透明物体检测的制作方法

透明物体检测
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年2月14日提交的美国临时专利申请第62/805,590号的权益，该申请通过引用并入本文。


背景技术：

3.对于高压咖啡机和相关的饮料制备机，重要的是要确保用户的杯已充分插入机器放置区域，并与饮料分配器保持正确的距离。然而，当使用者的杯由玻璃等透明材料制成时，就会出现某些挑战。需要一种用于准确检测饮料制备机中透明杯的存在和/或高度的系统。还需要检测其他透明物体的定位。


技术实现要素：

4.一方面，本公开可涉及一种包括饮料分配器的饮料制备机；位于饮料分配器下方的杯保持区域；光源被配置为穿过杯保持区域的一部分传输光；接收器被配置为接收由光源传输的光的至少一部分；以及可操作地联接到接收器和饮料分配器的处理器，该处理器被配置为通过检测在接收器处接收的一部分光的亮度中的波谷来确定透明杯是否已经充分插入到杯保持区域中或处于期望的高度；其中，处理器还被配置为，在确定透明杯未充分插入或未处于所需高度时，阻止饮料分配器分配饮料。
5.在另一方面，一种方法包括通过光源将光传输穿过饮料制备机的杯保持区域的一部分，该饮料制备机器包括饮料分配器、位于饮料分配器下方的杯保持区域、光源、接收器和处理器；由接收器接收至少一部分由光源传输的光；由处理器通过检测在接收器处接收到的光的一部分的亮度中的波谷来确定透明杯是否已经充分插入到杯保持区域中或处于期望的高度；并且在确定透明杯未充分插入或未处于所需高度时，处理器阻止饮料分配器分配饮料。
6.在另一方面，一种装置包括用于具有透明部分的物体的保持区域；光源被配置为传输光穿过保持区域的一部分；接收器被配置为接收由光源传输的光的至少一部分；以及可操作地联接到接收器的处理器，该处理器被配置为通过检测在接收器处接收到的光的一部分的亮度中的波谷来确定物体是否已经充分地插入到保持区域中或者处于期望的高度；其中，处理器还被配置为，在确定物体没有被充分插入或未处于期望的高度时，阻止过程被执行。
7.在另一方面，一种方法包括通过光源将光传输穿过装置的保持区域的一部分，该装置包括光源、接收器；和处理器；由接收器接收至少一部分由光源传输的光；由处理器通过检测在接收器处接收到的光的一部分的亮度中的波谷来确定具有透明部分的物体是否已经充分地插入到保持区域中或处于期望的高度；并且在确定对象未充分插入或未处于所需高度时，处理器阻止过程被执行。
附图说明
8.通过详细说明和附图，将更全面地理解本公开，其中：
9.图1a是根据第一实施例的进入饮料制备机的杯保持区域的不透明杯的俯视图，其中采用光束中断方法确定杯的插入。
10.图1b是根据采用光束中断方法的第一实施例的进入饮料制备机的杯保持区域的透明杯的俯视图。
11.图2是根据利用波谷检测方法来确定透明杯被正确定位的实施例的饮料制备机。
12.图3是根据实施例的在透明杯进入和离开杯保持区域时在光接收器上的亮度或者在透明杯被杯架提升和降低时的亮度的曲线图。
13.图4是根据一个实施例的在饮料制备机的杯保持区域内升高的透明杯的简化侧视图。
14.图5是根据一个实施例的用于制备饮料的方法的流程图。
具体实施方式
15.优选实施例的以下描述本质上仅是示例性的并且决不旨在限制本发明。说明性实施例的描述旨在结合附图阅读，这些附图被认为是整个书面描述的一部分。在本文所公开的示例性实施例的描述中，任何对方向或取向的引用仅意在为了描述的方便，并不意在以任何方式限制本发明的范围。相对术语，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“以上”、“以下”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“前”和“后”及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应被解释为是指讨论的附图所描述或所示的取向。这些相对术语只是为了便于描述，除非明确指出，否则不需要特定的方向。诸如“附接”、“附连”、“连接”、“联接”、“互连”、“固定”和其他类似术语等指的是一种关系，其中结构通过中间结构直接或间接地相互固定或连接，以及可移动或刚性附接或关系，除非另有明确说明。此处的讨论描述并说明了一些可能的非限制性特征组合，这些组合可以单独存在或以其他特征组合存在。此外，如本文所用，术语“或”将被解释为逻辑运算符，只要其操作数中的一个或多个为真，其结果为真。此外，如本文所用，短语“基于”应被解释为“至少部分基于”的意思，因此不限于对“完全基于”的解释。
16.正如通篇所用，范围用作描述范围内的每个值的简写。可以选择范围内的任何值作为范围的端点。此外，本文引用的所有参考文献均通过引用整体并入本文。如果本公开中的定义与引用的参考文献中的定义发生冲突，则以本公开为准。
17.本发明的特征可以以软件、硬件、固件或其组合来实现。这里描述的计算机程序不限于任何特定实施例，并且可以在操作系统、应用程序、前台或后台进程、驱动程序或其任何组合中实现。计算机程序可以在单个计算机或服务器处理器或多个计算机或服务器处理器上执行。
18.在此描述的处理器可以是任何中央处理单元(cpu)、微处理器、微控制器、计算或可编程设备或电路，其被配置用于执行计算机程序指令(例如，代码)。各种处理器可以体现在任何合适类型的计算机和/或服务器硬件(例如，台式机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、蜂窝电话等)中，并且可以包括形成功能性数据处理设备所需的所有常用辅助部件，包括不限于总线、软件和数据存储，例如易失性和非易失性存储器、输入/输出设备、图形用
户界面(gui)、可移动数据存储和有线和/或无线通信接口设备，包括wifi、蓝牙、lan，等等。
19.在此描述的计算机可执行指令或程序(例如，软件或代码)和数据可以被编程到非暂时性计算机可读介质中并且有形地体现在该非暂时性计算机可读介质中，该介质可被如在此描述的相应处理器访问和检索，该处理器被配置和引导以通过执行在介质中编码的指令来执行所需的功能和过程。包含被配置为此类非暂时性计算机可执行指令或程序的可编程处理器的设备可被称为“可编程设备”或“设备”，并且相互通信的多个可编程设备可被称为“可编程系统”。应当注意，此处描述的非暂时性“计算机可读介质”可以包括但不限于任何合适的易失性或非易失性存储器，包括随机存取存储器(ram)及其各种类型、只读存储器(rom))及其各种类型、usb闪存和磁性或光学数据存储设备(例如，内部/外部硬盘、软盘、磁带、cd
‑
rom、dvd
‑
rom、光盘、ziptm驱动器、蓝光光盘，以及其他)，其可以被可操作地连接到介质的处理器写入和/或读取。
20.在某些实施例中，本发明可以以诸如基于处理器的数据处理和通信系统或用于实施那些过程的计算机系统之类的计算机实施过程和装置的形式来体现。本发明还可以以软件或计算机程序代码的形式体现在非暂时性计算机可读存储介质中，当加载到数据处理和通信系统或计算机系统中并由其执行时，计算机程序代码段配置处理器以创建被配置用于执行过程的特定逻辑电路。
21.现在参考附图，图1a是根据第一实施例的进入饮料制备机100的杯保持区域110的不透明杯121的俯视图，其中“光束中断(break
‑
beam)”方法用于确定杯的插入。在示例性实施例中，饮料制备机200使用高压来冲泡咖啡和制备其他饮料。为了确保在没有危险或不希望的混乱的情况下成功地将饮料转移到杯121，重要的是确保杯充分插入到杯保持区域210中并且处于适当的高度而不会离饮料分配器202太远.注意在其他实施例中分配器不必是高压分配器。
22.饮料制备机包括将光106传输到光接收器108的光源104。可以看出，当不透明杯121尚未进入杯保持区域110时，光106能够传输到接收器108。但是当不透明杯121充分插入杯保持区域110中时，光106不再能够传输到接收器108。当接收器108未接收到光时，可操作地联接到接收器108的处理器(见图2)可以确定杯121被充分插入，从而使饮料制备能够开始并确保饮料被分配到杯中。在其他实施例中，可以使用多于一个光束和/或接收器。例如，可以使用两个光束来确保杯插入以拦截两个不同光束和不同深度，从而确保杯的更精确定位。此外，可以使用不同高度的多个光束来确定杯的高度和/或杯是否足够高或已经升高到足够靠近饮料分配器。
23.图1b还示出了正在使用的光束中断方法，但用于透明杯120而非不透明杯。透明杯120进入饮料制备机100的杯保持区域110。再一次，在杯120被插入之前，来自光源104的光106被发射到接收器108。但是与不透明杯121不同的是，当插入透明杯时，光106仍然能够发射到接收器108。因此，单独的光束中断方法不足以确定透明杯的存在、定位或高度。
24.图2是根据实施例的饮料制备机200，其利用“波谷检测(trough
‑
detection)”方法来确定透明杯220被正确定位。与前面的实施例一样，饮料制备机200使用高压来冲泡咖啡和制备其他饮料。为了确保将饮料安全且成功地转移到杯220，确保杯被充分插入到杯保持区域210中并且处于适当的高度而不会离饮料分配器202太远是有价值的。在一些实施例中，在饮料制备过程开始时，系统会提示用户指示正在使用的杯是不透明的还是透明的，然
后如果指示不透明，则使用光束中断法；如果指示是透明杯，则使用波谷检测法。在其他实施例中，系统被配置为同时检测不透明杯和透明杯的状况。
25.对于仅使用光束中断方法的系统，示例性系统具有至少一个光源204a、204b、204c将光206传输到接收器208a、208b、208c，并且不同的光源可以处于不同的高度或深度以更精确地确定杯的位置和与分配器的接近程度。在示例性实施例中，制备机200还包括杯架230，用于将杯220提升或下降到距饮料分配器202的期望高度或期望距离。
26.饮料制备机包括可操作地联接到接收器208a、208b、208c的处理器240。处理器在此未详细示出，但可以理解的是，可以使用多种处理设备来接收来自光接收器208a、208b、208c的数据，确定是否满足定位标准，并相应地控制分配器202。示例性处理器被配置为检测透明杯220已经充分插入到杯保持区域210中，检测透明杯处于期望高度，如果没有，检测透明杯220处于或被提升到杯保持区域210内的期望高度。在其他实施例中，制备机可以仅检测这些条件中的一种或两种。下面描述检测这些条件的方法。当一个或两个条件不满足时，处理器可以阻止制备机分配饮料。
27.图3为第二实施例中在透明杯进入和离开杯保持区域时在光接收器上的亮度或者在透明杯被杯架提升和降低时的亮度的曲线图。具体来说，该图显示了系统如何使用光束中断方法和波谷检测方法分别检测不透明杯和透明杯。该图显示了随着杯位置的变化，接收器处的亮度随时间的变化。波形320显示了使用光束中断方法检测不透明杯的情况。可以看出，当不透明杯被插入并中断光206的传播时，在接收器108处接收到的亮度下降到零。当杯被移开时，该光随后在接收器108处再次被接收。
28.波形321显示了使用波谷检测方法检测透明杯的情况。在一个实施例中，为了检测指示透明杯已经充分插入到杯保持区域中的波谷，系统识别波谷的发生，其至少一部分地由小于不透明杯的亮度变化率的亮度变化率限定。如图3所示，不透明杯320的亮度从第一亮度301迅速下降为零，因为不透明的杯非常有效地阻挡了光线。相比之下，透明杯的亮度逐渐下降，因此变化率低于不透明杯的变化率。进一步地，当杯从杯保持区域移开时，不透明杯亮度320从零快速上升到第一亮度301，而透明杯亮度321上升得更缓慢，因此具有较低的变化率。该系统可以被配置为识别亮度的变化率以确定变化率是否对应于透明杯的预期变化率(或在变化率值的范围内)。该系统还可以基于降低的亮度和增加的亮度的变化率是否在预定时间段内发生来确定波谷。
29.在用于检测透明杯已经充分插入到杯保持区域中的另一个实施例中，系统可以检测变化的亮度。在一个实施例中，该系统执行以下步骤：1)检测由光源传输的光的第一亮度301(在插入杯之前发生)；2)检测随后短暂下降到第二亮度302(由杯的边缘干扰光束引起)；和3)检测到后续增加到第三亮度303，其小于第一亮度301(当光穿过杯的中心区域时引起)。在某些实施例中，当杯后来被移走时，系统还可以检测到后续降低到第二亮度302(当离开杯保持区域时杯的边缘干扰光束时引起)，然后随后增加到第一亮度(当杯完全移开时引起)，这在第二个波谷332处显示。在示例性实施例中，第三亮度小于第一亮度，但在其他实施例中，第三亮度可以等于或大于第一亮度(例如，由于透镜效应)。在这样的实施例中，在步骤3)中检测到增加到第三亮度就足够了。
30.虽然不是必需的，但可以对系统进行编程，以针对亮度的不同阶段设置预定时间。例如，作为透明杯的波谷的短暂下落，下落时间必须小于0.2秒或其他数字。此外，系统可能
需要中等亮度维持的时间大于第一值但小于第二值。此外，该方法可以适用于不同深度的多个光束。例如，系统可以确定哪些光束(在不同深度处)有波谷以及多少个波谷，以确定杯放置在杯保持区域中的深度。
31.如本文所用，术语“波谷(trough)”是指亮度模式，其包括亮度下降随后亮度增加，下降和增加发生在短暂的(通常预定的)时间段内。透明杯边缘的波谷特性的变化率低于不透明杯边缘的波谷特性的变化率，不透明杯的边缘导致亮度更快下降。在某些实施例中，使用单组波谷形状特征(诸如下降率、亮度变化时间和/或亮度变化的幅度)来识别所有透明杯边界。在其他实施例中，不同组的波谷形状特征将用于不同类型的透明杯(例如，较厚的玻璃杯导致更深或更宽的波谷)，或透明杯的不同边缘(例如，使用用于侧边缘引起的波谷的一组特征和周围边缘引起的波谷的另一组特征)。
32.使用上述波谷检测方法，系统还可以确定透明杯是否足够高以达到期望的高度。例如，系统可以使用所需高度的光束来检测杯在该高度的进入，从而确保杯足够高，不会离分配器太远。如果所需高度的接收器没有看到波谷，则系统知道杯不够高。
33.上面讨论的波谷检测方法也可以用于确定透明杯已经被提升到杯保持区域内的期望高度。图4是在图2所示的饮料制备机的杯保持区域210内升高的透明杯220的简化侧视图。如前所述，对于高压饮料制备，希望杯仅位于分配器下方的最小距离处。因此，该制备机可以包括杯架230(如图2所示)以将杯220提升(或降低)到期望的高度。光束中断法可用于确定不透明杯已达到光源和接收器的高度，但这种方法不适用于允许光通过的透明杯。在一个实施例中，在首先确定杯不在期望高度之后执行提升过程和增加的高度的检测。需要注意的是，在其他实施例中，不是移动杯的高度，而是可以改变分配器的高度或位置，以确保杯顶部和分配器之间有适当的距离。
34.示例性的制备机200包括三个光源204a、204b、204c，每个光源传输光206。在第一图中，杯架230在一定高度处具有透明杯220，使得其周边边缘221在顶部光源204a下方。在第二图中，提升机构231已经提升了杯架230，从而提升了杯220。为了检测杯220已经升高到接近光源204a及其相应接收器208a的高度的期望高度，系统可以检测如图3的第一波谷331的波谷是否已经发生。第一波谷331将由透明杯的周边边缘221引起，对光束造成暂时增加的干扰。可以通过与以上参考是否杯已充分插入到杯保持区域中讨论的波谷检测方法类似的方法来识别波谷。因此，在一个实施例中，波谷可以至少部分地由小于不透明杯的亮度变化率的亮度变化率限定。该系统可以被配置为识别亮度变化的变化率以确定变化率是否对应于透明杯的预期变化率(或在变化率值的范围内)。该系统还可以基于降低的亮度和增加的亮度的变化率是否在预定时间段内发生来确定波谷。当杯220的周边边缘221已经达到顶部光源204的高度时，处理器可以指示提升机构231停止提升杯架230。
35.在用于检测透明杯已经充分插入到杯保持区域中的另一个实施例中，系统可以检测变化的亮度。例如，该系统可以执行以下步骤：1)检测由光源传输的光的第一亮度301(发生在周边边缘被提升到光束之前)；2)检测随后短暂下降到第二亮度302(由透明杯的脊部干扰光束引起)；3)检测后续增加到第三亮度303，其小于第一亮度301(当光穿过脊下方的杯区域时闪烁引起)。在其他实施例中，第三亮度可以等于或大于第一亮度，在这种情况下，步骤3)可以简单地检测是否增加到第三亮度。如上所述，该系统可以被编程为具有针对亮度的不同阶段的预定时间。例如，对于透明杯的波谷的短暂下降，下降时间必须小于0.2秒
或其他数字。此外，该方法可以适用于不同高度的多个光束。例如，系统可以确定哪些光束(在不同高度)有波谷，从而更准确地确定杯被提升了多高。
36.应注意，如果传感器高度低于分配的饮料的高度(例如，图4的传感器204b)，则波谷形状和亮度可能受饮料特性的影响。例如，黑咖啡会降低接收到的亮度。然而，饮料的不透明度或透明度不会影响用于确定杯高度的初始边缘检测。
37.尽管本发明不受此限制，但在图2和图4的示例性实施例中，存在三个不同高度的三个光源204a、204b、204c和三个对应的接收器208a、208b、208c。上光源204a和接收器208a一般用于检测杯是否处于所需高度，而下光源204b、中光源204c和接收器208b、208c一般用于检测杯是否已充分插入杯架区域。请注意，如果杯架230已经升起，则下光源204c可能会被遮挡，因此可以使用中光源204b来检测杯。在一个实施例中，杯架在预定高度(10mm)处开始升高，然后根据需要升高或下降。
38.虽然前述实施例讨论了识别波谷，但应注意，该系统可被配置为识别倒转的波谷。例如，如果系统使用光控制系统来保持接收器所见的亮度，这将是相关的。在一个示例控制系统中，当透明杯阻挡了一部分正在传输的光时，发射器将通过提供更高的亮度来补偿光阻挡，使得接收器仍然接收相同的亮度。此外，当杯被移除时，发射器可以相应地将其亮度降低到杯被插入之前提供的亮度，从而确保接收器接收一致的亮度。在这种情况下，如果系统正在跟踪发射器提供的变化的亮度(而不是接收器接收的亮度)，图3中的波形将与所示波形相反。也就是说，亮度将从第一亮度开始，短暂上升，然后下降。因此，亮度将以与波谷331相反的方式变化。因此，该系统不是在接收器处跟踪亮度，而是在发射器处跟踪亮度，只需寻找与波谷相反的模式即可。上面讨论的可以检测到的波谷的不同方面(例如，变化率、亮度和事件之间的时间)也可以应用于检测倒转的波谷。如本文所用，术语“波谷检测方法”是指检测波谷或倒转波谷。
39.图5是根据一个实施例的用于制备饮料的方法500的流程图。如上所述，光源可以将光传输穿过杯保持区域(操作502)，并且接收器可以接收光的一部分(操作504)。然后可以使用波谷检测方法来检测波谷(操作506)。如果没有检测到波谷，则处理器可以阻止饮料分配器分配饮料(操作508)。如果检测到波谷，则该方法可以接收分配饮料的请求(操作510)并分配所请求的饮料(操作512)。当没有检测到波谷时，该方法还可以向用户提供某种类型的通知，例如屏幕上的消息，以通知用户杯没有正确定位。
40.所公开的实施例提供了一种可靠的、低成本的解决方案，用于检测饮料制备机中透明杯的存在和正确定位。这些实施例将有助于确保饮料更安全和有效地分配到用户的杯中。
41.需要注意的是，虽然上面已经参考饮料分配器和透明杯讨论了本发明，但本发明不限于此。本发明可以用在需要检测透明物体位置的其他过程中。例如，在使用机器人的制造领域，可能需要在对物体执行加工之前确保物体的正确定位。如果对象具有透明部分，则可以使用上述的波谷检测方法。因此，本发明可以更广泛地描述为一种装置，该装置可以具有用于保持具有透明部分的物体的保持区域、用于穿过在保持区域的一部分传输光的光源、以及用于接收所传输的光的至少一部分的接收器。该装置的处理器可以通过上述的波谷检测方式(检测波谷或倒转的波谷)来判断物体是否已经充分插入到保持区域中或者是否处于期望的高度。此外，在确定对象没有被充分插入或未处于期望高度时，该设备可以阻
止执行过程，例如要对物体执行的处理。上面描述的用于检测波谷或倒转的波谷(和相关联的功能)的各种方法也可以用于该设备。
42.虽然本发明已经针对包括实施本发明的当前优选模式的特定示例进行了描述，但是本领域技术人员将理解，存在上述系统和技术的多种变化和排列。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构和功能修改。因此，本发明的精神和范围应该被宽泛地解释为如所附权利要求中所述。