用于机器人辅助假发编制的系统和方法

专利名称：用于机器人辅助假发编制的系统和方法
相关申请的交叉参考本申请要求享受2004年10月22日申请的美国临时申请No.60/621,586的优先权。
背景技术：
假发是戴着使人改变外貌的人造头套。男性和女性同样戴假发，并且用于许多不同的应用。从历史上来看，贵族、皇室和高衔官员传统上都戴假发来象征他们的社会地位。今天，戴假发往往是为了掩饰头发变稀或脱落。例如，癌症病人往往用假发来掩饰由于化疗而导致脱落的头发。假发在娱乐环境中也具有用来改变演员和表演者外貌的用途。总之，假发的使用和应用随着当时的时尚和造型的不同而改变。
假发编制通常从要附着上真实的或合成的毛发的根基或衬帽开始。此后，衬帽、假发帽和根基可互换地用来泛指假发的基底或承载结构。衬帽的特性，诸如大小、形状、成份之类，可以根据具体应用而改变。例如，假发帽可以是手制或机制的，由细眼网或单纤维材料组成。在一个实施例中，衬帽由半透明的单纤维材料组成，戴上后可以透出头皮的自然肤色。此外，衬帽上还可以添加其他材料，诸如Dermafix，在受到体温加热时该材料有助于使衬帽贴紧头皮。
简单地说，假发通过将毛发附着到衬帽上编制而成。毛发可以匹配最终用户的需要而有选择地附着到衬帽上，例如掩饰变稀或秃发的区域、带来所希望的娱乐效果等。毛发的特性，诸如质地、质量、颜色、长度之类，可以根据假发的具体应用或编制技术而改变。此外，毛发可以包含人发、合成纤维、或动物毛发。
可得到的假发通常有普通的、半定制的和定制的这三种类型的假发。普通假发(stock wig)通常是机器制做的，不必为具体个人或应用特意设计。这样，普通假发通常成本比较便宜，令人遗憾的是往往在假发的品貌和质量上有显著的牺牲。此外，由于普通假发在很少甚至没有来自最终用户的输入数据的情况下制造，因此这些假发在佩戴时往往会被人认出。在一个例子中，普通假发用锁线机编制，将毛发附着到作为长线绳的“纬纱(weft)”上。一旦毛发缝到纬纱上后，就将它围着衬帽缠绕，并附着到衬帽上。
半定制和定制的假发在佩戴时能提供更自然的外观。下面，可互换地用半定制和定制的假发来指按具体应用、用户群或用户个人编制的假发。对于定制的假发，用来编制假发的衬帽和头发的各种特性，诸如位置、颜色、质地、长度之类等，都可以遵照用户的需要定制，以与具体应用或个人匹配。
令人遗憾的是，假发编制是枯燥乏味、费时、费力的，因此也是昂贵的过程。特别是对于定制假发的编制来说更是这样。例如，在编制定制假发时，衬帽通常是定制的，适合某具体个人的头皮。这经常涉及测量个人的头皮和头部，并且使衬帽末端与个人的发线匹配。也考虑假发要提供的所希望的覆盖区域。例如，在部分秃发的情况下，衬帽可以编制成仅覆盖个人头皮上秃发的部分。在完全秃发的情况下，或者从美容角度的需求来看，衬帽可以设计成覆盖个人的整个头皮。
一旦以可接受的状态设定了衬帽的规格，就可以通过将毛发附着到衬帽上的所需位置来编制假发。用人工劳动密集的一根接一根的过程将毛发附着到衬帽上。假发制造商将这个过程称为排假发(ventilating a wing)。用针将每根毛发穿过衬帽，绕着它本身以打结方式反穿过衬帽。所用的这个过程类似于扎地毯所用的“舌针针钩(latch hook)”技术。典型的假发可能需要将这个过程反复30,000到40,000次。此外，要完成扎假发的人工过程通常花费40到60个小时。
因此，需要一种降低编制假发期间所用的重复人工操作步骤的系统和方法。本发明旨在克服或至少降低以上所提出的一个或多个问题的影响。

发明内容
这里所公开的本发明包括一种编制假发的方法，这种方法包括将连结到机器人的一个机器人臂上的至少一个执行件定位得邻近假发衬帽；以及操作执行件，将至少一根毛发固定地附着到假发衬帽上。
本发明的某些其他实施例包括一种编制假发的方法，这种方法包括用机器人的控制器确定和配准假发衬帽相对于连接到机器人的一个机器人臂上的至少一个执行件的三维位置；由控制器操作该执行件，从供发区检取至少一根毛发；以及将从供发区检取的该至少一根毛发固定地附着到假发衬帽上由机器人控制器指定的位置。
本发明又一个实施例是一种编制假发的方法，这种方法包括用机器人的控制器配准假发衬帽相对于连接到机器人的一个机器人臂上的至少一个执行件的三维位置；对标在模型上的至少一个可信标志(fiduciary marker)与假发衬帽上的一些位置进行协同定位；操作执行件，从供发区检取至少一根毛发；以及操作执行件，将从供发区检取的该至少一根毛发固定地附着到假发衬帽上的一个位置，该位置位于由其到该至少一个可信标志的协同定位的位置的距离远近来指定的位置。


图1示出本申请的假发编制方法的一个实施例的示意图。
具体实施例方式
当前，机器人已用于许多不同的行业来使各种过程自动化。许多不同的供应商，诸如ABB公司、KUKA机器人小组、CTA自动技术、Fanuc机器人技术之类，提供了各种各样的机器人和所伴随的控制技术。通常，机器人与制造过程合成一体，用来免除或消除对人的干预的需要。在这样的环境中，机器人一般提高了制造过程的速度并降低了成品的生产成本(例如，劳动力成本)。采用本发明，可以配置和使用机器人，以降低或消除通常与编制假发关联的重复人工工序。
机器人具有许多不同的配置。例如，机器人可以配有一个或多个机器人臂、机械附件和/或其他类型的外围设备。在大多数应用中，机器人使用至少一个机器人臂，机器人臂上配置有一个附着到机器人臂的顶端或顶端附近的执行件，以执行所希望的任务或功能。例如，印刷电路板制造厂使用具有带执行件的机器人臂的机器人以检取半导体芯片，并将其安置到印刷电路板上。在这种情况下，执行件通常是能够抓取和释放芯片的抽吸机构。
本发明并不局限于任何具体的机器人或配置。相反，可以将多种不同的机器人配置以适量的智能和对臂的控制能力，来减少或消除与编制假发关联的重复人工工序。一种这样的机器人配置例如可以参见美国专利No.6,585,746，该专利的内容在此全部列作参考予以引用。
根据本发明，如图1所示的机器人1配置成使它可以以受控方式与假发衬帽2交互作用，以便有选择地和准确地将毛发放置在所希望的位置。在一个示例性实施例中，将衬帽2放置在相对机器人1已知的三维空间中。本领域技术人员可以看到，可以用许多不同的视频或其他配准技术(registration technique)使机器人和/或一个或多个机器人臂相对衬帽定向。例如，可以将衬帽托持架3，诸如立柱或其他适当的构件，定位和配置在相对机器人1已知的三维空间中。通过将衬帽2放置在衬帽托持架3上，衬帽2就相对机器人1在空间内得到定向。
取决于具体的应用，可以将通用连接器4或类似的装置配置成可与机器人1协同操作的。通用连接器4简化了多个不同的衬帽托持架3在三维空间中相对机器人1的定位操作。例如，多个衬帽托持架3中的每一个可以附着到通用连接器4上，并且预先在三维空间中相对机器人1定位。在这个例子中，该多个衬帽托持架3大小、形状等可以各有不同，并且可以选择大小和形状与具体的衬帽2最为匹配的衬帽托持架3。如果预先得到定向，就可以选择一个特定的衬帽托持架3，将其接到通用连接器4上，而它的所存储的定向配置使用机器人的控制系统而被调用。一般说来，通用连接器4可以是任何协助将衬帽托持架3重复放置在相对机器人1基本上相同的位置上的器件、托架、软件或无线程序附件。
配合本发明也可以使用定制的衬帽托持架3。在一个示例性实施例中，定制的衬帽托持架3可以根据对最终用户的头部和/或头皮的扫描而制作。在扫描期间采集到的数据可以用来定制衬帽托持架3的尺寸、形状及其他特性。应该看到的是，可以用若干不同的扫描技术来采集该数据。一种这样的技术例如可参见美国专利No.6,585,746。在这个例子中，用一个视频系统在一个或多个摄影机的配合下映射所关心的位置。还可以使用测距仪来测量距离。在扫描期间采集到的数据可以包括最终用户的头部和头皮的形状和尺寸、头发变稀的位置、发线的具体情况、头发的颜色、密度、粗细，或者可以采用立体视觉在虚拟空间中重建头的形状和尺寸。然后可以对该数据加以处理，并用来制作定制的衬帽托持架3。此外，如下面要说明的那样，该数据还可以用来定制假发编制过程。
可以用任何数量的不同控制系统操作和控制机器人1。在一个示例性实施例中，机器人1用计算机化的控制系统进行操作，该计算机化的控制系统可与一个或多个聚焦在所关心区域的摄影机协同操作，该所关心区域例如包括接到机器人1的机器人臂7上的执行件5。如下面要说明的那样，执行件5可以包括可用来夹持一根或一缕毛发并且以机器人方式将该毛发附着到衬帽2上的钩6、针、或任何其他机械器件至少其中之一。此外，执行件5还可以包括一系列可自动互换并且可协同操作用于以机器人方式将毛发附着到衬帽2上的机械器件阵列。
利用多摄影机的立体、垂直或其他配置，控制系统能确定执行件5在三维空间中相对于假发衬帽2上所关心的具体点的位置。例如，在一个示例性实施例中，两个摄影机可以附着在机器人7的一个机器人臂的顶端附近，而且这两个摄影机的视场配置成与执行件5重叠。如果两个摄影机相对于执行件5的位置已知，控制系统就可配置成使用常规的定位技术，诸如三角测量，来计算执行件5在三维空间内的空间定位。
在另一个实施例中，测距仪8和摄影机9可以附着在机器人的机器人臂7的顶端附近，而且摄影机9的视场配置成与执行件5重叠。如上面所说明的那样，如果测距仪8和摄影机9相对于执行件5的位置已知，控制系统就可配置成用常规的定位技术计算执行件5在三维空间内的空间朝向。如在该技术领域所知的那样，测距仪8可将至所关心的具体区域的距离传送给控制系统。采用这种配置，控制系统可以与摄影机9和测距仪8协同操作，以确定执行件5在三维空间中相对于假发衬帽2上的所关心的具体的点的位置。
控制系统可以包括显示系统10，诸如显示屏或监视器11，以便与机器人操作员进行视觉上的交互作用。例如，在编制假发前，可以向机器人操作员显示和呈现衬帽2的实时图像12。为了摄取衬帽2的实时图像12，可以将任意数量的摄影机聚焦在衬帽2上。这些摄影机可以包括附加的摄影机和/或前面所说明的接到机器人的至少一个机器人臂7的顶端上的摄影机。可以使用多种不同的技术用所摄取的实时视频图像12来控制和定制假发编制过程。数据可以由操作员可视化或者由机器人1直接使用，以指导该工序。
在一个示例性实施例中，可以将所显示的实时视频图像12与前面用来对衬帽2和/或衬帽托持架3在三维空间中定向的数据在视觉上重叠在一起。例如，一旦适当定位，可以将衬帽托持架3的图像以电子方式存储在计算机化的控制系统内。可以调用衬帽托持架3的图像，将之与衬帽2的实时视频图像12重叠。例如，图像可以是线框结构或者是面绘制的。在一个实施例中，为了使这两个图像可分辨得更清楚一些，将衬帽托持架3的图像用电子方式格式化成叠加到衬帽2的实时视频图像12上的三维线框结构图像。
在另一个更为精细的替换实施例中，控制系统可以配置成接受实时视频图像12上所关心的一些标识点。该数据可以由机器人操作员交互性地输入或者由控制系统自动获取。在一个示例性实施例中，可以在围着衬帽2选择的位置上设置一些可信标记13。这些所关心的点可以与先前所存储的用来对衬帽2在三维空间中相对于机器人1定向的数据相匹配。使用实时映射算法和/或在该技术领域内所知的数据处理技术，可以将衬帽2的实时图像12分解成为机器人1所知的三维空间。
通过在视觉上与控制系统交互作用，机器人操作员可以定制生产具有所需特性的假发的假发编制过程。例如，一旦衬帽2被定位用于编制，例如定位在衬帽托持架3上，在显示系统10上就可以显示衬帽2的图像。如所说明的那样，可以调用先前所存储的定向图像并将之与实时图像12重叠，或者可以用允许直接与实时图像12交互作用的定向数据来映射实时图像12。作为附加输入，操作员可以调用先前存储的最终用户的头皮和/或头部的图像。如前面所说明的那样，扫描最终用户的头皮和/或头部可以产生这样的图像。操作员为了帮助便于定制假发编制过程可以调用该数据。
机器人操作员可以与显示系统10交互作用，以控制和定制假发编制过程。例如，机器人操作员可以用光笔或其他数据输入装置与控制系统交互作用，并且选择需制造的假发的多种不同的可变特性。例如，操作员可以选择所希望的毛发位置即覆盖区域、头发颜色、密度、质地、方向、粗细等。操作员可以选择混合某些颜色，渐变某些区域的毛发密度、颜色、毛发方向，等等。作为一个实际问题，应该看到，控制系统及其软件可以配置成事实上可以改变和以机器人的方式执行在传统的假发编制期间考虑的任何可变因素。
在另一个实施例中，机器人操作员可以通过与衬帽2物理上交互作用来控制和定制假发编制过程。也就是说，机器人操作员可以通过物理上与衬帽2交互作用将数据输入机器人控制系统。例如，使用已在三维空间相对于机器人1定向的数据输入装置14，诸如条形码读入器、光笔、标记器之类，机器人操作员可以与衬帽2交互作用，以标记所关心的区域或执行其他数据输入功能。数据输入装置可以是无线或有线的，这取决于具体应用。这种途径使机器人操作员可以更为直接地参与假发的定制，而且对于操作员来说是更为熟悉和舒服的过程。
在又一个示例性实施例中，操作员可以与诸如头部模型那样的模型进行交互作用，该模型可与控制系统协作，以定制和控制假发编制过程。该模型可以按与衬帽托持架3类似的方式在三维空间中相对于机器人1被配置和定向。此外，可以将模型安排成使得模型上的标识点对应于衬帽托持架3或假发衬帽2上的标识点。使用诸如光笔、指点器之类的数据输入装置14，操作员可以与模型交互作用，以定制假发编制过程。模型可以是通用的头部模型，其能重复用于多个假发编制过程。作为替换，也可以制作与特定的最终用户或应用匹配的定制模型。
一旦为特定的假发配置了控制系统，就可以激活机器人1，开始用机器人编制假发。在这个过程期间，机器人从供发区15检取毛发16，并且将毛发16附着到即植入衬帽2上的标识位置。
供发区15可以用任何数量的不同的方式进行排列和配置。在一个示例性实施例中，供发区15例如配置成按颜色和长度组织的一个n×n的阵列。在这个示例性例子中，阵列的行按颜色组织，而列按长度组织。然而，应该看到，在组织方案中可以包括其他的头发特性，诸如人发、合成发、动物毛、粗细之类。对供发区15可以进行任何数量的各种修改，以适应其他准则。此外，应该看到，常规的假发编制中所用的任何类型的毛发在本发明中同样可以使用。
毛发16在阵列中的位置和排列一般预先就以程序编入机器人的控制系统中。该信息将取决于供发区15的配置而改变。例如，在一个示例性实施例中，将控制系统编程成预见毛发16沿与其检取的方向平行的方向存放。使用该信息，机器人1可以自动检取完成机器人操作员所输入的假发配置所需的毛发16。
如上面所说明的那样，例如，机器人1可以配备有接到至少一个机器人臂7的顶端上的两个摄影机。摄影机的视场被提供给控制系统，控制系统使用该信息识别存放在供发区15内的各种单根毛发。一旦识别出所关心的单根毛发16，控制系统就命令接到机器人臂7上的执行件5检取该毛发16。
执行件5取得毛发16后，机器人臂7将执行件5移动到一个邻近衬帽2的位置。使用任何数量的各种技术，控制系统进行操作以自动地以机器人方式移动该执行件5，将该毛发16附着到衬帽2上。如上面所说明的那样，执行件5可以包括钩6、针、或任何将毛发16附着到衬帽2上的其他机械器件或工具至少其中之一。在一个示例性实施例中，控制系统通过以模仿在常规的假发编制中所用的人工“舌针针钩”技术的方式来移动执行件5以附着毛发16，然而当把毛发16附着到衬帽2上时也可以使用任何附着技术。此外，执行件5可以配备有工具库或工具阵列，其能在将毛发16附着到衬帽2上时自动予以调度。
可以反复完成这个毛发检取和附着的机器人过程，直至假发编制过程达到可接受的状态。机器人操作员可以用例如前面提到的摄影机和显示系统10监视编制过程。如果需要，操作员可以定期暂停该过程，并且检查衬帽2和假发，以保证过程正按需要完成。如果有必要，可以用控制系统进行修改。例如，在假发编制过程期间的任何一点，操作员可以暂停机器人1，而与控制系统进行交互作用，以修改毛发颜色、质地、布置、质量和/或任何其他变量。作为替换，控制系统可以在机器人1进行操作的同时进行临时修改。
以上所揭示的这些具体实施例只是示例性的，对于已获得本发明的教导的本领域的技术人员来说，很明显本发明可以用一些不同而等效的方式予以修改和实施。此外，除了如在以下权利要求书中所述的之外，在这里所示出的构造或设计的具体情况都不是限制性的。显然，以上所揭示的这些具体实施例都可以加以变更或修改，而所有这样的变形都应认为属于本发明的精神实质和专利保护范围之内。
权利要求
1.一种编制假发的方法，包括(a)将连接到机器人的机器人臂上的至少一个执行件定位得邻近假发衬帽；以及(b)操作该执行件，以将至少一根毛发固定地附着到假发衬帽上。
2.权利要求1的方法，其中所述至少一根毛发通过舌针针钩技术附着到假发衬帽上。
3.权利要求1的方法，其中所述假发衬帽相对于执行件的三维位置由机器人的控制器配准。
4.权利要求3的方法，其中所述配准通过至少两个摄影机经由三角测量技术而获得。
5.权利要求1的方法，其中所述执行件还包括一个以上的机械器件。
6.一种编制假发的方法，包括(a)确定假发衬帽相对于连接到机器人的机器人臂上的至少一个执行件的三维位置；(b)操作执行件，从供发区检取至少一根毛发；以及(c)操作执行件，将从供发区检取的该至少一根毛发固定地附着到假发衬帽上由机器人控制器指定的位置。
7.权利要求6的方法，其中所述至少一根毛发通过舌针针钩技术附着到假发衬帽上。
8.权利要求6的方法，其中所述假发衬帽的三维位置通过视频配准技术确定。
9.权利要求8的方法，其中所述假发衬帽在视频配准后的位置作为图像在监视器上显示。
10.权利要求9的方法，其中所述图像被第二图像覆盖。
11.权利要求6的方法，其中通过使用至少一个将假发衬帽托持架定位在预定位置的通用连接器而确定所述假发衬帽的三维位置。
12.权利要求6的方法，其中所述执行件还包括一个以上的机械器件。
13.权利要求12的方法，其中所述一个以上的机械器件可自动互换并且可协同操作，用于以机器人方式将至少一根毛发附着到假发衬帽上。
14.一种编制假发的方法，包括(a)用机器人的控制器配准假发衬帽相对于连接到机器人的机器人臂上的至少一个执行件的三维位置；(b)对标在模型上的至少一个可信标志与假发衬帽上的一些位置进行协同定位；(c)操作执行件，以便从供发区检取至少一根毛发；以及(d)操作执行件，以便将从供发区检取的该至少一根毛发固定地附着到假发衬帽上的一个区位，该区位位于由其到该至少一个可信标志的协同定位的位置的距离远近来指定的位置。
15.权利要求14的方法，其中所述至少一根毛发通过舌针针钩技术附着到假发衬帽上。
16.权利要求14的方法，其中所述模型是用于要为其编制假发的个体。
17.权利要求14的方法，其中所述执行件还包括一个以上的机械器件。
18.权利要求17的方法，其中所述一个以上的机械器件可自动互换且可协同操作，用于以机器人方式将毛头附着系到假发衬帽上。
19.权利要求14的方法，其中所述假发衬帽的三维位置通过视频配准技术来确定。
20.权利要求19的方法，其中所述假发衬帽在视频配准后的位置作为实时图像在监视器上显示。
21.权利要求20的方法，其中所述图像被表示假发的最终用户的第二图像覆盖。
22.权利要求21的方法，其中所述覆盖的第二图像用来规划或指导假发的编制。
全文摘要
这里所公开的本发明包括编制假发的方法，这种方法包括将连接到机器人(1)的一个机器人臂(7)上的至少一个执行件(5)定位得邻近假发衬帽(2)；然后操作该执行件，以便将至少一根毛发(16)固定地附着到假发衬帽(2)上。
文档编号G06F17/00GK101065745SQ200580040513
公开日2007年10月31日 申请日期2005年10月24日 优先权日2004年10月22日
发明者菲利普·L·吉尔登伯格 申请人:菲利普·L·吉尔登伯格