JP2020521137A - 電界を使用する人間感知、ならびに関係付けられたシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

電界を使用して生物を検出するためのシステムは、電界を発生させ、受信するように構成されているセンサを含んでいてもよい。システムは、センサの少なくとも１つの電極に接続されている少なくとも１つの増幅器と、センサを動作させるための制御装置と、制御装置に接続されているプロセッサとを含んでいてもよい。プロセッサは、電界中に存在する生物の有無を表す、または、センサと生物との間の距離を表す信号を出力してもよい。センサは、デバイスの近くの生物の存在を感知するためのロボット、車両、あるいは、別の移動または自律デバイスに取り付けられることができるスキンの部分を形成する剛性または可撓性基板に取り付けられてもよい。デバイスは、電界中の生物を回避するために、移動を停止するまたは移動するように構成されてもよい。【選択図】図５

Description

背景

[0001] ロボット工学および自律技術が社会により普及すると、この技術は、オペレータ、保守作業員、および居合わせた人のような人間と必然的に対話するだろう。例えば、工場および他のロケーションにおけるロボットは、人間の近くでまたは人間と協同して動作してもよい。これらのロボットは、これらの人間の対応するものに対して非常に高速および強力かもしれず、これは、人間の負傷および死亡のリスクを高める。具体的な例として、工場のフロア上のロボットアームは、重い部品を移動させる力を有していてもよい。作業員および居合わせた人が、使用または誤作動の間にこのようなロボットアームの近くに閉じ込められる場合、その人は被害を受けることがある。別の例として、ロボットまたはヒューマノイドは、これらが人と一緒に働くであろう将来の宇宙ミッションの一部になるかもしれない。これらのロボットまたはヒューマノイドは、これらの人間に対応するものを安全に保つための安全な特徴を含む必要があるだろう。

[0002] 同様に、車、工場カート、航空機、ボート、または他の何らかの移動機械または自律物体のような自律車両は、誤動作の間、または、通常の使用でさえ、人間にごく接近してくることがある。例えば、混雑した街の通りを走る自動運転車は、電柱、縁石、駐車車両、木、または他の静止無生物のような非人間物体の間に混ざっている人間の群衆をナビゲートすることを必要とするかもしれない。遠隔操縦車両または人が操作する車両のような非自律車両およびロボットでさえ、近くの人間を傷つけるリスクがある。例えば、ユーザの過失またはユーザエラーは、結果として、通りを渡る歩行者に車両が衝突することがある。安全の目的のため、このような複雑なナビゲーションは、車両感知と人間回避を必要とする。

[0003] 一般的に、人間と機械がより頻繁に対話することを続けると、十分な安全評価基準が実現されない限り、人間を傷つけるリスクは増加するだろう。いくつかの既存の安全評価基準は、例えば、タッチセンサを伴う。タッチセンサは、これらが誰かまたは何かとすでに接触した後にのみアクティブ化することを意味する反応システムである。同様に、既存の安全検出は、衝撃を示すトルクまたは力の急上昇を検出する、ジョイントに位置しているトルクセンサまたは力センサを含んでいてもよい。これらのタッチおよび衝撃センサは、物体との衝撃を検出してもよいが、これらは、無生物と人間または他の生物との間で区別をしない。

[0004] 起こってしまったことから接触を回避するための積極的安全アプローチを有することが望ましい。既存の積極的なシステムは、例えば、衝撃前に積極的に障害物を感知するために、光学カメラ、赤外線（ＩＲ）センサ、あるいは、超音波またはレーザ測距器を使用する。しかしながら、このようなセンサは、一般的に、人間と非人間または（壁または別の障害物のような）無生物とを区別しない。さらに、衝撃が生じた場合、既存のセンサは、機械に対する衝撃のポイントに関する情報を提供しないかもしれない。したがって、このようなセンサは、無生物を保護することによって、人間を保護することに失敗するかもしれない。

[0005] 電界を使用して（人間または動物またはその一部分のような）生物または有生物を検出するためのシステムは、複数のセンサを含んでいてもよく、各センサは電界を発生させるように構成されている複数の電極を含んでいる。システムは、電極のうちの少なくとも１つに接続されている少なくとも１つの増幅器を含んでいてもよい。システムは、センサのうちの少なくとも１つに接続されている制御装置も備えていてもよく、制御装置は、センサを動作して、電界を発生させ、分析するように構成されている。システムは、制御装置に接続されているプロセッサも含んでいてもよい。プロセッサは、実行されるとき、電界内の生物を表す、制御装置からの信号を解釈する命令でプログラムされてもよい。プロセッサは、電界内の生物の有無を表す、または、センサと生物との間の距離を表す信号を出力してもよい。複数のセンサは、アレイまたはアレイクラスタにグループ化されてもよく、これらは、剛性または可撓性基板に取り付けられてもよい。基板上のセンサは、ロボット、車両、または、別の移動物体のような別の構造または物体に取り付けることができるスキンを形成して、物体の近くの生物の存在を感知してもよい。いくつかの実施形態において、移動物体は、電界中に存在する生物を回避するために移動を停止するように、または、移動するように構成されてもよい。

[0006] 他の特徴および利点が以下で明らかになるだろう。上記で説明した特徴は、別々にまたは共に、あるいは、特徴のうちの１つ以上のさまざまな組み合わせで使用できる。

[0007] 図面において、同じ参照番号は、図全体に渡って同じ要素を示す。
[0008] 図１は、先行技術で既知である単一の容量電界センサの例を図示している。 [0009] 図２は、本技術の実施形態にしたがう、センサのグループまたはアレイを図示している。 [0010] 図３は、本技術の実施形態にしたがう、複数のセンサアレイを有するアレイクラスタを図示している。 [0011] 図４は、本技術の実施形態にしたがう、複数のセンサからの信号を処理するための電子コンポーネントの概略ダイヤグラムを図示している。 [0012] 図５は、本技術の実施形態にしたがう、電界感知を有するロボットアームを図示している。 [0013] 図６は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を有する自動車を図示している。 [0014] 図７は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を実現するブレーキペダルとアクセルペダルを図示している。 [0015] 図８は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を有する車両ハンドルを図示している。 [0016] 図９は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を有する車のドアと車のドアフレームを図示している。 [0017] 図１０は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を備えた部屋を図示している。

詳細な説明

[0018] 本技術は、電界を使用する人間感知、ならびに、関係付けられているシステムおよび方法に向けられている。本技術のさまざまな実施形態を説明する。以下の説明は、これらの実施形態の完全な理解と説明を可能にすることのための特定の詳細を提供する。しかしながら、これらの詳細のうちの多くがなくても、本発明を実施できることを当業者は理解するだろう。さらに、さまざまな実施形態の関連する詳細を不必要にあいまいにすることを回避するために、例えば、容量電界センサ、電子コンポーネント、ワイヤレス信号送信、信号調整、ロボット工学、および車両制御に共通の構造または機能のような、いくつかのよく知られている構造または機能は示さない、または詳細に説明しないかもしれない。したがって、追加の要素を有する、または、本技術の例を図示する図１−１０を参照して以下で説明する要素のうちのいくつかがない他の実施形態を、本技術は有していてもよい。

[0019] 以下に提示する説明で使用される専門用語は、本発明のある特定の実施形態の詳細な説明とともに使用されたとしても、その最も広い合理的方法で解釈されるように意図されている。ある用語が以下で強調されるかもしれないが、任意の制限された方法で解釈されるように意図されている任意の専門用語は、この詳細な説明セクションにおいてそのようなものとして明白におよび具体的に規定されるだろう。

[0020] 文脈が許容する場合、単数形または複数形の用語は、それぞれ複数形または単数形の用語も含んでいてもよい。さらに、２つ以上のアイテムのうちのリストにおいて、他のアイテムからの唯一の単一のアイテムのみを意味するようにワード「または」が明示的に限定されない限り、このようなリストにおける「または」の使用は、（ａ）リスト中の任意の単一のアイテム、（ｂ）リスト中のアイテムのすべて、または（ｃ）リスト中のアイテムの任意の組み合わせを含むように解釈されることになる。さらに、別段の特定がない限り、「取り付けられた」または「接続された」のような用語は、統合接続とともに物理的に離れたコンポーネント間の接続も含めるように意図される。

[0021] 本技術のいくつかの実施形態のうちの特定の詳細を、人間または人間の体のパーツを検出することを参照してここで説明する。他の実施形態では、技術は、動物または他の有生物のような他の生物または生物の部分を検出するように使用されてもよい。

電界による人間の存在の感知
[0022] 図１は、当業者に既知である単一の容量電界センサ１００の例を図示している。このようなセンサ１００は、送信電極１０５と（５つの受信電極１１０のような）複数の受信電極１１０を含んでいる。図１中に図示されているセンサ１００は、代表例に過ぎない。センサは、ここで説明するセンサ以外の電極１０５、１１０のさまざまな形状およびコンフィギュレーションを有していてもよい。例えば、電極１０５、１１０は、単一の基板上にともに据え付けられてもよく、または、これらは別々の基板上に据え付けられてもよい。

[0023] センサ１００に関係付けられている、先行技術で既知である制御装置は、物体の存在に対応する電界における変化を検出するように構成されている。このようなセンサ１００は、ユーザの他のポジションまたはジェスチャを追跡し、コンピュータデバイスを制御する先行技術で既知である。既知のセンサ１００は、典型的に比較的低電力で動作し、数センチメートルのような短い範囲内で物体を検出できるだけかもしれない。

[0024] 電極１０５、１１０を増幅することにより、より長い距離に渡る検出のためにこのタイプのセンサ１００を使用する電界感知を向上できることを、本発明者は発見した。本発明者は、電界センサをグループ化することは、以下でさらに詳細に説明するように、センサの周りの空間の比較的広いエリア内で感知することを可能にすることも発見した。

[0025] 図２は、本技術の実施形態にしたがう、電界センサ２１０のグループまたはアレイ２００を図示している。アレイ２００は、任意の適切な構成および数のセンサ２１０で形成されてもよい。例えば、アレイ２００は、３と１０との間のセンサ２１０を含んでいてもよい。図２中で図示するような代表的実施形態において、アレイ２００は、Ｗ形状または部分的にダイヤモンド形状のような非対称形状で構成されている８つのセンサ２１０を含んでいてもよい。アレイ２００は、非対称形状で図示されているが、いくつかの実施形態では、対称（例えば、正方形、三角形、または他の複数の面を有する形状）であってもよい。アレイ２００は、それが他のアレイ２００を入れ子にするまたはスタックすることができるように入れ子可能な形状で形成されてもよい。

[0026] アレイ２００中のセンサ２１０は、図１に関して上記で示し、説明したセンサ１００と類似してもよいが、以下にさらに説明するように、センサ２１０中の電極に関係付けられている電極または信号を増幅してもよい。いくつかの実施形態において、センサ２１０は、図１に関して説明したセンサ１００とは異なってもよい。任意の適切な数の送信または受信電極をさまざまな実施形態で使用してもよい。例えば、本技術のいくつかの実施形態は、電界内の物体の有無を感知することだけを必要としてもよく、したがって、より少ない電極を使用してもよい。したがって、センサ２１０は、任意の適切な数の電極と任意の適切なレベルの電力とを有する任意の適切な電界センサであってもよく、用途、電力信頼性、所望の感度、および、他の要因に依存した、任意の適切なサイズであってもよい。

[0027] 図３は、本技術の実施形態にしたがう、アレイクラスタ３００を図示している。アレイクラスタ３００は、複数のアレイ２００を含んでいる。例えば、アレイクラスタ３００は、２と８の間のアレイ２００を含んでいてもよく、あるいは、さらに多くの、または、はるかに多くのアレイ２００を含んでいてもよい。図３中に図示した代表的な実施形態では、アレイクラスタ３００は、ともに入れ子にされている４つのアレイ２００を含んでいる。アレイクラスタ３００自体は、他のアレイクラスタ３００とともに入れ子可能にまたはスタック可能になるように構成されてもよい。クラスタ３００またはアレイ２００間で、センサ２１０は、互いに干渉することを回避するために適切に間隔を空けてもよい。例えば、センサ２１０は、隣接するセンサ２１０間で電界がオーバーラップすることを回避するために間隔を空けてもよい。

[0028] 本発明者は、センサ２１０がアレイ２００またはアレイクラスタ３００中に構成されるとき、またはそうでなければ、ともにグループ化されるとき、センサ２１０は、人間の存在を検出するための、または、人間と無生物との間を区別するための、パネルまたはスキンの部分を形成できることができることを発見した。例えば、センサ２１０は、プラスチック、金属、または、他の無機物よりも、水ベースの物体に対するこれらの電界におけるいっそう多くの変化を検出する。特定の例では、センサ２１０は、電柱または箱のような他の物体においてよりも、手のような人間の体のパーツに対する電界におけるいっそう多くの変化を検出する。

[0029] したがって、本技術の１つの実施形態において、アレイ２００またはアレイクラスタ３００は、剛性または可撓性スキン３１５あるいはこれらの一部分を形成するために基板３１０に据え付けられてもよく、組み込まれてもよく、またはそうでなければ、取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、基板３１０は、剛性または半剛性であってもよく、プリント回路基板（ＰＣＢ）、（炭素繊維複合材料、ガラス繊維複合材料、または、他の繊維複合材料のような）繊維複合材料、プラスチック、または、センサ２１０を据え付けるまたは組み込むための他の適切な素材を含んでいてもよい。他の実施形態では、基板３１０は、可撓性であってもよく、これは、センサ２１０を据え付けるまたは組み込むための、合成または天然布、ゴム、薄いプラスチック、あるいは他の適切な可撓性素材を含んでいてもよい。可撓性基板３１０は、スキン３１５のための可撓性を提供してもよく、アレイ２００またはアレイクラスタ３００が、可撓性表面または起伏表面のようなさまざまな表面上に配置されることを可能にする。可撓性基板３１０が使用される場合、構成センサ２１０、アレイ２００、または、アレイクラスタ３００、および、（以下で説明する）センサ２１０に対する対応する信号処理ハードウェア間の動きに適用するために、技術的に既知である適切な可撓性コネクタを使用できる。

[0030] スキン３１５は、各センサ２１０を作動させ、対応する電界における変化を分析するための信号処理ハードウェアをオプション的に含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、このようなハードウェアは、スキン３１５自体に（例えば、組み込まれるように）統合される一方で、他の実施形態では、信号処理ハードウェアは、スキン３１５の外側に収容されてもよい。いくつかの実施形態では、センサ２１０を動作させるための信号処理ハードウェアは、他の主なコンピューティング機器とは無関係であり、関係付けられている主なコンピューティング機器への負荷を低減させる。例えば、スキン３１５（およびそのセンサ２１０）は、スキン３１５を有するロボットまたは車両を動作させるコンピュータ上でのように、別のシステム上で人間の存在を決定するために必要とされる計算負荷をかけるよりもむしろ、人間の存在に関して警告を出力するように構成されてもよい。

[0031] 図４は、本技術の実施形態にしたがう、複数のセンサ２１０からの信号を処理するための電子コンポーネントの概略ダイヤグラム４００を図示している。上記でさらに説明したように、センサ２１０は、電極を使用して電界を送信および受信することによって動作する。センサ２１０における電極は、少なくとも１つの送信チャネル４１０と（例として４つの受信チャネル４２０が示されている）少なくとも１つの受信チャネル４２０を介して電界センサ制御装置４３０に接続される。２１０センサにおける電極の構成は、電界制御装置４３０が電界中の物体の有無を決定することを可能にする。いくつかの実施形態では、制御装置は、センサ２１０を動作して、電界を生成し、分析し、センサからの物体の距離を決定してもよく、または、電界中の物体の３次元ポジションを決定してもよい。

[0032] 本発明者は、送信チャネル４１０および受信チャネル４２０において信号を増幅および調整することは、センサ２１０が物体の有無を検出できる範囲を増加させることを発見した。本技術の実施形態では、（１つ以上の増幅器を、および、オプション的に信号調整回路を有する）信号調整器または増幅器システム４４０は、電界センサ制御装置４３０とセンサ２１０との間で各センサ２１０に接続され、送信チャネル４１０および受信チャネル４２０上の信号を増幅し、それにより、センサ２１０の効果的な測定および感知範囲を増大させてもよい。本技術のいくつかの実施形態では、センサ２１０が物体を検出できる範囲は、２０．３２センチメートル（８インチ）以上に増加する。いくつかの実施形態では、範囲は１メートル以上であってもよく、いくつかの実施形態では、範囲は３メートル以上であってもよい。信号調整器または増幅器システム４４０は、ピーク電流の１アンペアを超えて提供することを可能にする高速ＭＯＳＦＥＴドライバを含んでいてもよい。増幅器システム４４０の反転または非反転出力は、電界センサ制御装置４３０の送信出力から直接制御される。

[0033] センサ２１０は、図１に図示した電界センサ１００、または、別の電界センサのような、任意の適切な電界センサであってもよい。したがって、１つの送信チャネルと５つの受信チャネル４２０が図示されているが、他の何らかの適切な数の送信チャネル４１０と受信チャネル４２０が本技術のさまざまな実施形態で使用されてもよい。さらに、図４中にセンサ２１０が２つのだけ図示されているが、回路およびコンポーネントは、センサ２１０の１つ以上のアレイ２００またはクラスタ３００のように、より多くのセンサ２１０を動作させるように、重複または拡張してもよい。いくつかの実施形態では、単一の信号調整器または増幅器システム４４０を複数のセンサ２１０に対して使用してもよい一方で、他の実施形態では、各センサ２１０は、それ自体の専用の信号調整器または増幅器システム４４０を有していてもよい。

[0034] システム中の入力／出力エキスパンダ（「Ｉ／Ｏエキスパンダ」）４５０は、センサ２１０のアレイ２００またはクラスタ３００中にあるような、複数の電界センサ制御装置４３０およびセンサ２１０の制御を促進する。Ｉ／Ｏエキスパンダ４５０は、（以下で説明する）プロセッサモジュールからのコマンドにしたがい、各個々のセンサ２１０の状態（例えば、オン、オフ、または、パルス幅変調（「ＰＷＭ」））を制御または維持するように動作してもよい。Ｉ／Ｏエキスパンダは、組み込み型クロックを含んでいてもよく、プロセッサモジュール４６０によって指示されるように、各個々のセンサ２１０またはセンサ２１０のグループ（例えば、センサ２１０のアレイ２００またはアレイクラスタ３００）の状態を変更または保持するために電源投入しながら継続的に実行してもよく、以下でさらに詳細にこれを説明している。プロセッサモジュール４６０がデータを制御し、受信できるセンサ２１０の数を、Ｉ／Ｏエキスパンダ４５０は増加させる。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏエキスパンダ４５０は、「Ｉ^２Ｃ」またはＳＰＩ−制御パルス幅変調および汎用入力出力信号に基づいてもよい。

[0035] いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏエキスパンダ４５０は、２５ヘルツから１．５キロヘルツの範囲内で調整可能なパルス幅変調を有していてもよく、これは、各出力接続に対する１２ビットの分解能を有していてもよい。他の実施形態では、Ｉ／Ｏエキスパンダ４５０は、出力接続のための他の適切なＰＷＭ範囲または分解能を有していてもよい。例えば、より高い分解能は、より多くの離散ＰＷＭステップを提供し、これは、センサ２１０に関係付けられている信号、または、（光、ブザー、振動モーター、あるいは、視覚、聴覚、または、触覚フィードバックのための他のデバイスのような）センサ２１０を使用するシステムに関係付けられている任意のフィードバックシステムの強度を制御するための信号のようなさまざまな信号に、より細かい調整を提供するために使用できる。代表的実施形態では、１２ビットの分解能を有するＩ／Ｏエキスパンダ４５０は、４０９６の離散ＰＷＭステップを提供してもよい。各出力接続は、オープンドレインまたはプッシュプルのように構成可能であってもよい。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏエキスパンダは、既製のコンポーネントであってもよい。他の実施形態では、Ｉ／Ｏエキスパンダは、カスタムコンポーネントであってもよい。

[0036] プロセッサモジュール４６０は、アプリケーションプロセッサとして機能するように、低電力３２ビットＣＰＵまたは他の適切なプロセッサユニットのようなＣＰＵを含んでいてもよい。センサ２１０を動作させるためのアプリケーションは、プロセッサモジュール４６０上のファームウェアであってもよい。いくつかの実施形態において、アプリケーションは、取り外し可能媒体上のソフトウェアであってもよい。特定の実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、ＷｉＦｉ、８０２．１１ｂ／ｇ／ｎ媒体アクセス制御（ＭＡＣ）のようなワイヤレス通信能力、または、他の適切なワイヤレス通信プロトコルを含んでいる。いくつかの実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、ソフトウェアアクセスポイント（ＡＰ）プロトコル、統合ＴＣＰ／ＩＰスタック、および、物理レイヤ仕様をサポートしてもよい。他の実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、ワイヤード通信コンポーネントを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、リチウムポリマーバッテリーおよび関係付けられた充電回路のような、搭載バッテリーおよび関連充電機器をさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、ＵＳＢを介して、ワイヤレスまたは誘導充電を介して（例えば、ＱＩインターフェース標準規格を使用して）、あるいは、他の適切な充電構成により、バッテリーを充電してもよい。小さな専用ＣＰＵをプロセッサモジュール４６０として図示しているが、プロセッサモジュール４６０は、汎用コンピュータであってもよく、またはそうでなければ、ここで説明した機能とは別の追加の機能を実行してもよい。

[0037] 本技術いくつかの実施形態では、センサからのほとんどまたは実にすべてのデータ２１０の処理は、プロセッサモジュール４６０上でローカルに実行されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、センサ２１０が人間または人間の体部分を検出するまで、電界中の人間または人間の体部分の不存在を表す一定のまたは周期的な信号を出力してもよい。他の実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、人間または人間の体部分の存在を決定するために問い合わされてもよい。人間または人間の体部分が存在するとき、（例えば、図４に図示したハードウェアのような）信号処理ハードウェアは、人間が存在することを（ロボットまたは自動車中のコンピュータのような）主なコンピューティングデバイスに通知するオンまたはオフ信号のようなフラグを出力してもよい。

[0038] 他の実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、実行されるとき、センサ２１０から電界内の人間または人間の体部分までの距離を決定する命令でプログラムされてもよく、これは、距離または距離を表す信号を出力してもよい。プロセッサモジュール４６０は、他の信号またはデータを出力してもよい。代表的な実施形態では、プロセッサモジュール４６０は、センサ２１０のうちの１つ以上の電界中の物体の有無を表す基本データのみを出力し、プロセッサモジュール４６０の外部で処理することは最小化される。このような実施形態は、本技術のスケーラビリティと他のシステムへの実現を向上させる。例えば、このような単純な出力は、ロボットまたは車両への、あるいは、ロボットまたは車両制御コンピュータへの処理負荷を減少させる。

[0039] 一般的に、プロセッサ４６０は、実行されるとき、人間、動物、または、電界内の他の有生物のような生物を表す、制御装置４３０からの信号を解釈する命令でプログラムされてもよい。プロセッサはさらに、センサ２１０、あるいは、センサ２１０またはスキン３１５が据え付けられている物体に対して、生物または他の物体の距離または３次元ポジションを決定するようにプログラムされてもよい。

用途
[0040] 本発明者は、自律および操縦システムを含む、機械システムの安全性と使い勝手を向上させるための、電界センサアレイ２００、アレイクラスタ３００、または、可撓性スキン３１５のための多数の用途を発見した。

[0041] 例えば、図５は、本技術の実施形態にしたがう、電界感知を有するロボットアーム５００を図示している。ロボットアーム５００は、アーム５００上のさまざまなロケーションに位置付けられている、１つ以上のセンサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００を含んでいてもよい。センサ２１０は、（上記で説明したスキン３１５のような）アーム５００の外面上に配置されるスキンの一部であってもよく、または、アーム５００の外面を形成してもよい。例えば、１つの以上のセンサ２１０、アレイ２００、アレイクラスタ３００、または、スキン３１５は、ロボットアーム５００が動き回り動作する間、人間の体の一部または他の物体を検出するようにエンドエフェクタ５１０上に位置付けられてもよい。同様に、１つ以上のセンサ２１０、アレイ２００、アレイクラスタ３００、またはスキン３１５は、アーム５００のジョイント５２０上に位置付けられ、人間または他の物体を検出してもよい。他の実施形態では、センサ２１０、アレイ２００、アレイクラスタ３００、またはスキン３１５は、人間または他の物体を検出するために、任意の適切なロケーションに配置されてもよい。

[0042] 本技術の実施形態は、アーム５００の近くで働く人間に対する安全性を向上させることができる。例えば、センサ２１０は、衝撃前に人間を検出でき、プロセッサ（上記で説明した４６０）は、人間の存在を示す信号を出力することができる。その後、ロボットアーム５００制御コンピュータは、人間または他の物体との接触を回避するために、アームの移動を停止または逆にしてもよい。本技術の実施形態は、ロボットアーム５００に限定されず、例えば、人型ロボットを含む、ロボットの脚でまたはロボット上のどこにでも使用されてもよい。

[0043] 図６は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を有する自動車または車６００を図示している。車６００は、車６００上のさまざまなロケーションの周りに位置付けられている１つ以上のセンサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００を有していてもよい。センサ２１０は、（上記で説明したスキン３１５のような）車６００の外面上に配置されるスキンの一部であってもよく、または、車６００の外面を形成してもよい。例えば、１つ以上のセンサ２１０、アレイ２００、アレイクラスタ３００、または、スキン３１５を、車６００の前方または前方の１／４パネル上に位置付けてもよい。電界６１０は、人間６２０または他の物体６３０を検出できる。

[0044] 代表的な実施形態では、センサ２１０および関係付けられているハードウェアは、上記で説明したように、人間６２０と他の物体６３０との間で区別することができる。車６００中の制御装置は、電界中に人間６２０または無生物６３０がいるか否かについての情報を使用して、人間６２０および物体６３０を回避する経路を決定することができる。１つの実施形態では、車６００が無生物６３０にぶつかったとしても、車６００は、人間６２０を停止させる、それる、または他の方法で回避するように構成されてもよい。例えば、自動運転車では、センサ２１０および関係付けられているハードウェアは、（人間６２０のような）歩行者または乗客の安全性を向上させるために、感知および回避技術を提供することができる。いくつかの実施形態では、無生物６３０は、街路灯柱、駐車された車、ゴミ箱、あるいは、道路または街路に沿って見られる他の物体を含んでもよい。車が図示されているが、他の実施形態では、本技術は、他の移動デバイスまたは車両で実現されてもよい。

[0045] 図７は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を実現するブレーキペダル７００およびアクセルペダル７１０を図示している。自動車のブレーキペダル７００またはアクセルペダル７１０は、１つ以上のセンサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００を含んでいてもよい。センサ２１０は、（上記で説明したスキン３１５のような）ペダル７００、７１０上に配置されるスキンの一部であってもよく、または、ペダル７００、７１０の一部を形成してもよい。センサ２１０は、ペダル７００、７１０に近くで人間の足７２０を検出できる。例えば、足がブレーキペダル７００の近くにある場合、ブレーキペダルまたはブレーキは、ブレーキ事象の間の運転者の反応時間を増大させるように、足７２０による接触より前にアクティブ化されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、アクセルペダル７１０中のセンサ２１０は、足７２０がペダル７１０に接触する前に、足７２０を検出し、加速を開始してもよい。

[0046] 図８は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を有する車両ハンドル８００を図示している。ハンドル８００は、１つ以上のセンサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００を含んでいてもよい。センサ２１０は、（上記で説明したスキン３１５のような）ホイール８００上に配置されるスキンの一部であってもよく、または、ホイール８００の一部を形成してもよい。このような実施形態では、ここで説明するセンサ２１０および関係付けられている電子機器は、ユーザがユーザの手８２０をハンドル８００から離していることを、ユーザまたは車両コンピュータに警告できる。ハンドル８００が図示されているが、他の実施形態では、本技術は、飛行機制御、ボート制御、列車制御、あるいは、他の車両または産業制御のような他の制御で使用されてもよい。

[0047] 他の実施形態では、本技術は、緊急ブレーキ事象の間の運転者の反応時間を増大させるために、緊急ブレーキの近くの人の手を検出するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、エアバッグまたはシートベルトアラームをアクティブ化または非アクティブ化する重量センサを作動させることを怠るかもしれないような人がシート上に座っていることを検出するために、本技術は使用されてもよい。

[0048] 図９は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を有する車両ドア９００および車ドアフレーム９１０を図示している。ドア９００またはドアフレーム９１０は、１つ以上のセンサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００を含んでいてもよい。センサ２１０は、（上記で説明したスキン３１５のような）ドア９００またはフレーム９１０上に配置されるスキンの一部であってもよく、または、ドア９００またはフレーム９１０の一部を形成してもよい。このような実施形態では、ここで説明するセンサ２１０および関係付けられている電子機器は、ユーザの手９２０または他の物体がドア９００とドアフレーム９１０との間にあるときにシグナリングできる。このような信号により、車ドア９００が閉じること回避できる。例えば、車ドア９００が自動的に閉じるドアである場合、自動閉鎖動作は、ユーザの手９２０または他の物体が取り除かれるまで停止または逆にすることができる。

[0049] 本技術のいくつかの実施形態では、センサ２１０および関係付けられている電子機器は、上記でさらに詳細に説明したように、人間の体部分と非人間部分との間で区別する。したがって、センサ２１０が人間の存在を示さない限り、ドアは閉じる試行を継続するようにプログラムされてもよい。このような構成は、ドア９００の経路に人がいなくても、さもなければドア９００を停止または反転させる誤検出を回避するのに役立つことができる。本技術の実施形態は、ドアを有するミニバン、スーパーカー、または他の車両において、あるいは、家または企業におけるドアのような非車両ドアにおいても実現できる。

[0050] 図１０は、本技術の別の実施形態にしたがう、電界感知を装備した部屋１０００を図示している。図示した部屋１０００は、病院設備を有する病院の部屋であるが、本技術のさまざまな実施形態では、他の部屋および部屋中の設備または物体が企図される。部屋１０００は、例えば、壁１０１０と、床１０２０と、天井１０２５と、カートまたはトレイのような家具あるいは物体１０３０とを含んでいてもよい。壁１０１０、床１０２０、天井１０２５、または、物体１０３０のうちの１つ以上は、１つ以上のセンサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００を含んでいてもよい。センサ２１０は、（上記で説明したスキン３１５のような）壁、床、天井、または、物体上に配置されるスキンの一部であってもよく、または、壁、床、天井、または、物体の一部を形成してもよい。このような実施形態では、壁１０１０、床１０２０、天井１０２５、あるいは、家具または物体１０３０は、部屋内の人間１０４０、あるいは、人間１０４０のアクティビティまたは動きを検出することができる。例えば、ここで説明するセンサ２１０および関係付けられている電子機器は、人間１０４０の存在またはアクティビティに依存して、病院が患者のアクティビティを監視すること、または、（照明のような）ある機器をオンまたはオフにすることを支援することができる。

[0051] いくつかの実施形態では、本技術は、（例えば、子供または愛する人を監視するために、または、セキュリティ目的のために）家での使用に適用されてもよい。一般的に、本技術の実施形態は、人間の有無、または、アクティビティを監視するために、家または企業で実現することができる。他の実施形態では、センサ２１０のアレイ２００またはセンサ２１０のアレイクラスタ３００は、工場または他の環境で実現され、人間の存在を検出し、それに応じて、照明、気候制御、または、機械のような機器をアクティブ化または非アクティブ化してもよい。

[0052] さらなる実施形態では、センサ２１０のアレイ２００、センサ２１０のアレイクラスタ３００、または、スキン３１５は、人工装具中で実現して、例えば、人工装具の着用者が非人工装具着用者のスキン上の毛または神経に類似した近くの物体を感知することを可能にしてもよい。別の実施形態では、衣服、ＶＲゴーグル、または、ヘッドホンのようなウエアラブルデバイスは、センサ２１０のアレイ２００、センサ２１０のアレイクラスタ３００、または、スキン３１５を含み、（ユーザがデバイスを着用していない間の動作とは対照的に）動作を可能にする人を検出してもよい。

[0053] 別の例では、本技術の実施形態を災害復旧活動で使用できる。例えば、センサ２１０、アレイ２００、アレイクラスタ３００、または、スキン３１５は、がれき、雪崩の山、泥の山、または、災害後に人が捕えられるかもしれない他のエリアを一掃するための、拡張可能な器具の上に配置できる。

[0054] さまざまな実施形態では、センサ２１０または関係付けられている電子機器は、リスクのレベルによって人間または物体の検出を特徴付けてもよい。例えば、センサ２１０からの複数の距離範囲は、リスクのレベルを規定できる。ここで開示する自律または操縦デバイスは、リスクのレベル、または、人間または物体が検出されるゾーンまたは範囲に依存して異なって反応するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、電界の乱れは、１つ以上のセンサ２１０に対するフィールド中の人間または物体の距離またはポジションを提供するように位置付けられてもよい。このような距離または３次元ポジションの認識は、（例えば、人間または物体から離れることにより）適切に反応するセンサを使用するデバイスまたは機械の能力をさらに向上させる。

[0055] 前述のものから、開示した技術の特定の実施形態を例示の目的で説明してきたが、本技術から逸脱することなくさまざまな修正を行うことができ、ある実施形態の要素は、他の実施形態の要素と交換可能であってもよく、いくつかの実施形態はいくつかの要素を省略してもよいことが認識されるだろう。例えば、いくつかの実施形態では、人間、動物、またはその他のような生物を検出するために、センサおよび関係付けられた電子機器を使用してもよい。ここで開示したさまざまな実施形態は、センサの特定の形状またはセンサの幾何学的構成を利用してもよいが、このような形状または構成は、すべての実施形態において不可欠なものではなく、さまざまな実施形態において省略または組み合わされてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、電界センサのグループは、単一の大きなセンサを形成するようにともに組み合わされてもよく、または、これらは、複数の小さな電界センサのように独立して機能してもよい。

[0056] さらに、開示した技術のある実施形態に関係付けられている利点をこれらの実施形態の文脈で説明してきたが、他の実施形態もこれらの利点を示すことができ、このような利点が本技術の範囲内にあることをすべての実施形態が必ず示す必要はない。したがって、本開示および関係付けられた技術は、ここで明示的に示していないまたは説明していない他の実施形態を包含してもよく、本発明は、添付した特許請求の範囲を除き、限定されない。

Claims (20)

1. 電界を使用して生物を検出するためのシステムであって、
   複数のセンサと、各センサは電界を発生させるように構成されている複数の電極を含み、
   前記電極のうちの少なくとも１つに接続されている少なくとも１つの増幅器と、
   前記センサのうちの少なくとも１つに接続されている制御装置と、前記制御装置は、前記センサを動作して、前記電界を発生させ、分析するように構成され、
   前記制御装置に接続されているプロセッサとを含み、前記プロセッサは、実行されるとき、前記電界内の生物を表す、前記制御装置からの信号を解釈する命令でプログラムされ、
   前記複数のセンサは、基板に取り付けられる、システム。
2. 前記基板は可撓性である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの増幅器、前記制御装置、および、前記プロセッサは、前記基板に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
4. 前記センサは、非対称のアレイで前記基板に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記プロセッサは、前記電界内の生物の有無を表す信号を出力する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記プロセッサは、実行されるとき、
   前記電界内の生物と前記センサとの間の距離を決定し、
   前記距離を表す信号を出力する命令でさらにプログラムされる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記基板は、ロボットまたは車両に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
8. 人間を感知し、前記人間との物理的接触を回避するためのシステムであって、
   前記人間の近くの移動物体と、
   前記移動物体に取り付けられている複数の電界センサと、前記電界センサは、前記人間の存在によって妨害される電界を生成するように構成され、
   実行されるとき、前記電界の妨害を検出し、前記電界内の生物の有無を表す信号を出力する命令でプログラムされたプロセッサとを備え、
   前記移動物体は、前記電界中の前記人間の存在を表す、前記プロセッサからの信号に応答して、移動を停止するように、または、前記人間を回避して移動するように構成される、システム。
9. 前記電界の対応する範囲を増加させるために前記電界センサに接続されている１つ以上の増幅器をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記電界センサと前記プロセッサは、前記移動物体に取り付けられている基板に組み込まれている、請求項８に記載のシステム。
11. 前記プロセッサは、実行されるとき、前記電界中の物体が有生物であるか無生物であるかを決定する命令でさらにプログラムされる、請求項８に記載のシステム。
12. 前記移動物体は自動車である、請求項８に記載のシステム。
13. 前記自動車は、前記人間を回避するように操縦するまたはブレーキをかけるように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記移動物体はロボットである、請求項８に記載のシステム。
15. 前記移動物体はドアである、請求項８に記載のシステム。
16. 生物との物理的接触を回避するための自律デバイスを制御する方法であって、
    複数の電界センサを使用して、複数の電界を生成することと、
    前記電界のうちの少なくとも１つの中の物体によってもたらされる前記電界のうちの１つ以上の妨害を検出することと、
    前記物体が無生物であるか生物であるかを決定するために、前記妨害を分析することと、
    前記物体が生物であると決定することに応答して、自律デバイスを停止または前記生物から離れるように制御することを含む、方法。
17. 前記自律デバイスは自動車である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記自律デバイスはロボットである、請求項１６に記載の方法。
19. 前記自律デバイスはドアである、請求項１６に記載の方法。
20. 複数の電界を生成することは、１つ以上の増幅器を使用して、前記電界を増幅させることを含む、請求項１６に記載の方法。

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