(57)【要約】  ロボットアームを制御する方法の一変形例は：  ロボットアームを軌道に沿って移動させるステップと；ロボットアームがこの軌道に沿った第１位置を占めている第１の時間において、ロボットアームの第１アームセグメントの上に延在する第１電極を具える第１検知回路の第１容量を測定するステップと；ロボットアームがこの軌道に沿った第２位置を占めている第２の時間において、第１検知回路の第２容量を測定するステップと；第１容量と第２の容量の差に基づいて第１検知回路の第１容量変化率を計算するステップと；スレッシュホールド変化率を超える前記第１検知回路の第１容量変化率に応じて、近接アラームを発生するステップと；近接アラームに応答して、前記軌跡を通って移動するロボットアームの速度を低減するステップと；を具える。【選択図】図１
2018530441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームを制御する方法において：
軌道を通って前記ロボットアームを移動させるステップと；
前記ロボットアームが前記軌道に沿った第１位置を占めている第１の時間に、前記ロボットアームの第１アームセグメント上に延在する第１電極を具える第１検知回路の第１容量を測定するステップと；
前記ロボットアームが前記軌道に沿った第２位置を占めている第２の時間に、前記第２の時間が前記第１の時間に続いており、前記第１検知回路の第２容量を測定するステップと；
前記第１容量と前記第２容量の間の差に基づいて前記第１検知回路の第１容量変化率を計算するステップと；
スレッシュホールド変化率を超える前記第１検知回路の第１容量変化率に応じて、近接アラームを発するステップと；
前記近接アラーム
に応じて前記軌道を通って移動しているロボットアームの現在の速度を低減するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第１検知回路の第１の容量を測定するステップが、前記第１の時間における前記第１検知回路の共振周波数を測定するステップを具え；前記第１検知回路の第２の容量を測定するステップが、前記第２の時間における前記第２検知回路の共振周波数を測定するステップを具え；前記第１の変化率を計算するステップが、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との差にもとづいて、前記第１検知回路の共振周波数の第１変化率を計算するステップを具える、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法が更に、前記第１の時間に先立つ初期時間において：
容量マッピングルートを通って前記ロボットアームを移動させるステップと；
前記容量マッピングルートに沿った分散ウエイポイントにおける前記第１検知回路の絶対容量値セットを記録するステップと；前記絶対容量値セットと、前記容量マッピングルートに沿った前記分散ウエイポイント間の相対容量値変化に変換するステップと；
前記相対容量値変化を、前記ロボットアームが占めている物理的スペースのベースライン容量マップに集めるステップと；
前記ベースライン容量マップと、前記第１の位置と第２の位置間の前記ロボットアーム側とから、前記第１の位置及び前記第２の位置間のスレッシュホールド変化率を計算するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において：
軌道を通って前記ロボットアームを移動させるステップが、前記容量マッピングルートに近接している軌道を通って前記ロボットアームを移動させるステップを具え、
前記第１検知回路の絶対容量値セットを記録するステップが、前記容量マッピングルートに沿った分散ウエイポイントセットにおける前記第１検知回路の絶対容量値セットを記録するステップを具え、前記分散ウエイポイントセットが、前記第１位置と前記第２位置を具える、ステップと；
前記近接アラームを発するステップが、前記ロボットアームによって占められており、前記初期時間と前記第２の時間の間に、前記スレッシュホールド変化率を超える前記第１検知回路の第１容量変化率に応じて、前記物理的スペースにおける変化を検出するステップと、前記物理的スペースにおける変化に基づいて近接アラームを発するステップと、を具えることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において：
前記近接アラームを発するステップが、前記第１検知回路の第１容量変化率を、外部物体に対する前記第１電極の速度に変換するステップと、前記第１位置から前記第２位置への前記ロボットアームの速度に近づく外部物体に対する前記第１電極の速度に応じて、静止物体に対する動きについての近接アラームを発するステップと、を具え；
前記ロボットアームの現在の速度を低減するステップが、静止物体に向かう動きについての近接アラームが流れている間に前記ロボットアームの最大速度の一部に低減するステップを；
具えることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において：
前記近接アラームを発するステップが、前記第１検知回路の第１容量変化率を、外部物体に対する前記第１電極の速度に変換するステップと、前記第１位置から前記第２位置への前記ロボットアームの速度を超える、外部物体に対する前記第１電極の速度に応じて、前記ロボットアームに向けての動的物体の動きについて、近接アラームを発するステップと；  
前記ロボットアームの現在の速度を低減するステップが、前記ロボットアームに向けた動的物体の移動に対する近接アラームが流れている間に、前記ロボットアームの動きを止めるステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法がさらに、前記第１の時間と第２の時間の間に第２検知回路のダ２容量変化率を計算するステップであって、前記第２の検知回路が、前記ロボットアームの前記第１アームセグメント上に延在しており、前記第１電極の近傍で、前記第１電極によって規定される第１の面積より小さい第２の面積を規定する第２電極を具える、ステップを具え；
前記近接アラームを発するステップが：
前記スレッシュホールド変化率を超える第１変化率と、前記第２変化率を超えるスレッシュホールド変化率に応じて、前記ロボットアームの第１近接範囲内の外部物体の近接に対して第１近接アラームを発するステップであって、前記第１の近接範囲が、前記第１電極の第１の検知可能な範囲に対応している、ステップと；
前記第１変化率と、前記スレッシュホールド変化率を超える前記第２変化率に応じて、前記ロボットアームの第２近接範囲内の外部物体の近接に対して第２近接アラームを発するステップであって、前記第２近接範囲が、前記第２電極の第２検知範囲に対応する、ステップと；
を具え、
前記ロボットアームの現在の速度を低減するステップが：
前記第１の近接アラームに応じて、前記ロボットアームの現在の速度を、前記ロボットアームの最大速度の第１部分に低減するステップと；
前記第２近接アラームに応じて、前記ロボットアームの現在の速度を前記ロボットアームの最大速度の第２部分に低減するステップであって、前記第２部分が前記第１部分より小さい、ステップと；
を具える、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記軌道を通って前記ロボットアームを移動させるステップが、前記ロボットアームの前記第１アームセグメントと第２アームセグメント間に挿間した第１の作動軸を作動させ、前記第２のアームセグメントと前記ロボットアームのベースの間に挿間した第２の作動軸を作動させるステップを具え、
前記方法がさらに；前記第１の時間と第２の時間との間の第２検知回路の第２容量変化率を計算するステップであって、前記第２検知回路が前記第２のアームセグメントの上に延在する第３電極を具える、ステップを具え；
前記近接アラームを発するステップが、スレッシュホールド変化率を超える第１容量変化と第２容量変化率のうちの一方に応じて、前記近接アラームを発するステップを具え；
前記ロボットアームの現在の速度を低減するステップが、前記近接アラームに応じて前記第１の作動軸と前記第２の作動軸の低減した最大回転速度を設定するステップを具える；
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法がさらに：
第３の時間において、第２スレッシュホールド変化率を超える前記第１検知回路の第２容量変化率に基づいて、物体と前記第１電極近傍の前記第１アームセグメントの第１領域との間の第１の接触を検出するステップであって、前記第２スレッシュホールドが前記第１スレッシュホールドを超えているステップと；
およその前記第３時間において、前記第２スレッシュホールド変化率を超える前記第２回路の第３容量変化率に基づいて、物体と、第２検知回路に接続された第２電極近傍の前記第１アームセグメントの第２領域との間の第２の接触を検出するステップであって、前記第１アームセグメントの前記第２領域が、前記第１アームセグメントの前記第１領域に対向している、ステップと；
前記第１の接触と前記第２の接触を手動制御ジェスチャと解釈して、前記第１アームセグメントに接続された第１の作動軸を制御するステップと；
前記手動制御ジェスチャに応じて前記第１の作動軸のロックを外すステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法がさらに：
およその第４の時間において、前記第２スレッシュホールド変化率を超える前記第３検知回路の第４容量変化率に基づいて、物体と、第３検知回路に接続された第３電極近傍の前記第１アームセグメントの第３領域との間の第３接触を検出するステップであって、前記第１アームセグメントの前記第３領域が、前記第１アームセグメントの前記第１領域と前記第２領域との間に挿間している、と；
前記第１接触、前記第２接触、及び前記第３接触を、第２の手動制御ジェスチャとして解釈し、前記第１アームセグメントを支持する第２アームセグメントに接続された第２の作動軸とを制御するステップと；
前記第２の手動制御ジェスチャに応じて、前記作動可能な第１の軸と前記第２の作動軸のロックを外すステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
ベースと；
第１アームセグメントと；
前記ベースと前記第１アームセグメントとの間に挿間され、前記第１アームセグメントに第１の作動軸を介して接続されており、第２の作動軸を介して前記ベースに接続されている、第２アームセグメントと；
前記第１の作動軸に対向する第１アームセグメントの端部に接続されたエンドエフェクタと；
前記第１アームセグメントのある領域にわたって配置され、第１検知回路に電気的に接続された第１電極と；前記第１の作動軸と前記第２の作動軸が作動する間に、前記第１検知回路の容量を測定するように構成されたコントローラと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、前記第１検知回路の共振周波数を検知することによって、前記第１検知回路の容量を測定するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムにおいて：
前記コントローラが、前記第１検知回路の第１容量を第１の時間に測定し、前記第１の時間に続く第２の時間に、前記第１の検知回路の第２容量を測定するように構成されており；
さらに、前記前記第１の作動軸と前記第２の作動軸を作動させ、
前記第１の時間における物理的スペース内の第１位置から、前記第２の時間における物理的スペース内の第２の位置へ、前記エンドエフェクタを移動させ、
前記第１の時間と前記第２の時間の間の前記第１検知回路の第１の容量変化率を計算し、
スレッシュホールド変化率を超える前記第１検知回路の第１変化率に応じて、前記第２の時間に近接アラームを発生し、
前記近接アラームに応じて、前記第１の作動軸と前記第２の作動軸の最大作動速度を低減する、
ように構成されたプロセッサを、具えることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて：
前記第１電極が、前記第１アームセグメントの背側にわたって配置されており；
前記プロセッサが：
前記スレッシュホールド変化率を超える前記第１検知回路の第１容量変化率に応じて、前記第１アームセグメントの背側に垂直な第１方向における動きに対して近接アラームを発生し；
前記近接アラームに応じて前記第１方向に前記第１アームセグメントを移動させる方向における、前記第１の作動軸の最大作動速度を低減させる；
ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて；
当該システムがさらに、前記第１のアームセグメントの側面にわたって配置され、第２検知回路に接続された第２の電極を具え；
前記プロセッサが：
前記スレッシュホールド変化率を超える前記第２検知回路の容量の変化率に応じて、前記第１のアームセグメントの側面に垂直な第２の方向における動きに対して第２の近接アラームを発生し；
前記近接アラームに応じて前記第２方向に前記第１アームセグメントを移動させる方向における、前記第２の作動軸の最大作動速度を低減させる；
ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
当該システムがさらに：
前記エンドエフェクタと前記第１電極の間の前記第１アームセグメントの第１側部に配置され、第２検知回路に電気的に接続された第２電極と；
前記第２電極に対向して前記第１アームセグメントの第２側部に配置され、第３検知回路に電気的に接続された第３電極と；
を具え、
前記コントローラが、前記第２検知回路と前記第３検知回路の容量を測定するように構成されており；
前記システムがさらに、第３の時間における、外部物体と前記第１アームセグメントとの間の接触を表す、前記第２検知回路の第１容量変化に応じて、また、およそ前記第３の時間における、外側物体と、前記第１アームセグメントの第２側部との間の接触を表す前記第３検知回路の第２の容量変化に応じて、前記第１の作動軸のロックを外して手動操作できるように構成したプロセッサを具える；
ことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のシステムがさらに、前記第２アームセグメントと前記ベースの間に挿間され、第１の端部において前記第２の操作可能な軸に接続され、第３の操作可能な軸を介して、前記第１端部に対向する第２端部において、前記ベースに接続されている、第３アームセグメントを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記第１アームセグメントが：
前記第１の作動軸から延在する硬質ビームと；
前記硬質ビームの上に配置され当該ビームに沿って延在するカバーと；
を具え、
前記第１電極が、前記カバーにわたって配置された導電材料を具え、前記第１アームセグメント内に配置した前記第１検知回路に電気的に接続された前記第１検知回路に接続されている；
ことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシステムにおいて、前記第１アームセグメントは、さらに、前記第１電極の下で前記カバーの上に配置された接地電極を具え、前記コントローラが、前記接地電極を、基準電気接地電位に駆動する
ことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
当該システムがさらに：
前記第１電極近傍の前記第１アームセグメント上に配置され、前記第１検知回路に接続された、第１接地電極と；
前記第２アームセグメントのある領域にわたって配置され、第２電極回路に電気的に接続された、第２電極と；
前記第１電極近傍の前記第１アームセグメント上に配置され、前記第１検知回路に接続された、第２の接地電極と；
を具え、
前記コントローラが、前記第１電極と、前記第２電極とを順次駆動し、前記第１電極と前記第１接地電極の間の容量を測定し、前記第１電極と、前記第１接地電極との間の容量を測定して、前記第２電極と、前記第２接地電極との間の容量を測定するように構成されている；
ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタが、前記第２の作動軸に対向して前記第２アームの端部に一時的に接続された電動式グリッパを具える、ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願のクロスリファレンス］
本出願は、２０１５年９月９日に出願された、米国暫定出願第６２／２１６，３２８号の利益を主張する。この出願は、引用によって全体が組み込まれている。
【０００２】
本発明は、一般的に、ロボットアーム及び特に、新規かつ有用なロボットアームとロボットアームの分野における物体回避方向に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１は、ロボットアームシステムを示す図である。
【図２】図２は、ロボットアームシステムの一変形例を示す図である。
【図３】図３は、ロボットアームシステムの一変形例を示す図である。
【図４】図４は、一方法のフローチャートである。
【図５】図５は、この方法の一変形例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、この方法の一変形例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、この方法の一変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本発明の実施例に関する以下の記載は、発明をこれらの実施例に限定することを意図するものではなく、むしろ、当業者が本発明を製造し使用できるようにするためのものである。ここに述べる変形、構成、実装、例示的実装、及び実施例は、選択的なものであり、これらの変形、構成、実装、例示的実装、及び実施例に限定するものではない。本明細書に述べた発明は、これらの変形、構成、実装、例示的実装、及び実施例のいずれかの及びすべての変更を含む。
【０００５】
１．ロボットアームシステム
図１に示すように、ロボットアーム１０２システムは：ベース１１０と；第１の作動軸１２４を介してベース１１０に連結された第１のアームセグメント１２０と；第２の作動軸１３４を介してベース１１０に連結された第２のアームセグメント１３０と；第１のアームセグメント１２０と第２のアームセグメント１３０にわたって配置された電極セット１２１，１３１と；第１サンプリング期間に電極セット中の電極の第１電極容量値セットを蓄積し、第１のサンプリング期間に続く第２サンプリング期間にこの電極セット内の電極の第２容量値セットを蓄積する、コントローラ１２３と；コントローラ１２３から受け取った第１容量値セットに基づいて第１のサンプリング期間のロボットアーム１０２への物体の第１の近接を測定し、コントローラ１２３から受け取った第２容量値セットに基づいて第２サンプリング期間のロボットアーム１０２への物体の第２の近接を測定し、第２の近接と、第１の近接と第２の近接との差とに基づいて、第２のサンプリング期間に続いて第１の作動軸１２４の低減した最大速度と、第２の作動軸の低減した最大速度を設定する、プロセッサ１５０と；を具える。
【０００６】
システム１００の一変形例は：ベース１１０と；第１のアームセグメント１２０と；ベース１１０と第１のアームセグメント１２０との間に配置され、第１の作動軸１２４を介して第１のアームセグメント１２０に連結され、第２の作動軸１３４を介してベース１１０に連結された第２のアームセグメントと；第１の作動軸１２４に対向して第１のアームセグメント１２０の端部に連結されたエンドエフェクタ１４０と；第１のアームセグメント１２０の一領域にわたって配置され、第１の検知回路１２２に電気的に接続された第１の電極１２１と；第１の作動軸１２４と第２の作動軸１３４の作動中に、第１の検知回路１２２の容量を測定するように構成されたコントローラ１２３と；を具える。
【０００７】
２．方法
図４に示すように、システム１００は、ロボットアーム１０２を制御する方法を実行することができる。この方法は：ブロックＳ１１０において軌道を通ってロボットアーム１０２を移動させるステップと；ロボットアーム１０２がこの軌道に沿った第１の位置を占める第１時間に、ブロックＳ１２０においてロボットアーム１０２の第１アームセグメント１２０の上に延在する第１電極１２１を具える第１検知回路１２２の第１の容量を測定するステップと；ブロックＳ１２２においてロボットアーム１０２がこの軌道に沿った第２の位置を占める、第１の時間に続く第２の時間に、第１検知回路１２２の第２の容量を測定するステップと；ブロックＳ１３０において、第１の容量と第２の容量間の差に基づいて第１の検知回路１２２の第１の容量変化率を計算するステップと；ブロックＳ１４０においてスレッシュホールド変化率を超える第１の検知回路１２２の第１の容量変化率に応じて、近接アラームを発するステップと；ブロックＳ１５０において近接アラームに応じて軌道を通って移動しているロボットアーム１０２の現速度を低減するステップと；を具える。
【０００８】
３．アプリケーション
一般的に、システム１００は硬質アームセグメントセットと、硬質アームセグメントの間に散在する作動軸セットを具えるロボットアーム１０２を規定しており、これを駆動させて空間内でロボットアーム１０２を操作することができる。硬質アームセグメントと作動軸セットは、一方の端部をベースに装着することができ、他端はエンドエフェクタに連結されており、システム１００は、各作動軸をあらかじめ記録されたあるいはあらかじめ生成された動作プログラム（あるいは、「軌道」又はツールパス）に従って駆動して、決められたタスクを実行できる。例えば、システム１００は、ベース１１０の対向するロボットアーム１０２の端部に一時的に連結された電導グリッパーエンドエフェクタを具えている。システム１００はあらかじめ計画した軌道を通ってロボットアーム１０２を操縦し、エンドエフェクタ駆動ルーチンを実行してパーツビンから物体を選択し、アッセンブリ上にその物体を配置することができる。別の例では、システム１００は、ポリマー射出エンドエフェクタを具え、ある軌道を実行してポリマ射出エンドエフェクタから放出された材料で物体を印刷することができる。更なる例では、システム１００は、レーザカッターエンドエフェクタを具え、軌道を実行して、レーザカッターエンドエフェクタが機能している間に材料ストックのシートから二次元形状を切り出すことができる。
【０００９】
システム１００は、また、ロボットアーム１０２の一またはそれ以上のアームセグメント内に、又はその上に配置した電極セットと；システム１００が稼動中に電極の電気容量値（あるいはこれらの電極に接続された検知回路の電気容量）を選択的に読み取るように構成した一又はそれ以上のコントローラと；を具える。例えば、コントローラ１２３は、ロボットアーム１０２上の電極に接続された検知回路セットを順次駆動して、自己容量検知技術を実装し、各検知回路を流れる漏れ電流を記録することができる。代替的に、コントローラ１２３は単一の接地電極チャネルに接地して、地面とアームセグメント上にパターン化された検知電極のアレイ内の（縦）検知電極チャネルを駆動し、次いで、相互容量検知技術を実装して、各接地／検知電極ジャンクションに関する充電／放電回数、共振周波数、あるいはその他の容量値を測定することができる。例えば、システム１００は、アームセグメントにわたってパターン化された電極を具え、ＬＣタンク検知回路内に平板コンデンサを形成することができ、コントローラ１２３はＬＣタンク検知回路の共振周波数を測定することができる。次いで、コントローラ１２３は、これらの容量に関連するデータをプロセッサ１５０に送ることができる。
【００１０】
プロセッサは、これらのデータを：ロボットアーム１０２近傍の物体の存在に、あるいは、ロボットアーム１０２内のアームセグメントの特定の領域；ベース１１０上の基準点に対するといったシステム１００に対する物体の位置；及び／又は近傍の物体がロボットアーム１０２に向かって移動しているかどうか、あるいは、ロボットアーム１０２が物体に向かって移動しているかどうか；に変換することができる。ロボットアーム１０２が第１位置から第２位置へ移動すると、プロセッサ１５０は追加であるいは代替的に、ロボットアーム１０２のあるセグメント上の電極（又はこの電極に接続された検知回路）の容量変化率が、第１位置から第２位置への予想された容量変化率と異なるかどうかを決定しこれによってエンドエフェクタ１４０によって到達可能な三次元体積（以下、「作動体積」という）内の新しい物体の存在を認識できる。
【００１１】
次いで、プロセッサ１５０は、各作動軸の最大速度又は各作動軸の位置的（例えば、角度位置）境界、といった動作制限を設定して、このような物体との衝突を避ける、あるいは、ユーザの手がロボットアーム１０２に向けて移動しているかどうかといった物体との衝突を、実質的に最小速度に制限する。特に、システム１００は、ロボットアーム１０２が動作している間にこの方法のブロックをリアルタイムで実行して、作動体積内の新しい静的又は動的物体の存在といった、作動体積内の変化を検知し、ロボットアーム１０２の作動についての速度制限を設定する、又は、作動体積内の変化が検出されたときにロボットアーム１０２の動き全体を停止することができる。
【００１２】
プロセッサ１５０は、容量のベースライン又は予想された変化率を超える検知回路の容量の変化率における偏差から決定するといった、ロボットアーム１０２近傍の新しい物体の存在に基づくシステム１００による実行中に軌道を修正することができる。システム１００は、したがって：一またはそれ以上の作動軸によって操作される一又はそれ以上の硬質アームセグメントを含むロボットアーム１０２と；このロボットアームにわたって配置された一またはそれ以上の電極；自己−及び／又は相互−容量技術によって電極を（あるいは、電極に接続されたセンサ回路）をサンプリングできるコントローラを具えており、システム１００は、これらの電極から受信したデータを操作して、動作中に近傍の物体との衝突を避けることができる。
【００１３】
システム１００は、本明細書では、ロボットアーム１０２のアームセグメント上に配置された一またはそれ以上の電極の容量値を読み出すと記載されている。特に、システム１００は、電極を有する検知回路のトータルの充電／放電時間、充電時間、放電時間、共振周波数、ＲＣ時定数、及び／又はＬＣ時定数、その他を読み出すことができる。システム１００は、次いで、検知回路から読み取った容量値を、アームセグメントと近傍の物体との間の推定距離又は距離範囲に変換して、物体とロボットアーム１０２との間の推定距離が、１２インチの静的スレッシュホールド距離、あるいは、ロボットアーム１０２の現速度に基づいた動的スレッシュホールド距離といった、スレッシュホールド距離を下回ると、近接アラームを発することができる。システム１００は、追加であるいは代替的に：あらかじめ決められた軌道に沿ったロボットアーム１０２の動きの間にロボットアーム１０２によって占められる二つの位置間における検知回路の容量値の変化率（例えば、共振周波数の変化率）を計算する；新たな物体（すなわち、予想されていない物体）がロボットアーム１０２近傍にある場合、検知回路の容量の実際の変化率が、ベースラインあるいはあらかじめ決められた軌道に沿った同じ二つの位置の間の予想変化率からずれているかどうかを決定する；および、新たな物体の存在が検出された場合に近接アラームを発生する。システム１００は、ついで、近接アラームに応じて、各作動軸の最大速度を下げる、あるいはロボットアーム１０２のすべての動きを停止するなどによって、ロボットアーム１０２の現在の軌道に沿ってロボットアーム１０２の動きを修正することができる。
【００１４】
４．ロボットアーム１０２とアームセグメント
システム１００は、ロボットアーム１０２を：ベースと；エンドエフェクタ又は、エンドエフェクタを一時的に係合するように構成されたエンドエフェクタジャンクション１８２と；ベース１１０とエンドエフェクタ１４０又はエンドエフェクタジャンクション１８２の間に直列に配置された複数の硬質部分（又は「アームセグメント」）と；ベース１１０と最も近いアームセグメントとの間、及び各アームセグメント間に入れた作動軸と；を具えると規定することができる。各作動軸は、サーボモータなどの内部アクチュエータを具えていてもよく；代替的に、各作動軸は、ベース１１０に配置したアクチュエータに、ケーブルセット又はリンケージを介するなどして、連結されていてもよい。ベース１１０内に配置され、プロセッサ１５０によって制御されるモータドライバによるなどして、作動軸のアクチュエータが、駆動されると、作動軸の二つの端部の相対角度位置が変化し、これによって、作動軸の他端上のアームセグメントに対して（あるいは、ベース１１０に対して）作動軸の一方の側部のアームセグメントが移動する。作動軸は、また、光学エンコーダ及びリミットスイッチ対などの一またはそれ以上の位置センサを具えており、プロセッサ１５０は、これらの位置センサをサンプリングして、作動軸の各側部における二つのアームセグメントの相対位置（又は一のアームセグメントとベースの相対位置）を追跡することができる。
【００１５】
プロセッサ１５０は、様々なモータドライバを制御して各作動軸を稼動させることによって、軌道を通るロボットアーム１０２の動きを記載したこの方法のブロックＳ１１０を実行することができる。例えば、プロセッサ１５０は：スペースを通るエンドエフェクタ１４０の横断用の目標経路に沿ったウエイポイントを規定する、三次元のあらかじめ決められた軌道を読み込んで；各ウエイポイントにおける作動軸についての目標位置を計算し；次いで、各作動軸の位置センサから読み取った位置に基づいてあらかじめ決められた軌道に沿った各ウエイポイントを順次通ってロボットアーム１０２をナビゲートするように、閉ループ制御を実装する；ことができる。
【００１６】
軌道を実行する間に、プロセッサ１５０はコントローラ１２３と共働して、この方法のブロックをほぼリアルタイムで実行し、作動体積内の新しい（すなわち、不知の）静的物体、または作動体積を通って移動する動的物体（例えば、オペレータの手）といった、ロボットアーム１０２によって占められている作動体積内の変化を検出し、これによってロボットアーム１０２の動きを停止させるあるいは修正することができる。
【００１７】
５．検知電極
このシステムは、第１のアームセグメント１２０の領域にわたって配置され、第１の回路に電気的に接続されている第１の電極を具える。一般的に、システム１００は、ロボットアーム１０２のアームセグメントにわたって配置され、電極と近傍の大きな物体との間の距離に比例して（例えば、直線的に、対数的に、逆比例して、その他）測定可能な特性を示す検知回路に接続された電極を具える。コントローラ１２３は、トータルの充電／放電時間、充電時間、放電時間、共振周波数、ＲＣ時定数、又はＬＣ時定数（以下、「容量値」という）といった、検知回路の測定可能な特性を経時的に読み取ることができ、プロセッサ１５０はこれらの測定可能な特性を分析して、以下に述べるように、近接アラームを選択的にトリガすることができる。
【００１８】
例えば、システム１００は：アームセグメントに配置され、キャパシタを形成する検知電極と接地電極対と：検知電極と接地電極に電気的に接続されて、検知回路を形成するインダクタと；検知回路に接続された信号生成器を具える。コントローラ１２３は、次いで：検知回路がベースライン周波数（例えば、検知回路の典型的な共振周波数）で駆動するように信号生成器を設定し、検知回路に印加された電圧を読み取り、信号生成器の出力周波数を回路の最大電圧に到達するまで変化させ、次いで、この最終出力周波数を検知回路の共振周波数として保存することができる。
【００１９】
５３．１  電極アレイ
システム１００は、ロボットアーム１０２内の一またはそれ以上のアームセグメント上に複数電極（共通接地電極を有する又は、独自の接地電極と対になった）と、検知回路とを具えている。一の実装例では、アームセグメントが、推定自己容量アレイ（検知電極アレイ）内のアームセグメント上に配置された検知電極セットを具える。この実装例では、図２に示すように、検知電極アレイが：アームセグメントの背面側の第１のリニア電極アレイと、アームセグメントの右側部の第２のリニア電極アレイと、アームセグメントの前面側の第３のリニア電極アレイと、アームセグメントの左側部の第４のリニア電極アレイを具える。各リニア電極アレイは、アームセグメントの軸に平行なラインに配置した４つの（比較的）大きな電極を具える。例えば、外径が１インチの円筒部分を規定する１２インチの長いアームセグメントには、各リニア電極アレイは、アームセグメントの外側面に印刷するか、あるいは貼り付けられていてもよい。ここで、各電極は長さ１．５インチ（すなわち、アームセグメントの軸に沿って）であり、同じリニアアレイ中の隣接する電極から、中心から中心の距離２インチ分オフセットしており、アームセグメントの外側面の周りに〜８０°の半径方向距離に及び、各リニアアレイの４つの電極は各々、相対的に薄い（例えばｍ幅０．０５インチ）のトレースを介してコントローラ１２３上のチャネルに電気的に接続されている。この例では、各リニアに電極アレイは、隣接するリニアアレイから９０度半径方向にオフセットしている。コントローラ１２３とプロセッサ１５０は共働して、アームセグメント上の直列の各リニアアレイの各電極をスキャンし、２またはそれ以上のサンプリング期間にわたって選択した電極の容量値（例えば、電流引き込み）の変化を検出し、これらの容量値の変化を、選択した電極への物体の近接に相関させる。
【００２０】
上述した実装例では、プロセッサ１５０は、このようにして物体が、アームセグメントの背面側、前面側、左側部、又は右側部に近づいているかどうか（あるいは、アームセグメントの背面側、前面側、左側部又は右側部が物体に近づいているかどうか）、及び、一のサンプリング位置又はロボットアーム１０２の位置から次への容量の最大変化（例えば、共振周波数の予想変化率からのずれ）を示す電極の既知の位置に基づいて、この物体がアームセグメントに、アームセグメントの後ろ、中心、あるいは前から近づいているかどうかを測定できる。プロセッサ１５０は、アームセグメント上で半径方向にオフセットされた電極間の容量値変化を挿間して、物体がアームセグメントの左背面側、右背面側、左前側、又は右前側に近づいているかどうかを（あるいは、アームセグメントの左背面側、右背面側、左前側、又は右前側が物体に近づいているかどうか）、あるいはその他の角度分解能を決定することもできる。プロセッサ１５０は、同様に、容量値の変化をリニア電極アレイに沿った電極のリニアオフセットに挿入して、近づいている物体に最も近いアームセグメントの地点を推定することができる。しかしながら、この実装例では、アームセグメントは、この例以外のジオメトリを持つこの例以外の数又は構成の電極を具えていてもよい。
【００２１】
別の実装例では、アームセグメントが、推定した相互容量アレイに配置された検知電極セットを具え、このアレイが：アームセグメントの背面側の第１リニア検知電極アレイと、アームセグメントの右側部の第２リニア検知電極アレイと、アームセグメントの前側の第３リニア検知電極アレイと、アームセグメントの左側の第４リニア検知電極アレイと；アームセグメントの右背面側の第１のリニア接地電極アレイと、アームセグメントの右前側の第２のリニア接地電極アレイと、アームセグメントの左前側の第３のリニア接地電極アレイと、アームセグメントの左背面側の第４のリニア接地電極アレイと；これらのリニア検知電極とリニア接地電極との間に介在させた非導電性誘電材料層と；を具える。
【００２２】
上述の実装例では、図１に示すように、検知電極のリニアアレイがアームセグメントの軸に平行なラインに配置された、４つの大きなダイアモンド形状の検知電極を具え、接地電極の各リニアアレイは、アームセグメントの軸に平行なラインに配置され、検知電極の隣接するリニアアレイ間にパターン化された、４つの大きなダイアモンド形状の設置電極を具える。各検知電極アレイでは、４つの検知電極がコントローラ１２３の位置のチャネルに、同じジオメトリのトレースを介して電気的に接続されている。同様に、各設置電極アレイでは、３つの設置電極が直列に電気的に接続されており、このアレイの位置の設置電極は、同じジオメトリのトレースを介してコントローラ１２３の一のポートに電気的に接続することができる。
【００２３】
一例では、円筒状断面の外径１インチを規定する長さ１２インチのアームセグメントに関して、検知電極の各リニアアレイは、アームセグメントの外側表面に印刷又は貼り付けることができ、各検知電極は、アームセグメントの軸に沿ったコーナーからコーナーへの最大長さが１．５インチであり、中心から中心への距離２インチだけ同じリニアアレイ内の隣接する検知電極からオフセットしており、アームセグメントの外側表面の周りに〜８０°の半径方向距離にまたがっている。この例では、図１に示すように、各検知電極のリニアアレイが、隣接するリニアアレイから９０°、半径方向にオフセットしている。この例では、第１、第２、第３及び第４のリニア接地電極アレイが、同じジオメトリの接地電極を規定しており、隣接する検知電極から４５°半径方向にオフセットしており、リニア検知電極アレイに対して、アームセグメントに沿って１インチ縦方向にシフトして、隣接する検知電極アレイ間でリニア接地電極アレイを中心に配置することができる。次いで、コントローラ１２３とプロセッサ１５０は共働して：アームセグメントにわたって隣接する接地／検出電極対をスキャンし；２またはそれ以上のサンプリング期間にわたって選択した電極対における容量値の変化（例えば、ＲＣ又はＬＣ時定数の変化、放電／充電速度の変化、その他）を検出し；これらの容量値の変化を特定の電極対への近接に相関させることができる。プロセッサ１５０は、次いで、上述した方法と技術を実装して、物体がアームセグメントに近づいているかどうか（あるいは、アームセグメントが物体に近づいているかどうか）、及び物体に最も近いアームセグメントの特定の領域を決定することができる。
【００２４】
上述した実装例において、実質的に同様のジオメトリを有する電極を、実質的に均一なリニア及び／又はラジアルパターンでアームセグメントに、印刷、インストール、あるいは固定して、コントローラ１２３に並列に（例えば、推定自己容量構造として）、あるいは直列に（例えば、推定相互容量構造として）接続することができる。一般的に、システム１００は、アームセグメントにほぼ均一な密度でパターン化した電極を具えていてもよい。例えば、検出電極セットは、ほぼ同じダイアモンド型のジオメトリを持ち、アームセグメントに沿って縦方向に中心から中心への均一なリニアオフセットでスペースを空けて配置された検知電極を具えていてもよい。この例では、接地電極セットは、同じジオメトリを持ち、ほぼ均一な縦方向及び半径方向のオフセットでスペースを空けて配置された接地電極を具えていてもよい。
【００２５】
代替的に、電極は不均一なパターン（例えば、変化する縦及び半径方向のオフセット）でアームセグメントに印刷、インストール、あるいは取り付けてもよい。特に、システム１００は、アームセグメントの上にパターン化された、不均一な密度の電極、及び／又は不均一なサイズ及び／又はジオメトリの電極セットを具えていてもよい。一実装例では、第１アームセグメント１２０の後端部が第１駆動軸を介してベース１１０に連結されており、第２アームセグメント１３０の後端部は、第２駆動軸を介して第１アームセグメント１２０の前端部に連結されている。本実装例では、第１電極セットが、第１アームセグメント１２０の後端部に近接した第１電極密度（半径方向及び／又は縦方向寸法で）で、第１アームセグメント１２０の上にパターン化されており、第１アームセグメント１２０の前端部に近接した第２電極密度に移行してゆき、第２電極１３１の密度は、第１電極１２１の密度より高い。この実装例では、第２電極セットが、同様に、第２アームセグメント１３０の後端部に近接した第３電極密度で、第２アームセグメント１３０上にパターン化されており、第２アームセグメント１３０の前端部に近接した第４電極密度に移行してゆき、第４電極密度は、第２電極１３１の密度より高い第３電極密度より高い。この例では、図２に示すように、アームセグメントに沿って電極の密度が増えてゆき、したがって、電極のサイズ（例えば、面積）は、小さくなる。システム１００は、したがって、ベース１１０からより遠い距離でより高い電極密度によって特徴づけられた電極パターンに配置された複数の分散電極セットを具える。システム１００は、このように、ベース１１０に近接する（相対的に低い位置分離能で）より大きく、より密度が低い電極をサンプリングすることによって、ベース１１０に近接するシステムから遠い距離で物体を検出することができ；システム１００は、また、ロボットアーム１０２の遠位端に近接するより小さい電極の高密度クラスタをサンプリングすることによって、より高い位置的及び方向的感度でより近い物体を検出することができる。
【００２６】
別の実装例では、図２に示すように、電極セットが、アームセグメントの縦方向中心に近接する第１電極密度（半径方向及び／又は縦方向寸法で）でアームセグメントの上にパターン化されており、アームセグメントの前端部及び後端部に近接する第２電極密度に移行しており、第２電極１３１の密度は、第１電極１２１の密度より高い。この実装例では、システム１００は、アームセグメントの縦方向中心からより離れた距離でより高い電極密度で特徴づけられる電極パターンに配置された複数の分散電極セットを具える。システム１００は、したがって、アームセグメントの縦方向中心に近接する密度がより低く、より大きい電極クラスタをサンプリングすることによって、アームセグメントに近づいている遠い物体（あるいは、アームセグメントが近づいている遠い物体）を検出することができる。また、システム１００は、アームセグメントの縦方向端部に近接する密度がより高く、より小さい電極クラスタをサンプリングすることによって、より高い位置的及び方向的感度で、アームセグメントに近づいているより近い物体（あるいは、アームセグメントが近づいている遠い物体）を検出することができる。
【００２７】
上述した実装例では、アームセグメントの一端又は両端近傍のより密度の高いパターンで配置されたより小さい電極が、近接センサ及び／又はコントロールセンサとして機能する。特に、コントローラ１２３とプロセッサ１５０は共働してサンプリングし、これらのより小さい電極からの出力を処理して、近くの物体（例えば、電極から最大１インチの範囲内）を認識し；この物体がアームセグメントに近づいて（あるいは、アームセグメントがこの物体に近づいて）より小さい電極近傍でアームセグメントに接触すると、コントローラ１２３及び／又はプロセッサは、物体と接触した後、これらの制御電極から読み取った容量値に基づいてアームセグメント上の物体の存在と位置を検出し続けることができる。次いで、プロセッサ１５０は、以下に述べる通り、アームセグメント上の物体（例えば、指）の位置又は変化を、エンドエフェクタを操作する、あるいは、二つのアームセグメント間の作動軸をロックする又は開放する、といった制御機能と相関させる。
【００２８】
代替的に、システム１００はアームセグメント近傍の物体の近接を検出するように構成された第１電極セットと、アームセグメントの表面の制御入力を検出するように構成された第２電極セットを具えていてもよい。この実装例では、第１電極セットは、第１コントローラによって制御される第１電気回路を規定し、第２電極セットは、第１検知回路１２２から区別され、第２の個別コントローラによって制御される第２回路を規定している。一例では、長さ１２インチ、直径１インチのアームセグメントは、長さ９インチ、幅８０°の４つの検知電極からなるセットを具え、この電極セットは、アームセグメントの背面側、前面側、左側部及び右側部の各々に配置されて、アームセグメントの後端部から延在し（すなわち、ベース１１０に最も近い）、アームセグメントの前端部から３インチのところで終端している。第１のコントローラは、したがって、４つの各検知電極を順次サンプリングして、回収した容量データをプロセッサ１５０に送り、プロセッサ１５０は以下に述べるように、これらのデータを実質的にリアルタイムで操作して、物体がアームセグメントに近づいているかどうか、及び／又は、アームセグメントが物体に近づいているかどうかを判断できる。本例では、アームセグメントは、図３に示すように、アームセグメントの前端部との間でネスト化した構造でアームセグメントの遠位端近くで半径方向にパターン化した、長さ２インチ、幅０．５インチ、トレース幅１インチの、山形形状の第２電極セットを具えていてもよい。したがって、コントローラ１３３は、第２の制御電極セットを順次サンプリングして（例えば、計画された自己容量検出技術によって）、回収した容量データをプロセッサ１５０に送り、プロセッサ１５０は、以下に述べる通りこれらのデータを実質的にリアルタイムで操作して、アームセグメントの遠位端と接触している物体が、アームセグメントの周りを時計回り方向にあるいは反時計回り方向に移動しているかどうか、及び／又は、この物体がアームセグメントの前端部に向けて、あるいは後端部に向けて移動しているかどうかを判断することができる。
【００２９】
上述の実装例では、アームセグメントはその近位端（すなわち、ベース１１０に最も近い、アームセグメントの後端部近傍）に沿って同様の制御電極セットを具えていてもよい。しかしながら、ロボットアーム１０２内のアームセグメントは、ジオメトリの同じ、又は異なるその他の適切なパターンに配置した検出電極と制御電極１７０の組み合わせを具えていてもよい。プロセッサ１５０は検知電極及び制御電極から受信したデータを処理して：以下に述べる通り、１）検出したロボットアーム１０２への物体の近接に基づいて軌道を実行する間に、各アームセグメントの速度及び／又は方向を調整する、及び／又は、２）ロボットアーム１０２内で検出したアームセグメントとのゆるやかな接触に基づいて、システム１００内の様々な作動軸を操作する、ことができる。
【００３０】
５．２  単電極
代替の変形例では、アームセグメントが複数電極ロードアレイではなく、単電極を具えている。例えば、アームセグメントはアームセグメントの外周に、その長さに沿って延在する単一の検知電極を具え、この単一検知電極に接続したコントローラが、アームセグメントへの物体の近接を表す信号を出力できる。別の例では、アームセグメントは、アームセグメントの後部側に沿って延在する単一の矩形感知電極を具えており、この単独の矩形検知電極に接続されたコントローラが、アームセグメントの後部側への物体の近接を表す信号を出力できる。
【００３１】
５．３  追加電極
一変形例では、システム１００はさらに：エンドエフェクタと；このエンドエフェクタ１４０の上に配置した一またはそれ以上の検知及び／又は制御電極と；エンドエフェクタ１４０上に、その中に配置された、あるいはエンドエフェクタ１４０の構造に一体化された電極から容量値を読み出すように構成されたエンドエフェクタコントローラと；を具える。この変形例では、システム１００はさらに、ロボットアーム１０２の端部（例えば、第２のアームセグメント１３０の遠位端）に、エンドエフェクタを一時的に係合するように構成したエンドエフェクタジャンクション１８２を具え；このエンドエフェクタ１４０ジャンクションは、エンドエフェクタ１４０内のセンサレセプタクル（又はセンサプラグ）と連結するように構成されており、このエンドエフェクタ１４０ジャンクションのレセプタクルからベース１１０へ延在する回路用電線（又はリボンケーブル）を介してプロセッサ１５０に接続されたセンサプラグ（又はレセプタクル）と；を具える。エンドエフェクタ１４０コントローラとプロセッサ１５０は、以下に述べるものと同様の方法及び技術を実装して、あらかじめ計画された軌道を実行する間などの、ロボットアーム１０２の動作期間に、エンドエフェクタ１４０に近づく物体（あるいは、エンドエフェクタ１４０が近づく物体）を検出し、応答する。
【００３２】
各作動軸は、同様に、一またはそれ以上の検知及び／又は制御電極を具える。これらの電極は、隣接するアームセグメント内のコントローラに接続され、このコントローラによって読み取ることができ、あるいは、各作動軸は、同じ作動軸内の電極の容量値を読み取ることができ、これらの容量値をプロセッサ１５０に通信する専用のコントローラを具えていてもよい。プロセッサ１５０は、以下に述べるものと同様の方法と技術を実装して、操作中に作動軸に近づく物体（あるいは作動軸が近づく物体）を検出し、応答することができる。
【００３３】
６．接地−平面電極
一変形例では、システム１００は、上述した検知、接地、及び／又は制御電極層１７０の下に配置した接地平面電極を具える。この変形例では、接地平面電極は、検知、接地、及び／又は制御電極層１７０の下に（すなわち、アームセグメントの外側表面に対向して）設けることができる。例示的一実装例では、接地平面電極は、アームセグメントの構造（又は、アームセグメントの上にとりつけた美的カバー又は非構造的ハウジング）に一体化されている、あるいはこの構造と物理的に同延である。例えば、アームセグメントは、アームセグメント上に組み付けたコントローラの設置チャネルに接続された、硬質複合カーボンファイバ／一またはそれ以上のカーボンファイバ層を持つエポキシ構造を具える。代替的に、アームセグメントは、以下に述べるように、アームセグメントに印刷した又は貼り付けた、分散導電層を具えていてもよい。
【００３４】
一実装例では、アームセグメントは、各端部の上で作動軸に接続した硬質ビーム上に配置した美的カバーを具えており；この美的カバーは、美的カバーの内側表面に配置した（例えば、印刷、蒸着、又は貼付けた）接地平面電極１６０と、美的カバーの外側表面に配置した一またはそれ以上の検知、接地、及び／又は制御電極を具える。この実装例では、コントローラ１２３は接地電極を、交流基準接地電位などの基準接地電位にすることができる。さらに、この実装例では、ベース１１０上に配置したハウジング、エンドエフェクタ１４０、及びロボットアーム１０２内のその他の構成要素が、隣接する検知、設置、あるいは制御電極の下に接地平面電極１６０を具えており；システム１００内の一またはそれ以上のコントローラが各接地平面電極１６０を駆動して、共通の基準接地電位にすることができる。
【００３５】
７．電極の一体化
一変形例では、電極がアームセグメント内に一体化されている。例えば、アームセグメントは、複合繊維カーボンファイバとエポキシチューブ（例えば、中空シリンダ）を具えており、チューブ内の選択されたファイバーは、チューブ内でその他のファイバーから電気的に隔離されており、コントローラ上のポートに接続されて分散電極セットを形成している。別の例では、アームセグメントの構造が、単方向及び複数方向に繊維カーボンファイバリーフをマンドレルの周囲に巻き付けることによって形成されている。本例では、２つの非導電層（例えば、２枚の紙）に挟まれた繊維カーボンファイバーパッチを、マンドレルに組み付けたカーボンファイバー片の第１セット上に貼り付けて、リード（例えば、銅線）を各カーボンファイバーパッチに接続し、次いで、カーボンファイバーパッチを第２のカーボンファイバー片セットで覆う。カーボンファイバーラップ内のエポキシが固まると、マンドレルを取り外し、リードをコントローラ上の対応するポートに接続する。
【００３６】
同様の例では、電極が導電フォイルから、分散フォイルパッチ、あるいは細いトレースで接続され一枚のフォイルシートからカットされたフォイルパッチアレイなどに、カットされている（例えば、ダイカッティング、レーザカッティング、その他）。電極は、ポリエチレンなどの非導電材料で被覆されており、マンドレルに巻き付けた繊維カーボンファイバーの第１層（あるいは第１層セット）に取り付けられており、次いで、繊維カーボンファイバーでできた第２層（あるいは第２層セット）が電極と繊維カーボン層でできた第１層の周りに巻き付けられている。この例では、追加の電極層を、下の層の電極からオフセットさせるなどして繊維カーボンファイバーでできた第２層の上に取り付けることができ、次いで、繊維カーボンファイバーでできた第３層（あるいは第３層セット）をこの第２電極セットの周りに巻き付けることができる。繊維カーボンファイバー内に埋め込んだエポキシが固まってマンドレルを取り外すと、各分散電極からの一本のリード、又は、各電極アレイからの一本のリードをコントローラに接続する。コントローラは、その後、自己容量または相互容量検知技術をそれぞれ実装して、アームセグメント近傍の及び／又はこれに接触する物体を検出することができる。別の実施例では、導電ワイヤ、導電ワイヤメッシュパネル、あるいはその他の導電素子を同様に、アームセグメントの機能性構造内に埋め込むことができる。
【００３７】
別の実装例では、電極がアームセグメントの表面に張り付けられている。一例では、アームセグメント、複合材、ポリマ、及び／又は、外側表面を規定する金属製筒状（例えば、薄い円筒状）構造が、非導電性材料（例えば、エポキシ、ポリエステル樹脂、その他）でおおわれているあるいはコーティングされている。この例では、電極の第１層は、アームセグメントの外側表面上に導電性インクでスクリーン印刷されており；半田パッド、又は半田フリーのコンタクトパッド、及びこれらのパッドを電極の第１層の対応する電極に接続するリードを、アームセグメントの外側表面に同様に印刷することができる。次いで、パッドにマスクをして、非導電性材料層を電極の第１層上に、順次スプレーする、ローラで伸ばす、あるいは印刷する。相互容量検知構造では、電極の第２層、リード、及びパッドが、非導電材料層の上に導電性インクで同様にスクリーン印刷されており；次いで、電極の第１及び第２層の両方にあるパッドをマスクして、非導電性材料でできた第２層をアームセグメントの上に張り付けて、電極の第２層を封入する。接地−平面電極及び／又は追加の電極層（検知及び／又は制御電極）は、同様にして、アームセグメントの外側表面上に張り付けることができる。
【００３８】
別の例では、導電材料層（例えば、厚さ０．０００５インチの銅又は錫の層）を、アームセグメントの外側表面に、スパッタリング、吹き付けコーティング、溶融、めっき、あるいは貼り付けることができる。この例では、電極、トレース、半田パッド、及び／又は半田フリーのコンタクトパッド、その他は、スクリーン印刷プロセスによるなどで、導電材料層の上にマスクをかけ、次いで、露出した導電材料領域をエッチング（例えば、酸洗浄）によってアームセグメントから取り除いて、アームセグメントの外側表面上に電極の第１層、トレース、及びパッドを形成する。次いで、上述したように、非導電材料層を電極の第１層の上に印刷、蒸着、巻き付け、あるいは、張り付けることができ、一またはそれ以上の追加電極層を、非導電材料でできた第１層の上に同様にして形成することができる。
【００３９】
上記実装例で述べたものと同じ方法及び技術を実装して、アームセグメントの外側表面に取り付けた電極層に加えて、あるいはこれに代えて、アームセグメントの内側表面に一またはそれ以上の電極を取り付けることもできる。次いで、以下に述べるように、コントローラ１２３及びリボンコネクタ（あるいは、同様の接続コネクタ）をアームセグメントの上又は中に取り付けることができる。
【００４０】
別の実装例では、一またはそれ以上の電極層が、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）あるいはポリイミドフィルムなどのフレキシブル印刷回路ボード（あるいは、「ＰＣＢ」）の上に形成されている。この実装例では、フレキシブルＰＣＢを、アームセグメントの外側に巻き付けるあるいは止め付けることができる。例えば、フレキシブルＰＣＢは、アームセグメントの外側表面に接着（例えば、糊付け）することができる。別の例では、フレキシブルＰＣＢをアームセグメントの周りに巻き付けて、アームセグメントとフレキシブルＰＣＢを熱収縮性チューブでできたチューブに挿入し、熱収縮性チューブをアームセグメントの周りで収縮させて（加熱により）、フレキシブルＰＣＢをアームセグメントに取り付けるようにしている。この実装例では、アームセグメントは、その外側表面上にオス組み込み構造（例えば、エンボスディンプル、ピン）を具えており、フレキシブルＰＣＢがこのオス組み込み構造に整列するメス組み込み構造（例えば、ホール）を具え、フレキシブルＰＣＢをアームセグメント上に配置することができる。
【００４１】
同様の実装例では、一またはそれ以上の電極層がフレキシブルＰＣＢ内に形成されており、フレキシブルＰＣＢをアームセグメントの室内容積に挿入するようにしている。この実装例及び上述の実装例では、コントローラ１２３を、フレキシブルＰＣＢをアームセグメント内又はその周りにインストールする前に、フレキシブルＰＣＢ上にインストールすることができる。リボンコネクタ（又は、同様の接続ワイヤコネクタ）も、フレキシブルＰＣＢをアームセグメント内又はその周りにインストールする前に、フレキシブルＰＣＢ上にインストールすることができ、図３に示すように、リボンケーブルは、システム１００を組み立てる間に、リボンコネクタからベース１１０内のプロセッサ１５０に経路を付けることができる。
【００４２】
システム１００の一変形例は、アームセグメントを包む美的カバー（例えば、２つ折りのクラムシェルカバー）を具える。この変形例では、上述の方法と技術を実装して、電極、トレース、パッド、及び／又はコントローラを美的カバーの表面内又はその上に一体化又はインストールすることができる。この美的カバーは、したがって、アームセグメントの上（例えば、アームセグメントの各側部の作動軸間に延在する硬質ビームの上）にインストールすることができ：ここに記載したように、美的カバー内に配置したコントローラが電極の容量値を読み取って、これらの容量値をプロセッサ１５０に通信することができる。作動軸、エンドエフェクタ、及び／又はベース１１０、その他は、同様にして埋め込みあるいは貼り付け、共通の又は専用のコントローラとリボンケーブルを介して同様にプロセッサ１５０に接続した電極を伴うハウジング又はカバーを具えていてもよい。
【００４３】
８．コントローラ
コントローラ１２３は、ロボットアーム１０２の作動中に検知回路の容量値を測定し、この容量値をプロセッサ１５０に戻すように構成されている。以下に述べるように、一般的にコントローラ１２３は、方法のブロックＳ１２０（及びブロックＳ１２２）を実行して、サンプリング期間中に検知回路の容量値を読み取り、この値を分析用にプロセッサ１５０に戻すように機能する。例えば、コントローラ１２３は、トータルの充電／放電時間、放電時間、共振周波数、及び／又は、単一サンプリング期間中の相互容量システムにおける駆動した電極と隣接する接地電極についてのＲＣ又はＬＣ時定数、を測定することができる。
【００４４】
コントローラ１２３は、２０Ｈｚのレートといった、定期的（すなわち、静的な）サンプリングレートで検知回路の容量値を測定することができる。代替的に、コントローラ１２３は、ロボットアーム１０２が、あらかじめ決められた軌道に沿ったあらかじめ決められたウエイポイントに達した時に検知回路の容量値を測定するようにしてもよい。例えば、プロセッサ１５０は、各作動軸内の位置センサから読み取った位置的な値に基づいてあらかじめ決められた軌道を実行する間に、スペース内のエンドエフェクタ１４０の位置を追跡し、コントローラ１２３をトリガして検知回路の容量値を測定させ、あらかじめ決められた軌道に沿ったエンドエフェクタ１４０の絶対位置の各１インチの変化を追いかけることができる。この例では、コントローラ１２３は、ブロックＳ１２０でロボットアーム１０２の第１アームセグメントの上に延在する第１電極に接続された第１の検知回路の第１の容量（例えば、第１の共振周波数）を、ロボットアーム１０２がこの軌跡に沿って第１の位置を占めている第１の時間に測定し、次いで、ロボットアーム１０２がブロックＳ１２２でこの軌跡に沿って第２の位置を占めている第２の時間に第１検知回路１２２の第２の容量（例えば、第２の共振周波数）を測定する。
【００４５】
コントローラは、アームセグメントに（又は作動軸に、エンドエフェクタに、ベース１１０に、その他）直接的に一体化してもよい。アームセグメント上の又はその中の電極が、トレースセット又はリードセットを介するなどして、半田パッドセット又は半田フリーコンタクトパッドセットに電気的に接続されている一実装例では、コントローラ（例えば、一またはそれ以上の集積回路、マルチプレクサ、リボンコネクタ、その他）は、コンタクトパッドに対応するパターン内の導電領域セットで終端するトレースセットを具える硬質コントローラＰＣＢにインストールする（例えば、その上に半田付けする）ことができ；導電フォームを各導電領域に接着することができ、コントローラ１２３ＰＣＢは、コンタクトパッド上に整列して、アームセグメントに締結（例えば、ねじ付きファスナで）、接着（例えば、エポキシ又は埋め込み用材料で）、ストラップで、あるいはその他の連結をおさせることができる。この実装例では、コンパクトパッドがアームセグメントの内側又は外側の曲面（すなわち、非平面）に広がっているため、導電フォームパッドがその間のギャップを吸収して、コントローラ１２３ＰＣＢ上の導電領域と、アームセグメント上の対応するコンタクトパッドとの間の接触を確かなものとすることができる。
【００４６】
代替的に、上述したように、コントローラは、アームセグメントの周りに巻き付けた、あるいはアームセグメント内（又は、アームセグメントの上にインストールした美的カバー内に）詰めたフレキシブルＰＣＢに一体化することができる。更なる代替例では、アームセグメントは、その内側表面又は外側表面上にほぼ平坦な領域を規定している。この実装例では、アームセグメント上の各電極又は電極アレイは、この平坦領域内でコンタクトパッドに電気的に接続されており、コントローラ１２３（例えば、一またはそれ以上の集積回路、マルチプレクサ、リボンコネクタ、その他）は、低温半田ペーストを用いて、あるいは導電性接着剤（例えば、銅粉／エポキシ接着剤）を用いるなどして、対応するコンタクトパッドに直接的にインストールすることができる。しかしながら、コントローラ１２３（又は、コントローラ回路）は、その他の適切な方法で、対応するアームセグメント上の分散電極又は電極アレイにインストール又は接続することができる。
【００４７】
８．１  予測相互容量
ロボットアーム１０２のアームセグメントが第１層に接地電極セット（例えば、列で）を、第１セットから誘電層によって分離されている第２層に検知電極セット（例えば、行で）を具える一変形例では、コントローラ１２３は電極チャネルを選択的に設置して、選択した接地電極チャネルと選択した検知電極チャネルをそれぞれ駆動して、容量値又はアームセグメントに沿った容量値の変化をとらえ；プロセッサ１５０は、これらの容量データをコントローラ１２３からほぼリアルタイムで回収し、これらのデータをアームセグメントへの物体の近接に相関させることができる。
【００４８】
例えば、サンプリング期間内に、コントローラ１２３は：接地電極アレイチャネル内の第１接地電極チャネルの接地を維持し；残りの接地電極チャネルをフロートさせ；検知電極アレイチャネルの第１検知電極チャネルを試験し；残りの検知電極チャネルを試験し；接地電極チャネル中の第１接地電極チャネルをフロートさせて、第２接地電極チャネルを接地させ；残りの接地電極チャネルをフロートさせ続け；検知電極アレイチャネル内の第１検知電極チャネルを試験し；続いて残りの検知電極チャネルを試験し；サンプリング期間内に残りの接地電極チャネルについてこのプロセスを順次繰り返す。
【００４９】
検知電極を試験するには、コントローラ１２３は、検知期間中に単一の検知電極チャネルを駆動して、その検知電極チャネル内の特定の検知電極に電荷をロードし、特定の検知電極近傍にあって、特定の電極が検知期間中に同時に設置される特定の接地電極に容量的に結合するようにする。この特定の検知電極と特定の接地電極は、したがって、電荷を特定の検知電極上に集め、検知期間中に特定の接地電極内へ及び／又は近接する外部物体の上にリークする「電極対」を規定する。
【００５０】
一実装例では、サンプリング期間中に試験した各電極対について、コントローラ１２３は電極対の充電及び／又は放電時間を読み取り、この充電及び／又は放電時間をそのサンプリング期間についての容量マトリックスに保存する。この実装例では、容量マトリックスは、電流サンプリング期間に対応しており、容量マトリックス内の各位置（あるいは「電極のアドレス」）が、アームセグメント上の特定の電極対から読み出した充電及び／又は放電時間に対応し、コントローラ１２３は、各電極対の充電／放電時間を、容量マトリックス中の対応するアドレスに書き込むことができる。次いで、コントローラ１２３は、この容量マトリックス（及び電流サンプリング期間のタイムスタンプ）を、シリアル通信を介する（例えば、Ｉ２Ｃを介して、あるいは、ツーワイヤー通信プロトコルを介する）などして、プロセッサ１５０に送信することができる。
【００５１】
同様の実装例では、コントローラ１２３は：サンプリング期間中にアームセグメント上の各電極対の共振周波数を順次試験し；次いで、この容量マトリックスを（リアルタイムで）プロセッサ１５０に送信する；現サンプリング期間の容量マトリックス内の対応するアドレスに、これらの共振周波数を記録し；プロセッサ１５０は、以下に述べるように、このデータをほぼリアルタイムで近接した物体の認識に変換する
【００５２】
代替的に、コントローラ１２３は、アームセグメント上の各電極対を、プロセッサ１５０の入力チャネルに選択的に接続し、接続を切ることができる。例えば、コントローラ１２３は：アームセグメントからベース１１０へルート化された第１の接続ワイヤを介してプロセッサ１５０のアナログセンサ入力チャネルへ接続されたアナログセンサ出力チャネルを具え；アームセグメントとベース１１０の間の同様にルート化した第２の接続ワイヤを介してプロセッサ１５０の制御出力チャネルに接続された制御入力チャネルを具え；プロセッサ１５０から受け取った電極対のテストアドレスに応じて、アームセグメント上の電極対をプロセッサ１５０のアナログ入力チャネルへ接続できる。次いで、プロセッサ１５０は、コントローラ１２３に送られてきた電極対テストアドレスに対応する電極対の充電／放電時間又は共振周波数を記録することができる。例えば、プロセッサ１５０は、以下に述べるように電極対の充電時間を読み取る、あるいは、アームセグメントの電極対の共振周波数の変化を読み取って、これらの値を、静的又は動的容量モデルと比較して、アームセグメントへの物体の近接を検出することができる。
【００５３】
同様の実装例では、コントローラ１２３は、第１接続ワイヤを介するなどして、プロセッサ１５０のデジタル入力チャネルに接続された出力を有する標準的シグマ−デルタ回路又は、等価抵抗シグマ−デルタ回路を具える。このシグマ−デルタ回路は、また、第２の接続ワイヤを介してプロセッサ１５０に一体化された、あるいは、プロセッサ１５０近傍のマザーボードに設けたクロックなど、ベース１１０に設けたクロックの出力チャネルにも接続することができる。この実装例では、アームセグメントの各電極対について、コントローラ１２３は、標準的シグマ−デルタ回路の安定化入力電圧と接地電圧の間で、あるいは、等価抵抗シグマ−デルタ回路の安定化入力とオペアンプの非反転入力との間で、順次、選択的に電極を接続したり切り離したりすることができる。以下に述べるように、シグマ−デルタ回路に接続された各電極対に関して、シグマ−デルタ回路は密度変調ビットストリームを出力し、プロセッサ１５０は、各電極対についてサンプリング期間内の密度変調ビットストリームのデューティサイクルを計算して、このデューティサイクルデータをサンプリング期間中の近接物体の認識に変換することができる。この実装例では、コントローラ１２３は、接地状態とフロート状態の間で接地電極チャネルを循環させ、クロックからのクロック信号、及びコントローラ１２３に局所的に保存された静的サンプリング手順、又は、システム１００の動作中にプロセッサ１５０からコントローラ１２３へ間欠的にアップロードされた動的サンプリング手順に基づいて駆動状態とフローと状態の間で検知電極チャネルを循環させることができる。代替的に、コントローラ１２３は、動作中のプロセッサ１５０から受信した（例えば、リアルタイムで）電極対アドレスに基づいて、接地状態とフロート状態の間で接地電極チャネルを循環させ、駆動状態とフローと状態の間で検知電極チャネルを循環させることができる。
【００５４】
８．２  予測自己容量
アームセグメントの電極が単層に設けられており、アームセグメントに近接する外部物体に容量的に結合するように構成されている別の変形例では、コントローラ１２３は、自己容量検知技術を実装して、ロボットアーム１０２のアームセグメント上の容量値又は容量値の変化を記録することができる。
【００５５】
例えば、一サンプリング期間において、コントローラ１２３は、アームセグメントの第１電極の一側部を電流源に接続して、第１電極１２１の第２側部に接続する、接地する、あるいは、第１の検知期間中、アームセグメントの他のすべての電極へのリードをフロートさせて、第１の検知期間中に第１電極１２１を流れる総電流を記録する。次いで、一のサンプリング期間内に、コントローラ１２３は：アームセグメントの第２電極の一側部を電流減に接続し、第２の（すなわち、続いての）検知期間中に第２電極１３１の第２側部を接地させ；第２の検知期間中にアームセグメントとのその他のすべての電極へのリードを接地するかフロートさせて；同じ検知期間内の第１電極を流れる総電流を記録する。コントローラ１２３は、アームセグメントの各電極についてこのプロセスを繰り返して、このサンプリング期間内にすべての電極（又は電極サブセット）を試験することができる。コントローラ１２３は上述したように、これらのデータをアドレスによる電流値の容量マトリックスに集めて、このデータをプロセッサ１５０に通信することができる。プロセッサ１５０は、連続するサンプリング期間（又は連続するサンプリング期間セット）にわたって各電極の電流引き込み路を比較して、選択した電極の電流引き込みの変化を検出し、プロセッサ１５０は、これらの電流引き込みの変化（すなわち、電流引き込みの増加）を、対応する電極への物体の近接と相関させることができる。
【００５６】
各アームセグメントは、自己又は相互容量検知技術を実装して、各サンプリング期間内に対応するアームセグメントの電極を試験することができる。各コントローラは、以下に述べるように、順次、あるいは、サンプリング期間ごとに一回のタイムスタンプを一回押した容量マトリックスにおいて、プロセッサ１５０に分析用に容量値を送ることができる。代替的に、システム１００は、２またはそれ以上のアームセグメントの上（又は中）の電極セットに電気的に接続した一のコントローラを具えていてもよく、このコントローラ１２３は、自己又は相互容量検出技術を実装して、単一サンプリング期間内に２またはそれ以上のアームセグメント上の容量値又は容量値の変化を測定できる。しかしながら、コントローラ１２３は、その他の方法で、一またはそれ以上のアームセグメントの上の容量値をとらえて、これらのデータをプロセッサ１５０に供給するように機能することができる。
【００５７】
９．プロセッサ
プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の一またはそれ以上のコントローラから受け取った容量値に基づいて作動体積の変位（例えば、正常又は既知の状態から）を検出して、このような変位が検出されると近接アラームを発するとともに、近接アラームの発動中にロボットアーム１０２の動作を止めるあるいは変更するように機能する。一実装例では、プロセッサ１５０がベース１１０に配置されており、ロボットアーム１０２のアームセグメントに収納された各コントローラに接続（例えば、一またはそれ以上のリボンケーブルを介して）されて、システム１００の動作中に、コントローラ１２３ｓから受け取った容量値データを受信して処理する。例えば、システム１００は、各アームセグメント、各作動軸、ベース１１０、及び／又はエンドエフェクタ、その他に一のコントローラを具えていてもよく、プロセッサ１５０は、各サンプリング期間、あるいはあらかじめ決められた軌道に沿った各ウエイポイントでこれらのコントローラの各々から容量値データを受け取って、これらのデータを処理してロボットアーム１０２に近づく物体（又は、ロボットアーム１０２が近づいている物体）を検出し、ロボットアーム１０２近傍の新しい（すなわち、未知の）物体の検出に反応する各アームセグメントの計画された軌跡を停止あるいは変更する。上述したように、プロセッサ１５０は、各コントローラから、総充電／放電時間、放電時間、共振周波数、ＲＣ又はＬＣ時定数、あるいは各駆動電極の漏れ電流、その他の形といった、容量値を受信して、静的又は動的スレッシュホールド容量値モデル又はパラメータの容量モデルをこれらの容量値に適用して、新しい物体がロボットアームの作動体積に入ったかどうかを決定する。
【００５８】
１０．絶対距離
一実装例では、プロセッサ１５０は、コントローラ１２３（ｓ）から受信した容量値をロボットアーム１０２の静的容量値モデルと比較する。この容量値モデルは、ロボットアーム１０２の各検知及び／又は制御電極１７０のスレッシュホールド容量値を規定することができる。例えば、アームセグメントは、各々が４平方インチ（例えば、検知電極）乃至０．０１平方インチ（例えば、制御電極）の範囲といった、異なる容量領域を規定している複数の電極を具えており、それぞれ、検知電極については最大１２インチ、制御電極１７０については最大０．２５インチの距離といった、アームセグメントからの特定の距離における物体の近接を検出するよう調整されている。本例では、この容量値モデルは、アームセグメント上の各電極の対応するスレッシュホールド距離内の物体の存在に対応するスレッシュホールド容量値を具えており、プロセッサ１５０は、コントローラ１２３から受け取った容量値を容量値モデルのスレッシュホールド容量値と比較して、物体がアームセグメント上の特定の電極のスレッシュホールド距離内にあるかどうかを決定することができる。
【００５９】
プロセッサ１５０は、次いで、アームセグメント上の各電極の既知の位置に基づいて、物体とアームセグメント間の距離と、サンプリング期間中のアームセグメントに対するスペース内の物体の位置とを推定することができる。この電極の位置は、対応するスレッシュホールド容量値を超えた容量値を示す検知回路に対応し、電流サンプリング期間中の対応するスレッシュホールド容量値を超えなかった容量値を示す検知回路に対応する。この例では、プロセッサ１５０は、時間の経過とともに、ベース１１０に一体化された基準電極で読み取った容量値に基づくなどして、スレッシュホールド容量値を更新して、湿度、温度、及び／又はその他の環境の変化を補償することができる。
【００６０】
別の実装例では、プロセッサ１５０は、電極ごとに一個別モデルを有するパラメータ容量値モデルセットを実装することができる。ここで、各モデルを調整して、対応する電極から読み取った容量値（すなわち、対応する検知回路からの）を電極から物体への推定距離に変換する。各サンプリング期間について、プロセッサ１５０は、サンプリング期間中に各電極から読み取った容量値を、対応する容量値モデルに適用して、容量マトリックス、容量モデル、あるいはロボットアーム１０２の個別表面間の推定距離と、容量に応じたスペース中の一またはそれ以上の物体を規定するその他のコンテナを生成することができる。同様に、プロセッサ１５０は、特定の電極の容量値、有効表面積、ジオメトリファクタ、位置、駆動電圧、駆動時間、その他を、ロボットアーム１０２の上の物体と特定の電極間の推定距離に変換する単一パラメータ容量値モデルを実装できる。この例では、プロセッサ１５０は、ルックアップテーブル、又はローカル（あるいは、リモート）メモリ内のその他のデータベースから、電極位置及び有効表面積といった、静的な電極−特定値を取り出して、これらのデータをパラメータ容量値モデルに挿入して、特定の電極への物体の近接を推測することができる。
【００６１】
プロセッサ１５０は、自動修正技術を実装して、時間の経過に応じて、センサのドリフトと環境の変化を補償するなど、パラメータ容量値モデルを調整することもできる。例えば、プロセッサ１５０は、システム１００に一体化されている一またはそれ以上の環境センサをサンプリングして、サンプリング期間中の現湿度、温度、及び／又はその他の量的環境データを集め、サンプリング期間中のロボットアーム１０２を横切る物体の近接を計算する時に、これらのデータをパラメータ容量値モデルに直接挿入することができる。プロセッサ１５０は、追加であるいは代替的に、観察した環境の変化に基づいて、対応するアームセグメント上の基準電極を駆動する基準信号を偏向するコマンドを一またはそれ以上のコントローラに送ることができる。
【００６２】
各サンプリング期間に、サンプリング期間中のロボットアーム１０２のジオメトリ（例えば、各作動軸の角度位置）に基づいて、パラメータ容量値モデルを変更することもできる。例えば、プロセッサ１５０は、システム１００内の各作動軸におけるエンコーダをサンプリングして、各エンコーダから受信した角度位置データを、スペース内で各電極の位置を規定する位置容量マトリックスに変形することができる。この例では、プロセッサ１５０は、サンプリング期間中に電極を試験する際に、ロボットアーム１０２のジオメトリの作用であるロボットアーム１０２上のその他の（検知又は制御）電極との容量性結合があるため、この位置容量マトリックスを、ロボットアーム１０２上の各電極の容量値の推定変化に対応する容量性結合ファクタを含む容量性結合容量マトリックスに変形できる。プロセッサ１５０はパラメータ容量値モデルに挿入して、電極から回収した容量値に関するロボットアーム１０２のジオメトリの影響を補償することができる。この影響は、システム１００が軌道を実行する際に変化する。プロセッサ１５０がコントローラから受け取った容量値を、ロボットアーム１０２の容量値モデルと比較する上述した実装例では、プロセッサ１５０は、同様に、サンプリング期間中のロボットアーム１０２のジオメトリに基づくサンプリング期間における容量値モデルの容量値スレッシュホールドを変更することができる。
【００６３】
１１．相対的存在
別の変形例では、プロセッサ１５０は、図４に示すように、ブロックＳ１３０でロボットアーム１０２が空間内の第１の位置を占めている第１の時間と、ロボットアーム１０２が空間内の第２の位置を占めている第２の時間との間の検知回路の容量変化率を計算し：ブロックＳ１４０で、検知電極の容量変化率が、スレッシュホールド変化率を超えていたら、近接アラームをほぼリアルタイムで発生する。一般的に、この変形例では、プロセッサ１５０は、あらかじめ計画された軌道のコース上のロボットアーム１０２によって占められている二つの位置間での容量（例えば、共振周波数）の変化率を計算し、この実際の容量変化率が、あらかじめ計画された軌道の同じセグメントについてのベースライン容量変化率と異なる場合、ロボットアーム１０２の作動体積に起こりうる変化年化を認識する。例えば、検知回路は、大量のノイズと、絶対容量値（例えば、ドリフト）のバリエーションの両方を示しており、追加のデータから独立して、検知回路から読み出した絶対容量値が、検知回路内の電極と外側物体の間の絶対距離を表すものではない。しかしながら、検知回路から読み出した絶対容量値の派生物、すなわち、容量値の変化率は、単一の絶対容量値より有意にノイズが少なく、有意にドリフトが少ない。プロセッサ１５０は、したがって、あらかじめ計画した軌道に沿った二つの位置間の検知回路の実際の容量値変化率を計算し、この実際の容量値変化率における偏差が、容量値のベースライン（又は、スレッシュホールドを超える）の変化率から外れている場合に近接アラームを発生し、ロボットアーム１０２があらかじめ計画された軌道に沿って順次の位置を通って移動するときに、このプロセスを繰り返す。
【００６４】
１１．１  容量値変化率
図４に示すように、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の第１位置において測定した検知回路の容量と、ロボットアーム１０２の第２の位置において測定した検知回路の第２の容量との差に基づいて、検知回路の容量変化率の計算を記載したブロックＳ１３０を実行することができる。一般的に、ブロックＳ１３０では、上述したように、プロセッサ１５０がコントローラ１２３から検知回路の一連の容量値を、個別の容量値の入力の形、あるいは、タイムスタンプした容量マトリックスの形で、受信できる。プロセッサ１５０は、ついで、検知回路の最終容量値から、検知回路の最後の容量値を差し引いて、この和を最後の容量値の測定と最終容量値の測定の間の時間差で除して、ブロックＳ１３０における検知回路の容量変化率を計算し、この実際の変化率を、あらかじめ計画された軌道に沿った同じ二つの位置のベースライン（あるいはスレッシュホールド）変化率と比較する。プロセッサ１５０は、ブロックＳ１３０における一連のサンプリング期間における容量値の移動平均変化率を計算して、ブロックＳ１４０で、この実際の平均変化率を、あらかじめ計画された軌道に沿った一連の位置についての平均ベースライン（あるいはスレッシュホールド）変化率と比較することができる。例えば、プロセッサ１５０は、近接する一連の５つのサンプリング位置、又は、あらかじめ計画された軌道に沿ったエンドエフェクタ１４０の２インチの変位にわたって近接する一連のサンプリング位置にわたって、ロボットアーム１０２の隣接するサンプリング位置対について検知電極の容量値の変化率を計算することができる。この例では、このプロセッサは、ブロックＳ１４０であらかじめ計画された軌道に沿った同じ又は同様の一連のサンプリング位置について、この実際の平均変化率を平均ベースライン（あるいはスレッシュホールド）変化率と比較する前に、最も最近の変化率に最も大きい重み付けをするなどして、これらの容量値変化率の平均をとることができる。
【００６５】
しかしながら、プロセッサ１５０は、その他の方法又は技術を実装して、ブロックＳ１３０の検知回路の容量変化率を計算することもできる。プロセッッサ１５０は、このプロセスを実行して、ロボットアーム１０２の一またはそれ以上のセグメントに組み込んだその他の各検知回路の容量変化率を計算することができ、プロセッサ１５０は、ブロックＳ１４０の一連の処理について、変化率アレイ又は変化率マトリックスに、変化率の値を保存することができる。
【００６６】
１１．２  ベースライン容量マップ
図７に示すように、この方法の一変形例は、ロボットアーム１０２によって占められている物理的スペースのベースライン容量マップを作成する容量マッピングルーチンを実行するステップが記載されているブロックＳ１６０を具える。この変形例では、コントローラ１２３とプロセッサが共働して、ロボットアームの動作ボリュームの容量マップを作成する。これは、マッピング軌道を規定する容量マッピングルーチンをロードして；このマッピング軌道を通ってロボットアーム１０２を移動させ；この容量マッピングルートに沿った個別ウエイポイントにおける検知回路の絶対容量値セットを記録し；この全体容量値セットを、この容量マッピングルートに沿った個別ウエイポイント間の相対容量値変化へ変形し；この相対容量値変化をロボットアーム１０２によって占められている物理的スペースのベースライン容量マップに集め；第１の位置と、ベースライン容量マップからの第２の位置との間のスレッシュホールド変化率と、第１の位置と第２の位置間のロボットアーム１０２の速度を計算する。特に、プロセッサ１５０は、セットアップの間でオペレータの監視の下など、自主的動作に先立ってロボットアーム１０２を容量マッピングルーチン内で規定されたウエイポイントセットを介してナビゲートし、次いで、これらのウエイポイントで回収した容量データに基づいて動作ボリュームの容量マップを生成することによって、容量マッピングルーチンを実行できる。
【００６７】
一実装例では、プロセッサ１５０は、時間の経過につれてあらかじめ計画された軌道（又はあらかじめ準備されたサイクル）の繰り返し行われる工程セットを通じて回収されたデータから、動作ボリュームの容量マップを生成する。この実装例では、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２をあらかじめ計画された最終的な軌道を通るようにナビゲートする閉ループコントロールを実装することができ；コントローラ１２３は、あらかじめ計画された軌道に沿った分散ウエイポイントセットの各々において、検知回路の容量値を測定することができ；プロセッサ１５０は、ついで、これらの容量値を、動作ボリュームの容量値マップにコンパイルする。一例では、システム１００による自主的実行用のあらかじめ計画された軌道をロードすると、その軌道の第１ステップを低速（例えば、ロボットアーム１０２内の各作動軸の最大速度の５％、又はその軌道で送亭された速度の５％）で実行し、コントローラ１２３から受け取った容量データを、軌道の第１ステップが完了するまで、あるいは、外部物体との衝突が検出される（例えば、加速度計、ロードセル、又は作動軸内に配置した力センサの信号出力を介して）まで、動作ボリュームの容量マップにコンパイルする。この例では、コントローラ１２３は、２０Ｈｚ、１Ｈｚ、又はその他の静的サンプリングレートで検知回路をサンプリングすることができる。代替的に、コントローラ１２３は、軌道に沿って選択したウエイポイントで、作動軸の位置における各１度の変化、あるいは、スペース内のエンドエフェクタ１４０の絶対位置における各１インチの変化について、検知回路をサンプリングすることができる。プロセッサ１５０は、次いで、連続するサンプリング期間対の間、又は軌道に沿ったウエイポイントの間の容量値の差と、サンプリング期間対又はウエイポイントの遅い方における各作動軸の角度位置の形など、ロボットアーム１０２の対応する位置との各容量差対の差を計算することができる。軌道の完了時にロボットアーム１０２と外側物体の間に衝突が検出されなければ、プロセッサ１５０は、これらの容量の差と、あらかじめ計画された軌道に特定のベースライン容量マップにおけるロボットアーム１０２の位置の対を保存することができる。
【００６８】
上述した例では、プロセッサ１５０は、各作動軸の最大速度の２０％、あるいは軌道で特定された速度の２０％といった、より速い速度で軌道を繰り返すことができる。軌道のこの第２例を実行する間に、プロセッサ１５０は、軌道に沿った第１位置（例えば、第１のウエイポイント）にロボットアーム１０２をナビゲートして；検知回路の容量値（例えば、共振周波数）を記録するとともに、第１の位置において作動軸のエンコーダを読み取り；ロボットアーム１０２を軌道に沿った第２の位置（例えば、第２のウエイポイント）に移動させ；検知回路の容量値を記録するとともに、第２の位置において作動軸のエンコーダを読み取り；軌道に沿って第１の位置から第２の位置への検知回路の実際の容量変化率と、第１の位置の認識と第２の位置の認識間に生じた時間を計算する；ことができる。プロセッサ１５０は、ベースライン容量マップに保存した容量差から、第１の位置から第２の位置への容量のベースライン変化率と、第１の位置の認識と第２の位置の認識間に生じた時間を計算するようにしてもよい。プロセッサ１５０は、次いで、第１の位置から第２の位置への容量の実際の変化率を、ベースライン変化率と比較して；この実際の及びベースライン変化率が、スレッシュホールドから５％以内など、ほぼ同じであれば、軌道の実行を続ける。特に、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２を軌道に沿った第３の位置（すなわち、第３のウエイポイント）にナビゲートして、第３の位置について上述したプロセスを繰り返し、第２の位置と第３の位置の間の実際の変化率とベースラインの変化率との差が実質的に同様である、その他であれば、軌道が完了するまで、あるいはクラッシュが検出されるまで、ロボットアーム１０２を第４の位置に移動させる。
【００６９】
プロセッサ１５０は、軌道のこの第２例の間に回収したデータから新しいベースライン容量マップを作成する、あるいは、これらのデータを用いて既存のベースライン容量マップをアップデートすることができる。プロセッサ１５０は、アームの最大速度の１００％まで、あるいは、軌道で特定された速度の１００％まで、徐々に速いスピードで実行した軌道でこのプロセスを繰り返し続けて、軌道についてのベースライン容量マップを改良することができる。プロセッサ１５０は、したがって、徐々に速い速度で軌道を実行し、以前の軌道のより遅い例で作成したベースライン容量マップを利用して、軌道の徐々に速くなる例におけるロボットアームの作動体積を予測することによって、人の管理なくして、軌道を試験し、軌道についてのベースラインマップを構築できる。（プロセッサ１５０は、また、上述した方法及び技術を実装して、あらかじめ計画された軌道を後の全速稼動する間に、ベースライン容量マップをアップデート又は改良することもできる。）
【００７０】
別の例では、プロセッサ１５０は、軌道を監視して実行する間に単一ベースライン容量マップを作成することができる。例えば、オペレータからロボットアームの作動体積がはっきりしている操作マニュアルが提供された場合、システム１００は、全速で軌道を実行することができ、プロセッサ１５０は、コントローラ１２３から受け取った容量値を一のベースライン容量マップへ組み入れることができる。
【００７１】
図７に示す別の実装例では、プロセッサ１５０は、独自の容量マッピングルーチンを行う間に回収した検知回路の容量値から、ロボットアーム１０２の作動体積の、軌道に依存しない容量マップを作成する。例えば、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２を、または、特別に、エンドエフェクタ１４０を）、エンドエフェクタ１４０が届く三次元作動体積内の分散地点にナビゲートして、各分散地点における検知回路の容量値を記録する。この例では、このプロセスで、この作動体積内の三次元オフセット位置の三次元グリッドアレイを表すベースラインウエイポイントリストにアクセスして、このリスト内の各ベースラインウエイポイントを通ってロボットアーム１０２を順次ステップさせ、各ベースラインウエイポイントにおける検知回路の全体容量値を記録することができる。プロセッサ１５０は、次いで、上述した方法と技術を実装し、隣接する各ベースラインウエイポイント対に記録した容量値間の差を計算し、ついで、この容量差の値と、対応するベースラインウエイポイントにおけるロボットアーム１０２（又はエンドエフェクタ１４０）の位置を用いて、バーチャル三次元位置クラウド追加することができる。
【００７２】
しかしながら、プロセッサ１５０は、その他の方法又は技術を実装して、ロボットアーム１０２が占める空間の、絶対容量値、相対容量値、又は容量値変化率を含む、ベースライン容量マップを作ることができる。例えば、プロセッサ１５０は、上述した方法及び技術のいずれかを実行して、ロボットアーム１０２が新しい環境に置かれたときに、ロボットアーム１０２がある環境内で再配置されたときに、あるいは、新しいあらかじめ計画された軌道がシステム１００にロードされたときに、ベースライン容量マップを作成することができる。
【００７３】
１１．３  スレッシュホールド変化率及び変化率窓
プロセッサ１５０は、ついで、ベースライン容量マップからスレッシュホールド変化率及び／又は変化率窓を抽出し、ブロックＳ１４０での続くあらかじめ計画された軌道を実行する間に、検知回路から読み出した容量値を比較することができる。
【００７４】
プロセッサ１５０が、三次元位置クラウドの形式など、軌道に依存しないベースライン容量マップを作成する上述した実装例では、プロセッサ１５０は、新しい軌道がシステム１００にロードされる時であって、新しい軌道がシステム１００で最初に実行される前に、新しい軌道に沿った隣接する各ウエイポイント対の間に、変化率窓を非同期させて挿入する。例えば、プロセッサ１５０は、あらかじめ決められたウエイポイントリストにアクセスして、スペース内のエンドエフェクタ１４０の位置の０．１インチあるいは１インチの変化といった、ウエイポイントセットをそれぞれ計算する。プロセッサ１５０は、次いで、ベースライン容量マップに保存されている。一またはそれ以上の最も近いベースラインウエイポイントについての容量値をコンパイルする（例えば、平均化、重みづけなど）ことによって、その軌道に沿った隣接する各ウエイポイント対についての検知回路の容量の目標相対変化を挿入することができる。この例では、次いで、プロセッサ１５０は：軌道において特定されている二つのウエイポイント間のロボットアーム１０２の速度に基づいたロボットアーム１０２による二つのウエイポイントの認識にわたる時間を推定し；ロボットアーム１０２による認識にわたる推定時間によって、これらの二つのウエイポイント間の容量の目標相対変化を除することで、軌道に沿ったこれらの二つのウエイポイント間の目標容量変化率を計算し；この目標変化率の１０５％にスレッシュホールド変化率を設定するなどによって、目標容量変化率から、これら二つのウエイポイント間の容量のスレッシュホールド変化率を計算することができる。軌道を順次実行する間に、上述した通り、プロセッサ１５０は軌道に沿ったこれらの二つのウエイポイント間の容量における実際の変化率を計算して、この実際の変化率がスレッシュホールド変化率を超える場合に、ブロックＳ１４０において近接アラームを発生することができる。
【００７５】
代替的に、プロセッサ１５０はこれら二つのウエイポイント間の、ロボットアームの作動体積の変化を表している容量変化率にわたる、変化率窓を規定することができる。例えば、プロセッサ１５０は、二つのウエイポイントについて、目標変化率の±５％にわたる変化率窓を規定することができ；あらかじめ計画された軌道に沿った二つのウエイポイントを順次認識する間に、システム１００は、これらの二つのウエイポイント間の容量の実際の変化率を計算して、実際の変化率が、変化率窓から外れる場合に、近接アラームを発生することができる。
【００７６】
このプロセスは、軌道に沿ったその他の各ウエイポイントに、同様の方法と技術を実装して、各ウエイポイントについてのスレッシュホールド変化率セット（又は変化率窓セット）を作ることができる。プロセッサ１５０は、軌道の順次の実行を通してこのスレッシュホールド変化率セット（又は、変化率窓セット）を参照して、エンドエフェクタ１４０が届く三次元容量に不知の物体がはいったかどうか、といった、ロボットアームの作動体積が変化したがどうかを決定することができる。
【００７７】
代替的に、プロセッサ１５０は、上述した方法と技術をリアルタイムで実装して、ロボットアーム１０２があらかじめ計画された軌道内の一連のウエイポイントを通って近づいた時のスレッシュホールド変化率又は変化率窓を、その軌道に沿った隣接するウエイポイント対の認識にまたがって測定した（例えば、実際の）時間に基づくなどして、計算することができる。
【００７８】
さらに、一のアームセグメント上に複数の検知電極とセンサ回路を、及び／又は、複数のアームセグメント上に電極と検知回路を具えるロボットアーム１０２については、プロセッサ１５０は、上記の方法と技術を実装して、各検知回路についての絶対容量値、相対容量値、容量値差、及び／又は、容量値の変化率を含む、ベースライン容量マップを作成することができる。プロセッサ１５０は、また、これらのデータを、あらかじめ計画された軌道に沿ったウエイポイント間の各検知回路についてのスレッシュホールド変化率（あるいは、変化率窓）に変換し；ブロックＳ１４０でこの軌道に沿った２つの位置間の各検知回路の実際の容量変化率を、対応するスレッシュホールド変化率（又は、変化率窓）と比較する。特に、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２上の電極の既知の位置に基いて作動体積内の不知の物体に近づいているロボットアーム１０２の特定のアームセグメント又は領域を認識できる。この電極の位置は、以下に述べるように軌道に沿った二つの対応するウエイポイント間のベースライン容量マップで規定された目標変化率（または、スレッシュホールド変化率、変化率窓）からの容量変化率の最大偏差を示す、。
【００７９】
１１．４  新しい静止物体及び移動物体への近接の検出
あらかじめ計画された軌道を実行する間に、プロセッサ１５０は、目標又はベースライン変化率と比較した検知回路の容量変化率における偏差に基づいて、ロボットアーム１０２の近傍の新しい静止あるいは移動する物体の形などで、ロボットアーム１０２の作動体積の変化を検出できる。例えば、プロセッサ１５０は、アームセグメント上の電極に接続された検知回路の容量の変化率が、スレッシュホールド変化率を超えると、作動体積内で、アームセグメントが（相対的に）新しい物体に近づいていることを決定できる。
【００８０】
一実装例では、最後のウエイポイントと現在のウエイポイントの間（又はサンプリング期間）の検知回路の実際の容量変化率が、対応するスレッシュホールド変化率を超えると、プロセッサ１５０は、実際の変化率とスレッシュホールド変化率（又は対応するベースライン）との間の差を、すぐ近くの表面への対応する電極の実際の速度と、電極の目標又は予測速度との間の差に変換することができる。プロセッサ１５０は、ついで、この速度の差と、元の目標又は予測速度を足して、最後のウエイポイントと現在のウエイポイント又はサンプリング期間の、作動体積内の新しい物体への電極が近づく相対速度を推測することができる。プロセッサ１５０は、また、アームセグメント上の電極の既知の位置（例えば、電極の質量中心）と、最後のウエイポイントと現在のウエイポイントとの間又はサンプリング期間の、各作動軸の位置における変化率を、電極の絶対速度に変換できる。プロセッサ１５０は、次いで、図６に示すように、電極の絶対速度を、新しい物体へ電極が近づく相対速度と比較して、この新しい物体が静的であるか、あるいは電極に相対的に移動しているかを決めることができる。特に、電極の絶対速度と電極が近づく相対速度が実質的に同じである（例えば、１０％を超えない違い）場合、ブロックＳ１４０に示すように、プロセッサ１５０はこの新しい物体が静止していると決定し、不知の静的物体用の近接アラームを設定し、ブロックＳ１５０にあるように、ロボットアーム１０２の速度を５０％低減するなどによって、ロボットアーム１０２の動きを調整することができる。しかしながら、電極に近づく相対速度が、絶対速度の１０％以上といった、実質的に超える場合は、プロセッサ１５０は、新しい物体が電極に向かって移動していると判断し、ロボットアーム１０２に向かって移動する不知の物体用の近接アラームを設定して、ロボットアーム１０２の動きを完全に止める。同様に、電極の絶対速度が、電極へ近づく相対速度を実質的に超える場合は、プロセッサ１５０は、新しい物体が電極から離れて動いていると判断し、ロボットアーム１０２から離れて動く不知の物体用の近接アラームを設定するとともに、ロボットアーム１０２の動きを１０％など、遅くすることができる。
【００８１】
したがって、プロセッサ１５０は：検知回路の容量変化率を、外の物体に対する対応する電極の速度に変換して、外の物体に対する第１の電極１２１の速度に応じて、ブロックＳ１４０で静的物体に対する動き用の近接アラームを発して、第１の位置から第２の位置へのロボットアーム１０２の速度を概算し；ついで、ブロックＳ１５０で静的物体に向かう動き用の近接アラームが流れる間に、ロボットアーム１０２の現在の速度をロボットアーム１０２の最大速度の一部に低減する；ことができる。例えば、プロセッサ１５０は上述した方法と技術を実装して、ロボットアームの作動体積内にあるノートパッド、鉛筆、あるいはその他の物体の直近の位置を検出し、作動体積から外になる物体を除去するまで、ロボットアームの動きを遅くすることができる。同様に、プロセッサ１５０は第１の位置から第２の位置へロボットアーム１０２の速度を超える外側物体に対する、第１の電極１２１の速度に応じて、ブロックＳ１４０でロボットアーム１０２に向かう動的物体の動き用の近接アラームを発生し；ブロックＳ１５０で、ロボットアーム１０２に対する動的物体の動き用の近接アラームが流れている間、ロボットアーム１０２の動きを止める；ことができる。例えば、プロセッサ１５０は、上述の方法と技術を実装して、ロボットアーム１０２へのオペレータの手の動きを検出し、オペレータの手が作動体積から取り除かれるまで、ロボットアーム１０２全体の動きを止めることができる。プロセッサ１５０は、次いで、以下に説明する方法と技術を実行して、ロボットアーム１０２の領域をオペレータがつかんでいる場合は、ロボットアーム１０２の作動軸を解除して、オペレータが手動でロボットアーム１０２を動かすことができるようにする。
【００８２】
プロセッサ１５０は、上述の方法と技術を実装して、ブロックＳ１４０で作動体積内の不知の静的又は動的物体の近接を検出し、確認して、このような不知の静的又は動的物体が作動体積内で検出されなくなるまで、ロボットアーム１０２の動きに低減した速度制限を維持する及び／又は厳しくすることができる。例えば、作動体積内の静的物体が最初に検出されると、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の全体の速度を２０％下げて；この静的物体が検出された電極が、静的物体の通常の位置に向けて２インチ動いた後に再び静的物体が検出されると、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の全体の速度をさらに２０％下げることができる。しかしながら、電極が静止物体から離れるほうに動いたと認められる場合は、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２を全速動作に戻す。
【００８３】
１１．５  複数の検知回路
上述した通り、ロボットアーム１０２は、複数のアームセグメントを具えていてもよく、各アームセグメントは、一またはそれ以上の電極と検知回路を具えていてもよい。この変形例では、プロセッサ１５０は、逸脱した容量値（例えば、スレッシュホールド共振周波数を超える実際の共振周波数）を表す検知回路に接続された電極の既知の位置に基づいて一近接アラームを発生できる。
【００８４】
一例では、ロボットアーム１０２は：第１の作動軸を介してベース１１０に連結された第１アームセグメント（又は、ベ−ス１１０から延在する第２アームセグメント）と；第１アームセグメント１２０の背面側にわたって配置され、第１の検知回路に接続された第１電極と；を具える。ブロックＳ１４０で、プロセッサ１５０は、スレッシュホールド変化率を超える第１検知回路の容量変化率に応じて、第１アームセグメント１２０の背面側に直交する第１方向における動きに対して近接アラームを発生できる。ブロックＳ１５０では、プロセッサ１５０は、近接アラームが流れる間に第１アームセグメント１２０を第１方向に移動させる方向への、第１の作動軸１２４の最大駆動速度を選択的に低減することができる。特に、ブロックＳ１５０では、プロセッサ１５０は、第１のアームセグメント１２０を、第１方向（又は両方向）における第１の作動軸の最大速度を５０％下げる、あるいは第１の駆動軸全体の動きを止めるなどによって、不知の物体に対して第１のアームセグメント１２０が移動する方向における、第１の作動軸の最大速度を下げることができる。
【００８５】
上述した例では、ロボットアーム１０２はまた：第１のアームセグメント１２０の側面（例えば、左側面）に配置して、第２の検知回路に接続した第２電極を具える。ブロックＳ１４０では、プロセッサ１５０は、また：スレッシュホールド変化率を超える第２の検知回路１３２の容量変化率に応じて、第１のアームセグメント１２０の側面に直交する第２の方向における動き用の第２近接アラームを選択的に発生し；この第２の近接アラームが流れているときに、第２の横方向において第１アームセグメント１２０が移動する方向における、第２の作動軸１３４の低減した最大作動速度を設定することができる。
【００８６】
ロボットアーム１０２は、対応する検知回路に接続した追加の指向性電極を具える追加アームセグメントを具えていてもよく、プロセッサ１５０は、同じ方法と技術を実装して、指向性近接アラームを発生し、これらの検知電極の容量値に基づいて、選択した作動軸についての低減した作動速度を設定することができる。
【００８７】
１１．６  新しい物体への距離の検出
一変形例では、ロボットアーム１０２は、アームセグメント上にパターン化された、異なる検知可能な範囲、すなわち、電極と外側物体間の距離の範囲を示す、検知電極に接続された複数電極を具える。この範囲にわたって、外側物体の相対動作が、ノイズフロア情報の検知電極の容量変化率に検出可能な変化を生じさせる。この変形例では、プロセッサ１５０は、上記の方法と技術を実装して、各電極の予測したあるいは目標の容量変化率からの偏差を検出し、これらの偏差を、各検知回路の既知の（あるいは、およその）検知可能な範囲と結び付けて、外側物体とアームセグメントとの間の距離を予測する。
【００８８】
例えば、システム１００は：ロボットアーム１０２の第１アームセグメント上に配置され、第１の検知可能な範囲（４オンスのスチール球について、最大２０インチ）を表す第１検知回路に接続された、第１領域（例えば、１０平方インチ）を規定する第１電極と；第１電極１２１近傍の第１アームセグメント１２０上に配置され、第１の検知可能な範囲より小さい第２の検知可能範囲（例えば、４オンスのスチール球について、最大８インチ）を表す第２検知回路に接続された第１の領域より小さい第２の領域（例えば、２平方インチ）を規定する第２電極を具える。この例では、プロセッサ１５０は、第１の検知回路の第１の容量変化率が対応するスレッシュホールド変化率を超え、第２の検知回路の第２の容量変化率が予測した変化率に、あるいはその近傍に残っている（例えば、対応するスレッシュホールド変化率より小さいままである）場合、不知の物体がロボットアーム１０２の第１セグメントの第１近接範囲（例えば、８インチと１２インチの間）内にあると推定できる。プロセッサ１５０は、ブロックＳ１４０でロボットアーム１０２のこの第１近接範囲内における不知の物体の近接用の第１近接アラームを発生して、ブロックＳ１５０で第１近接アラームが流れる間に、ロボットアーム１０２の現在の速度を、ロボットアーム１０２の最大速度の第１部分（例えば、５０％）に下げることができる。
【００８９】
しかしながら、プロセッサ１５０は、第１検知回路の第１の容量変化率が対応するスレッシュホールド変化率を超え、第２検知回路の第２の容量変化率が対応するスレッシュホールド変化率を超えた場合、ロボットアーム１０２の第１セグメントの第１近接範囲（例えば、８インチ）より小さい第２近接範囲に不知の物体があると推測できる。プロセッサ１５０は、ブロックＳ１４０でロボットアーム１０２の第２近接範囲内の不知の物体の近接用の第２近接アラームを発生して、第２近接アラームが流れる間に、ロボットアーム１０２の最大速度の（第１部分より小さい）第２部分（例えば、２０％又は０％）に、ロボットアームの現在の速度を低減することができる。
【００９０】
したがって、プロセッサ１５０は、異なる検知可能な範囲（共通の外側物体について）によって特徴づけられる様々な電極の容量変化率の偏差を比較して、ロボットアームのアームセグメントと不知の外側物体との間の距離を予測できる。
【００９１】
しかしながら、プロセッサ１５０は、サンプリング期間に、あるいはロボットアーム１０２があらかじめ決められたウエイポイントに届いた時点で一又それ以上のコントローラから受け取った容量値データをその他の方法で操作して、ロボットアームの操作容量内の不知の物体の存在を検出し、ロボットアーム１０２に対する不知の物体の位置を決定し、及び／又は、物体に接触しているロボットアーム１０２の領域を決定することができる。プロセッサ１５０は、次いで、不知の物体が検出されると、ブロックＳ１４０で近接アラームを発生することができる。プロセッサ１５０は、このプロセスを各サンプリング期間または軌道を実行する間のウエイポイントといった時間の経過とともに繰り返して、近接アラームをリアルタイムで発生、応答、及びクリアすることができる。
【００９２】
プロセッサ１５０は、また、物体の存在、位置、及び／又は距離データ（現在のサンプリング期間又は現在のウエイポイントにおいて回収された容量データ）を、現在のサンプリング期間又はウエイポイントについての近接マトリックスに保存しておくこともできる。プロセッサ１５０は、この現在の近接マトリックスを、以前の同様の近接マトリックスセットと比較して、不知の物体のロボットアーム１０２に対する、近接、位置、及び／又は距離を時間の経過とともに追跡することができる。例えば、一のサンプリング期間又はウエイポイントについて、プロセッサ１５０は、目標又は推定容量値（すなわち、現在の近接アラームのローカル位置）から外れている実際の容量値を表す、検知回路に接続された電極の位置にアドレスする近接マトリックス（又は、近接アレイ又はその他のコンテナ）を作り；プロセッサ１５０は、次いで、ブロックＳ１５０において、各指向性近接アラームを操作して、以下に述べるように、作動体積内の一またはそれ以上の不知の物体を避けることができる。
【００９３】
１０．物体回避
プロセッサ１５０は、また、近接アラームに応じて、軌跡を通って移動するロボットアーム１０２の現速度の低減を記載したブロックＳ１５０を実行することもできる。一般的に、プロセッサ１５０は、不知の物体がロボットアーム１０２の作動体積内で検出されると、ロボットアーム１０２の一又はそれ以上の作動軸の最大関節速度制限を設定することができる。
【００９４】
一例では、物体が、ロボットアーム１０２の左側に近く、スペース内でほぼ静止している一連のサンプリング期間にわたって生成した一連の物体位置マトリックスからプロセッサ１５０が決定した場合、プロセッサ１５０は：ブロックＳ１４０で左側近接アラームを発生し；第１及び第２のアームセグメントの後端部における作動軸の速度制限を、その最大速度の５０％に設定するが、ベース１１０のロータリィ軸の速度制限は、時計回り位置でその最大速度の５０％に、また、反時計回り位置では、その最大速度の１０％に設定し、一方で、物体はほぼ同じ絶対位置に残り、ロボットアーム１０２は、伸びたり、縮んだり、比較的迅速に物体から遠ざかるが、より遅い速度でのみ物体に向けて移動できるようにする。
【００９５】
同様に、一連のサンプリング期間にわたって生成した、物体位置マトリックスのシーケンスから、物体がエンドエフェクタ１４０の近くのロボットアーム１０２の前にあり、スペース内で実質的に静止していることを認識すると、プロセッサ１５０は、アームセグメント間の作動軸の速度制限を、ロボットアーム１０２を物体から引き離す動きについてその最大速度の５０％に設定し、ロボットアーム１０２を物体の方向に伸ばす動きについては、その最大速度の１０％に設定して、ロボットアーム１０２が物体から比較的迅速に引き離すことができるが、物体に向けては、より遅い速度でのみ移動できるようにする。この例では、プロセッサ１５０は、図５に示すように、ロボットアーム１０２が物体に近づくにつれて、ロボットアーム１０２の選択して作動軸の速度制限を、インストールしたエンドエフェクタが物体の１インチ以内にあるときに、フルストップ速度になるなど、減らし続けることができる。プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２が物体から遠ざかるときに、作動軸の速度制限を上げることもできる。プロセッサ１５０は、したがって、ロボットアーム１０２と外側物体間の距離と、ロボットアーム１０２に対する物体の位置の両方に基づいて、ロボットアーム１０２内の選択した作動軸の速度制限を動的に調整できる。
【００９６】
プロセッサ１５０は、また、図６に示すように、ロボットアーム１０２が物体に向かって動いているかどうか、あるいは、物体がロボットアーム１０２に向かって動いているかどうかに基づいて、ロボットアーム１０２の各作動軸の最大関節速度を設定できる。例えばプロセッサ１５０は、現在のサンプリング期間と最後のサンプリング期間とに発生した近接マトリックスを比較して、検出した物体と、ロボットアーム１０２の既知の位置の特定の電極（又は電極セット）との間の距離が、増えているか減っているかを決定できる。すなわち、プロセッサ１５０は、現在のサンプリング期間と最後のサンプリング期間に発生した近接マトリックスと、現在と最後のサンプリング期間の間のデュレーション（すなわち、サンプリングレート）に基づいて、現在のサンプリング期間についてロボットアーム１０２の一またはそれ以上の電極に対する物体のおよその速度を決めることができる。プロセッサ１５０は、また、各サンプリング期間について、ジャコビアン式容量マトリックスなどの、スペース内の各電極（又は、ロボットアーム１０２のその他の地点）の位置を規定するアーム位置容量マトリックスを生成できる。プロセッサ１５０は、現在と最後のサンプリング期間及びサンプリングレートについてのアーム位置マトリックス間の差に基づいて、現在のサンプリング期間についての、ベース１１０上の基準点に対するなどの、ロボットアーム１０２の各電極（又は、様々なその他の地点）の速度を計算することができる。したがって、一のサンプリング期間で、ロボットアーム１０２上の電極に対する物体の速度が負である場合、物体と電極間の距離は小さくなり；物体と電極間の距離が小さくなって、電極に対する物体の速度が、基準点に対する電極の速度より大きい場合は、物体が電極に近づいており；また、物体と電極間の距離が小さくなっており、電極に対する物体の速度が、基準点に対する電極の速度より遅い場合は、電極が物体に近づいている。プロセッサ１５０は、システム１００の稼働中に、各サンプリング期間について、全電極又は選択した電極についてこれらの計算を行うことができる。
【００９７】
上述の実装例では、ロボットアーム１０２（例えば、特定の電極）と物体間の距離が減っており、ロボットアーム１０２が物体に近づいている場合は、プロセッサ１５０は、上述したように、ロボットアーム１０２と物体間の距離とは逆に、ロボットアーム１０２の作動軸についての速度制限を設定し、物体とロボットアーム１０２上の任意の地点との間の検知した距離がスレッシュホールド最小距離（例えば、１インチ）に到達すると、物体へのすべての動きを停止する。プロセッサ１５０は、順次のサンプリング期間におけるコントローラ１２３の出力をモニタし続けて、物体がロボットアーム１０２から外に移動した場合、物体に対するさらなる動きに関してロボットアーム１０２を開放する。したがって、プロセッサ１５０は、接触する前にロボットアーム１０２をストップまで遅くして、物体がロボットアーム１０２の経路にいなくなったら、軌道を再開することができる。
【００９８】
代替的に、プロセッサ１５０がアームと物体間の距離が小さくなっており、物体がロボットアーム１０２に近づいていることを検出したら、図６に示すように、プロセッサ１５０は、上述したようにロボットアーム１０２と物体間の距離が小さくなるにつれて、ロボットアーム１０２の作動軸についての速度制限を、物体に対してロボットアーム１０２を駆動する任意の軸についての最大速度の２％の速度制限に落とすなど、減らすことができる。プロセッサ１５０は、比較的ゆっくりではあるが、ロボットアーム１０２の表面に物体が接触する地点まで、軌道にしたがって、物体にロボットアーム１０２を駆動し続けることができる。プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の一又はそれ以上のコントローラから受け取った容量値に基づいて、あるいは、作動軸に配置した加速度計又は力センサの出力に基づいて検出した衝突に基づくなどして、物体（例えば、手）がロボットアーム１０２に接触したことを検出すると、プロセッサ１５０は、軌道実行モードからマニュアル操作モードに、あるいは、トレーニングモードに移行することができる。マニュアル操作モード又はトレーニングモードでは、プロセッサ１５０は、以下に述べるように、ロボットアーム１０２上で検出した入力にしたがって、ロボットアーム１０２の作動軸を駆動することができる。特に、マニュアル操作モード又はトレーニングモードでは、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の表面に接触した物体（例えば、ユーザの手や指）で操作されるまで、現位置にロボットアーム１０２を保持し、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２がユーザに操作される時の各作動軸における動きを記録することができる。物体がロボットアーム１０２から解放されると、プロセッサ１５０は、自動的に、あるいはロボットアーム１０２の表面を介した、あるいはシステム１００と通信するユーザーインターフェースを介したユーザからの確認に応ずるなどして、軌道の実行に戻る。
【００９９】
プロセッサ１５０は、上述した方法及び技術を実装して、選択した作動軸、選択したアームセグメント、及び／又は、インストールしたエンドエフェクタの速度制限を設定することができる。例えば、あらかじめ計画された軌道を実行する時の作動体積内で検出された不知の物体を回避するために、プロセッサ１５０は、第１のアームセグメントと第２のアームセグメントとの間の第２の作動軸を駆動して、検出した物体から離し、これによって、第２の作動軸１３４が動いて軌道内に規定された目標経路から外れ；同時に、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２のその他の作動軸を、エンドエフェクタ１４０が軌道によって規定されたその目標経路上に残るように、同様に逸脱した位置に駆動する。
【０１００】
プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の速度（または、各作動軸の実際の速度から計算した各アームセグメントの実際の速度）に基づいてアーム内のコントローラ１２３のサンプリングレートを設定する。例えば、プロセッサ１５０は、アーム全体の速度または選択した作動軸の速度が速くなると、サンプリングレートを増やし、各検知回路の容量値スレッシュホールドをアップデートし；逆も同じである。しかしながら、プロセッサ１５０は、一連のサンプリング期間にわたって一又はそれ以上のコントローラから受け取った容量値データをその他の適切な方法で回収し、操作して、近接アラームを発生し、操作するようにしてもよい。
【０１０１】
１１．軸の制御
上述したように、このプロセスは、ロボットアーム１０２の表面に物体が接触しているときに、マニュアル操作モード又はトレーニングモードに入ることができ；操作モード又はトレーニングモードでは、プロセッサ１５０は、ロボットアーム１０２の表面上のマニュアル入力にしたがって、ロボットアーム１０２内の様々な作動軸のロックを外す、及び／又は、これらの軸を積極的に駆動することができる。
【０１０２】
一例では、ベース１１０の後部端で第１の作動軸を介してベース１１０に接続されている第１アームセグメントは、上述したように、第１の作動軸１２４近傍の近位端の周りに半径方向にパターン化されたシェブロン形状の制御電極セットを具え、その遠位端に沿ってパターン化された検知電極セットを具える。本例では、第２の作動軸を介して第１のアームセグメント１２０に接続された第２のアームセグメントが、第２の作動軸１３４近傍の近位端に沿ってパターン化された検知電極セットを具え、第２のアームセグメント１３０の遠位端の周りに半径方向にパターン化されたシェブロン形式の制御電極セットを具え、グリッパー型のエンドエフェクタが、第３の作動（例えば、ロータリィ駆動）軸に連結され、第４の作動軸によって駆動される（すなわち、開閉する）ジョーセットを具える。この例では、プロセッサ１５０は、第１及び第２のアームセグメント上の検知電極から回収された容量データを操作して、ロボットアーム１０２への物体の近接を検出し、あらかじめ記録されたあるいはあらかじめ決められた軌道を実行する間に各アームセグメントの速度及び／又は方向を調整することができる。さらに、この例では、プロセッサ１５０は、第１のアームセグメント１２０上の制御電極セットから回収した容量データを操作して；物体が第１のアームセグメント１２０の近位端と静的に接触し続けている場合に、第１の作動軸をロックして；アームセグメント１２０の近位端に接触しており、この近位端の周りを時計方向に半径方向に摺動する物体とほぼ同期して時計方向に第１の作動軸１２４を回転させ；アームセグメント１２０の近位端に接触しており、この近位端の周りを反時計方向において半径方向に摺動する物体とほぼ同期して反時計方向に第１の作動軸１２４を回転させ；第１の作動軸１２０の近位端に接触している物体が第１のアームセグメント１２０の前端に向けて移動するときに第２の作動軸１３４を開き；第１のアームセグメント１２０の後端に向けて第１のアームセグメント１２０の近位端に接触している物体が動くと、第２の作動軸１３４を閉じる。
【０１０３】
同様に、プロセッサ１５０は、第２のアームセグメント１３０の上の制御電極セットから回収した容量データを操作して：物体が、第２のアームセグメント１３０の遠位端に接触し続けているときは、第３及び第４の作動軸をロックして；第２のアームセグメント１３０の遠位端に接触し、その遠位端の周りに時計回り方向に半径方向に摺動する物体とほぼ同期して時計回り方向に第３の作動軸１８４を、したがって、グリッパー型エンドエフェクタを回転させ；第２のアームセグメント１３０の遠位端に接触し、その遠位端の周りに反時計回り方向に半径方向に摺動する物体とほぼ同期して反時計回り方向に第３の作動軸１８４を回転させ；第２のアームセグメント１３０の遠位端に接触している物体が第２のアームセグメント１３０の前端に向けて移動すると、第１の作動軸を開き、したがって、グリッパー型エンドエフェクタのジョーを開き；第２のアームセグメント１３０の遠位端に接触している物体が第２のアームセグメント１３０の後端に向けて動くと、第４の作動軸を閉じる。
【０１０４】
別の実装例では、ロボットアーム１０２は：ベース１１０とエンドエフェクタ１４０との間に直列に配置したアームセグメントセットと；エンドエフェクタ１４０（及びエンドエフェクタジャンクション１８２）近傍の最終アームセグメントの一側部に配置した第１電極と；エンドエフェクタ１４０近傍の最終アームセグメントの反対側に配置した第２電極を具える。この実装例では、プロセッサ１５０は、上述した方法と技術を実装して、第１電極１２１に接続された第１の検知回路と、第２電極１３１に接続された第２検知回路の容量変化（あるいは、予期する容量変化率からの偏差）を分析して、外部物体と第１及び第２電極それぞれの近傍の、最終アームセグメント表面との間の接触を検出する。第１の検知回路１２２における第１の入力（すなわち、外部物体との接触）と、第２の検知回路１３２における、第１の入力と逆の第２の入力が、同時に検出されると、プロセッサ１５０は、この入力対を、最終アームセグメント上のつかむ動作と解して、これに応じてロボットアーム１０２の一またはそれ以上の作動軸の手動制御を可能にする。
【０１０５】
例えば、プロセッサ１５０は、外部物体が第１電極１２１近傍の最終アームセグメントに接触したことを表す、接触スレッシュホールド変化率（近位スレッシュホールド変化率より大きい）を超える第１検知回路の容量変化率に応じて、物体と、第１電極１２１近傍の最終アームセグメントの第１領域との間の第１の接触を検出することができる。特に外部物体と第１電極１２１近傍のアームセグメントとの間の機械的接触は、その物体がアームセグメント近傍にあるが、アームセグメントと接触していないときより大きなレートで第１電極１２１から電流をブリードさせ、プロセッサ１５０は、第１検知電極の容量変化率に基づいて、外部物体との接触を検出することができる。この例では、ほぼ同時に、プロセッサ１５０は、同じ方法と技術を実装して、接触スレッシュホールド変化率を超える第２の検知回路１３２の容量変化率に応じて、物体と、第２電極近傍の最終アームセグメントの第２領域との間の第２の接触を検出できる。プロセッサ１５０は、ついで：同じ時間にわたって生じる第１の接触と第２の接触を、最終アームセグメントへ接続された作動軸を制御する手動制御動作として解釈し；この手動制御動作に応じて、第１の作動軸１２４のロックを外す。この例では、プロセッサ１５０は、エンドエフェクタ１４０の反対側の最終アームセグメントに接続された作動軸のロックを外し、オペレータがその他のアームセグメントとベース１１０に対して、最終アームセグメントを回動させられるようにする。
【０１０６】
上述の例では、システム１００は、第３感知電極に接続され、第１領域電極と第２電極１３１の間の最終アームセグメント領域１３１上に配置された第３電極を具える。プロセッサ１５０は、上述した方法と技術を実装して、接触スレッシュホールド変化率を超える第３の回路の容量変化率に応じて、第３電極近傍の物体と最終アームセグメントの第３領域間の第３の接触を検知する。このプロセスは次いで：第１の接触と、第２の接触と、第３の接触を、最終アームセグメントと第２アームセグメント間の作動軸１２４及び第２アームセグメント１３０と第３アームセグメント１８０との間の第２の作動軸など、ロボットアーム１０２内の複数の作動軸を制御する拡張された手動制御ジェスチャと解釈し；この拡張された手動制御ジェスチャに応じて、これらの作動軸（例えば、第１の作動軸１２４と第２の作動軸１３４）のロックを外す。
【０１０７】
しかしながら、プロセッサ１５０は、手動操作モード又はトレーニングモードを実行する間に、ロボットアーム１０２の表面上の入力に基づいてその他の適切な方法でロボットアーム１０２を操作できる。
【０１０８】
本明細書に記載したシステム１００ｓと方法は、コンピュータで読み取り可能なインストラクションを保存するコンピュータで読み取り可能な媒体を受けるように構成したマシーンとして、少なくとも部分的に実施及び／又は実装することができる。このインストラクションは、アプリケーション、アプレット、ホスト、サーバ、ネットワーク、ウエブサイト、通信サービス、通信インターフェース、ユーザーコンピュータ又はモバイル装置のハードウエア／ファームウエア／ソフトウェア要素、リストバンド、スマートフォン、あるいはこれらの適切な組み合わせと一体化した、コンピュータで実行可能なコンポーネントによって実行することができる。この実施例のその他のシステム及び方法は、コンピュータで読み取り可能なインストラクションを保存するコンピュータで読み取り可能な媒体を受けるように構成されたマシーンとして、少なくとも部分的に実施及び／又は実装することができる。このインストラクションは、上述したタイプの装置及びネットワークに一体化されたコンピュータで読み取り可能なコンポーネントで一体化されたコンピュータで読み取り可能なコンポーネントによって実行することができる。コンピュータで読み取り可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、光学デバイス（ＣＤ又はＤＶＤ）、ハードドライブ、フロッピィドライブ、あるいはその他の適切なデバイスなど、適切なコンピュータで読み取り可能な媒体に保存することができる。コンピュータで実行できるコンポーネントは、プロセッサであるが、適切な専用ハードウエアデバイスで（代替的にあるいは追加で）このインストラクションを実行することもできる。
【０１０９】
当業者は、上述した詳細な説明から、及び図面と請求項から、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の実施例を変形及び変更できることを認識するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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