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, 361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, 361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13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，特别是降低与定位末端执行器相关联的时间和劳动，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13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至少一个传感器，其中至少一个传感器被配置来产生反映施加到输入 设备的力的至少一个信号。处理器与至少一个传感器通信，以使处理器接收至少一个信号。 处理器被配置来执行储存在存储器中的第三组逻辑，所述第三组逻辑导致处理器将至少一 个信号与预先确定的限制（limit)相比较，并且如果至少一个信号超出预先确定的限制， 产生到末端执行器的控制信号。
[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多个传感器，其中多个传感器中的每个传感器与一轴对准并且被配 置来产生反映沿所述轴施加到输入设备的力的信号。处理器与多个传感器通信，以使处理 器接收来自多个传感器的信号。处理器被配置来执行储存在存储器中的第三组逻辑，所述 第三组逻辑导致处理器将来自多个传感器的信号与预先确定的限制相比较，并且如果来自 多个传感器的信号超出预先确定的限制，产生到末端执行器的控制信号。
[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 测施加到输入设备的力，以及将施加到输入设备的力与预先确定的限制相比较。如果施加 到输入设备的力超出预先确定的限制，所述方法产生到末端执行器的控制信号。
[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是反映沿三个轴施加到传感器的力的原始信号的示例性图；
[0014] 图4是图3所示的原始信号被组合为单个信号的示例性图；
[0015] 图5是图4所示的组合信号与被滤波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是以检测到的"轻击（flick) "标注的图5所示的被组合、滤波且平滑的信号 的示例性图；以及
[0018] 图8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】
[0019] 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"指的是部件在通道中的相对位置。例如，如果信号 从部件A传到部件B，则部件A在部件B的上游。反之，如果部件B接收来自部件A的信号， 则部件B在部件A的下游。
[0020] 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。
[0021] 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施加到输入设备的力的信号， 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，以将信号与预先确定的限制相比较并且如果信号超出预先确定的限制，产生到末端 执行器的控制信号。在特定的实施方案中，处理器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对信号进行过滤、平滑信号和/或更改处理器。可替换地或此外，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。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。
[0022] 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，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。
[0023] 如图1所示，系统10 -般地包括输入设备30以及可操作地连接到末端执行器12 的计算设备32。输入设备30可以是例如智能手机、平板计算机、虚拟游戏控制器，或者其 他商业上可获得的具有一个或更多个传感器的便携设备，所述传感器可以检测和/或量化 输入设备30沿一个或更多个轴的移动。尽管本发明的各种实施方案将在本文被描述为具 有多个分开的传感器，所述多个分开的传感器出于完整性而与正交的轴对准，在特定的实 施方案中，输入设备30可以具有与一个或更多个轴对准的单个传感器，并且本发明不要求 每个轴有单独的传感器，除非被具体记载在权利要求中。此外，尽管输入设备30和计算设 备32在图1中以分开的方框被图示说明，本领域的普通技术人员将容易理解的是，一个可 以被并入到另一个中。例如，输入设备30可以是智能手机，而计算设备32可以是智能手机 中加载并操作的应用。
[0024] 在图1所示的特定的实施方案中，例如，输入设备30可以是包括加速度计传感器 34和定向传感器36的智能手机。加速度计传感器34又可以包括第一加速度计38和第二 加速度计40,并且定向传感器36可以包括罗盘（compass)或第三加速度计42。每个传感 器34、36和/或每个加速度计38、40、42可以与不同的正交的轴对准。例如，如图2所最清 楚地示出的，每个传感器34、36和/或每个加速度计38、40、42(在图2中被全体描绘为输 入设备30里的一球体）可以分别与第一、第二和第三轴44、46、48对准。以这种方式，每个 传感器34、36和/或每个加速度计38、40、42可以检测输入设备30沿每个各自的轴44、46、 48移动的方向和量。
[0025] 回到图1所示的特定的实施方案，第一加速度计38可以与第一轴44对准，并且被 配置来产生反映沿第一轴44施加到第一加速度计38的第一力的的第一信号50。类似地， 第二加速度计40可以与正交于第一轴44的第二轴46对准，并且被配置来产生反映沿第二 轴46施加到第二加速度计40的第二力的第二信号52。最后，第三加速度计42可以与正交 于第一轴44和第二轴46的第三轴48对准，并且被配置来产生反映沿第三轴48施加到第 三加速度计42的第三力的第三信号54。以这种方式，第一、第二和第三加速度计38、40、42 可以在三个平面上感测输入设备30的运动，并且产生反映输入设备30已经沿每个轴44、 46、48移动的方向和量值的分开的信号50、52、54。这些信号50、52、54中所包含的信息随 后可以由计算设备32处理，以将信息变换到三维坐标系统中来重新定位末端执行器12。具 体地，对于每个传感器34、36或每个加速度计38、40、42，力的符号或方向可以对应于在单 个平面上沿每个各自的轴44、46、48的移动的方向，并且力的量值可以对应于在单个平面 上沿每个各自的轴44、46、48的移动的距离。全体地，三个信号50、52、54因而可以指示末 端