用于远程定位末端执行器的系统和方法
【专利说明】用于远程定位末端执行器的系统和方法
[0001] 本申请要求2012年10月23日递交的美国临时申请序列No. 61/717, 380的优先 权，并且出于所有的目的，所述美国临时申请序列No. 61/717, 380通过引用被并入本文。 发明领域
[0002] 本发明一般地涉及根据权利要求1和4的用于远程定位末端执行器（end effector)的系统和方法以及根据权利要求11的用于远程定位末端执行器的方法。 技术背景
[0003] 计算机数控（CNC)机床因具有高精度和准确度而在本领域闻名。CNC机床可以在 具有相对低的制造公差的各种零件或部件的制造和/或精加工（finish)期间控制例如钻 具（drill)、压床（press)、车床（lathe)或其他机械。每个CNC机床典型地需要某种形式 的初始设置以在操作之前定位末端执行器。这种末端执行器的初始定位传统上使用定制的 控制面板来执行，所述定制的控制面板具有开关和/或转盘（rotary dial)的组合以精密 地控制末端执行器的人工定位。例如，操作者可以选择第一轴来移动末端执行器并且按压 开关和/或旋转电位计来以所选择的速度沿所选择的第一轴移动末端执行器。操作者随后 可以针对两个或更多个轴重复该过程，直到操作者已经满意地将末端执行器定位在所期望 的位置。尽管最终在定位末端执行器上是有效的，但这种反复的选择特定的轴并且沿所选 择的轴移动末端执行器的过程可能是耗时的和劳动密集型的。
[0004] 微机电系统的发展已经使得加速度计和其他传感器能够被并入到越来越容易获 得的产品（例如智能手机、平板计算机和虚拟游戏控制装置）中。结果，使用这些容易获得 的产品中的一个或更多个来远程定位末端执行器的系统和方法将会有益于降低与定位末 端执行器相关联的时间和劳动。
【发明内容】
[0005] 为了克服前述问题，特别是克服降低与定位末端执行器相关联的时间和劳动的问 题，根据权利要求1和4的用于远程定位末端执行器的系统以及根据权利要求11的用于远 程定位末端执行器的方法被描述。本发明的进一步实施方案是从属权利要求的主题。本发 明的方面和优点在下面的说明书中被阐述，或者可以关于说明书是明晰的，或者可以通过 本发明的实践而得知。
[0006] 本发明的一个实施方案是用于远程定位末端执行器的系统。所述系统包括输入设 备和在输入设备中的第一传感器。第一传感器与第一轴对准，并且被配置来产生反映第一 传感器关于第一轴的第一角位移的第一信号。处理器与第一传感器通信，以使处理器接收 第一信号。处理器被配置来执行储存在存储器中的第一组逻辑，所述第一组逻辑导致处理 器对第一信号进行滤波、平滑第一信号并且产生到末端执行器的第一控制信号，所述第一 控制信号与第一传感器关于第一轴的第一角位移成比例。
[0007] 本发明的另一个实施方案是用于远程定位末端执行器的系统，所述系统包括输入 设备和在输入设备中的加速度计。加速度计被配置来产生反映加速度计从第一轴的第一角 位移的第一信号。处理器与加速度计通信，以使处理器接收第一信号。处理器被配置来执行 储存在存储器中的第一组逻辑，所述第一组逻辑导致处理器平滑第一信号并且产生到末端 执行器的第一控制信号，所述第一控制信号与加速度计关于第一轴的第一角位移成比例。
[0008] 在又另一个实施方案中，用于远程定位末端执行器的方法包括移动输入设备，感 测第一传感器关于第一轴的第一角位移，以及产生反映第一传感器关于第一轴的第一角位 移的第一信号。所述方法还包括平滑第一信号以及产生到末端执行器的第一控制信号，所 述第一控制信号与第一传感器关于第一轴的第一角位移成比例。
[0009] -旦仔细审视本说明书，本领域的普通技术人员将会更好地理解这样的实施方案 以及其他实施方案的特征和方面。
【附图说明】
[0010] 本发明的全部且能够实施的公开内容，包括其对于本领域的技术人员而言的最佳 模式，在本说明书的余下部分（包括参照附图）被更具体地阐述，其中：
[0011] 图1是根据本发明的一个实施方案用于远程定位末端执行器的系统的示例性方 框图；
[0012] 图2是与第一、第二和第三轴对准的示例性输入设备；
[0013] 图3是反映传感器关于三个轴的角位移的原始信号的示例性图；
[0014] 图4是被归一化的图3所示的原始信号的示例性图；
[0015] 图5是图4所示的被归一化的第三信号与被滤波并且平滑的相同信号的叠加 (overlay)的示例性图；
[0016] 图6是人机界面的示例性显示装置；
[0017] 图7是由第三信号产生的控制信号的示例性图；
[0018] 图8是可以被并入到图1所示的系统中的加速度轮廓的示例性图；以及
[0019] 图9是根据本发明的一个实施方案针对用于远程定位末端执行器的方法的算法 的方框图。
【具体实施方式】
[0020] 现在将详细参照本发明目前的实施方案，其中一个或更多个实施例在附图中被图 示说明。详细的说明书使用数字和字母标识来涉及附图中的特征。附图和说明书中相似或 类似的标识已经被用来涉及本发明的相似或类似的部分。如本文所使用的，术语"第一"、 "第二"和"第三"可以被可互换地使用以区别各个部件，并且不意图来表示各个部件的位置 或重要性。此外，术语"上游"和"下游"指的是部件在流体通道中的相对位置。例如，如果 流体从部件A流到部件B，则部件A在部件B的上游。反之，如果部件B接收流自部件A的 流体，则部件B在部件A的下游。
[0021] 每个实施例以解释说明本发明而非限制本发明的方式被提供。事实上，在本发明 中作出更改和变化而不脱离本发明的范围或精神对于本领域的技术人员而言将是显然的。 例如，作为一个实施方案的一部分所图示说明或描述的特征可以被用在另一个实施方案 上，以产生更进一步的实施方案。因此，意图的是，本发明涵盖在待审的权利要求以及它们 的等同内容的范围内的这样的更改和变化。
[0022] 本发明的各种实施方案包括用于远程定位末端执行器的系统和方法。所述系统一 般地包括智能手机、平板计算机、虚拟游戏控制装置，或者具有与正交的轴对准的一个或更 多个传感器的其他便携输入设备。每个传感器可以产生反映该传感器关于相关联的轴的角 位移的信号，并且与传感器通信的处理器可以接收该信号。处理器可以被配置来执行储存 在存储器中的逻辑，以对信号进行滤波和/或平滑并且产生到末端执行器的控制信号，所 述控制信号与每个传感器关于相关联的轴的角位移成比例。在特定的实施方案中，所述系 统可以进一步包括互锁装置，所述互锁装置防止末端执行器的远程定位，除非互锁装置的 条件被满足。可替换地或此外，所述系统可以包括附加的逻辑，所述附加的逻辑针对不同的 末端执行器更改处理器和/或响应于传感器关于相关联的轴的角位移的加速度来调整控 制信号（一个或多个）的变化率。尽管本发明的示例性实施方案将在CNC机床的背景下来 描述，但本领域的普通技术人员将容易理解的是，本发明的实施方案可以被应用到任何末 端执行器，并且本发明不限于CNC机床，除非被具体记载在权利要求中。
[0023] 图1提供根据本发明的一个实施方案用于远程定位末端执行器12的系统10的 示例性方框图。末端执行器12可以包括任何远程受控的工具，所述工具被用来切割、研磨 (grind)、机加工（machine)、精加工或者以其他方式制造部件。例如，末端执行器12可以是 刀具、钻具、刨槽头、激光器、研磨轮、具有常规的XYZ笛卡尔坐标配置的平板（flat bed)机 床，或者本领域的普通技术人员已知的、可以在一个或更多个方向上被远程定位的任何其 他制造设备。末端执行器12可以被可操作地连接到一个或更多个枢轴（pivot)或接头，以 允许末端执行器12沿一条线、在一平面上或者在一体积中的远程定位。在图1所示的特定 的实施方案中，例如，第一、第二和第三接头14、16、18被布置为彼此正交并且将末端执行 器12连接到底座（stand) 20。连接到接头14、16、18的伺服马达或其他致动器（未示出） 使得末端执行器12能够在三个维度上移动。
[0024] 如图1所示，系统10 -般地包括输入设备30