。传感器系统715包括防撞器接触传感器系统720，其包括例如在此描述的电容式传感器210。结合由传感器系统715接收的电信号，控制器705可检测障碍物并执行避开障碍物的行为。
控制器705可访问存储器存储元件以执行存储在存储器存储元件710上的信号处理程序。存储器存储元件710可存储可允许控制器705更好的确定电信号特征的插值程序、静态传感器校准值以及低通滤波器程序。插值程序可被用于确定来自环境中障碍物的力的属性。控制器705可使用静态传感器校准值确定与来自防撞器接触传感器系统720的电信号大小对应的力的大小。控制器705可使用低通滤波器程序以设置防撞器接触传感器系统720的分辨率。在一些实施方式中，控制器可执行滤波程序以设置防撞器传感器的频率分辨率。可设置高通滤波程序使得控制器确定如果防撞器上的力超过频率0.1Hz至0.5Hz、0.5Hz至2Hz或2Hz至5Hz，已发生接触。高通滤波可有利于允许系统感测超出频率的力。
返回参考图2，每个电容式传感器210a至210i可响应于防撞器200接触环境103中的物体独立地产生电信号。当防撞器200在未受压位置时，其通常指示防撞器200没有接触环境中的物体并没有施加力的作用，电容式传感器210a至210i产生类似电信号，控制器705可将该信号解释为表示防撞器200在未受压位置的基线中性信号。因此，当机器人100行进在环境103周围而没有接触环境103中的物体时，控制器705可动态的校准每个电容式传感器210a至210i到这些中性信号。电信号(也称为电响应)从基线中性信号的改变可以是防撞器200受压部分的表示。
图8A示出了机器人100接触物体800，在机器人100的防撞器200上施加力805，该力平行或基本平行于地面。响应于力805，防撞器200移动，使得支架204的段206移动，其导致电容式传感器210输出电信号。力805可包括属性，如大小、方向和沿防撞器200的位置。
每个电容式传感器210a至210i可产生电信号，其可根据力的属性，在电压、电流或其他电信号的属性中改变。电容式传感器210对力的反应可根据力805的位置变化。例如，当力805的位置与电容式传感器210的位置之间的距离增加时，由力805导致的位移减少。因此，每个电容式传感器210根据力805的位置产生电信号。当力805作用于防撞器200，力805的位置越接近给定的电容式传感器210，电容式传感器产生的电反应越强烈。在一些示例中，电容式传感器210与力805的位置越接近，电容式传感器210对力805大小的反应越强烈。
如图8A所示示例中，位于力805附近的电容式传感器210c和210d对力805的反应比其他电容式传感器210a至210b和210e至210i对力805的反应更强烈。图8B的曲线图819示出了电容式传感器210a至210i各自的电反应820a至820i-其可表示为如电压、电流或其他适当电信号相对于中性基线信号的变化。每个电容式传感器210a至210i位于沿防撞器200的位置822处，其是沿防撞器200测量的线性一维位置。因此，电反应820a至820i可分别与电容式传感器210a至210i的位置关联。
因为力805的位置在电容式传感器210c和210d的位置之间，因此电反应820c和820d大于其他电反应820a至820b和820e至820i。此外，电容式传感器210c和210d，通过两者都被联接至支架204(图2所示)的相同段(例如段206c)，对每单位力的力805的反应比其他电容式传感器210a至210b和210e至210i更强烈。如在此描述的，因为柔性连接元件208b、208c将段206c与其他段206分开，电反应820c和820d可响应力805展现出更大的变化。
基于电反应820a至820i，控制器705可确定由于与物体800接触产生的力805的属性。例如，控制器705可确定力805的位置和大小。控制器705可确定力805的一般位置是在段206c附近，因为来自电容式传感器210c和210d的电响应820c和820d大于分别来自其他电容式传感器210a至210b和210e至210i的电响应820a至820b和820e至820i。控制器705可基于来自电容式传感器210c和210d的电响应820c和820d执行插值处理以识别力805沿段206c的精确位置。所述插值可以是线性插值。在一些情况下，所述插值可解释为如沿段206c的刚度、弹性和几何形状中的非线性变化并且因此可以是非线性插值，如多项式插值。
在一个示例中，控制器705可计算电响应820c和820d之间插值线825的斜率830以确定沿电容式传感器210c和210d所贴附的段206c的位置。通常，如果斜率830为0，控制器705可确定力805在与每个电容式传感器210c和210d基本等距的点上。如果斜率830为正，控制器705可确定力805更靠近电容式传感器210d。如果斜率830为负(如图8A中描述的)，控制器705可确定力805更靠近电容式传感器210c。尤其地，控制器705可计算斜率830和存储在如存储器存储元件710上的预定参考斜率之间的差异。预定参考斜率可定义沿段(如段206c)的力的位置(如力805的位置)相对于电容式传感器(如电容式传感器210c)的位置之间的关系。因此，计算的差异可表示力805相对于每个电容式传感器210c和210d的位置的位置。控制器705从而可确定力805沿防撞器200的位置。在一些情况下，控制器705可将斜率803归一化至响应820c和820d的平均大小。
在其他示例中，控制器705可确定电响应820c与电响应820d的比以确定力805沿防撞器200的位置。统一的比例可表示力805的位置与电容式传感器210c和电容式传感器210d等距。大于1的比例表示力805的位置更靠近电容式传感器210c，小于1的比例可表示力805的位置更靠近电容式传感器210d。该系统可计算电响应的比例并至少部分地基于所述比例，确定接触的位置。
基于电响应820a至820i，控制器705也可确定力805的大小。例如，控制器705可计算电响应820c和820d的平均值。然后，控制器705可计算平均值与存储在存储器存储元件710上的预定参考平均值之间的差。所述预定参考平均值定义力的大小(例如力805的大小)和两个电响应(例如电响应820a至820i)平均值之间的关系。因此，计算的差值可表示力805的大小。因此，控制器705可根据计算的差值确定作用于防撞器200上力805的大小。
在一些附加示例中，可基于多个传感器值的加和计算力的大小。多个传感器的各自响应也可被用于确定力是作用于局部小区域还是分布在大面积上，该力发生在软性障碍物上。因此，当仅有一至两个传感器显示强烈响应时，系统可确定是与小物体(如杆、椅子腿、桌子腿)的接触。然而，如果大量传感器(例如3个或更多传感器)显示强烈响应，系统可确定其已与大障碍物，比如井接触。类似的，如果大量传感器显示弱响应，系统可确定机器人已接触软性或柔性表面。
图9A显示了流程图，其示出了响应于检测沿机器人(如机器人100)的防撞器(如防撞器200)的接触发出一个或多个行驶指令的流程900。
根据步骤902，控制器控制(905)机器人以在一个环境周围行进。控制器可发出行进、驾驶和动作指令以实现控制。在行进期间，控制器也校准(910)机器人防撞器的防撞器传感器。控制器可间歇地(例如在频率0.01Hz至0.1Hz、0.1Hz至1Hz或1Hz至10Hz处)和动态地(例如当机器人在环境周围行进时)将防撞器传感器校准至基线信号。在动态校准期间，防撞器是未受压的。因此，由控制器接收的电信号充当其他电信号相比较的基线信号。在一些实施方式中，控制器可实现低通滤波程序使得控制器过滤掉高于阈值频率的信号。从而控制器可将基线信号设置为低于低通滤波程序阈值频率的采样，其可在如0.01Hz至0.1Hz、0.1Hz或1Hz至10Hz之间。在一些示例中，可基于机器人的速度调整频率以滤除接触信号不希望的频率的噪声。
响应于施加在防撞器的力，防撞器传感器产生区别于校准电信号的电信号，并且控制器接收(915)该电信号。电信号可以是如，模拟信号(例如，电压、电流或其他适当的电信号)。模拟信号可响应在一个范围内连续变化的参数，例如，电容、电感、磁场、距离、位移或其他适当的连续参数。电信号可以与防撞器的位移量或作用于防撞器上力的量成正比或成反比。在一些示例中，电信号可以通过非线性平滑函数如多项式，样条，指数等，与防撞器的位移量相关联。从而电信号可随着位移量的变化而连续变化变化。
在控制器接收(915)电信号后，控制器确定(920)机器人的防撞器是否与例如环境中的物体接触。控制器可通过确定(922)电信号没有超过与校准的电信号阈值差来做到这一点。在这种情况下，控制器指示机器人继续在操作905下在环境周围行进。
如果电信号超过阈值差，控制器可确定(924)防撞器发生接触。然后控制器确定(925)接触的属性，其示例在本文中参考图9B和9C进行描述。例如，控制器可确定沿防撞器的接触位置、由接触引起的力的大小或接触的持续时间。
控制器基于确定的属性，向机器人发出(930)命令。例如，控制器，基于确定接触的位置，可发出行进命令指示机器人从接触位置掉头。在一些示例中，控制器可指示机器人沿机器人已接触的物体行进。例如，所述物体可以是墙壁，控制器可指示机器人执行沿墙壁行进的行为，其中机器人沿墙壁移动。当机器人执行沿墙壁行进的行为时，控制器可指示机器人将力的大小维持在预定的力范围内。在控制器已响应接触发出命令后，机器人继续在环境周围行进。
当控制器确定(925)接触的属性时，控制器可执行不同流程以确定接触的不同属性。控制器可执行多个这种流程以利用电信号在连续范围内的变化确定(925)接触的属性。图9B显示了示例性流程图，其示出了流程935，在其中控制器基于接收的(915)电信号确定接触的位置。
根据步骤937，控制器选择(940)从两个防撞器传感器接收(915)的两个电信号。控制器可基于两个电信号的强度选择(940)两个电信号。例如，控制器可选择(940)具有两个最大强度的两个电信号，其可表明产生这两个电信号的两个防撞器传感器更接近接触的位置。
在控制器选择(940)两个电信号之后，控制器至少部分基于所述两个电信号计算(943)位置指示值。例如，所述位置指示值可以是两个电信号之间的差。控制器可将两个电信号与产生所述两个电信号的防撞器传感器的位置相关联。防撞器传感器的位置可被测为沿防撞器的防撞器传感器的位置。电信号和防撞器传感器的位置因此可形成有序对。控制器可基于所述两个电信号和沿产生所述两个电信号的两个防撞器传感器的防撞器的两个位置计算(943)位置指示值是一个斜率。在这种情况下，控制器可在两个电信号的两个有序对之间进行线性插值。
之后，控制器可基于位置指示值确定(945)接触的位置。控制器可将位置指示值与参考值比较。基于位置指示值与参考值之间的差，控制器可确定接触的位置。例如，如果位置指示值是两个电信号之间的差，控制器可将所述差与参考差进行比较。所述参考差可以是两个电信号之间的估计差，其预期为沿防撞器某个位置的接触。在另一示例中，控制器可执行插值。如果位置指示值是斜率，控制器可执行插值并比较来自插值的斜率与参考斜率。参考斜率可以是两个电信号之间的估计斜率，其预期为沿防撞器的某个位置的接触。
在一些实施方式中，控制器可选择(940)来自三个或更多防撞器传感器的三个或更多电信号。例如，控制器可基于电信号超过阈值读数的所有传感器的读数执行插值。因此插值可以是数据集的多项式插值或其他插值。
图9C显示了另一示例性流程图，其示出了流程950，在其中控制器基于接收的(915)电信号确定力的大小。
根据流程952，控制器基于接收的(915)电信号计算(955)大小指示值。大小指示值可以是，如接收的(915)电信号中的电信号平均值、电信号子集平均值、电信号最大值或电信号总和。
控制器可基于大小指示值确定(960)接触力的大小。控制器可将大小指示值与参考值比较。例如，如果大小指示值是接收的(915)电信号的平均值，参考值可以是预定平均值，它预期为接触力的已知大小。在一些情况下，控制器在控制器确定(945)了接触位置之后执行流程952。因此，参考值可以是预定值，它预期为已知位置上接触力的已知大小。在这种情况下，大小指示值可以是单个电信号，如电信号最大值。控制器可解释大小指示值和参考值之间更大差异以指示力的更大大小。
也提供了机器人、传感器和所述方法的其他和替代实施方式。例如，在此描述的电容式传感器的结构可改变。在图5的示例中，可移动板214与背对支架204的主体109的一侧相邻，固定板216连接于背对支架204的主体109的一侧。图10至12示出了替代性实施方式。.在这些替代性实施方式中，可移动板贴附于背对支架的主体一侧，固定板贴附于面向支架的主体一侧。此实施方式在电容如何随支架相对于主体的移动变化方面也不同。例如，在图10至12的实施方式中，支架与主体之间的压迫使得板互相移动靠近，而在图5的实施方式中，支架与主体之间的压迫使板移动分开或远离。
可移动板和固定板的几何形状导致电容器。可移动板可以是圆形，矩形，或补充固定板形状的一些其他形状。固定板板可以是圆形，矩形或补充固定板安装在其上的主体部分的其他形状。每块可移动板可具有面积在如100平方毫米和1000平方毫米或1000平方毫米和2000平方毫米之间。固定板板可具有面积在如100平方毫米和1000平方毫米或1000平方毫米和2000平方毫米之间。
参考图10，贴附于支架1010的可移动板1000面向机器人主体1005，在机器人主体1005上的固定板1015a、1015b面向支架1010。电介质1020a、1020b将固定板1015a、1015b与可移动板1000分开。电介质1020a、1020b可以是可变形材料，如泡沫。每块固定板1015a、1015b、每一个电介质1020a、1020b以及可移动板1000组成电容式传感器1022a、1022b。为保护固定板1015a、1015b不受除可移动板1000之外的其他源产生的磁场的影响，接地金属板1030可覆盖每一个固定板1015a、1015b相对可移动板1000一侧。支架1010上的力1025引起可移动板1000相对于固定板1015a、1015b的位移。沿支架1010的力1025的位置可影响每一个电容式传感器1022a、1022b对力1025的反应。例如，在支架1010上的力1025相对于电容式传感器1022b更靠近电容式传感器1022a。因此，电容式传感器1022a对力1025的反应更大。在力1025与电容式传感器1022a、1022b等距的情况下，传感器1022a、1022b对力1025的大小是同样反应的并且对于给定大小活性相同。在任何情况下，控制器可基于力的测量，确定力发生在沿支架1010的哪个位置。
参考图11，贴附于支架1110的可移动板1100面向机器人主体1105，以及位于附于机器人主体1105上的间隔件(spacers)1116a、1116b上的固定板1115a、1115b面向支架1110。空气可将移动板1100与固定板1115a、1115b分开并且作为电容式传感器1122a、1122b的电介质。接地金属板1130屏蔽每块固定板1115a、1115b与可移动板1100相背一侧。间隔件1116a、1116b的高度减小可移动板1100与固定板1115a、1115b之间的距离使得距离上较小的变化就会导致传感器1122a、1122b的电容发生较大变化。作为结果，间隔件1116a、1116允许每个电容式传感器1122a、1122b对支架1110上力1125反应更灵敏。
参考图12，贴附于支架1210的可移动板1200面向机器人主体1205，位于贴附于机器人主体1205的间隔件1217a、1217b、1217c上的固定板1215a、1215b、1215c面向支架1210。接地金属板1230屏蔽每块固定板1215a、1215b和1215c与可移动板1100相背一侧。可移动板1200可以电容式联接至固定板1215b，其可以使用连接地的电线接地。作为结果，在这种实施方式中，可移动板1200可以浮动，使得可移动板1200不需要被连接至随可移动板1200的移动其也移动的电线。如此所述，间隔件1217a、1217b、1217c使得传感器1222a、1222b、1222c对支架1210上的力1225反应更灵敏。
图13和14描绘替代性防撞器，其具有在位置改变的电容式传感器和结构改变的支架。在一实施方式中，图13中显示的机器人1300使用电容式传感器1315a至1315j(合起来称为电容式传感器1315)检测沿安装在主体1312上的防撞器1310的力，所述电容式传感器1315a至1315j属于相对于图10至12描述的电容式传感器类型。
与图2中所示的通过连接元件208彼此互相连续连接的段206相反，防撞器1310包括不连续支架段1314a至1314f(合起来称为支架段1314)。作为结果，在一个支架段1314上的力通常不传递给其他支架段1314。电容式传感器1315可包括与支架段1314连接的可移动板和与机器人1400的主体1312连接的固定板。在一个示例中，段1314a上的力使得由电容式传感器1315a和1315b产生的电信号比由电容式传感器1315c至1315j产生的电信号变化更大。作为结果，电容式传感器1315对其所在段1314上的力比对其没有贴附的段1314上的力反应更灵敏。
参考图13，电容式传感器1315c和1315h分别位于防撞器1310的左转角1350L和右转角1350R上。从而，电容式传感器1315c和1315h可包括符合转角1350L、1350R曲线形状的非平面固定板和非平面可移动板。电容式传感器1315c和1315h比电容式传感器1315a至1315b、1315d至1315f和1315h至1315j对在防撞器1310的转角1350L、1350R上的力反应更灵敏。此外，左转角1350L上的段1314b和右转角1350R上的段1314e可以更薄以增加其弹性，从而提高其对转角1350L、1350R上的力的反应。
图14所示出的另一实施方式中，机器人1400的防撞器1410包括支架1414，其包括厚度变化的连续段1416F、1416R、1416L、1417L、1417R以实现刚度变化。支架1414可由刚性材料组成，如聚碳酸酯，金属片，或一些其它硬质材料。机器人1400包括相对于图10至12描述的那类电容式传感器1415a至1415e(合起来称为电容式传感器1415)。电容式传感器1415因此可包括与支架1414连接的可移动板(如图10至12相应的可移动板1000、1100、1200)和与机器人1400的主体1418连接的固定板(如图10至12相应的固定板1015、1115、1215)。
支架1414的前段1416F、右段1416R和左段1416L可具有比支架1414的左转角段1417L和右转角段1417R更大的刚度以减少段1416F、1416R、1416L之间传递的力的量。通过支承1420a至1420d(合起来称为支承1420)，包括电容式传感器1415a至1415e的移动板的支架1414可从包括电容式传感器1415的固定板的机器人主体1418分开。因此，当支架1414变形时，可移动板和固定板相对于彼此移动。当机器人1400的控制器(如控制器705)在对由电容式传感器1415a至1415e产生的电信号执行插值程序时，支承1420进一步作为参考位置和/或边界条件。
在一些实施方式中，支架的几何形状可影响电容式传感器对沿防撞器特定位置上力的反应。图15至16示出了沿防撞器转角的防撞器支架的不同几何形状的替代性实施方式。转角中支架的结构可确定从支架侧面传递至前侧的力的量。在转角处支架的结构可被设计以减少侧面之间传递的力的量。
防撞器可包括具有转角几何形状的支架，其减轻前侧和侧面之间的力的传递。支架可包括细长，薄，或将其他特征的并入转角几何形状的元件使得转角几何形状比前侧和侧面的邻近几何形状更有弹性。因此，支架可通过显著的减少前侧和侧面之间力的传递来对防撞器前侧和侧面之间进行机械解耦。施加在段上的力对邻近段上的影响降低，允许更容易的确定施加力的位置。
图15示出在机器人的防撞器1510的左转角1550L上放大的机器人顶视图，其包括减少支架1512的前侧1512F和支架1512的侧面1512之间力的传递的特征。防撞器1510被安装在机器人主体1511上。在转角1550L处，防撞器1510的支架1512包括彼此互相串联连接的段1516a、1516b和1516c。连接段1516b作为连接元件连接支架1512的侧面1512L的侧面段1516a和支架1512的前侧1512F的前段1516c。电容式传感器1515a包括连接至侧面段1516a的可移动板(如图10至12分别所示的可移动板1000、1100、1200)和连接至机器人主体1511的固定板(如图10至12的固定板1015、1115、1215)。电容式传感器1515b包括连接至前段1516c的可移动板(如图10至12分别所示的可移动板1000、1100，1200)和连接至机器人主体1511的固定板(如图10至12的固定板1015、1115、1215)。
连接段1516b的几何形状允许连接段1516b作为从邻近段吸收力的弯曲部。尤其地，连接段1516b可减少从前侧1512F传递至侧面1512L的力的量或可减少从侧面1512L传递至前侧1512F的力的量。如图15描述的，为延伸连接段1516c的长度，连接段1516b相对于前侧1512F和侧面1512L之间的通路是弯曲的(例如是凹的或凸的)。连接段1516b的长度比通路1517的长度更长并且倾斜离开前段1516c和侧面段1516a。在一些情况下，连接段1516b的长度是通路1517长度的1.1倍至1.5倍，1.5倍至3倍，3倍至4.5倍。
示出的连接段1516b具有凹形几何形状，尽管在其他情况下，连接段1516b可以是凸形，三角形，锯齿形，或具有增加连接段1516b长度的其他几何形状。在其他实施方式中，连接段1516b可包括增加连接段1516b相对于通路1517长度的多个曲线或样条曲线。
在一些情况下，防撞器可包括与转角关联的防撞器传感器，在转角处的支架几何形状可被设计成降低转角和支架侧面之间以及支架侧面之间力的传递。例如，转角段可以被拉长、分隔或变薄以使支架在靠近转角处更有弹性，使得其各段可以彼此独立的响应于施加的力有所移动。没有此转角的特殊处理，在一些示例中，靠近转角的支架稍微有点坚硬，其各段很难移动。作为这种机械解耦的结果，传感器上的每个段与相邻段相关的影响被降低，这使它更容易确定施加力的位置。图16示出了降低力传递的示例。图16显示了在机器人的防撞器1610的左拐角1650L上放大的机器人的顶视图。防撞器1610被安装在机器人主体1611上。在转角1650L处，防撞器1610的支架1612包括支架段1616a、1616b和1616c，其通过连接元件1617a、1617b彼此互相串联连接。连接元件1617a连接侧面段1616a和转角段1616b。连接元件1617b连接转角段1616b至前段1616c。电容式传感器1615a、1615b、1615c包括分别连接至侧面段1616a、转角段1616b和前段1616c的可移动板(如图10至12分别示出的可移动板1000、1100、1200)和连接至机器人主体1611的固定板(如图10至12的固定板1015、1115、1215)。
连接元件1617a、1617b延长各段1616之间的连接以及降低了各段1616a、1616b、1616c之间的力传递。连接元件1617a具有曲率使得连接元件1617a的长度比侧面段1616a和转角段1616b之间的直线连接的长度更长。类似的，连接元件1617b具有曲率使得连接元件1617b的长度比转角段1616b和前段1616c之间的直线连接的长度更长。例如，连接元件1617a倾斜远离前段1616c和侧面段1616a。因此，连接元件1617a降低了侧面段1616a和转角段1616b之间力传递的量。连接元件1617b降低了前段1616c和转角段1616b之间力传递的量。连接元件1617a、1617b使力隔离在每个侧面段1616a、转角段1616b和前段1616c中。连接元件1617a、1617b因此允许每个电容式传感器1615a、1615b、1615c可以更精确的检测施加于其可移动板连接的段1616a、1616b、1616c上的力。
虽然连接元件1617a、1617b被示为凹形以实现此目的，但是在一些实施方式中，连接元件1617a、1617a(应该为1617b)可以是凸形的。在其他实施方式中，连接元件1617a、1617b可包括延长连接元件1617a、1617b的多个曲线或样条曲线(spline)。
由于例如与防撞器1610的左转角1650L附近的物体接触，图17显示机器人1600的防撞器1610的左转角1650L受到的侧面力1705a、转角力1705b和前面的力1705c的潜在位置。如果侧面力1705a被施加至防撞器1610，电容式传感器1615a响应比电容式传感器1615b、1615c中任一个更大的电响应。如果转角力1705b被施加至防撞器1610，电容式传感器1615b响应比电容式传感器1615a、1615c中任一个更大的电响应。如果向前力1705c被施加至防撞器1610，电容式传感器1615c响应比电容式传感器1615a、1615b更大的电响应。由于连接元件1617a、1617b的长度、曲率和其他几何形状方面，如图16所示，力1705a、1705b、1705c不容易在段1616a、1616b、1616c之间传递。
虽然可移动板被描述为响应向内推可移动板的水平力，相对于固定板移动，在一些实施方式中，可移动板可包括允许具有非水平分量的力使得可移动板相对于固定板移动。在图5的示例中，连接至可移动板214的杆212向主体109延伸并且通过机器人主体109的孔213从而控制可移动板相对于固定板的移动。图18至21示出了可移动板的替代性实施方式，其允许具有非水平分量的力使得可移动板相对于固定板的移动。
融入可移动板结构的联接机构可允许具有非水平分量的力使得可移动板相对于固定板水平移动。如图18、19所示，其示出了支架1800的部分，防撞器(如防撞器200)的支架1800可包括与杆1810连接的联接机构1805。杆1810贯穿机器人主体1814的孔1813并连接至电容式传感器1822的可移动板1816。连接至机器人主体1814的固定板1818面向可移动板1816。在支架1800上施加的包含水平分量和垂直分量的力1825可通过联接机构1805传递至杆1810，从而引起可移动板1816的水平位移。联接机构1805因此可作为弹簧传递垂直和水平力至可移动板1816。
联接机构1805的几何形状可促进力通过支架1800向可移动板1816的传递。联接机构1805可与杆1810形成角度1830使得形成与角度1830类似角度的力轻易地通过联接机构1805传递至杆1810。角度1830可以处于100度至120度、120度至140度、140度至160度之间。联接机构1805可沿凹形、凸形、线形或其他通路将支架1800连接至杆1810。在一些情况下，联接机构1805连接至支架1800的端部，以及在其他情况下，联接机构1805可连接至支架1800端部与中部之间的一点。
弯曲部可被纳入支架的结构使得支架有利于水平运动并不利于非水平运动。参考图20和21，防撞器(如防撞器200)的支架2000可包括弯曲部2005a和弯曲部2005b。支架2000也包括杆2010，其贯穿机器人主体2014的孔2013并连接至电容式传感器2022的可移动板2016。固定板2018连接至面向可移动板2016的机器人主体2014。弯曲部2005a、2005b与机器人主体2014结合使得支架2000上的包含非水平分量的力2025引起弯曲部2005a、2005b抵制非水平力，从而减少可移动板2016的非水平位移。
在一些情况下，电容式传感器可允许固定板相对于可移动板横向运动或滑动运动并产生由横向运动引起的各种电信号。图22显示电容式传感器2200，其可产生响应电容式传感器2200的可移动板2218相对于电容式传感器2200的固定板2216的横向移动的电信号。机器人(如图23的机器人2300)的主体2223的孔2225允许杆2227连接至可移动板2218以在孔2225中移动。由此，可移动板2218可相对于固定板2216滑动，其可引起电容式传感器2200的电容变化并且从而引起电容式传感器2200产生的电信号的变化。电容可根据可移动板2218和固定板2216之间的竖直距离2205变化。垂直位移2250可增加竖直距离2205，其有效地减少电容式传感器2200的电容区域。结果，随着垂直距离2205的增加，电容式传感器2200的电容减少。随着垂直距离2205的减小，电容式传感器2200的电容增加。因此，指示电容的电信号可以与垂直位移2250成比例。在一个示例中，电容的电信号可以与垂直位移2250成反比。
因此，电容式传感器2200可产生指示竖直位移2250的电响应，控制器可确定机器人2300已与环境中的物体接触。图22中所示的横向运动包括通常垂直于图23所示机器人2300行进周围的地面的垂直位移2250。垂直位移2250可由如机器人的防撞器2310接触空中物体2320造成。图23示出了机器人2300接触空中物体2320的侧视图。当机器人2300的防撞器2310接触物体2320时，竖直力2330施加至防撞器2310。竖直力2330造成竖直位移，并且在此关于图22的描述，垂直位移2250可使防撞器2310的电容式传感器(例如电容式传感器2200)产生指示防撞器2310正在受力2330的电信号。在一些情况下，来自电容式传感器的电信号可指示力2330是垂直力。
在一些情况下，机器人(如机器人2300)上水平力的方向包括可造成电容式传感器(如电容式传感器2200)的滑动运动的横向分量，该滑动运动导致可移动板和固定板相对于彼此的滑动位移。与图23描述的由垂直位移2250造成的移位类似地，可移动板(如可移动板2218)和固定板(如固定板2216)可移位，使得横向分量改变电容式传感器的有效电容区域。作为结果，随着横向分量的量增大，电容区域减少并且电容减少。随着横向分量的量减少，电容区域增大并且电容增大。滑动运动可造成来自两个或多个电容式传感器的电信号的类似差异，从而控制器(如控制器705)可确定力包括横向分量。
尽管在此关于图1至23描述的接触传感器可以是电容式传感器，但是在其他实施方式中，可使用响应于防撞器相对于机器人主体的移动产生电信号的其他电传感器。例如，参考图24，防撞器(如防撞器200)的支架2400可包括感应传感器2405。所述感应传感器包括贴附于支架2400的芯2410和贴附于机器人主体2430的线圈2420。芯2410和线圈2420组成感应器，感应式传感器2405基于感应器的电感产生电信号。防撞器的外皮2455上的力2450传递至支架2400，使得支架2400相对于主体移动。因此当支架2400移动时，芯2410穿过线圈2400。当更多的芯2410前进穿过线圈2420时，感应器的电感增加。因此，来自电感式传感器2405的电信号与芯2410相对于线圈2420的位移量成正比。在一些情况下，芯2410可以贴附于机器人主体2430，以及线圈2420可贴附于至支架2400。在这些情况下，来自电感式传感器2405的电信号将同样与芯2410相对于线圈2420的位移量成正比变化。
参考图25，防撞器(如防撞器200)的支架2500可包括连接至穿过机器人主体2530的孔2515的杆2510的磁体2505。磁体2505位于距连接至机器人主体2530的霍尔效应传感器2550的一个初始距离处。霍尔效应传感器2550产生响应于由位于霍尔效应传感器2550位置处的磁体2505产生的磁场强度的电信号。在一个示例中，防撞器的外皮2565上的力2560传递至支架2500，使得支架2500相对于主体2530移动。因此，磁体2505和霍尔效应传感器2550支架的距离随着支架2500的移动变化。结果，力2560使得由霍尔效应传感器2550产生的电信号与磁体2505相对于霍尔效应传感器2550的位移量成正比变化。
在此描述的机器人可被控制，至少部分的使用一个或多个计算机程序产品如一个或多个有形的存储于一个或多个信息载体如一个或多个非易失性机器可读介质中的计算机程序，用于执行或控制一个或多个数据处理装置如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑元件。
计算机程序可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释型语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序，或适合用于计算环境的其他单元。
在此所述的与控制机器人相关的操作可以由一个或多个可编程处理器运行一个或多个计算机程序执行以执行在此描述的功能。在此所述的对机器人的全部或部分的控制可利用专用逻辑电路如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)实现。
以举例的方式，适于计算机程序运行的处理器包括，通用和专用微处理器，和任何类型数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区域或随机访问存储区域或以上两者接收指令和数据。计算机的元件包括用于运行指令的一个或多个处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储区域装置。通常，计算机还包括，或被可操作的连接以从一个或多个机器可读介质接收数据或向一个或多个机器可读介质传送数据至或以上两者，所述一个或多个机器可读介质诸如用于存储数据的大型PCBs，如磁体、磁光盘或光盘。适用于存储计算机程序指令和数据的机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区域，以示例的方式包括：半导体存储区域装置如EPROM、EEPROM和闪存区域装置；磁盘如内置硬盘或可移动硬盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。
在此描述的不同实施方式的元件可以被组合以形成上面未特别提出的其它实施例。在不会对其操作造成不利影响的情况下，所述原件可以忽略本文所述的结构。此外，各种单独的元件可组合成一个或多个独立元件以执行在此描述的功能。

Claims (20)

1.一种机器人，包括：
主体，可相对于表面移动，所述主体包括传感器的第一部分；以及
防撞器，安装在所述主体上并且可相对于所述主体移动，所述防撞器包括：
支架，所述支架响应于施加在所述防撞器上的力相对于所述主体可移动；以及
所述传感器的第二部分，所述传感器的第二部分连接至所述支架并且响应于施加至所述防撞器的所述力随所述支架相对于所述传感器的第一部分移动，
其中，所述传感器被配置成响应于所述支架的移动输出电信号，所述电信号与所述第二部分相对于所述第一部分的位移量成正比。
2.根据权利要求1所述的机器人，其中：
所述传感器包括电容式传感器；
所述第一部分包括所述电容式传感器的第一板；
所述第二部分包括所述电容式传感器的第二板；和
所述电信号与所述第一板相对于所述第二板的位移量成比例变化。
3.根据权利要求2所述的机器人，其中，所述支架包括刚性区域，其由柔性区域互相联接，至少一个所述刚性区域包括向所述主体延伸并穿过所述主体中的孔的杆，所述第二板连接于背离所述支架的主体一侧的杆上，使得所述第二板可随所述杆相对于所述第一板移动。
4.根据权利要求3所述的机器人，其中，防撞器可在受压位置和未受压位置之间移动；并且
其中，在所述未受压位置中，所述第一板接触所述第二板，在所述受压位置中，所述杆穿过所述孔的运动导致所述第一板和所述第二板之间的相互分离。
5.根据权利要求2所述的机器人，其中：
所述第一板相对于所述第二板的位移包括平行于表面的水平位移，以及
电信号与所述水平位移量成比例变化。
6.根据权利要求2所述的机器人，其中，第一板在面向所述支架的所述主体的表面上连接至所述主体，所述第二板在面向所述主体的所述支架的一侧上连接至所述支架，电介质处于所述第一板和所述第二板之间。
7.根据权利要求6所述的机器人，还包括：
具有厚度的间隔件，所述间隔件将所述第一板连接至所述主体并且位于所述第一板和所述主体之间。
8.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述支架包括集成结构，其具有在所述集成结构整体上基本上不变的刚性。
9.根据权利要求1所述的机器人，其中：
所述传感器包括电感传感器；
所述第一部分包括所述电感传感器的线圈；
所述第二部分包括所述电感传感器的芯；以及
所述电信号与所述线圈相对于所述芯的位移量成比例变化。
10.根据权利要求1所述的机器人，其中：
所述传感器的第一部分包括霍尔效应传感器；
所述传感器的第二部分包括磁体；以及
所述电信号与所述磁体相对于所述霍尔效应传感器的位移量成比例变化。
11.一种机器人，包括：
主体，可相对于表面移动。
防撞器，安装在所述主体上并可相对于所述主体移动，所述防撞器包括响应于施加在所述防撞器的力相对于所述主体可移动的支架；
第一传感器，输出第一电信号，其随所述防撞器的移动量变化，所述第一传感器的至少一部分被安装至支架上，和
第二传感器，输出第二电信号，其随所述防撞器的所述移动量变化，所述第二传感器的至少一部分被安装至支架上，以及
控制器，接收所述第一电信号和所述第二电信号，并且基于所述第一电信号和所述第二电信号确定施加在所述防撞器上的所述力的一个或多个属性。
12.根据权利要求11所述的机器人，其中，所述支架包括多个段，其包括第一段和第二段，所述第一传感器的至少一部分被安装至所述第一段，所述第二传感器的至少一部分被安装至所述第二段。
13.根据权利要求12所述的机器人，其中，所述多个段通过连接元件互相连接以形成集成结构，所述连接元件具有比所述多个段的弹性更大的弹性。
14.根据权利要求13所述的机器人，其中，所述连接元件包括与所述多个段相同的材料并且其厚度比所述多个段的厚度更小。
15.根据权利要求13所述的机器人，其中，所述多个段中的至少一些从所述多个段中的其余段断开。
16.根据权利要求12所述的机器人，其中，所述一个或多个属性包括所述施加至所述防撞器的力的位置。
17.根据权利要求11所述的机器人，其中，所述控制器被配置成执行指令以基于所述第一和所述第二电信号通过执行一个或多个插值处理来确定所述一个或多个属性。
18.根据权利要求11所述的机器人，其中，所述支架具有第一侧，所述第一侧与第二侧串联并且相对于第二侧成角度；
其中，所述支架包括位于所述第一侧上与所述第一传感器对齐的第一段以及位于所述第二侧上与所述第二传感器对齐的第二段，以及
其中，所述第一段通过连接元件连接至所述第二段，该连接元件的长度大于从沿所述第一侧的所述第一段至沿所述第二侧的所述第二段的长度。
19.根据权利要求18所述的机器人，其中，所述连接元件倾斜离开位于所述第一侧的所述第一段，以及所述连接元件倾斜离开位于所述第二侧的所述第二段。
20.根据权利要求11所述的机器人，其中，所述第一和/或所述第二电信号随所述防撞器的移动线性的变化。
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