CN105026887A - 用于在工作空间将工具定位的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统包括：多个固定定位的视频成像设备，所述多个固定定位的视频成像设备位于工地上的已知位置处。每一个所述成像设备具有已知的视野。存储器存储每一个工具的数字图像和尺寸，以及用于操作工具的工地上的所需位置。处理器响应于该视频设备，用于确定正在被观看的设备，并且确定工具和工具的操作元件的位置和方向。无线电发射器通过工具操作员将其发送给接收器。

Description

用于在工作空间将工具定位的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及并且要求标题为“SYSTEM AND METHOD FOR POSITIONINGA TOOL IN A WORK SPACE”、于2013年3月13日递交的第13/800,350号美国申请的优先权，其通过整体引用并入本文。

关于联邦资助研究或发展的陈述

不适用

背景技术

本文涉及一种便于在工作空间中或在工地(例如，如建筑工地)上将工具定位的系统。当建筑物的内部完工以后，连接器、锚等被附接到地板、天花板、或建筑物内的其它结构中，并且利用电锯或电钻进行切割和钻孔。所有这些必须在所需位置处使用特殊的电动工具来完成，需要在建筑物内的多个精确限定的位置处操作该工具。例如，使用射钉枪、电锯、粉喷锚工具(powder anchor tool)等等在建筑物内的所需位置处几乎无误差地固定、切割、安装紧固件以及执行其它操作。在任何建筑物中，通常必须通过电动工具适当地设置并且安装大量的电动部件、管道部件和HVAC部件。此外，精饰建筑物内部还需要在精确限定的位置处操作若干不通电的不同工具，例如，如钢筋条扫描器(reinforcementbar scanner)。将电动工具和非电动工具定位都必须快速地完成并且在它们被引入其中时相对于周围墙壁、天花板和地板具有某种精度。通常，需要将大量的劳力布局在该建筑工地上的各种施工点。需要多组工人测量并标记预定位置。可以理解的是，该过程已经遭受了种种误差，该误差源于测量错误和积累的误差。另外，该布局过程的成本和执行该布局过程所需的时间均已是显著的。

各种位置确定系统(包括包含一个或多个机器人全站仪的系统)已经被用于建筑布局。在该系统中定位于固定的已知位置处的全站仪将激光束指向回射目标。随着目标移动，全站仪中的机器人使得光束跟踪该目标。通过测量光束从全站仪到回射目标并且之后返回到全站仪行进的时间，则确定了到目标的距离。还测量光束到目标的定向方向。由于已知全站仪的空间坐标，故可以容易地确定回射目标的空间坐标。基于测量到的回射目标的位置和一些建筑物特征(例如，钻孔或紧固件)的所需位置，操作员可以将反射器移到所需位置，并且标记该位置。

尽管定位确定系统(例如，测距无线电系统和机器人全站仪系统)可以便于并且加速该布局过程，但是该布局过程仍然是漫长、枯燥且昂贵的。

发明内容

一种用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，包括多个固定定位的视频成像设备，所述多个固定定位的视频成像设备位于工地上的已知位置处。每一个成像设备具有已知的视野。该工具具有操作元件。处理器响应于多个固定定位的视频成像设备，用于确定正在被观看的工具，以及所述工具的位置和方向以及所述工具的操作元件的位置和方向。无线电发射器响应于处理器，用于通过工具操作员将该工具和操作元件的位置和方向以及该工具和操作元件的所需位置和所需方向发送给接收器。无线电接收器和响应于无线电接收器的显示器由工具操作员携带，从而协助操作员将该操作元件和该工具移动到所需位置。存储器可以具有多个工具的每一者的数字图像和尺寸的数据库，以及在工地上用于操作该工具的所需位置的数据库。还可以使用可移动的视频成像设备。

一种协助操作员使用操作元件的方法，包括以下步骤：在工地提供工具；提供多个视频成像设备，所述多个视频成像设备在工作空间中的已知位置处具有已知的视野，所述视频成像设备的至少两个视频成像设备在工地上提供工具的图像；以及提供数据库，所述数据库具体说明工具的图像和尺寸，所述工具包括操作元件。之后，基于来自至少两个视频成像设备的工具的图像来确定工具的位置和方向。

协助操作员在工地上的所需位置处使用工具的操作元件的方法还可以包括以下步骤：识别在工地上待使用工具的所需位置，并且将工具的位置和方向以及工地上的所需位置显示给工具的操作员。

附图说明

图1为示出了在建中的建筑物的视图；

图2示出了电动工具；

图3示出了固定定位的视频成像设备用于确定临近电动工具的操作元件的点的空间坐标的方式；

图4为在系统中使用的电路的原理图；

图5和图6用于阐述视频成像设备可以用于确定空间中的点的位置的方式；以及

图7为显示了固定的和可移动的视频成像设备的建筑平面的图解平面图。

具体实施方式

图1示出了在建中的建筑物11、需要用于协助工具操作员适当地定位工具的系统的典型环境、以及该系统可以提供生产力大幅度提高的环境。利用电动工具来安装紧固件、钉子和类似设备，并且在各种结构组件(例如，建筑物的地板、墙壁和天花板)中切割孔和较大开口。非电动工具还可以用于执行多种功能。过去，对于工人而言在切割、紧固、和执行步骤之前，必需经历耗时的布局过程、测量并且标记待操作各种工具(例如，电动工具)的点。下文中所描述的实施方式消除了该测量和标记过程，从而可以简单地将工具直接移到其待使用的位置，并且可以给操作员发送信号：该工具适当地被定位并且被定向，以待操作和使用。

参照图1至图4，图1至图4共同地示出了一种系统，该系统用于协助操作员在工地上的所需位置处使用工具，而无需测量工地以及在地板、天花板和墙壁上标记合适的布局信息。应当可以理解的是，该工具可以包括刻线尺，该刻线尺可以允许工人使用标记元件在表面上做标记，从而可以适当地定位之后的操作。当用于所需操作的所需工具不能立即得到以使用时，该刻线尺可以是特别有用的。该系统包括工具10，工具10在图2中示出为电动紧固工具。如下文所讨论的，该系统可以包括并且操作多个不同的电动工具，且在它们之间可以进行识别和区分。将可以理解的是，该系统也可以使用非电动工具。工具10具有操作元件、桶体13，当操作员按压扳机15时可以从桶体13发出该紧固件。提供的紧固件设置在罐体17中。该系统包括定位的无线电接收器19，定位的无线电接收器19安置在工具10上，用于接收具体说明工具的位置和方向的信息，从而该信息可以显示在显示器21上，以供操作员浏览。基于显示的信息，在致动工具之前，操作员可以适当地定位桶体13并且使工具10适当地定向。这将导致紧固件固定在工地上的所需位置处的表面上，而无需在工地上预先布局及做标记。

用于协助操作员定位工具的操作元件的系统包括多个固定定位的视频成像设备，该多个固定定位的视频成像设备示出为数字视频成像设备18、数字视频成像设备20、数字视频成像设备22和数字视频成像设备24。每一个成像设备已经被调平、位于工地11的已知位置处、并且面向已知的方向。因此，每一个成像设备具有已知的视野。如图1所示，存在若干个数字视频成像设备，数字视频成像设备定位在每一层上，其中成像设备布置成给予系统在建中的基本上整层的视图。数字视频成像设备18定位在建筑物11的第三层上、数字视频成像设备20定位在建筑物11的第一层上、数字视频成像设备22定位在建筑物11的第二层上、以及数字视频成像设备24定位在建筑物11的第四层上。图3示出了位于建筑物11的第四层上的工具10，工具被四个单独的视频成像设备24观看到。设备24手动或自动地定向。设备24面向已知方向，并且因此它们的视野是已知的。在图3中，每一个视频成像设备24都使工具10和工具10的操作元件13处在其视野中。然而，将可以理解的是，并非所有的设备都能够看到工具，这是因为它被移动到建筑物楼层的各个部分。在每一个设备24生成的图像中，操作元件13的中心限定了从该设备到操作元件的向量。由于精确地已知设备24的位置，故来自设备的向量共同地提供工具的操作元件的位置(X_p，Y_p，Z_p)。尽管两个该向量为需要用来具体说明该位置的所有向量，但是由额外的设备提供的额外向量提高了该系统的精度。同样，具有更多个视频设备使得以下更为可能：由于操作员围绕工地移动该工具，故至少两个设备将总是可以观看到操作元件13。通过对工具10的另一端处的点26(X₂，Y₂，Z₂)定位来确定工具10的方向。如果操作元件13由于在工地处使用工具的特殊位置而不为设备24可见，则通过对工具上的另一点定位来确定操作元件13的位置，该另一点例如为沿着工具10的长度的一半处的点28。

如图3所示，点28的坐标为X₁、Y₁和Z₁，点26的坐标为X₂、Y₂和Z₂，以及点23的坐标为X_p、Y_p和Z_p。点26和点28与点23共线。回顾图3将明显看出的是，

(X₂-X₁)/L₂＝(X₁-X_P)/L₁以及

X_P＝X₁+(L₁/L₂)(X₁-X₂)。

类似地，

Y_P＝Y₁+(L₁/L₂)(Y₁-Y₂)，以及

Z_P＝Z₁+(L₁/L₂)(Z₁-Z₂)。

如果L₁＝L₂，则这些关系甚至还可以简化为：

X_P＝2X₁-X₂，

Y_P＝2Y₁-Y₂，以及

Z_P＝2Z₁-Z₂。

因此，如果确定了点26和点28的三维坐标，则点23的三维坐标也是已知的。

通过使用由视频设备24提供的向量信息来确定点23、点26和点28的坐标。该系统还包括处理器40(图4)，处理器40响应于提供向量信息的数字视频成像设备24。处理器40通过有线连接或无线连接而连接到视频成像设备18、视频成像设备20、视频成像设备22和视频成像设备24，基于从视频设备24的向量，该处理器40利用三角分析确定点23、点26和点28的每一者相对于设备24的位置。

通过在42处手动输入或通过任何其它合适的方式，处理器40可以接收每一个视频设备24的坐标。可替选地，基于从设备24到目标50的向量，该系统可以初始地确定这些坐标。目标50定位在工地上的已知位置处，并且允许每一个视频设备24以最少的努力部署。

在任何情况下，点23的位置通过设备24直接观测而确定或与点26和点28关联而确定，并且与存储器52中存储的数据进行比对。存储器52具有具体说明建筑物11的建筑信息模型(building information model，BIM)的存储数据。存储器52还具有具体说明用于在工地上操作工具的一个或多个所需位置的数据。存储器52也具有存储的具体说明工具10以及可以在工地上使用的其它工具的外观和尺寸的数据。处理器40响应于由多个视频成像设备24提供的工具10的图像来确定工具10的位置和方向，并且将该位置和方向与所需的操作点和工具方向进行比对。此外，处理器可以自动地确定可能在工地上使用的各个工具中的哪一个工具之后将在视频设备24的视野中。该信息显示在显示器46上，以及被提供给无线电发射器60，以传输给工具操作员。该信息被接收器19接收并且之后显示在显示器21上，从而操作员可以将工具移动到工地上的所需位置，以进行操作。

图4中所示的视频设备24直接地连接到处理器40，但是可以可替选地通过无线电线路(link)或其它无线线路连接到处理器40。如上所陈述的，存储器52可以具有多个工具的每一者的数字图像和尺寸的数据库，和具体说明在工地上用于操作这些工具的每一者的所需位置的数据库。处理器能够确定该工具的哪一个工具之后将在视频设备的视野中，并且同时保持跟踪一个以上的工具。

使用中，在工地上对视频设备24定位，手动或自动将其调平，并且通过参照精确定位的目标来手动或自动地记录它们的三维坐标。之后操作员移动工具10，从而工具的操作元件处在所需位置，如在显示器21上的所指示的。之后操作该工具，并且将该工具移到下一个操作点。当适当地定位并且操作该工具时，可以致动与扳机15关联的开关，使得系统跟踪操作工具的所需位置。

现在参照图5和图6，图5和图6示出了可以使用视频成像设备来确定空间中的点的位置的方式，例如，如操作元件或工具上的其它点。概括并且具体参照图5，将可以看到的是，共线方程呈现了以下情况，在该情况中，任何照片的曝光点、对象点和其照片图像都位于直线上。

$x_a=x_o-f\[\frac{m_{11}(X_A-X_L)+m_{12}(Y_A-Y_L)+m_{13}(Z_A-Z_L)}{m_{31}(X_A-X_L)+m_{32}(Y_A-Y_L)+m_{33}(Z_A-Z_L)}\]$

$y_a=y_o-f\[\frac{m_{21}(X_A-X_L)+m_{22}(Y_A-Y_L)+m_{23}(Z_A-Z_L)}{m_{31}(X_A-X_L)+m_{32}(Y_A-Y_L)+m_{33}(Z_A-Z_L)}\]$

其中，f为照相机焦距，x_o、y_o为主点的图像空间坐标，X_L、Y_L、Z_L为曝光点(L)的对象空间坐标，X_A、Y_A、Z_A为任意点A的对象空间坐标，并且x_a、y_a为点A的图像空间坐标。各个"m’s"为旋转矩阵的要素，该旋转矩阵可以从三个旋转角(ω,φ,κ)计算得到。

$\left[\begin{array}{ccc}{m}_{11}& m_{12}& m_{13}\\ m_{21}& m_{22}& m_{23}\\ m_{31}& m_{32}& m_{33}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\κ}& \sin \mathrm{\κ}& 0\\ -\sin \mathrm{\κ}& \cos \mathrm{\κ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\φ}& 0& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& 1& 0\\ sin\mathrm{\φ}& 0& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\ω}& sin\mathrm{\ω}\\ 0& -\sin \mathrm{\ω}& \cos \mathrm{\ω}\end{array}\right]$

通过使用泰勒定理来线性化非线性共线方程。在将它们线性化中，共线方程被改写成如下：

$F=x_o-f\frac{r}{q}=x_a$

$G=y_o-f\frac{s}{q}=y_a$

其中，

q＝m₃₁(X_A-X_L)+m₃₂(Y_A-Y_L)+m₃₃(Z_A-Z_L)

r＝m₁₁(X_A-X_L)+m₁₂(Y_A-Y_L)+m₁₃(Z_A-Z_L)

s＝m₂₁(X_A-X_L)+m₂₂(Y_A-Y_L)+m₂₃(Z_A-Z_L)

根据泰勒定理，可以通过对未知数进行偏微分而以线性化形式表示共线方程。在该情况下，未知数为任意点A的对象坐标。以下的方程为线性化共线方程的简化形式，以估算任意点A的对象坐标：

b₁₄dX_A+b₁₅dY_A+b₁₆dZ_A＝J+v_xa

b₂₄dX_A+b₂₅dY_A+b₂₆dZ_A＝K+v_ya

其中，

$b_{14}=\frac{f}{q^2}({\mathrm{rm}}_{31}-{\mathrm{qm}}_{11})$

$b_{15}=\frac{f}{q^2}({\mathrm{rm}}_{32}-{\mathrm{qm}}_{12})$

$b_{16}=\frac{f}{q^2}({\mathrm{rm}}_{33}-{\mathrm{qm}}_{13})$

$b_{24}=\frac{f}{q^2}({\mathrm{sm}}_{31}-{\mathrm{qm}}_{21})$

$b_{25}=\frac{f}{q^2}({\mathrm{sm}}_{32}-{\mathrm{qm}}_{22})$

$b_{26}=\frac{f}{q^2}({\mathrm{sm}}_{33}-{\mathrm{qm}}_{23})$

假定存在具有已知内部方向参数和外部方向参数的三台照相机C₁、C₂和C₃。未知数为两个任意点A和B的对象坐标。然后，上述线性化的共线方程的矩阵形式写为如下：

AX＝L+V

其中：

$A=\left[\begin{array}{cccccc}{\left(b_{A_{14}}\right)}_{c1}& {\left(b_{A_{15}}\right)}_{c1}& {\left(b_{A_{16}}\right)}_{c1}& 0& 0& 0\\ {\left(b_{A_{24}}\right)}_{c1}& {\left(b_{A_{25}}\right)}_{c1}& {\left(b_{A_{26}}\right)}_{c1}& 0& 0& 0\\ {\left(b_{A_{14}}\right)}_{c2}& {\left(b_{A_{15}}\right)}_{c2}& {\left(b_{A_{16}}\right)}_{c2}& 0& 0& 0\\ {\left(b_{A_{24}}\right)}_{c2}& {\left(b_{A_{25}}\right)}_{c2}& {\left(b_{A_{26}}\right)}_{c2}& 0& 0& 0\\ {\left(b_{A_{14}}\right)}_{c3}& {\left(b_{A_{15}}\right)}_{c3}& {\left(b_{A_{16}}\right)}_{c3}& 0& 0& 0\\ {\left(b_{A_{24}}\right)}_{c3}& {\left(b_{A_{25}}\right)}_{c3}& {\left(b_{A_{26}}\right)}_{c3}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\left(b_{B_{14}}\right)}_{c1}& {\left(b_{B_{15}}\right)}_{c1}& {\left(b_{B_{16}}\right)}_{c1}\\ 0& 0& 0& {\left(b_{B_{24}}\right)}_{c1}& {\left(b_{B_{25}}\right)}_{c1}& {\left(b_{B_{26}}\right)}_{c1}\\ 0& 0& 0& {\left(b_{B_{14}}\right)}_{c2}& {\left(b_{B_{15}}\right)}_{c2}& {\left(b_{B_{16}}\right)}_{c2}\\ 0& 0& 0& {\left(b_{B_{24}}\right)}_{c2}& {\left(b_{B_{25}}\right)}_{c2}& {\left(b_{B_{26}}\right)}_{c2}\\ 0& 0& 0& {\left(b_{B_{14}}\right)}_{c3}& {\left(b_{B_{15}}\right)}_{c3}& {\left(b_{B_{16}}\right)}_{c3}\\ 0& 0& 0& {\left(b_{B_{24}}\right)}_{c3}& {\left(b_{B_{25}}\right)}_{c3}& {\left(b_{B_{26}}\right)}_{c3}\end{array}\right],X=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{dX}}_A\\ {\mathrm{dY}}_A\\ {\mathrm{dZ}}_A\\ {\mathrm{dZ}}_B\\ {\mathrm{dY}}_B\\ {\mathrm{dZ}}_B\end{array}\right]$

$L=\left[\begin{array}{c}{\left(J_A\right)}_{c1}\\ {\left(K_A\right)}_{c1}\\ {\left(J_A\right)}_{c2}\\ {\left(K_A\right)}_{c2}\\ {\left(J_A\right)}_{c3}\\ {\left(K_A\right)}_{c3}\\ {\left(J_B\right)}_{c1}\\ {\left(K_B\right)}_{c1}\\ {\left(J_B\right)}_{c2}\\ {\left(K_B\right)}_{c2}\\ {\left(J_B\right)}_{c3}\\ {\left(K_B\right)}_{c3}\end{array}\right],V=\left[\begin{array}{c}{\left(v_{x_A}\right)}_{c1}\\ {\left(v_{y_A}\right)}_{c1}\\ {\left(v_{x_A}\right)}_{c2}\\ {\left(v_{y_A}\right)}_{c2}\\ {\left(v_{x_A}\right)}_{c3}\\ {\left(v_{y_A}\right)}_{c3}\\ {\left(v_{x_B}\right)}_{c1}\\ {\left(v_{y_B}\right)}_{c1}\\ {\left(v_{x_B}\right)}_{c2}\\ {\left(v_{y_B}\right)}_{c2}\\ {\left(v_{x_B}\right)}_{c3}\\ {\left(v_{y_B}\right)}_{c3}\end{array}\right]$

上述方程的最小二乘解可以通过以下方程来获得：

X＝(A^TA)^-1A^TL

上述方程提供了任意点A和B的三维对象空间坐标。因此，可以直接确定该两点之间的向量的三维方向。

参照图7，图7为建筑物内部的楼层平面的示意性平面图。四个视频成像设备70、72、74和76位于建筑物中，并且固定就位在建筑物的分开的角落中。图7呈现了一种情况，在该情况中，剪刀式升降机80上的工人78在临近墙壁82的位置处工作。墙壁82使工人与视频成像设备74和视频成像设备76隔开，允许视频成像设备70和视频成像设备72仅观看到工人正在使用工具。当然，尽管工人携带的工具的位置可以从由两个视频成像设备生成的视频数据确定，但是利用来自额外设备的数据提高了所计算位置的精度。此外，工人将工具与设备70和设备72中的一者的视野隔开是完全有可能的。为了处理这些情况，可以适当地定位便携式视频成像设备84。视频设备84位于其它所有的视频设备70-76可以观看到它的地方，使得精确地计算其位置。通过视频设备84的位置、方向和视野的确定，来自设备84的视频数据可以连同来自设备70和设备72的数据一起被处理，以确定工人78正使用的工具的位置。当工人78和升降机80移动到墙壁82的另一侧时，视频设备84可以被重新定位，从而视频设备84的输出可以与来自设备74和设备76的视频输出相结合。

如上所讨论的，系统存储器52可以包括数据，该数据限定了多个工具的每一者的数字图像和尺寸，从而该系统可以在可由工人使用的各种工具之间进行区分。然后，基于工具的整个三维图像的识别、或者基于工具的某种特征，不管出于具体的目的而将那些特征添加到该工具，还是为了该目的或者其它目的而将那些特征内置到工具中，该系统都可以确定位置。

在各种建筑工具围绕建筑物的建筑工地移动时，该系统能够发现并且跟踪所述各种建筑工具。可以理解的是，观看建筑工地的每一个视频成像设备将提供大量的视频数据，以供分析。通过仅考虑每一数字图像的感测到移动的那些部分，可以简化分析任务。尽管当工人使用工具时，所述工具有时为静止的，但是大多时候它们都将从一点移动到另一点。在工具和它的特征被定位后，即使工具静止，该系统之后仍可以继续监控工具的位置。

如果需要，系统可以配置成在二维空间内确定感兴趣的点的坐标。例如，可以利用该二维系统在建筑物的楼层上布局位置，以用于工具的操作。仅需要一个视频设备来用于二维操作，尽管使用额外的视频设备增加了精度并且降低了工具将移动到工地上未被视频设备覆盖的位置的风险。

可以采用图1至图7描绘的系统的各种变型。例如，可以利用视频测量系统，在该视频测量系统中每一个工具承载独特的视频目标。该目标允许视频测量系统识别工具以及工具的方向。

可以利用其它布置来确定工具的位置和方向。

优选地包含了本文描述的所有元件、部件和步骤。可以理解的是，这些元件、部件和步骤中的任何元件、部件和步骤可以被其它元件、部件和步骤替换或一起被删除，这将为本领域的技术人员显而易见。

概括地说，本文公开了以下内容。一种用于协助操作员将多个工具中的任一工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，该系统包括在工地上的已知位置处的多个固定定位的视频成像设备。每一个成像设备具有已知的视野。存储器存储了每一个工具的数字图像和尺寸、以及在工地上用于操作该工具的所需位置。处理器响应于该视频设备，以用于确定被观看的工具，并且用于确定该工具的位置和方向以及所述工具的操作元件的位置和方向。无线电发射器通过工具操作员将其发送给接收器。

构想

上文描述呈现了至少以下的构想。

构想1：一种用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统包括：

多个固定定位的视频成像设备，所述视频成像设备位于所述工地的已知位置处，每一个所述成像设备具有已知的视野；

具有操作元件的工具，所述工具为所述多个工具中的一者；

存储器，所述存储器具有存储有所述多个工具的每一者的数字图像和尺寸的数据库，并且具有存储有具体说明所述工地上用于操作所述工具的所需位置的数据库；以及

处理器，所述处理器响应于所述多个固定定位的视频成像设备，用于确定正在被观看的工具，和所述工具的位置和方向以及所述工具的操作元件的位置和方向；以及

无线电发射器，所述无线电发射器响应于所述处理器，用于将所述工具和所述操作元件的位置和方向以及所述工具和所述操作元件的所需位置和方向发送给工具操作员。

构想2：根据构想1所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统还包括无线电接收器和响应于所述无线电接收器的显示器，所述无线电接收器和所述显示器由所述工具操作员携带，从而协助所述操作员将所述操作元件和所述工具移动到所述所需位置。

构想3：根据构想2所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上所需位置处的系统，其中，所述无线电接收器和所述显示器承载在所述工具上。

构想4：一种用于协助操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，包括：

多个视频成像设备，所述多个视频成像设备位于所述工地的已知位置处，每一个所述视频成像设备具有已知的视野；

处理器，所述处理器响应于所述多个视频成像设备，所述处理器包括存储器，所述存储器具有存储有具体说明所述工地上用于操作所述工具的一个或多个所需位置的数据，所述存储器还具有存储有具体说明所述工具的外观和尺寸的数据，所述处理器响应于由所述多个视频成像设备提供的工具的图像来确定所述工具的位置和方向；以及

显示器，所述显示器用于给工具的用户提供所述工具的所需位置和所述工具的实际位置的指示。

构想5：根据构想4所述的用于协助操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，所述存储器包括具体说明多个工具的外观和尺寸的数据，并且，所述处理器确定所述多个工具中的哪一个工具在所述视频成像设备的视野中。

构想6：根据构想4或5所述的用于协助工具的操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，所述处理器确定所述工具的所述操作元件的所述位置和将所述操作元件移动到所需位置的所需要的所述操作元件的移动。

构想7：根据构想6所述的用于协助工具的操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，在三维空间中指定所述所需位置。

构想8：根据构想6所述的用于协助工具的操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，在二维空间中指定所述所需位置。

构想9：一种用于在工作空间内确定工具的操作元件的空间坐标并且用于引导所述工具的操作员将所述操作元件移动到所需位置的系统，所述系统包括：

多个视频成像设备，所述多个视频成像设备在所述工作空间内的已知位置处具有已知的视野；

处理器，所述处理器响应于所述视频成像设备，所述处理器用于确定所述工具相对于所述多个视频成像设备的位置，并且用于确定所述工具的所述操作元件相对于所述多个视频成像设备的位置；以及

显示器，所述显示器用于给所述工具的用户提供用于所述工具的所述操作元件相对于所需位置的位置的指示，从而便于将所述操作元件移动到所述所需位置。

构想10：根据构想9所述的系统，其中，所述多个视频成像设备包括至少四个视频成像设备。

构想11：根据构想9或10所述的系统，其中，所述处理器响应于用户输入，以允许用户指定用于所述工具的所述操作元件的所需位置，并且还包括显示器，所述显示器响应于所述测量电路，用于指示将所述操作元件移动到所述所需位置所需要的所述操作元件的移动。

构想12：一种用于在工作空间内确定工具的操作元件的位置和方向并且向所述工具的用户指示所述工具的所述操作元件是否适当地定位以用于操作的系统，所述系统包括：

多个数字视频成像设备，每一个数字视频成像设备提供工作空间的图像和位于所述工作空间内的工具的图像，每一数字视频成像设备位于已知位置中，并且具有沿已知方向定向的视野；

存储器，所述存储器具有限定了在所述工作空间内用于操作所述工具的位置的数据库，以及限定了工具的外观和尺寸的数据库；

处理器电路，所述处理器电路响应于所述多个数字视频成像设备和所述存储器，用于在工作空间内确定工具的操作元件的位置和方向；以及

显示器，所述显示器响应于所述处理器电路并且安装在所述工具上，用于指示所述工具的所述位置和方向，以及指示所述操作元件是否适当地定位。

构想13：根据构想12所述的系统，其中，所述多个数字视频成像设备包括至少四个数字视频成像设备。

构想14：根据构想12或13所述的系统，其中，所述显示器包括灯，当所述工具定位在用于操作的点处时，所述灯被打开。

构想15：根据构想12至14所述的系统，其中，所述处理器响应于用户输入，以允许用户指定用于所述操作元件的所需位置，并且还包括显示器，所述显示器响应于所述测量设备，用于指示将所述工具的所述操作元件移动到所述所需位置所需要的工具的移动。

构想16：一种协助操作员在工地的所需位置处使用工具的操作元件的方法，该方法包括以下步骤：

在工地上提供工具；

提供多个视频成像设备，所述多个视频成像设备在工作空间内的已知位置处具有已知的视野，所述视频成像设备中的至少两个视频成像设备在所述工地上提供所述工具的图像；

提供数据库，所述数据库具体说明了所述工具的图像和尺寸，所述工具包括操作元件；

基于来自至少两个视频成像设备的所述工具的所述图像，确定所述工具的所述位置和方向。

构想17：根据构想16所述的协助操作员在工地的所需位置处使用工具的操作元件的方法，该方法还包括以下步骤：

识别所述工地上的待使用所述工具的所需位置，并且

将所述工具的所述位置和方向以及在所述工地上的所述所需位置显示给工具的操作员。

构想18：一种用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统包括：

多个固定定位的视频成像设备，所述多个固定定位的视频成像设备位于所述工地上的已知位置处，每一个所述成像设备具有已知的视野；

具有操作元件的工具，所述工具包括一个或多个可识别的特征；

存储器，所述存储器具有存储有所述多个工具的每一者的数字图像和尺寸的数据库，所述工具包括可识别的特征，并且所述存储器具有存储有具体说明所述工地上用于操作所述工具的所需位置的数据库；以及

处理器，所述处理器响应于所述多个固定定位的视频成像设备，用于确定正在被观看的工具，以及所述工具的位置和方向和所述工具的所述操作元件的位置和方向；以及

无线电发射器，所述无线电发射器响应于所述处理器，用于将所述工具和所述操作元件的位置和方向以及所述工具和所述操作元件的所需位置和所需方向发送给工具操作员。

构想19：根据构想18所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统还包括无线电接收器和响应于所述无线电接收器的显示器，所述无线电接收器和所述显示器由所述工具操作员携带，从而协助所述操作员将所述操作元件和所述工具移动到所述所需位置。

构想20：根据构想19所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，其中，所述无线电接收器和所述显示器承载在所述工具上。

构想21：一种用于协助操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，所述系统包括：

多个视频成像设备，所述多个视频成像设备位于所述工地上的已知位置中，每一个所述视频成像设备具有已知的视野；

处理器，所述处理器响应于所述多个视频成像设备，所述处理器包括存储器，所述存储器具有存储有具体说明在所述工地上用于所述操作工具的一个或多个所需位置的数据，所述存储器还具有存储有具体说明所述工具的一个或多个可识别特征的数据，所述处理器响应于由所述多个视频成像设备提供的所述工具的图像来确定所述工具的位置和方向；以及

显示器，所述显示器用于给工具的用户提供所述工具的所需位置和所述工具的实际位置的指示。

构想22：根据构想21所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，所述存储器包括具体说明多个工具的可识别特征的数据。

构想23：根据构想21或22所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，所述处理器确定所述工具的所述操作元件的所述位置和将所述操作元件移动到所需位置所需要的所述操作元件的移动。

构想24：根据构想23所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，在三维空间中指定所述所需位置。

构想25：根据构想23所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，在二维空间中规定所述所需位置。

构想26：一种用于在工作空间内确定工具的操作元件的空间坐标并且用于引导所述工具的操作员将所述操作元件移动到所需位置的系统，所述系统包括：

多个固定的视频成像设备，所述多个视频成像设备在所述工作空间内的已知位置处具有已知的视野；

可移动的视频成像设备，所述可移动的视频成像设备能够定位在所述工作空间内；

处理器，所述处理器响应于所述固定的视频成像设备和所述可移动的视频成像设备，用于确定工具的位置以及所述工具的所述操作元件的位置；以及

显示器，所述显示器用于给所述工具的用户提供所述工具和所述工具的所述操作元件相对于所需位置的位置的指示，从而便于将所述操作元件移动到所述所需位置。

构想27：根据构想26所述的系统，其中，所述多个视频成像设备包括至少四个视频成像设备，并且所述处理器基于来自所述固定视频成像设备的图像来确定所述可移动的视频成像设备的位置和视野。

Claims (27)

1.一种用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统包括：

多个固定定位的视频成像设备，所述视频成像设备位于所述工地的已知位置处，每一个所述成像设备具有已知的视野；

具有操作元件的工具，所述工具为所述多个工具中的一者；

存储器，所述存储器具有存储有所述多个工具的每一者的数字图像和尺寸的数据库，并且具有存储有具体说明所述工地上用于操作所述工具的所需位置的数据库；以及

处理器，所述处理器响应于所述多个固定定位的视频成像设备，用于确定正在被观看的工具，和所述工具的位置和方向以及所述工具的操作元件的位置和方向；以及

无线电发射器，所述无线电发射器响应于所述处理器，用于将所述工具和所述操作元件的位置和方向以及所述工具和所述操作元件的所需位置和方向发送给工具操作员。

2.根据权利要求1所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统还包括无线电接收器和响应于所述无线电接收器的显示器，所述无线电接收器和所述显示器由所述工具操作员携带，从而协助所述操作员将所述操作元件和所述工具移动到所述所需位置。

3.根据权利要求2所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上所需位置处的系统，其中，所述无线电接收器和所述显示器承载在所述工具上。

4.一种用于协助操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，包括：

多个视频成像设备，所述多个视频成像设备位于所述工地的已知位置处，每一个所述视频成像设备具有已知的视野；

处理器，所述处理器响应于所述多个视频成像设备，所述处理器包括存储器，所述存储器具有存储有具体说明所述工地上用于操作所述工具的一个或多个所需位置的数据，所述存储器还具有存储有具体说明所述工具的外观和尺寸的数据，所述处理器响应于由所述多个视频成像设备提供的工具的图像来确定所述工具的位置和方向；以及

显示器，所述显示器用于给工具的用户提供所述工具的所需位置和所述工具的实际位置的指示。

5.根据权利要求4所述的用于协助操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，所述存储器包括具体说明多个工具的外观和尺寸的数据，并且，所述处理器确定所述多个工具中的哪一个工具在所述视频成像设备的视野中。

6.根据权利要求4所述的用于协助工具的操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，所述处理器确定所述工具的所述操作元件的所述位置和将所述操作元件移动到所需位置的所需要的所述操作元件的移动。

7.根据权利要求6所述的用于协助工具的操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，在三维空间中指定所述所需位置。

8.根据权利要求6所述的用于协助工具的操作员在工地的所需位置处使用工具的系统，其中，在二维空间中指定所述所需位置。

9.一种用于在工作空间内确定工具的操作元件的空间坐标并且用于引导所述工具的操作员将所述操作元件移动到所需位置的系统，所述系统包括：

多个视频成像设备，所述多个视频成像设备在所述工作空间内的已知位置处具有已知的视野；

处理器，所述处理器响应于所述视频成像设备，所述处理器用于确定所述工具相对于所述多个视频成像设备的位置，并且用于确定所述工具的所述操作元件相对于所述多个视频成像设备的位置；以及

显示器，所述显示器用于给所述工具的用户提供用于所述工具的所述操作元件相对于所需位置的位置的指示，从而便于将所述操作元件移动到所述所需位置。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个视频成像设备包括至少四个视频成像设备。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器响应于用户输入，以允许用户指定用于所述工具的所述操作元件的所需位置，并且还包括显示器，所述显示器响应于所述测量电路，用于指示将所述操作元件移动到所述所需位置所需要的所述操作元件的移动。

12.一种用于在工作空间内确定工具的操作元件的位置和方向并且向所述工具的用户指示所述工具的所述操作元件是否适当地定位以用于操作的系统，所述系统包括：

多个数字视频成像设备，每一个数字视频成像设备提供工作空间的图像和位于所述工作空间内的工具的图像，每一数字视频成像设备位于已知位置中，并且具有沿已知方向定向的视野；

存储器，所述存储器具有限定了在所述工作空间内用于操作所述工具的位置的数据库，以及限定了工具的外观和尺寸的数据库；

处理器电路，所述处理器电路响应于所述多个数字视频成像设备和所述存储器，用于在工作空间内确定工具的操作元件的位置和方向；以及

显示器，所述显示器响应于所述处理器电路并且安装在所述工具上，用于指示所述工具的所述位置和方向，以及指示所述操作元件是否适当地定位。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个数字视频成像设备包括至少四个数字视频成像设备。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述显示器包括灯，当所述工具定位在用于操作的点处时，所述灯被打开。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器响应于用户输入，以允许用户指定用于所述操作元件的所需位置，并且还包括显示器，所述显示器响应于所述测量设备，用于指示将所述工具的所述操作元件移动到所述所需位置所需要的工具的移动。

16.一种协助操作员在工地的所需位置处使用工具的操作元件的方法，所述方法包括以下步骤：

在工地上提供工具；

提供多个视频成像设备，所述多个视频成像设备在工作空间内的已知位置处具有已知的视野，所述视频成像设备中的至少两个视频成像设备在所述工地上提供所述工具的图像；

提供数据库，所述数据库具体说明了所述工具的图像和尺寸，所述工具包括操作元件；

基于来自至少两个视频成像设备的所述工具的所述图像，确定所述工具的所述位置和方向。

17.根据权利要求16所述的协助操作员在工地的所需位置处使用工具的操作元件的方法，所述方法还包括以下步骤：

识别所述工地上的待使用所述工具的所需位置，并且

将所述工具的所述位置和方向以及在所述工地上的所述所需位置显示给工具的操作员。

18.一种用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统包括：

多个固定定位的视频成像设备，所述多个固定定位的视频成像设备位于所述工地上的已知位置处，每一个所述成像设备具有已知的视野；

具有操作元件的工具，所述工具包括一个或多个可识别的特征；

存储器，所述存储器具有存储有所述多个工具的每一者的数字图像和尺寸的数据库，所述工具包括可识别的特征，并且所述存储器具有存储有具体说明所述工地上用于操作所述工具的所需位置的数据库；以及

处理器，所述处理器响应于所述多个固定定位的视频成像设备，用于确定正在被观看的工具，以及所述工具的位置和方向和所述工具的所述操作元件的位置和方向；以及

无线电发射器，所述无线电发射器响应于所述处理器，用于将所述工具和所述操作元件的位置和方向以及所述工具和所述操作元件的所需位置和所需方向发送给工具操作员。

19.根据权利要求18所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，所述系统还包括无线电接收器和响应于所述无线电接收器的显示器，所述无线电接收器和所述显示器由所述工具操作员携带，从而协助所述操作员将所述操作元件和所述工具移动到所述所需位置。

20.根据权利要求19所述的用于协助操作员将多个工具中的任何工具的操作元件定位在工地上的所需位置处的系统，其中，所述无线电接收器和所述显示器承载在所述工具上。

21.一种用于协助操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，所述系统包括：

多个视频成像设备，所述多个视频成像设备位于所述工地上的已知位置中，每一个所述视频成像设备具有已知的视野；

处理器，所述处理器响应于所述多个视频成像设备，所述处理器包括存储器，所述存储器具有存储有具体说明在所述工地上用于所述操作工具的一个或多个所需位置的数据，所述存储器还具有存储有具体说明所述工具的一个或多个可识别特征的数据，所述处理器响应于由所述多个视频成像设备提供的所述工具的图像来确定所述工具的位置和方向；以及

显示器，所述显示器用于给工具的用户提供所述工具的所需位置和所述工具的实际位置的指示。

22.根据权利要求21所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，所述存储器包括具体说明多个工具的可识别特征的数据。

23.根据权利要求21所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，所述处理器确定所述工具的所述操作元件的所述位置和将所述操作元件移动到所需位置所需要的所述操作元件的移动。

24.根据权利要求23所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，在三维空间中指定所述所需位置。

25.根据权利要求23所述的用于协助工具的操作员在工地上的所需位置处使用工具的系统，其中，在二维空间中规定所述所需位置。

26.一种用于在工作空间内确定工具的操作元件的空间坐标并且用于引导所述工具的操作员将所述操作元件移动到所需位置的系统，所述系统包括：

多个固定的视频成像设备，所述多个视频成像设备在所述工作空间内的已知位置处具有已知的视野；

可移动的视频成像设备，所述可移动的视频成像设备能够定位在所述工作空间内；

处理器，所述处理器响应于所述固定的视频成像设备和所述可移动的视频成像设备，用于确定工具的位置以及所述工具的所述操作元件的位置；以及

显示器，所述显示器用于给所述工具的用户提供所述工具和所述工具的所述操作元件相对于所需位置的位置的指示，从而便于将所述操作元件移动到所述所需位置。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述多个视频成像设备包括至少四个视频成像设备，并且所述处理器基于来自所述固定视频成像设备的图像来确定所述可移动的视频成像设备的位置和视野。