CN107530878B - 用于被引导工具的系统、方法和设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及对用于工具的位置检测的校准。该工具可以使用传感器来检测参数的第一值。该工具可以使用马达将工具的工作构件朝工作表面延伸。该工具可以包括基座。该工具可以在工作构件与工作表面接触的情况下检测参数的第二值。该工具可以确定工作构件相对于工作表面的z轴位置。

Description

用于被引导工具的系统、方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求2015年5月13日提交的美国临时专利申请No.62/161,179的优先权，其全部内容引入本文作为参考。

背景技术

在材料上进行的可视化引导对于用户来说可能难以手动跟随。此外，可能难以确定工具在材料上的位置。

发明内容

本公开的设备、系统和方法便于引导工具。在一些实施例中，系统包括具有工作台的装备(rig)或框架，该工作台可以放置在诸如木材的一块材料的表面上。该工具可以电动地或机械地联接到框架，并且框架可以与工具一起在材料上方通过。该系统可以包括传感器、相机或定位逻辑，以确定工具在材料上的位置并准确地移动(或为用户提供指令来移动)框架、工作台或工具到材料上的期望坐标。

在一些实施例中，材料的表面可以用位置标记进行标识，所述位置标记便于检测工具相对于材料表面的位置。标记可以设计成或配置成便于通过工具的传感器进行容易、快速和可靠的检测。在一些实施例中，标记可以包括二值图像，或以能够容易地转化成二值图像的方式配置。例如，标记可以包括能够以极小运算力被检测的基准标记，例如可以表示多米诺骨牌的黑白图像。

在一些实施例中，本公开涉及引导或者抽取当在材料表面上执行任务时可能产生的灰尘的系统、方法或设备。例如，当切割工具正在切割诸如木材的材料时，可能产生锯屑，这可能使得工具难以检测可放置在材料表面上的标记。本公开的工具包括腔体，通过切割材料产生的灰尘可以被引入其中。例如，腔体可以在工具框架中包括空隙，并且工具的风扇可以将灰尘引向腔体。此外，一真空装置可以被联接到工具，使得灰尘可以经由管道被抽取。

在一些实施例中，本公开涉及用于确定工具相对于工作表面的位置的系统、方法或设备。系统、方法或设备可以确定由工具的末端(例如切割钻头)施加的力的变化，以便确定切割工具的末端何时接触或压靠材料的表面。例如，工具的末端可处于不接触工作表面的第一位置。末端可以逐渐移动到接触材料表面的第二位置。当工具的末端移动到第二位置时，系统、方法或设备可以确定力的变化，该变化可以指示工具末端正接触材料表面。例如，施加在工具的基座上的力可能较小，因为工具的末端正从基座卸载一些力。

本公开的至少一个方面涉及一种用于校准工具的位置检测的系统。系统可以包括联接到该工具的基座。基座可以与工作表面接触。系统可以包括具有一个或多个处理器的计算装置。系统可以包括通信地联接到所述计算装置的传感器。系统可以包括由所述计算装置控制的马达。计算装置可以通过所述传感器识别表示由所述基座的一部分在工作表面上施加的力的大小的参数的第一值。计算装置可以指令所述马达将所述工作构件朝所述工作表面延伸。计算装置可以通过所述传感器在所述工作构件接触所述工作表面时识别所述参数的第二值。计算装置可以将所述参数的所述第一值与所述参数的所述第二值进行比较，以生成所述第一值和所述第二值之间的差值。计算装置可以响应于所述第一值和所述第二值之间的所述差值大于一阈值而确定所述工作构件相对于所述工作表面的z轴位置。

本公开的至少一个方面涉及一种评估工具的工作构件的位置的方法。该方法可以包括由通信地联接到计算装置的传感器检测表示由工具的基座的一部分施加在工作表面上的力的大小的参数的第一值，该计算装置包括一个或多个处理器。该方法可以包括由通过工具的一个或多个处理器控制的马达将工作构件朝工作表面延伸。基座可以至少部分地与工作表面接触。该方法可以包括当工作构件接触工作表面时，由传感器检测参数的第二值。参数的第二值可以小于参数的第一值。该方法可以包括由计算装置响应于所述第一值和所述第二值之间的所述差值大于一阈值而确定工作构件相对于工作表面的z轴位置。

至少一个方面涉及一种用于定位工具的工作构件的系统。系统可以包括联接到工具的基座。系统可以包括具有一个或多个处理器的计算装置。系统可以包括通信地联接到计算装置的传感器。系统可以包括由计算装置控制的马达。系统可以包括计算装置配置成通过传感器识别表示由基座的一部分朝工作表面施加的力的大小的参数的第一值。计算装置可以指令马达将工作构件朝工作表面延伸。计算装置可以通过传感器在工作构件与工作表面接触的情况下识别参数的第二值。计算装置可以将参数的第一值与参数的第二值进行比较，以识别第一值和第二值之间的差值。计算装置可以基于大于一阈值的第一值和第二值之间的差值来确定工作构件相对于工作表面的z轴位置。

至少一个方面涉及一种用于定位工具的工作构件的方法。方法可以包括通过通信地联接到包括一个或多个处理器的计算装置的传感器检测工具的基座的第一竖直位置的参数的第一值。方法可以包括通过由计算装置控制的马达将工作构件朝工作表面延伸。方法可以包括在工作构件与工作表面接触的情况下，通过传感器检测表示工具的基座的第二竖直位置的参数的第二值。方法可以包括通过计算装置比较参数的第一值和参数的第二值，以确定工具的基座的竖直位置的变化。方法可以包括基于工具的基座的竖直位置的变化，由计算装置确定工作构件相对于工作表面的z轴位置。

至少一个方面涉及一种用于定位工具的工作构件的系统。系统可以包括联接到工具的基座。系统可以包括具有一个或多个处理器的计算装置。系统可以包括通信地联接到计算装置的一个或多个传感器。系统可以包括由计算装置控制的一个或多个马达。计算装置可以通过所述一个或多个传感器确定工作构件的z轴位置。计算装置可以至少部分地基于工作构件的z轴位置提供马达控制信息，以控制所述一个或多个马达将工作构件从第一位置移动到第二位置，工具沿着邻近用于工具的工作构件的预定路径一定范围内的方向前进。

至少一个方面涉及一种用于定位工具的工作构件的系统。系统可以包括联接到工具的基座。系统可以包括具有一个或多个处理器的计算装置。系统可以包括通信地联接到计算装置的一个或多个传感器。系统可以包括由计算装置控制的一个或多个马达。系统可以包括工具的腔体，用于移动由工作构件从工作表面移除的材料颗粒。计算装置可以基于经由所述一个或多个传感器接收的第一信息确定工作构件的第一位置。计算装置可以将工作构件的第一位置与预定路径进行比较，以确定对应于所述路径的用于工具的工作构件的第二位置。计算装置可以基于第二位置提供马达控制信息，以控制所述一个或多个马达将工作构件从第一位置移动到第二位置，工具沿着邻近用于工具的工作构件的预定路径一定范围内的方向前进，腔体配置成沿着与工具前进的方向相反的方向移动材料的颗粒。

附图说明

图1是用于自动引导工具的设备的实施例的说明性示例。

图2是遵循目标路径区域并且根据计划设计执行任务的用于自动引导工具的设备的实施例的说明性示例。

图3是用于自动引导工具的系统的实施例的说明性框图。

图4是用于自动引导工具的方法的实施例的说明性流程图。

图5是用于自动引导工具的方法的实施例的说明性流程图。

图6是示出了根据实施例的用于计算机系统的一般架构的框图，所述计算机系统可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图7A-7B是根据实施例的可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素的定位标记的说明图。

图8A-8B是根据实施例的用于引导或抽取灰尘颗粒的设备的实施例的说明性示例，所述设备可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图9A-9B是根据实施例的用于引导或抽取灰尘颗粒的基板的实施例的俯视透视图的说明性示例，该基板可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图9C是根据实施例的用于引导或抽取灰尘颗粒的基板的实施例的仰视透视图的说明性示例，该基板可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图9D是根据实施例的用于引导或抽取灰尘颗粒的基板的实施例的俯视透视图的说明性示例，该基板可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图10A-10B是根据实施例的用于确定工具末端的位置的系统的实施例的说明性示例，所述工具末端可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图10C-10D是根据实施例的在用于确定工具末端的位置的设备上布置的力传感器的实施例的说明性示例，所述工具末端可用来实现本文公开的系统、设备和方法的各个元素。

图11A-11B是根据实施例的使用本文公开的系统、设备和方法的各个元素引导或提取灰尘颗粒的说明性示例。

图12是描述了根据实施例的定位工具的工作构件的方法的框图的说明性示例。

图13描述了根据实施例的工具的前视图。

图14描述了根据实施例的没有附接工作构件的工具的前视图。

图15提供了根据实施例的附接有工作构件的工具的侧视图。

图16提供了根据实施例的没有附接工作构件的工具的侧视图。

图17提供了根据实施例的附接有工作构件的工具的后视图。

图18提供了根据实施例的没有附接工作构件的工具的后视图。

图19提供了根据实施例的附接有工作构件的工具的俯视图。

图20提供了根据实施例的没有附接工作构件的工具的俯视图。

图21提供了根据实施例的工具的内部工作台和枢转部件的仰视图。

具体实施方式

本公开概括来说涉及用于诸如木工或印刷之类的在表面上工作的系统和方法。在一些实施例中，本公开涉及参照材料表面确定工具位置，并且使用所述位置沿着诸如切割路径或绘制路径的预定路径或设计计划来引导、调整或自动校正工具。在一些实施例中，参考位置可以对应于通过在线设计商店获得的设计或计划。

在一些情况下，本公开可以便于评估工具的工作构件的位置。评估工作构件的位置可以包括例如确定切削工具的几何形状或确定工件(例如工作表面)的几何形状。

确定工具的几何形状可以包括或是指确定工具末端(例如工作构件)相对于工具的参考框架的位置。确定工具的几何形状可以包括或是指确定切削工具的直径。工具的几何形状信息可用于自动确定工作构件的切割槽的长度和切割器的角度(例如V形雕刻钻头或螺旋角)。

确定工件的几何形状可以包括或是指确定或测量待切割材料的厚度，或者通过使用工具末端反复探测表面来创建表面的拓扑地图。工具可以确定所关注特征、例如工件上的孔的位置。

本公开可以使用一种或多种技术来确定工作构件或工具末端相对于工具的参考框架的位置(例如工具高度)。例如，该工具可以包括工具末端或工作构件和基座。工具的基座可以搁置在工作表面上并与其接触。用以确定工具末端的位置的技术可以包括将工具末端延伸或下降到工作表面(或方便的平坦表面，例如台面)上，同时测量工具基座上的重量。当工具末端与工作表面接触时，重量可以转移到工具末端上并离开装置的基座，因为切割工具发生附加的向下运动。该工具可以通过基座中的重量传感器检测这一重量减少。该技术可以提供在确定工具末端的位置方面的改善的精确度，因为工具末端位置可以在将装置的基座提升离开工作表面所需的工具行程的一部分内确定。在一些情况下，在工具末端可能非常锋利时，工具末端可能在产生足够的力以使设备升高之前下沉或进入工作表面(例如木材)一段距离。然而，由于重量传感器可以配置成检测甚至很小的力的减少(例如，在工具末端接触工作表面之前由工具或基座施加在材料上的力的1％，2％，3％，5％，0.5％，0.1％或10％)，即使工具末端即将至少部分地进入工作表面，工具也能够检测工具末端接触工作表面时力的变化。

此外，工具还可以使用这一技术来确定工具末端的位置而不用执行重量传感器的绝对校准，因为工具可以基于检测到力的变化来确定位置。因此，可以使用廉价和未校准的力传感器来确定工具末端的位置。力传感器的示例可以包括力敏电阻器，电容式力传感器，高通传感器或压阻式传感器。

工具可以通过检测、通告、确定或以其他方式识别基座的升力来检测工具末端或工作构件何时接触或开始接触工作表面。基座的升力可能是相对较小的升力(例如，基于力传感器的分辨率或粒度，力传感器上的力减少0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％或其他百分比)。在一些情况下，工具可以基于基座的倾斜度(例如，1度角、2度、5度、10度、15度、25度或能够检测的其他倾斜度)来检测升力。该工具可以使用相机、视觉信息、陀螺仪或3轴加速度计来检测倾斜度。例如，相机可以确定对应于由基座提升引起的倾斜度的所获取图像的移位。在工具使工具末端与工作表面接触之前，相机可以拍摄第一图片或图像，然后当工具末端接触工作表面时拍摄第二图像。相机可以将第一图像与第二图像进行比较，以识别两个图像之间的倾斜度或变化。加速度计可以响应于由基座提升引起的运动或突然运动来指示倾斜度。在一些实施例中，工具可以包括位于工具安装件中的力传感器，以直接测量切削工具末端上的力。

工具可以确定或检测关于工具的附加信息，包括末端或工作构件的位置、直径或工具几何形状。例如，该工具可以包括中断光束传感器(例如激光中断光束传感器，红外中断光束传感器，光电传感器或光学传感器)。工作构件可以下降到传感器的作用线上，当工作构件中断光束时，工具可以检测到工作构件的位置。在某些情况下，光束的轴线可以相对于工具的坐标系进行预校准。然而，使用这种基于末端几何形状的技术(例如，如果末端形状不是完全平坦的)来准确地检测末端位置可能是有挑战的。

该工具可以使用电容传感器或电磁传感器来确定工具末端与工作表面的接近程度。例如，电磁传感器可以通过感测在金属中感应的涡电流来感测或检测靠近包括金属的工具末端或工作构件的感测线圈的电感变化。

另一种方法是使用瞄准工具的视觉相机来确定工作构件或工具末端的位置。视觉相机可以预校准到工具的坐标系上，以检测工具末端。在某些情况下，视觉相机可以包括线性电荷耦合器件(CCD)传感器或其他图像传感器。线性CCD传感器可以使用比视觉相机更少的处理来检测工具末端。

该工具可以使用这些技术中的一种或多种来测量工具直径。工具可以在测量或确定工具末端的位置的同时使工具末端四处移位。通过使工具末端移位，该工具可以使用单个中断光束传感器通过使工具从左到右通过传感器来检测工具直径。工具的横向运动可以引起第一次中断，然后使光束不受阻碍，以提供对工具直径的一次测量。由于刨槽机钻头可以具有螺旋槽，工具可以沿工具的长度进行多次测量以确定直径。该工具可以使用一维传感器利用涡电流或电容感测来确定直径，以通过将传感器数据与工具位置相关联来收集关于工具几何形状的多维信息。该工具可以确定关于工具末端的附加信息，例如在v形切割钻头情况下的末端角度。此外，该工具可以包括用于检测工具的几何特性的视觉相机。

工具可以通过将工具末端位置与工作表面的平面上的装置位置相关联来测量工作表面的几何形状。为此，工具(例如，具有锥形或球形末端的圆柱形工具)可以首先通过检测工具末端的位置来与工具的参考框架相关联。一旦工具末端相对于工具的参考框架的位置是已知的，工具就可以横向放置在所关注表面(例如工作表面)上，以确定工作表面的竖直位置。工作表面的竖直位置可以是指深度受关注的一块木材中的凹进部、腔体、凹陷或凹入部。然后可以使工具末端插入、延伸、下降、投入或其他方式移动，直到工具末端接触凹进部的底部。工具末端超出其首先接触工作表面的表面的顶部部分的附加位移指示凹进部的深度。如果凹进部的表面轮廓受关注，则工具可以围绕凹进部移动到多个点。该工具可以在所述多个点中的每个点上确定其深度。该工具可以记录工具的深度和横向位置(例如，x，y和z坐标，其中x和y坐标可以是指横向位置，z坐标可以是指深度)两者。横向运动可以使用内置的定位工作台自动完成，或可以由用户手动执行，或可以结合两者完成。

另一个可能的应用可以是找到工作表面上的孔的中心位置。具有锥形末端的工具可以装配到装置中。然后可以在该孔的中心上方的大致位置(例如在孔的直径的5％、10％、15％、20％、25％、30％、50％、75％或90％内)定位该工具，并且将其投入，直到末端接触孔的圆。因为工具末端可以是锥形的，工具末端可以使工具居中在孔的上方。然后，该工具可以使用例如可视化系统来确定横向位置(例如x和y坐标)从而确定孔的位置。

工具可以确定工作表面或其他材料件的厚度。使用所确定的工作表面的厚度，工具可以自动设置切割深度或更新可能取决于材料厚度的切割路径(例如指状部的长度即将与配合材料的厚度对应的盒接合部)。该工具可以确定或测量材料的厚度，将工具或其部分悬挂或放置在工作表面或材料的边缘上，然后延伸工具末端，直到其接触支撑材料的表面。工具末端延伸超过工作表面的顶部以便接触支撑该工作表面的表面的深度可以指示工作表面的厚度。

工具可以使用位置标记来确定工具或工具末端相对于工作材料的表面的位置，位置标记可以包括轮廓树、二进制图像、基准标记或多米诺骨牌。本公开便于通过产生经由工具的一部分中的一个或多个通道引导灰尘的气流来引导和抽取灰尘远离工具的一部分。本公开便于使用力传感器确定工具末端的高度，该力传感器检测当工具末端接触材料时力的减小。

利用所确定的信息，工具可以配置成引导工具的工作构件在目标材料(例如工作表面)上执行任务。在一些实施例中，系统可以自动地引导工具来执行任务。例如，在一些实施例中，本公开提供了一种手持系统，其可以识别工具或包含工具的装备相对于正在被加工的材料的位置。在一些实施例中，装置可以是非手持的；例如，装置可以位于可移动平台上，例如遥控平台、机器人平台或可控或不可控的另一类型的可移动平台。该系统可以基于或响应于工具的当前位置以及对应于设计计划的期望位置来调整工具的位置(或提供用于调整工具位置的指令)。在一些实施例中，该系统包括具有能够用手操作的工作仪器的手持装置，其可以基于空间位置对工作仪器位置进行精确调整，以提供工作仪器行进的准确路径。

在一些实施例中，本文公开的系统和方法可以包括位置检测系统或执行一个或多个位置检测技术，其可以准确、稳健地或低延迟地检测工具在目标材料上的当前位置或定位。例如，可以使用联接到工具和伴随的控制电路的视频或静止图像相机来扫描材料的表面并且处理所扫描的数据或所扫描的图像数据，以在材料上执行任务之前生成材料表面的数字地图。当在材料上执行任务期间将工具带到材料的表面附近时，相机可以拍摄第二图像并将第二图像与数字地图进行比较以检测工具相对于材料的位置。

在一些实施例中，可以使用各种位置检测技术，包括例如诸如射频、近场通信、蓝牙、激光跟踪和感测的融合无线位置感测技术或其他用于确定工具位置并且便于引导或调整工具位置以执行任务的合适方法。在一些实施例中，系统可以包括使用两种或更多种位置检测技术来确定工具位置的混合位置检测系统。例如，每种位置检测技术可以包括正交优点和弱点，但是当组合时，可以以高精度和低延迟来检测位置。例如，第一位置检测技术可以是高精度但是低频率的(例如，传感器配置成每秒一次获得精确地确定位置但具有高延迟的数据)。第一位置检测技术可以与第二位置技术组合，第二位置技术包括提供具有高频率和高精度的位置信息但提供有限信息的传感器(例如，高频和高精度的光学鼠标传感器，但是其仅提供包括运动方向和速度而不包括工具在全局范围内的位置的定位推算)。在说明性示例中，混合位置系统可以使用相机来获得图像以准确地确定工具在材料表面上的位置，然后使用光学鼠标传感器跟踪位置的变化，直到下一帧图像进入。在这一示例中，使用光学鼠标传感器的第二位置技术可能无法提供所有位置跟踪，因为用以确定位置的融合速度可能会随时间累积误差，或者如果装置被拾起并且放下置于不同的位置，装置将无法确定位置。

在一些实施例中，为了在切割或绘制操作之前生成地图，用户可以用相机扫掠材料的表面，直到相机已经获得了材料或其期望部分的表面的全部、基本全部或一部分的图像。系统可以获得这些图像并将图像拼接在一起以产生一衔接地图。生成数字地图图像并检测位置可以包括例如一个或多个图像处理技术，图案识别技术，定位技术，计算机视觉技术。例如，系统可以识别第一图像中的点A和B对应于第二图像中的点C和D，并且据此拼接这两个图像。例如，在木材表面上，系统可以识别图像中的变化、亮点、颜色变化、标识、基准标记、二值化图像或木纹，并将其与数字地图进行比较以确定位置。在另一个示例中，系统可以进一步使用能够识别位置的拐角、侧部、发光图案或其他信号。

可以标识材料以便于材料表面的建图或者便于检测工具在材料上或附近的位置。例如，诸如金属或塑料的材料表面可能不包含足够的识别标记以准确地检测位置。可以将不同的标识或标记添加到材料以便于诸如图案识别或图像处理的位置检测技术。标记可以包括能够便于位置检测技术的任何类型的材料、油墨、条带、光、激光、雕刻、刻蚀、温度梯度、不可见油墨(例如，仅在紫外线或其他波长的光下可见的油墨)。在一些实施例中，标记包括能够施加到目标材料的表面的至少一部分的条带。条带可以包括诸如唯一条形码、设计、图案、颜色、刻蚀、隆起凸块或凹陷的符号。在一些实施例中，标记可以包括用户使用钢笔、铅笔、油墨、不可见油墨、油漆、蜡笔或任何其他标识或书写器具在目标材料上随机形成的标记。

除了产生材料表面的数字图像之外，在一些实施例中，系统可以在材料的表面上识别切割或绘制设计计划。设计计划可以包括系统用户期望的任何切割或绘制。例如，设计计划可以包括手绘设计、描图、图片、图像、使用计算机辅助设计(“CAD”)软件生成的设计、购买的设计或者购买的电子设计。设计计划可以是工具能够通过在材料上进行操作创建的对象的设计，例如用于可以从至少一块木材切割而来的台面设计。

系统可以将设计计划与地图图像相结合，或以其他方式将设计计划与材料表面的地图相关联，或将设计计划叠置在地图图像上。在一些实施例中，可以在生成材料的初始地图之前或之后在材料的表面上绘制设计计划(例如，使用特别的钢笔，其笔墨可以由系统使用紫外或其他波长检测)。如果例如材料的表面包括初始建图阶段期间的设计(例如，切割设计或绘制设计)，则系统可以处理图像以识别设计图并将其包括在材料表面的数字地图中。如果设计在生成初始地图之后绘制或以其他方式标识在材料的表面上，则系统可以通过使用相机重新扫描或拍摄新的材料图像来获得具有该设计的材料图像。如果设计在生成初始地图之前绘制或以其他方式标识在材料的表面上，则系统可以将设计识别为切割或绘制设计计划，或者用户可向系统指示所识别的设计是切割或绘制设计计划。

在一些实施例中，数字设计可以被添加到材料表面的数字地图中，而不用将设计物理地添加到材料的表面或以其他方式标记具有设计的实际材料。例如，数字设计可以在计算机上生成，并且可以包括CAD绘制或任何其他类型的绘制(例如，JPEG，BMP或GIF)。使用CAD软件时，例如，用户可以通过添加设计计划来修改地图图像。可以使用任何其他合适的软件将设计计划并入到地图图像上，或以其他方式将设计计划与材料表面的地图(例如，指示用于便于在材料上执行任务的设计计划的位置的数据)相关联。在数字地图或数字地图图像上套准设计后，系统可以将具有设计计划的相应数字地图数据或数字图像数据提供给该工具。在一些实施例中，系统可以在工具的显示装置上显示具有设计的地图图像，以便于用户在材料上执行任务。在一些实施例中，工具可以根据设计计划执行任务而不用显示设计计划(例如，工具可以自动执行任务的一方面，或者工具可以不包括显示装置)。

在切割或绘制操作期间，用户可将工具放置在材料的表面上或附近。当将工具放置在表面上时，相机可以重新扫描或拍摄材料表面的一部分的图像。图像可以对应于处于与切割或绘制工具不同的位置处的材料的部分。系统可以通过将新图像中的识别标记与在材料上执行任务之前生成的地图图像中的识别标记进行比较来确定工具相对于材料表面或设计计划的位置。相机可以安装或以其他方式联接到工具，使得相机(例如镜头)的图像获取取向以来自切割工具(例如钻头)的固定且已知的矢量指向材料的表面上。通过将相机远离切割工具聚焦，系统可以获得相对没有通过切割产生的碎屑的图像，碎屑可能会使用于检测位置的标记变得模糊。

系统可以将新图像与材料表面的数字地图进行比较，以确定工具的精确位置。例如，对应于右上拐角的数字地图的部分可以包括一组识别标记。在获得新图像时，系统可以识别那些相同的识别标记，并确定那些标记对应于地图图像的右上拐角。然后，系统可以基于相机矢量偏移来确定切割或绘制工具的精确位置。

在一些实施例中，系统可以实时显示切割或绘制工具在显示装置(例如，工具的显示装置或者通信地联接到系统或工具的远程显示装置)上的精确位置。该系统可以通过“X”、圆圈、点、图标或使用任何其他指示来指示显示装置上的位置，从而产生工具的当前位置的信号。在一些实施例中，工具可以覆盖设计计划或切割路径(例如预定路径)上的当前位置的指示。在一些实施例中，工具可以覆盖地图图像上的当前位置的指示。在一些实施例中，工具可以覆盖包含设计计划的叠置的地图图像上的当前位置的指示。

在一些实施例中，系统可以包括基于检测到的工具位置和设计计划来调整或移动工具的定位系统。在一些实施例中，系统可以使用各种位置检测技术来检测工具的位置，并且可以使用各种定位技术来移动或调整工具的位置。例如，该系统可以包括混合定位系统，其包括用于定位工具的两种或更多种定位系统。在确定工具的位置和用于工具的期望位置时，第一定位系统可以配置成在相对较大的范围移动、调整或定位工具(例如，将工具移动到工作区域或材料表面上的任何地方)，但精度相对较低。第二定位系统可以配置成在相对较短的范围(例如，在工具当前位置的5英寸半径内)移动、调整或定位刀具，但是具有较高精度。在一些实施例中，第一(例如，粗糙或概略)定位系统可以包括在材料表面上对工具进行人工定位，第二(例如，精细或精确)定位系统可以包括使用例如伺服马达、步进马达、致动机构或偏心装置对工具进行定位。第一定位系统可以包括非人工定位系统，诸如例如机器人系统、远程控制系统或全球定位系统(“GPS”)实现设备。

例如，第一定位系统可以包括长范围、低精度定位机构，其配置成基于设计计划移动、调整或校正工具的位置。第二定位系统可以包括短范围、高精度的定位机构，其可以基于设计在最大范围内比第一定位机构更精确地移动、调整或校正工具的位置。在说明性和非限制性示例中，第一定位系统可以包括例如包含整个工作区域(例如，包括要在其上执行任务的材料表面的区域)范围的最大范围，并可以包括+/-0.25”的精度。第二定位系统可以包括例如0.5”的最大范围，精度为+/-0.01”。第一和第二定位系统的最大范围和精度可以包括便于混合定位系统和方法的其他范围和精度值。在各种实施例中，范围和精度可以是指一维精度(例如沿X轴)，二维精度(例如X-Y轴)或三维精度(例如，X-Y-Z轴)。

第一定位系统可能不太准确，并且包括其中最大范围基本上大于第二定位系统的最大范围的定位系统。例如，第一定位系统可以将工具从材料表面上的任何地方移动到期望位置的+/-0.25英寸内，而第二定位系统可以配置成将工具从当前位置移动高达5英寸，但精度为0.01英寸。在一些实施例中，混合定位系统可以包括多个定位系统，每个定位系统配置成准确地确定位置，然后将工具定位在一定距离范围内，使得当所述多个定位系统一起使用时，系统可以精确地确定位置并据此定位或调整工具。在一些实施例中，每个后一定位系统的最大范围可以等于或大于前一定位系统的精度。在说明性示例中，第一定位系统可以能够将工具定位在材料的表面上，例如其最大范围对应于材料表面的尺寸，精度为+/-1英寸。第二定位系统可以能够将工具定位在材料的表面上，其最大范围为2英寸，精度为+/-0.1英寸。第三定位系统可以能够将工具定位在任何地方，其最大范围为0.2英寸的，精度为+/-0.01英寸。因此，在该示例中，通过将所有三个定位系统一起使用，混合定位系统可以以+/-0.01英寸的精度将工具精确地定位在包括材料或工作区域的整个表面的最大范围内。

在一些实施例中，系统可以包括自动调整、引导或纠错，以便于根据设计计划执行任务。该系统可以使用各种类型的调节、引导或校正机构，包括例如偏心装置、伺服机构、步进马达、控制回路、反馈回路、致动器、螺母螺栓型机构。例如，系统可以包括联接到框架的偏心装置或伺服马达，并且切割工具配置成调节切割工具相对于框架的位置。当确定切割工具的当前位置时，系统可将当前位置与期望位置进行比较。然后，系统可以根据设计计划来引导工具。在一些实施例中，当系统确定当前位置和期望位置之间存在差异时，或当前位置或轨迹偏离设计计划时，系统可以根据设计计划调整切割工具。例如，系统可以识别设计计划和工具的切割路径或矢量，并调整切割工具，使得下一步切割依照设计计划进行。

系统可以利用各种自动校正机构。在一些实施例中，系统可以包括配置成调整切割工具位置的偏心装置。例如，使用两个偏心装置，系统可以在两个维度上调整切割工具的位置。偏心装置可以包括绕一轴线非对称地旋转的任何圆形部件。例如，偏心装置可以包括围绕非中心轴线旋转的圆形件。偏心装置可以联接到切割工具和框架并且配置为调节切割工具相对于框架的位置，其可以调节切割工具相对于材料表面的位置。在一些实施例中，系统可以利用具有螺母的螺杆将旋转运动改变为直线位移以校正或调整工具定位。

在一些实施例中，系统可以包括基于切割工具类型的方向控制。例如，如果切割工具是不能垂直调整的刀锯，则系统可以根据设计计划调整刀锯的方向或角度。系统可以包括配置成调整刀锯的倾斜或角度的致动器。

系统可以控制切割或绘制工具的z轴。该系统可以确定切割工具的末端相对于工作表面的位置。通过控制切割或绘制工具的z轴(例如，基本上正交于材料表面的轴线；竖直的轴线；与工作构件下降到工作构件或切割工具的表面或从其升高所沿的轴线平行的轴线)，系统可以根据设计计划开始和停止切割或绘制。例如，如果切割工具超出离开设计计划的可校正距离(例如，在自动补偿的半径之外)，则系统可以通过调整切割工具的z轴位置来停止切割(例如，提升钻头离开木材)。当用户将切割刀具带回到自动调整的半径范围内时，系统可以自动调整切割工具的z轴位置，使得切割再次开始(例如将钻头降低到木材中)。补偿的半径或范围可以对应于位置系统的定位系统。例如，如果位置系统包括具有大范围和短范围定位系统的混合定位系统，则补偿半径可以对应于短范围定位系统。在一些实施例中，控制工具的z轴位置可以便于进行2.5维设计。例如，设计计划可以指示对应于材料表面的z轴信息。因此，系统可以使用所确定的工作构件或切割工具或其末端的z轴位置来控制马达将工作构件移动到第二位置或定位(例如x、y或z轴位置)。

在一些实施例中，系统可以向用户指示切割工具在设计路径(例如预定路径)上或在补偿范围内，使得系统可以校正切割工具的位置。在一些实施例中，系统可以向用户指示切割不在设计路径上或不在补偿范围内。系统还可以向用户指示校正切割工具的位置或移动切割工具以使其在设计路径上或在补偿范围内的方向。系统可以使用发光二极管或其他光源、音频信号、蜂鸣声、啁啾声或振动通过显示装置可视地提供一个或多个指示。在一些实施例中，工具正偏离设计路径超过可接受范围的指示可包括自动关掉切割机器或调整切割或绘制工具的z轴，使得其停止在材料上执行任务。在一些实施例中，系统可以指示在表面本身的材料上的设计路径，例如通过照射向用户指示设计路径在何处和接着去何处的光束。例如，在确定误差时，系统可以照射向用户指示工具调整量的光束，以将工具的位置带到自动补偿的范围内或带到设计路径上。

在一些实施例中，可以与系统一起使用多个切割或绘制工具，包括例如刀锯、竖锯、刨槽机或钻机。系统可以配置成使得用户可以利用各种切割或绘制工具使用本公开的各个方面，而不用对工具进行任何调整或较少/临时调整。例如，系统可以包括框架、相机、显示装置和计算装置。框架可以配置成使得切割工具可以放置在框架中。相机可以联接到框架或者可以附接到切割工具。在放置相机时，系统可以自动或手动地校准，使得系统获得相机和切割或绘制工具(例如钻头)之间的矢量偏移。

在一些实施例中，系统可以包括配置成执行建图和定位功能并且向用户指示装置的当前位置的独立装置。在一些实施例中，独立装置可以附接到切割工具或绘制工具。在一些实施例中，独立装置可以不提供自动校正功能。在一些实施例中，独立装置可以包括显示器或相机。在一些实施例中，独立装置可以确定设计路径并检测工具何时偏离设计路径。独立装置可以通过例如显示器、将光照射在材料表面上、音频信号或语音描述来指示误差。

参考图1，示出了用于引导工具执行任务的设备的实施例的说明性示例。在一些实施例中，装置包括框架和安装在框架内的工具(例如，图1示例中的刨槽机)。框架可以由用户手动定位。装置可以调整工具在框架内的位置，以根据设计计划引导或调整工具或者以纠正用户的粗糙定位中的误差。该装置还可以包括显示器并且配置成对目标材料进行建图并将其显示在显示器上。在一些实施例中，目标材料上的标记(例如贴条)可以通过提供区别特征来便于产生目标材料的地图。装置可以通过从在线商店下载来获得设计或计划。该装置可以显示具有设计的目标材料的地图，该设计指示期望切割图案。

参考图2，示出了遵循目标路径区域并根据计划设计执行任务的用于自动引导工具的设备的说明性示例。在一些实施例中，为了遵循复杂的路径，装置的用户可能需要仅以路径的粗略近似来移动框架。在该示例中，虚线示出了在工具的位置未被调整的情况下该工具将采取的路径；实线是其实际路径，例如美国东南部的轮廓。在这一示例中，用户可以抓住框架并且大体沿虚线引导工具，并且工具可以自调整以沿着实线切割。在一些实施例中，装置基于切削工具的位置(例如x轴位置、y轴位置或z轴位置中的一个或多个)以及切割工具的期望位置自动调整钻头或其他切割工具。x轴和y轴可以相交以形成与材料表面基本平行(例如45度内)的x-y平面，而z轴基本垂直(例如45度垂直)或者与由x-y轴形成的水平面正交。在一些实施例中，装置的用户可以沿着图2中的虚线1210(或图23的路径406)移动装置，同时装置根据期望的设计计划(诸如图2的设计计划1205)自动调整切割工具(例如x，y或z位置)。例如，装置可以识别或检测切割工具相对于带有设计的目标表面的当前位置。然后，装置可以将当前位置与设计或地图的期望位置进行比较并调整切割工具。例如，如果确定工作构件或切割工具末端在材料表面上方1英寸处，则系统可以确定降低切割构件末端以接触材料的表面。在另一示例中，如果设计指示在材料钻入0.5英寸深的孔，则系统可以确定末端的z轴位置，并基于所确定的z轴位置将末端插入材料0.5英寸。例如，系统可以指令马达将工作构件或切削工具延伸超过材料表面0.5英寸。

参考图3，示出了用于自动引导工具的系统的实施例的说明性框图。在一些实施例中，系统680包括智能装置681。智能装置681可以包括至少一个中央处理单元(“CPU”)或处理器683，并且可以包括执行一个或多个处理的软件代码685、至少一个存储器687或至少一个显示器689。智能装置681可以包括自持单元，或智能装置681可以包括非自持或分离的部件。例如，显示器689可以栓系至智能装置681或者集成到智能装置681的外壳中。在一些实施例中，智能装置681可以集成为系统680的一部分，使得系统是自持的便携式单元。

在各种实施例中，系统680可以包括一个或多个传感器以便于确定工具的位置(例如，红外线、激光器、超声波测距等等)。例如，并且在一些实施例中，系统680可以包括可以与智能装置681组合使用的相机682，以建立待加工材料的地图684。相机682可以联接或附接到任何工具699以为该工具699提供定位。在一些实施例中，相机682与显示器689和CPU683联接。例如，相机682可以是可以附接或联接到任何工具699的计算机或智能设备681的一部分。软件应用或代码685可以安装在移动智能手机上并且可以利用智能手机的相机、CPU、存储器和显示器。在一些实施例中，软件或处理的一个或多个方面可由现场可编程门阵列装置(“FPGA”)或数字信号处理器(“DSP”)执行。

在一些实施例中，相机682可以以高帧速率拍摄图像。例如，相机可以扫描材料的表面以获得扫描数据或扫描图像数据。在一些实施例中，相机可以扫描材料的表面，处理器可以处理扫描以生成指示材料表面的地图的扫描数据。这可以便于本文公开的位置功能或构图功能。相机682还可以以相对低的帧速率拍摄图像，并且相机682可以与一个或多个光学传感器(例如，光学计算机鼠标中的传感器)联接。光学传感器可以提供低延迟定位推算信息。这些光学传感器可以与相机682结合使用。例如，相机682可以一秒钟多次地且可感知滞后地提供精确全局位置信息，并且可以使用光学传感器来低滞后地提供定位推算信息，该滞后填补了自拍摄最后一张图像之后的时间。在一些实施例中，加速度计可用于定位推算。系统100可以使用多个相机来增加扫描时的精度或覆盖范围，或提供深度信息。

在一些实施例中，系统100配置成建立、生成或以其他方式接收地图684。在一些实施例中，可以使用计算机视觉(“CV”)或传感器技术来建立地图684。例如，CV技术可以用于建立照片马赛克。照片马赛克过程可以包括拍摄同一对象的不同部分的多张照片并且将这些照片中的至少两张照片拼接在一起以形成覆盖整个对象的至少一个整体图像。

在一些实施例中，系统680或处理器可以配置成使用包括同步定位和建图(“SLAM”)的技术来评估扫描数据。SLAM可以包括使用与处理器683和相关软件685通信联接的传感器在确定(例如，同时地)工具699相对于地图684的位置的同时建立正在加工的材料(或“目标材料”)的地图684。例如，在建立地图的至少一部分之后，相机682可以获取正在加工的材料的图像。图像可以馈送到智能装置681并由其处理以确定工具699或装备的位置。系统680可以基于地图684分析所获取的图像，以确定相机681相对于材料的位置(例如，地理位置)。在确定相机682的位置时，在一些实施例中，系统680可以识别装备的位置与相机682的位置存在已知或可确定的偏移，相机可以刚性地附接到所述装备。

各种实施例可以使用各种其他位置处理和确定技术，包括例如诸如射频、近场通信、蓝牙、激光跟踪和感测之类的融合无线位置感测技术，或其他用于确定工具699在工件顶部的位置的合适方法。例如，可以使用超声波、红外线测距或激光来检测工具相对于材料的工作区域或表面的位置。根据一个实施例，可以将检测到的工具位置提供给系统680的任何其他部件从而便于引导或调整工具的位置。

在一些实施例中，系统680可以配置成使用马达轴的当前取向来计算工具699相对于装备的位置。例如，系统680可以通过归位马达轴、然后跟踪自归位处理后进行的一个或多个动作来识别其取向。在一些实施例中，代替归位，系统680可以使用编码器，因为编码器将能够直接地告知马达轴的取向。通过偏移和计算，系统680可以识别工具699或装备相对于正在加工的材料的位置。可以针对地图684分析的所捕获图像可以包括例如材料的特征，比如木纹和变形，或者可以包括放置在材料上的标记。下面将更详细地描述建图和定位技术的各个方面。

在一些实施例中，系统680可以接收设计686或模板。例如，智能装置681可以配置成从系统680的用户接收设计686或模板。智能装置681可以包括或访问配置成接收设计686的各种输入/输出装置。在一些实施例中，系统680可以经由网络接收设计686。在一些实施例中，用户或系统680可以基于地图684来修改或调整设计686。例如，用户可以相对于材料的地图684调整设计686的尺寸，以便在正在加工的材料上生成期望的工作路径。在一些实施例中，系统680可以基于材料的尺寸自动调整或优化设计的尺寸。

网络可以包括诸如因特网、局域网、城域网或广域网的计算机网络、内联网、以及诸如移动电话网络的其他通信网络。网络可以用于访问网页、在线商店、计算机或零售商店数据，这些网页、在线商店、计算机或零售商店数据可以在至少一个用户装置、系统680或系统100上显示或使用，例如膝上计算机、台式机、平板电脑、个人数字助理、智能电话或便携式计算机。

系统680可以配置成以多种方式创建、获取或加载设计686。在一些实施例中，可以下载或以其他方式获得设计。例如，用户可以在计算设备上生成设计，并将设计转移或以其他方式传送给系统680。在另一示例中，系统680可以从第三方实体接收设计。例如，用户可以通过网络在线购买设计并将设计上传到智能装置或计算机681。在一些实施例中，系统680可以便于获取表面的地图并且还获取该表面上设计686的地图。这可以有助于设置系统680遵循特定路线或向用户显示阻挡视线的大型工具下方的材料表面的图像，或者在具有原始状态的绘制计划的表面被碎屑覆盖或者绘制该计划的表面被切除之前显示该具有原始状态的绘制计划的表面。在一些实施例中，设计686可以通过菜单驱动界面从其在装置681上的原始形式设计、改变或操作，从而允许用户输入距离、角度和形状，或者在触敏板或显示屏上徒手绘制。

在一些实施例中，当用户沿着目标材料移动系统或装备680时，智能装置681处理由相机682获取的图像，确定装备680的位置，或者在显示器689上向用户提供期望路径。一旦用户已将装备680靠近期望路径放置，装备或系统680就可以根据加载的设计686自动地调整工具699的位置以实现期望的工作路径。术语“装备”和“系统”可以如本文所述可互换使用。在一些实施方案中，装备包括物理装置及其附件，系统包括物理装置、其附件以及嵌入或包含在一些物理元件中的相关技术和软件代码。

在一些实施例中，系统100基于由相机沿着目标材料的任意路径直到关注的整个区域已经被覆盖所获取的图像建立地图684。例如，用户可以沿着材料表面上的任意路径扫掠相机300，直到关注的整个区域已经被覆盖。在一些实施例中，系统100可以配置成使得相机682可以从装备100移除以扫掠或经过材料的区域。系统100可以将相机682获得的图像拼接在一起。例如，系统100可以使用图像马赛克软件代码685来形成材料表面的关注区域的衔接地图684。系统100可以将地图684存储在存储器687中。在接收到由相机682拍摄的被建图材料的图像时，系统100可以将该图像与保存在存储器687中的地图684进行比较，并且还可以确定位置和取向。例如，系统100可以基于该比较来确定工具、钻头、系统、切割构件、工作台或装备的位置。

在一些实施例中，系统680可以允许用户在地图684已经组合起来之后创建并加载设计686。例如，在地图684已经组合在智能装置681(诸如计算机)上之后，用户可以通过直接在生成的地图684上绘图来在计算机上创建设计686。例如，用户可以在一块木材上在期望钻孔的位置进行标记。可以使用软件代码685(包括计算机辅助设计和制造)的技术和特征来创建具有精确测量的设计。然后，当用户返回到材料时，相机682在地图684上的位置可以在屏幕或显示器689上向用户显示，设计计划686叠置在地图684上。例如，系统680可以在显示装置上显示叠置有相对于材料表面的位置(例如，传感器、设备、切割工具或绘图工具的位置)指示的地图图像。在一些实施例中，系统680可以识别工具相对于地图的地理位置。例如，相机682可以附接到钻机上，并且用于准确地确定钻机相对于设计686中明确的目标钻机位置的位置，便于用户更精确地对齐钻机。

在一些实施例中，系统680配置成使用目标材料的视觉特征来建立地图并跟踪相机的位置。在一些实施例中，软件685包括使用材料的诸如纹理、缺陷或标记的可见特征来建立地图并跟踪相机的位置的指令。可以改变目标材料以便于建图和跟踪功能。例如，实心有色塑料对于系统680来说可能太难以区分以致于不能有效地建图或跟踪。因此，用户可以例如以某种方式改变材料表面以添加可被跟踪的特征。在另一示例中，系统680可以指令标记器任意地添加可被跟踪的特征。例如，可以添加的特征可以包括对材料典型不可见的油墨，但是当应用紫外线或其他光时，可以在不可见光谱或可见光谱中看到油墨，从而允许相机跟踪不可见油墨的图案，而一旦工作完成则不显示任何可见标记。在一些实施例中，用户可以应用具有以后可被移除的标记的贴条。特征也可以投射到材料上，例如用投影仪。或者，如果用户以后将在材料上涂刷或由于其他原因不在乎材料的外观，则用户可以简单地用铅笔或标记器标记材料。

在一些实施例中，标记带或贴条可以在带的整个长度上包括唯一的条形码序列。在一些实施例中，标记带可以是薄的，使得该装置可以经过标记带而不会被卡住或干扰。在一些实施例中，标记带可以被设计和构造成使得当装置在标记带上移动时它将留下来，但是也可以在项目完成时容易地取下。标记带材料可以包括例如乙烯基或任何其他合适的材料。

在相机不能跟踪材料或者不能足够准确地做到这一点、或者材料不适合跟踪(例如由于不平坦的表面)或任何其他阻止相机直接跟踪表面的原因的情况下，相机可以跟踪脱离材料的其他标记。例如，用户可以将具有特定特征或标记的壁放置在正在加工的材料的侧部的上方、下方或周围。周围表面上的特征或标记可使相机能够确定其在材料上或相对于材料的位置。在各种实施例中，可以使用不同类型的定位技术或装置来定位工具699或工作台690，可能与主要用于记录材料的视觉外观而不需要执行跟踪功能的相机682相结合。例如，定位技术可以包括例如超声波、红外线测距或激光。

系统680可以通过调整工具699所附接的工作台690或可移动平台的地理位置来调整工具699的精确位置。工作台690可以连接至联接到马达轴的偏心装置。当马达轴在圆形路径中移动时，偏心装置沿着复杂圆弧和路径移动工作台690。枢轴694可以连接至工作台并且还连接至联接到第二或枢转马达轴的偏心装置。枢轴694可以配置成拉动或推动工作台690以实现工作台在360度范围内的可控运动。通过控制偏心装置的旋转，系统680可将工作台定位在该范围内的几乎任何XY位置。

在一些实施例中，系统680使用参考查找表来便于引导工具。例如，参考查找表可以包括与期望的工作台位置有关的马达坐标。在一些实施例中，系统680可以执行能够用来调节将工作台690和连接至工作台690的工具699的切割钻头移动到期望位置的马达的计算。在一些实施例中，系统680可以通过定位工作台690和枢轴694在二维平面中360度移动工具699。例如，工具的切割器械可以移动到目标范围408的360度窗口内的任何地方。

在一些实施例中，马达可以移动、定位或调整工作台690和枢轴694。工作台马达控制器691可以控制工作台马达210。枢转马达控制器695可以控制枢转马达220。工作台马达控制器691和枢转马达控制器695可以从智能装置681接收包括期望位置或坐标的信息。基于接收到的信息，工作台马达控制器691和枢转马达控制器695可以激活并控制它们各自的马达210、220以将工作台690和枢轴694置于适当或期望的位置，从而将工具定位在期望的地理位置。

在一些实施例中，智能装置681可以与工具699通信、从其接收信息并且对其进行控制。例如，智能装置681可以发送指令以开机或关机，或增速或减速。在一些实施例中，指令可以发送何时接合目标材料的信号，例如，通过当用户足够靠近材料上的期望路径或者在其附近时调整工具699的深度。

图4提供了用于在目标材料上执行任务的方法600的实施例的说明性流程图。例如，方法600可以便于使用基于刨槽机的实施例来切割工作表面。在一些实施例中，在动作602，用户可以找到或创建他们想要从材料中切割出的设计。在一些实施例中，任务可以包括多个任务(例如，第一任务和第二任务，它们可以是整个任务的子集)。例如，从材料中切割出设计的任务可以包括切割设计的第一部分的第一任务和切割设计的第二部分的第二任务。在一些实施例中，第一和第二任务可以是基本相似的(例如，相同类型的切割或绘制工具)，而在其他实施例中，第一和第二任务可以不同(例如，不同的钻头或绘制工具，不同类型的切割工具，不同的用户装置，材料的不同区域等等)。

在识别设计计划之前或之后，用户可以对材料或材料片材的表面进行建图。如果材料具有足够的标记，用户可以使用材料本身。然而，在动作604中，如果材料具有平坦表面或有限标记，则用户可以将标记放置在材料上。标记可以包括例如打印机标记贴条或其他类型的能够容易识别的合适标识。

在一些实施例中，在动作606，传感器可以扫描材料以获得扫描数据。例如，相机扫描材料和各种标记以创建地图。CPU可以处理由传感器或相机获取的图像，并生成地图或扫描数据。可以将地图的尺寸和形状适当地操控到优选配置。在一些实施例中，在动作608，设计被套准或以其他方式与该地图相关以创建切割计划。

在一些实施例中，在动作610，准备切割工具执行任务。例如，用户可以加载、调整或固定钻头，将其安装到装备上并启动刨槽机。在一些实施例中，系统可以响应于一个或多个参数，经由软件开始的过程来启动刨槽机，包括例如用户对设备100在特定方向上的运动进行的运动感测。

在一些实施例中，在动作612，系统可以接收各种设置。例如，用户可以设置切割工具的钻头的宽度、工具的期望范围校正的范围(例如区域)、十字准线的尺寸或切割工具的速度。此后，可以向软件提供指令以开始该任务。

在一些实施例中，在动作614，装备被放置成邻近期望路径，使得系统可以自动地将工具的位置沿着期望路径调整到开始调节范围位置。然后，用户可以遵循如本文所述的恒速策略，例如关于图3所述。在一些实施例中，一旦该工具已经完全走完围绕该计划前进(动作616)，用户就可以从该材料移除该装置和工作产品。

图5示出了用于恒速策略的方法650的实施例的说明性流程图。图3中的过程是假定用户已经将刨槽机附接到装备上并已经对它们的材料进行建图并加载了其设计。在一些实施例中，在动作651，用户开始切割材料的过程。该过程可以包括将工具移动到材料上的计划或路径范围内的某一点(动作653)。例如，用户可以移动工具，或者工具可以被远程控制。

在一些实施例中，该过程包括基于工具的位置来确定在装备的调整范围内是否存在计划上的某一点(动作655)。在范围内没有点的情况下，该过程可以包括发送通知(例如，经由显示器、音频、振动、光或LED)并等待，直到用户将装置移动到调整范围内(动作657)。

在一些实施例中，如果调整范围内存在点，则该过程在动作659包括将计划上最靠近工具的点设置为目标点。在一些实施例中，该过程可以包括将工具移动到目标点并切割材料(动作661)。

在一些实施例中，该过程包括通过确定新目标是否在调整范围内来创建第二目标(动作663)。如果存在第二目标，则该过程可以包括将第二目标点设置为新目标(动作665)。装置可以沿顺时针方向继续移动，从旧目标点切割到新目标点。在一些实施例中，该过程可以包括当工具或刨槽机从旧目标点切割到新目标点时识别调整范围内的下一个目标点(动作663)。例如，优化或期望的第二目标的确定可以是连续的，并且基于从相机检测并由系统处理的图像或各种图像。

如果在调整范围内没有目标点，则在一些实施例中，该过程包括清除目标点(动作667)并从动作655开始确定在该调整范围内是否存在计划上的某一点。在一些实施例中，这一过程继续进行，直到工具沿着诸如顺时针方向的特定方向走遍计划的全部或部分。

在一些实施例中，如果材料尺寸大于设计，则可以绕过建图阶段。例如，用户可以确定与设计上的区域(即右上拐角)相对应的开始点，并且系统800可以开始描绘图像。

目前为止讨论的实施例集中在容纳附接到工作台的工具的装备上，并且工作台由一个或多个马达移动或控制。线性设计描绘了由马达移动的刨槽机，其中刨槽机连接到线性工作台。在这些情况中，刨槽机作为单独的单元被附接或安装。然而，该系统可以设计为一个单元，其中工作台、移动工作台的马达、控制器都作为工具的外壳和动力位于同一外壳内和同一动力系统内。作为示例，刨槽机外壳将被放大以装配工作台和马达，并且可以包括集成到外壳中的显示器。通过这一实施例，形状因子可以被改进，使其看起来像单件工具。

这里呈现的实施例并不旨在穷举。使用本文所述的构思的其他实施例也是可行的。此外，这些实施例中的部件可以以各种不同的方式来实施。例如，可以使用线性工作台或铰链接头或电磁滑块或另一定位机构来调整工具或工具所在的工作台以对其检测位置和其预期位置做出反应。

作为示例，本文所述的系统和方法可以与在固定位置操作的钻机、钉枪和其他工具一起使用。在这些实施例中，可以修改工具和软件，使得计划包括一个或多个目标点而不是完整的设计。装置可以由用户移动，使得目标位置在调整范围内。接着，软件可以将工具移动到正确的目标位置。然后，用户可以使用该工具钻孔、打入钉子或执行其他操作。

在一些实施例中，工具可以便于执行任务而不用提供自动调整。例如，工作台、枢轴、马达和偏心装置可以被移除。该工具可以附接到下部工作台外壳。可以修改软件，使得计划包括一个或多个目标点。用户可以移动装置使得该工具直接在目标位置上方。用户可以使用显示器上提供的位置反馈来执行准确的定位。

在一些实施例中，本公开便于引导或定位竖锯。竖锯刀片可以沿刀片的方向旋转和移动，但是不可以垂直于刀片移动，否则它将会卡住。本公开可包括可以放置在定位工作台的顶部的旋转工作台。竖锯可以附接到这一旋转台。该软件可以进行修改，以使竖锯遵循计划并旋转到正确的取向，并确保竖锯不垂直于刀片移动。在一些实施例中，刀锯可取代竖锯以达到相同的效果。可以通过使旋转工作台旋转来对切割器具进行转向，并且可以通过移动定位工作台沿着切割方向移动切割器具。

在一些实施例中，系统可以支持旋转、但不支持平移。例如，系统可以自动地将刀片定向在滚动竖锯(scrolling jigsaw)(例如，具有可以独立于本体旋转的刀片的竖锯)中。在该实施例中，软件可以对刀片进行转向以将其瞄准正确的路线，用户可以负责控制其位置。

在一些实施例中，系统可以定位线锯(scroll saw)。例如，相机可以联接到线锯，并且用户可以移动材料。线锯的上臂和下臂可以机械化，使得它们可以通过计算机控制而独立地移动。然后，用户可以移动材料，使得计划位于线锯的调整范围内，并且软件将调整线锯以遵循该计划。在一些实施例中，上臂和下臂可以移动到相同的位置，或者独立地移动以形成不垂直于材料的切口。

在一些实施例中，位置校正装置可以安装到移动平台。例如，装置可以放置在材料上，并使其自身四处驱动。该装置还可以用于替代实施例中，其中两个移动平台在它们之间拉伸一切割刀片或切割丝。例如，可以独立地控制每个平台，允许切割线在三维中任意移动，例如用以切割泡沫。

在一些实施例中，系统可以联接或以其他方式附接到诸如推土机的车辆或工作设备，其中位置校正机构安装在车辆上。例如，混合定位系统的一些实施例可以包括车辆，其包括准确到第一范围内的第一位置校正系统和准确到比第一范围更精确的第二范围的第二位置校正系统。车辆可以行驶在材料片材、诸如位于地面上的钢板上，诸如等离子切割机的切割工具可以用来切割材料。在一些实施例中，本公开可以便于绘图装置或绘画装置，例如在足球场上布置线条，或标记施工现场。例如，车辆可以包括诸如铲车型车辆的工业车辆，其构造成包括切割器或其他工具、相机和本文所述的控制电路，以确定车辆(或工具)在材料上的位置，识别切割或标识材料的地方，并调整工具以在适当的位置切割或标识材料。

图6是根据说明性实施方式的计算机系统600的框图。计算机系统600可用于实施系统680。计算系统600包括用于传送信息的总线605或其他通信部件以及联接到总线605以用于处理信息的处理器610或处理电路。计算系统600还可以包括联接到总线以用于处理信息的一个或多个处理器610或处理电路。计算系统600还包括联接到总线605用于存储信息以及由处理器610执行的指令的主存储器615，诸如随机存取存储器(RAM)或其他动态存储装置。主存储器615还可以用于在处理器610执行指令期间存储位置信息、临时变量或其他中间信息。计算系统600还可以包括联接到总线605以用于存储用于处理器610的静态信息和指令的只读存储器(ROM)1220或其他静态存储装置。诸如固态装置、磁盘或光盘的存储装置625联接到总线605，以用于永久性存储信息和指令。

计算系统600可以经由总线605联接到显示器635，诸如液晶显示器或有源矩阵显示器，以便向用户显示信息。输入装置630，诸如包括字母数字和其他键的键盘，可以联接到总线605，用于将信息和命令选择传送到处理器610。在另一实施方式中，输入装置630具有触摸屏显示器635。输入装置630可以包括诸如鼠标、轨迹球或光标方向键的光标控制器，用于将方向信息和命令选择传送到处理器610以及用于控制显示器635上的光标运动。

根据各种实施方式，本文这里描述的过程可以由计算系统600实施，以响应于处理器610执行包含在主存储器615中的指令布置。这些指令可以从另一计算机可读介质(诸如存储设备625)读入到主存储器615中。包含在主存储器615中的指令布置的执行使计算系统600执行本文这里所述的说明性过程。也可以采用多处理装置中的一个或多个处理器来执行包含在主存储器615中的指令。在替代实施方式中，可以使用硬连线电路代替软件指令，或者硬连线电路可以与软件指令组合使用，来实现说明性实施方式。因此，实施方式不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

尽管在图6中已经描述了示例性计算系统，但是本说明书中描述的主题和功能操作的实施方式可以在其他类型的数字电子电路中或在计算机软件、固件或硬件中实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物，或它们中的一个或多个的组合。

本说明书中描述的主题和操作的实施方式可以在数字电子电路中或在计算机软件、固件或硬件中实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物，或它们中的一个或多个的组合。本说明书中描述的主题名称可以作为一个或多个计算机程序(即一个或多个计算机程序指令电路)实施，所述计算机程序被编码在一个或多个计算机存储介质上，以便由数据处理装置执行或以控制数据处理装置的操作。作为替代或者另外，程序指令可以在人工生成的传播信号上进行编码，例如机器生成的电、光或电磁信号，所述信号被生成以对用于传输到合适的接收器设备的信息进行编码，从而由数据处理设备执行。计算机存储介质可以是或者包括在计算机可读存储装置、计算机可读存储基板、随机或串行访问存储器阵列或装置、或它们中的一个或多个的组合中。此外，当计算机存储介质不是传播信号时，计算机存储介质可以是以人工生成的传播信号编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是或包括在一个或多个单独的部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储装置)中。因此，计算机存储介质既是有形的，又是非暂时的。

在本说明书中描述的操作可以由数据处理设备对存储在一个或多个计算机可读存储装置上或从其他源接收的数据执行。

术语“数据处理设备”或“计算装置”涵盖用于处理数据的各种设备、装置和机器，包括例如可编程处理器、计算机、芯片上的系统、或者多个可编程处理器、计算机、芯片上的系统、或者上述的组合。该设备可以包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，该设备还可以包括为所述计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件的代码、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机、或它们中的一个或多个的组合。设备和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础设施，如网页服务、分布式计算和网格计算基础设施。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，说明性或过程语言，并且其可以以任何形式部署，包括部署为独立程序或部署为电路、部件、子例程、对象或其他适用于计算环境的单元。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、专用于所讨论的程序的单个文件中、或者多个协调文件(例如，存储一个或多个电路、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以部署为在一个计算机上执行，或可以部署为在位于一个地点或者分布在多个地点并由通信网络互连的多个计算机上执行。

适用于执行计算机程序的处理器包括例如通用微处理器和专用微处理器以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般而言，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。通常，计算机还将包括或可操作地联接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储器装置(例如磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者向其传送数据或者两者。然而，计算机不必具有这样的装置。此外，计算机可以嵌入在另一装置中，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储装置(例如通用串行总线(USB)闪存驱动器)，仅举几例。适用于存储计算机程序指令和数据的装置包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，包括例如半导体存储器装置，例如EPROM、EEPROM和闪存装置；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。

为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施方式可以在计算机上实施，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置、例如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器，以及用户可以用来向计算机提供输入的键盘和指示装置、例如鼠标或轨迹球。也可以使用其他类型的装置来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以包括声音、语音或触觉输入的任何形式接收来自用户的输入。

参考图7A，示出了设计计划和标识材料702的实施例的说明性示例。放置标识材料704可以便于对目标材料进行建图。例如，目标材料可能不包含足够的区别标记。向目标材料添加区别标记(例如贴条、油墨、铅笔)可以便于系统680对目标材料进行建图以及在切割期间跟踪切割工具的定位。在这个例子中，设计计划是国家的形状。标识材料可以放置在目标材料的表面上，以便于对目标材料进行建图以及跟踪位置并根据设计来调整位置。

参考图7B，示出了定位标记706的实施例的说明性示例。定位标记706可以作为设计计划的一部分被包括在内，或者可以是指用于形成设计计划的某种类型的标记材料702。定位标记706可以放置在目标材料上，并被系统680使用来对目标材料进行建图并跟踪切割工具相对于材料表面的位置。

定位标记706可以设计、构造或配置成使得它们易于系统680检测和读取(例如经由相机或传感器682)。例如，定位标记706可以包括表征二值化图像的多米诺骨牌。二值化图像可以包括具有两个值的图像，例如具有两种颜色的图像。在一些实施例中，可以选择两种颜色，使得两种颜色的第一颜色与两种颜色的第二颜色形成对比。例如，两种颜色可以包括白色和黑色，红色和白色，橙色和蓝色，绿色和紫色等等。基于多米诺骨牌的定位标记706可以容易且快速地被系统680读取。通过使用具有预定数量的特征(例如斑点710)的定位标记706，可以快速地从二值化图像轮廓树读取定位标记706。此外，每个多米诺骨牌可以包括一数字，这便于跟踪多个多米诺骨牌。此外，系统680可以容易地确定每个圆圈710的子像素精度。在一些实施例中，拐角圆圈(例如710)可以存在于所述多个多米诺骨牌706的每一个中。在每个多米诺骨牌中存在拐角圆圈710便于读取定位标记706，并且可以允许系统680以增加的距离读取定位标记，因为存在均一尺寸的特征。具有均一尺寸的特征防止特征的子集在所有特征消失之前从二值化图像消失。例如，如果所有特征710具有相同的尺寸，则系统680可以检测所有特征，或者在定位标记708位于检测范围之外的情况下检测不到任何特征。

在一些实施例中，定位标记706可以包括基准标记708。基准标记可以是指能够由系统680以极小运算力检测的标记。在一些实施例中，系统680可以直接从为黑白图像(可能作为具有更多数据的图像的二值化，例如灰度或全色)的输入检测定位标记700。

在一些实施例中，系统680可以使用二值化图像的轮廓树检测定位标记706。轮廓树可以是指斑点树。斑点可以是指相同颜色的区域。轮廓可以是指包括斑点或相同颜色的区域的边界。斑点可以具有诸如圆形、正方形、三角形、多边形、卵形、椭圆形、矩形、五边形、轮廓或允许系统680检测位置标记的另一形状的形状。

在一些实施例中，斑点可以被组织在树中，使得树中的每个节点对应于一斑点。此外，如果子斑点包含在母斑点中，则节点可以是另一节点的子节点。例如，在大写字母“B”的图像中，有四个斑点：白色背景，字母的黑色，以及B的内部部分的两个白色斑点。它们被组织在树中，使得字母是背景的子斑点，并且两个内部的斑点都是字母的子斑点。

在一些实施例中，位置标记可以包括如图7B所示的多米诺骨牌。尽管图7B中示出了矩形多米诺骨牌，但是可以使用具有图案或其他形状斑点的其他标记。例如，除了矩形标记708外，标记可以为多边形、圆形、椭圆形、正方形、三角形、五角形等等。斑点710可以为圆形或其他形状。标记集合或多个标记可以称为场景706或多个标记706或多个备选位置标记706。标记708可以是备选标记，因为系统680可以执行初始处理以识别图像，并且基于阈值测试来确定图像是否为位置标记或者满足标准(例如，斑点是否存在于预定位置中，是否存在图案，或指示图像对应于位置标记708的其他符号)。

位置标记可以包括：具有一个或多个标记708的一行或多行712；以及具有一个或多个标记708的一列或多列714。在一些实施例中，多个位置标记706或场景706可以是对称的(例如相同数量的行和列)。在一些实施例中，多个位置标记706或场景706可以是非对称的(例如不同数量的行和列)。

多米诺骨牌706中的每一个可以包括位于轮廓树中的可识别符号。例如，多米诺骨牌可以包括位于黑色斑点内部的10个白色斑点。白色斑点可能没有子斑点。多米诺骨牌配置可以包括具有十个白色子轮廓数的轮廓树，所述白色子轮廓数是黑色背景树的叶子。因此，如果系统680检测到这一配置(例如，具有10个白色斑点的黑色斑点)，则系统680可以取黑色斑点并将其处理为基准标记。这一附加的处理可以以拒绝多米诺骨牌作为标记结束，或者可以以接受多米诺骨牌作为位置标记结束。这种可能性扩展到轮廓树中的任何可识别符号，其可以包括可变数量的子斑点，只要它足够独特使得仅从轮廓就能够有很大概率确定它是标记并且投入附加的计算资源来对其更靠近地研究。

因此，系统680可以配置成使用初始图像处理技术来对检测到的图像进行初始评估。在初始处理技术期间，系统680识别轮廓树以确定轮廓树是否匹配或满足初始筛选。例如，如果系统680检测到黑色斑点和10个白色斑点(例如，如多米诺骨牌708所示)，则系统680可确定图像可以包括位置标记，并转发图像用于进一步处理。通过执行初始评估，系统680可以预筛选图像并选择图像的子集用于进一步的更加计算密集的处理。因此，系统680可以提高效率并减少用于确定工具相对于工作表面的位置的计算资源的量。

在一些实施例中，可以通过二值化输入图像、计算轮廓/斑点树或找寻已知符号来极快地检测标记。在一些实施例中，位置标记可以将数据编码到每个基准(例如708)中并且易于检测。例如，基准标记708可编码一数字，这允许系统680保持跟踪(管理、维持、识别或确定)场景中存在的多个基准(例如场景可以是指位置标记706)。基准708的数量在场景706中可以是唯一的，或者在场景706中可以不是唯一的。在一些实施例中，诸如多米诺骨牌708中的每一个的标记包括以二进制编码数字的白色斑点图案。

在一些实施例中，标记708可以包括布置在预定位置的斑点(例如710)。标记708可以包括四个拐角中的每一个中的斑点，允许系统680不仅确定基准标记708的存在，而且还确定它的布局(诸如标记相对于相机682的位置和取向)。在预定位置包括斑点可以提高系统680对在标记本身中编码的消息进行解码的能力。例如，如果斑点布置在网格中，则通过识别拐角提供了网格的布局，并且允许系统680将每个网格方块映射到1或0，以表示斑点存在或不存在。在一些实施例中，系统680可以使用位于标记的预定位置中的斑点来检测多米诺骨牌或标记708的布局，但是然后以另一种方式解析一些编码数据，这些编码数据可以在二值化图像/轮廓树中编码，或者可以不在二值化图像/轮廓树中编码。

在一些实施例中，标记708可以包括为形状的斑点，所述形状则可以通过返回参考全色(或灰度)图像来以子像素精度来解析。例如，系统680可以将斑点识别为圆圈(或者可以预配置成将斑点识别为圆圈)。系统680可以确定二值化图像中每个斑点的边界框。然后，系统680可以使用灰度图像中的对应灰度像素来拟合椭圆(从透视图观察为圆形)到该像素，从而给出子像素精度。系统680可以通过使用斑点的这一子像素精度检测来更准确地检测基准708相对于相机的位置和取向。然后可以将该位置和取向在系统680中向前馈送以用于进一步处理，例如在三维空间中定位相机。

现在参见图8A-8B，示出了用于引导和抽取灰尘的系统、方法和设备。灰尘抽取可以是指对在机加工过程如铣削、刨槽、打磨等等过程中从大块工件(材料的表面、工作表面)中移除的材料颗粒进行排出。在木工领域，灰尘可能为锯屑。有效地提取灰尘便于保持清洁的工作环境，保持没有灰尘的用于呼吸的安全空气，并防止灰尘积聚在工具附近，否则会妨碍其切割动作并且还导致产生过热。另外，木屑的堆积会形成爆炸风险。此外，对于利用光学方法进行定位(例如相机682)的自动引导工具(例如系统680)来说，灰尘可能干扰该工具确定工具相对于材料表面的位置的能力。本公开的系统、方法和设备能够有效地从工具的工作区域排出灰尘。在一些实施例中，在没有真空源的情况下，灰尘可以在受控方向上被引导远离工作区域。

图8A示出了根据实施例的配置成引导和排出灰尘的工具800。工具800包括旋转切割器1(或工具末端或切割构件或工作构件)，当旋转切割器1轴向、横向、或轴向和横向组合移动通过材料2时，所述旋转切割器剪切材料2。工具800包括工具框架3。工具框架3可以包括由工具框架3中的空隙形成的腔体。腔体3可以进一步由空间4形成，在该空间中，工作材料2的部分已经被移除或切除。切割构件或刨槽机钻头或工具末端可以延伸穿过腔体3。腔体3可以形成一个或多个通道或形成通道的一部分。通道引导气流6。通道在图9A-9B中进一步示出。工具可以包括相机10，其可以包括相机682的一个或多个功能。相机10可以包括或称为传感器，诸如图像传感器、红外传感器或激光传感器。

在一些实施例中，用于旋转切割器1的旋转动力可以由包括集成风扇802的刨槽机5或主轴5(例如，木工修剪刨槽机或金属切割工具或塑料切割工具等等)产生。风扇802可以是集成到主轴5中的单独的风扇，或者风扇802可以是指作为主轴5使切割工具1旋转的副产物而产生的气流。在一些实施例中，风扇802可以位于工具外部，例如位于主轴5的外部。风扇802可以包括布置成在旋转时生成气流的一个或多个叶片或桨片。该风扇802可以产生向下的气流6，该气流将灰尘从由工具框架3和空间4形成的收集腔体中沿着工具的基板7中的通道驱策出去。这些通道将灰尘朝工具8的前部引导，这使得灰尘不会积聚到工具9的后部，光学定位系统10可能瞄准(例如相机682)在该后部。在一些实施例中，工具800的前部8可以是指远离工具正在切割的方向的工具部分，或者更靠近工具的用户的工具部分。在一些实施例中，工具800的后部9可以是指面向工具正在切割的方向的工具部分，或者更远离工具的用户的工具部分。在一些实施例中，工具的后部9是指相机10所瞄准的工具800的部分。工具800可以包括真空端口11，该真空端口通向由接收气流6的空隙3和4形成的通道之一。

图8B示出了类似于工具800的工具801的实施例，该工具包括附接到真空端口11的真空源12。真空源12朝真空源13偏压气流。这可以通过由基板7中的空隙3和4形成的连接通道提取灰尘并且进入真空源12中。在这种构造中，灰尘可以在不进入周围环境(例如工具9的后部)的情况下被有效地从工具移除。

由腔体3和4形成的通道允许由工具主轴5的风扇802产生的气流6和由真空源12产生的气流沿着共同路径行动以移除灰尘。这提供了有效的灰尘提取系统，因为真空源12不对抗由集成式主轴风扇802产生的气流。

图9A示出了用于引导和提取灰尘的装置900的自顶而下的透视图。装置900可以联接到系统或设备800或801、作为其一部分、或者由其一个或多个部件形成。在一些实施例中，设备900包括工具800的基板7。基板7包括由基板7中的空隙或腔体3形成的通道904a-904b。基板7的一部分面向或搁置在材料2上或者与其相对。风扇802产生朝材料2向下流动的气流6。真空源12产生朝向真空源12和真空端口11的气流13。气流6朝向材料2的方向由X示出，而朝向真空端口11显示的气流13由圆圈中的点示出。

在一些实施例中，基板7中形成的通道904a-904b是V形的。在一些实施例中，可以有两个从腔体3延伸的通道904a和904b。在一些实施例中，可以有一个通道(例如仅有通道904a)。在一些实施例中，可以存在多个通道(例如两个或更多个通道)。所述多个通道中的一个可以包括联接到真空源12的真空端口11。通道904a和904b可以形成U形。通道804可以包括经由腔体3垂直于通道904a和904b延伸的第三通道。

通道904a和904b可以形成角度906。角度806可以在1度到180度的范围内。在一些实施例中，角度906可以是90度、45度、60度、120度等等。角度906可以选择成使得来自材料2的灰尘通过通道904a-904b以及气流6和13被有效地引导远离工具的后部9并朝向工具的前部8。

通道904a-904b可以包括通道深度。通道深度对于通道904a和通道904b而言可以是相同的，或者在不同通道之间可以是不同的。通道深度可以大于零。通道深度可以是范围从0.02英寸到2英寸的值。基于工具的类型或正被切割的材料的类型，深度可以更小或更大。例如，正被引导或提取的颗粒尺寸可以确定通道深度(例如，对于较小颗粒而言通道深度较浅，对于较大颗粒而言通道较深)。

在一些实施例中，从风扇802产生的气流6和13的第一分量可以大于从真空源12产生的气流6和13的第二分量。在一些实施例中，从风扇802产生的气流6和13的第一分量可以小于或等于从真空源12产生的气流6和13的第二分量。

在一些实施例中，可以确定从真空源12产生的气流，使得气流将工具800(或设备900)保持到材料2上。这可以增加接触材料的工具部分之间的摩擦，摩擦的增加可以在材料2上切割或执行任务时增加稳定性。

图9B示出了用于引导或抽取灰尘远离工具后部9的设备902。图9B示出了包括通道904a-904b的设备902或基板7的自顶而下的透视图。设备902可以类似于或包括设备900的一个或多个部件。在一些实施例中，设备902包括真空端口11，但不联接到真空源(例如，如设备900所示)。虽然设备902可以不在真空端口11处联接到真空源，但是设备902仍然可以通过通道804和由风扇(例如风扇802)产生的气流6引导和抽取灰尘。

真空端口11可以沿着通道904a或通道904b定位在任何地方。在一些实施例中，真空端口11可以相对于腔体3定位成更靠近基板900的边缘或拐角。真空端口11和基板902的边缘之间的距离908可以大于零。真空端口11和腔体3之间的距离910可以大于零。距离910可以与距离908不同。距离910可以大于距离908。距离910可以是距离908的倍数。可以确定距离908和910，使得灰尘能够有效地并且高效地被引导和抽取远离工具的后部9。

图9C示出了基板910的仰视透视图。基板910可以对应于基板7。基板910包括可对应于通道904a-904b的通道912a-912b。基板910包括可对应于腔体3的腔体916。基板910包括位于通道912中的真空端口914，该真空端口可对应于真空端口11。真空端口914可以连接至真空源或可以不连接至真空源。

基板910可以由便于系统680或工具800操作的任何材料制成。该材料可以是金属、塑料、合金或其他材料，其为工具800提供足够的结构支撑和用以允许工具在表面上滑动的摩擦，同时提供一定的稳定性。

图9D是基板920的自顶而下的透视图，该基板可对应于图9B的基板902的实施例。基板920包括腔体922，切割构件或工具尖端可以延伸通过该腔体。基板920可以包括真空端口924。

基板920可以包括在基板920的底部上的通道(例如，与要执行任务的材料相对的基板的部分或侧部)。基板920可以包括用于一个或多个螺钉的附加开口或腔体或凹槽，或用于将基板920联接到诸如工具800的工具的联接机构。

参考图10A，示出了用于确定工具末端相对于工作表面或材料的位置的系统、方法和设备。系统、方法和设备可以校准工具的位置检测。在一些实施例中，系统680可以配置、设计或构造成确定工具末端相对于工作表面的位置。系统1000(或工具1000)可以在一个或多个方向上移动、定位或控制工具末端24的运动(例如，图10B示出了触摸材料2表面的工具末端24)。控制可以手动或自动激活。在一些实施例中，工具1000可以包括或配置为自动控制旋转切割器24相对于工件或材料2的表面的高度。系统1000可以包括图1-9和图11A-11B的系统或设备的一个或多个功能或部件。

系统1000(或工具1000)可以校准工具的位置检测。系统1000可以包括联接到工具1000的基座18。基座18可以与工作表面2接触。在某些情况下，基座18可以包括垫22。例如，基座18可以包括垫22，使得基座18经由垫22与工作表面2接触。因此，并且在一些实施例中，基座18可以是指基座18和垫22。在一些实施例中，基座18可以不与工作表面接触。基座18可以与和垫22接触的传感器23接触，并且垫22可以与工作表面或工件或材料2接触。

系统1000可以包括具有一个或多个处理器的一个或多个计算装置。在一些情况下，系统1000可以包括远离工具的一个或多个计算装置。例如，工具可以包括无线或有线通信接口，所述无线或有线通信接口可以从远离工具的一个或多个计算装置发送和接收数据或控制信息。

系统1000可以包括通信地联接到计算装置的一个或多个传感器23。系统1000可以包括由计算装置控制的马达19，以使工具末端24朝向和远离工作表面2延伸和缩回。马达19可以控制或包括或是指配置成延伸或缩回工具末端24的系统1000的一个或多个部件，包括例如可移动滑架15。

系统1000可以通过一个或多个传感器23确定表示由基座的一部分在工作表面上施加的力的大小的参数的第一值。例如，传感器23可以包括力传感器23。系统1000可以将第一值确定为第一力值，其指示由基座23施加在材料2上的默认或初始力。这可以指示工具的重量。力可以以牛顿或磅为单位测量或确定。传感器23可以基于时间间隔(例如，每0.1秒、0.5秒、1秒、2秒、3秒、5秒或某一其他时间间隔)重复地检测或测量参数的值。传感器23可以将第一值或第一测量与第二值或后一测量进行比较。传感器23可以重复地将测量与后一测量进行比较，直到传感器检测到测量之间的变化或差值(例如，0.5％、1％、2％、3％，或绝对变化，例如1N、0.5N、0.25N、0.1N、0.05N或2N)。该差值可以是指一预定阈值的差值。阈值可以是固定的或动态的。阈值可以是基于传感器23的分辨率。

系统1000可以指令马达19以将工作构件或末端24朝工作表面2延伸。然后，系统1000可以通过传感器23在工作构件24接触工作表面2时识别参数的第二值。该第二值可以是第二力值。第二力值可以小于当工具末端24不与工作表面接触时由传感器23确定的第一力值。在一些情况下，可以有多个传感器23，每个传感器可以确定第一力值和第二力值。在一些情况下，第一传感器可以确定与由第二传感器检测到的第一力值不同的第一力值。第一值可以是指当工具末端不与材料2接触时。第一和第二传感器可以识别不同的第一值，因为工具的重心不均匀地位于第一和第二传感器之间。因此，当工具末端24接触材料2时，由第一传感器检测到的第二力值可能不同于由第二传感器检测到的第二力值。例如，当工具末端24接触材料2时，工具的基座18可以以一定角度(例如，1度、2度、5度或10度)倾斜。基座18的倾斜可能导致第一传感器22测量的第二力值小于由第一传感器22测量的第一力值，而第二传感器22测量的第二力值可能大于由第二传感器测量的第一力值。

系统1000(或计算装置)可以基于与工作表面2接触的工具的基座18的一部分来识别参数的第一值。响应于马达19使工作构件24接触工作表面2，系统1000可以基于不与工作表面接触(例如，部分地接触或在表面上施加比之前所施加的力更小的力)的工具的基座的部分经由传感器23识别参数的第二值。例如，不接触可以是指或包括由基座18的部分施加的较小的力。在一些情况下，系统1000可以指令马达19接触工作表面2以倾斜基座18的至少一部分。倾斜基座18可以是指分配由基座18施加的力，使得基座18的第一部分比基座18的第二部分在材料2上施加更大的力。倾斜基座18可以是指改变由基座18的部分施加的力的分配。工作构件24响应于工作构件24接触工作表面2而倾斜工具的基座18，响应于该倾斜，系统100可以确定工作构件24相对于工作表面2的z轴位置。

系统1000可以将所述参数的第一值与所述参数的第二值进行比较，以生成第一值和第二值之间的差值。系统1000可以确定绝对差值(例如力的大小的差值)，或简单地确定存在差值，因为两个值彼此不相等。系统1000可以确定如果一特定传感器22的第一和第二值不相等，则这是由于工具末端24接触材料24并且抵消或分配了由基座18施加在材料2上的力。系统1000可以响应于第一力值大于第二力值来确定z轴位置，因为基座18可以施加到材料2上的力较小。

响应于检测这一差值，系统1000可以确定工具末端24已经接触材料，并且使用这一信息来确定工作构件相对于工作表面的z轴位置。例如，系统1000可以确定这是工具末端24的基线或默认位置。系统1000可以校准工具末端24的位置，使得这是零位置。随着系统1000缩回工具末端24远离材料，系统1000可以监测或跟踪工具末端24与对应于材料2的表面的所校准的零位置的距离。例如，系统1000可以控制或指令马达19使工具末端24远离可以对应于材料的表面的所校准的零位置缩回或移动一距离(例如，1毫米、5毫米、1厘米、5厘米或10厘米)。在一些情况下，系统1000可以指令或控制马达19将工具末端24插入材料2中一距离。例如，系统1000可以指令或控制马达19将工具末端24插入超出所校准的零位置1厘米，这可以将工具末端24插入材料2中1厘米的距离。例如，系统1000可以使用所校准的零位置在材料中形成深1厘米的孔。

系统1000可以指令马达19使与工作表面2接触的工作构件24缩回而远离工作表面2。系统1000(或其传感器23)可以通过测量参数的第三值识别工作构件24何时不与工作表面2接触。参数的第三值可以大于参数的第二值，因为工具末端24不再抵消由基座18施加到材料2上的力(例如，通过传感器23或垫22)。该参数的第三值可以等于(例如，在1％、2％、5％或10％内基本等于)当工具末端24也不与材料2接触时参数的第一值。系统1000可以响应于第一值和第三值之间的第二差值小于一阈值来确定工作构件相对于工作表面的第二z轴位置(例如，该差值小于第一值或第三值的一百分比，例如小于第一值或第三值的1％、2％、3％、5％或10％；或该差值小于一力值，例如小于1牛顿、0.5牛顿、0.01牛顿、2牛顿、5牛顿或10牛顿)。

因此，为了便于控制旋转切割器24的高度，工具可以确定参考点或“零”点，使得工具1000(例如经由切割构件24)可以定位成移除一定量的材料2。例如，工具1000可以在横向移动之前将旋转切割器24投入工件2中一指定深度以形成凹槽。工具可以使用用于精确地确定工具末端相对于工作表面的位置的方法。在一些实施例中，工具1000使用低成本传感器23，例如力传感器，其检测由工具1000的一部分施加在材料2上的力的差量或变化。在一些情况下，传感器23可以包括电容传感器、光电传感器、电磁传感器、负载传感器，应变测力传感器、压电晶体，液压测力传感器或气动测力传感器。

当末端24朝材料2移动并接触材料2时，由基座18施加的力可能减小，因为力正被卸载到工具24的末端。检测到力的这一变化可以指示工具末端正在接触材料2的表面，并允许工具将该位置配置或设置或初始化为零位置。这对于包括自动引导工具的手持电动工具来说可能是有用的，并且也可以应用于全自动机加工工具。

在一些实施例中，工具1000包括安装在刨槽机5(例如，木工修剪刨槽机)的主轴14中的刨槽机钻头1。刨槽机5可以固定于在导轨16上滑动的可移动滑架15中。导轨16可以安装到结构柱17。结构柱17可以固定到工具1000的基座18。马达19可以固定到工具1000的基座18以旋转丝杠20。丝杠20可以通过可移动滑架15上的螺母21。丝杠20可以包括方形螺纹、梯形螺纹或偏梯形螺纹。当马达19旋转时，可移动滑架15与丝杠20的螺距成比例地平移。

在一些实施例中，可移动滑架15可以安装到移动工作台上，所述移动工作台在Z方向上被框架约束。在一些实施例中，Z柱或导轨16可以安装到XY移动工作台上，所述XY移动工作台在Z方向上由装置1000的框架约束。例如，工具或装置1000可以包括具有可定位于诸如木材的一块材料表面上的工作台的装备或框架。该工具可以电联接或机械联接到框架，并且框架与工具一起可以通过材料上方。工具可以将框架、工作台或工具移动(或为用户提供指令以移动)到材料上的期望的XY或Z坐标。例如，该工具可以包括美国专利申请公开号2015/0094836中描述的系统的一个或多个部件(例如，装备、工具、工作台等等)。美国专利申请公开号2015/0094836的全部内容通过引用并入本文。

在一些实施例中，工具1000可以使用一个或多个其他配置或技术来相对于工作表面移动工具1000的末端24。其他配置可以包括动力螺杆、平移螺杆、滚珠螺杆、滚子螺杆、流体动力、齿轮系、蜗杆传动装置、齿条齿轮传动装置、电磁致动装置、压电致动装置、液压升降机、电动升降机、旋转升降机、气动升降机、机械升降机、杠杆、齿轮等等。

工具(或装置)1000的基座18可以通过垫22与工作表面2分离，装置1000搁置在所述垫上。在一些实施例中，一个或多个力传感器23可以定位于装置1000的垫22和基座18之间。当装置1000搁置在工作表面2上时，由装置1000的重量产生的重力部分地或完全地通过所述一个或多个力传感器23。

为了定位切割工具1000的末端24，系统或装置1000可以移动滑架15更靠近工作表面2，这使末端24朝工作表面移动。当执行这一运动时，可以测量通过力传感器23的力(例如，响应于运动测量，周期性测量，基于诸如每毫秒、每10毫秒、每1秒等等的时间间隔测量)。一旦切割工具的末端24与工作表面2接触，附加的运动就会使装置1000重量的一部分通过工具末端24传递给工作表面2，并且通过传感器23的力相应地减小。该系统检测一个或多个传感器23上力的变化，并且可以停止滑架的运动。滑架15的位置被记录并且可以对应于工具末端在工作表面处所定位的点。因为工具末端和工作表面可能较硬，所以在极小的距离上发生可检测的重量转移，并且这一方法的误差可以对应于在桦木胶合板表面上使用1/4”碳化刨槽钻头小于0.0005”。

系统1000可以重复地将工具末端24朝向和远离材料2或支撑材料2的表面(例如，桌面、台面、地板或其他支撑结构)延伸和缩回。系统1000可以重复地延伸和缩回工具末端24以产生或创建材料2的三维地图。

在一些情况下，系统1000可以将工具末端24延伸到材料2的边缘附近。系统1000可以将工具末端24延伸到材料2的边缘附近，直到工具末端24接触支撑材料2的表面。系统1000可以通过确定工具末端24延伸超出材料2的表面以便接触支撑材料2的表面的距离来确定材料的厚度。系统可以使用力传感器23来确定这些位置，以检测工具末端24何时接触材料2或支撑材料的表面。例如，系统1000(或马达19)可以将工作构件24朝支撑工作表面的表面延伸。工具的基座18的一部分可以与工作表面2接触，而工具的基座18的一部分可以脱离材料2。或者，在一些情况下，基座18可以与材料2接触，材料可以成形或构造成使得工具末端24在延伸时可以接触支撑材料2的表面，材料2与该表面相对；或工具末端24可以延伸通过材料2中的孔以接触支撑材料2的表面。系统1000(例如，通过传感器23)可以检测与支撑工作表面的表面接触的工作构件24。例如，系统1000可以检测参数(例如，力)的第三值，并且响应于第一值和第三值之间的第二差值大于阈值而确定工作表面2的厚度(例如，差值可以大于第一值或第三值之一的1％、2％、5％、10％；或者差值可以大于诸如1牛顿、0.5牛顿、0.01牛顿、2牛顿、5牛顿或10牛顿的力值)。

系统1000可以基于工具的工作构件24接触工作表面来确定多个位置点。例如，系统1000可以重复地延伸和缩回工作构件24以接触材料2并使工作构件24移动远离表面。系统1000可以在每次工具末端24接触材料2(或不接触材料2)时记录信息。例如，系统100可以记录或识别位置点。每个位置点可以具有x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。x-y坐标可以通过使用材料表面上的标记来确定，并且可以与材料的表面或材料表面上的位置相关。可以使用材料表面上的基准标记、成像技术或视觉技术来确定x-y坐标。例如，工具的第二传感器(例如，视觉传感器或相机)可以使用放置在工作表面上的基准标记来确定每个位置点的x轴坐标和y轴坐标。系统可以通过延伸工具末端24直到工具末端24接触表面并相对于所校准的零位置测量深度来确定z坐标(或深度)。所校准的零位置可以是材料表面上的位置。系统1000可以使用这些位置点生成工作表面2的三维地图。

系统1000可以通过将工具末端24的位置与装置(例如工具1000)在工作表面2的平面上的位置相关联来测量工作表面2的几何形状。为此，工具末端24(例如，具有锥形或球形末端的圆柱形工具)可以首先通过检测工具末端24的位置而与工具100的参考框架相关。一旦工具末端24相对于工具的参考框架的位置是已知的，工具就可以横向放置在所关注表面(例如工作表面2)上，以确定工作表面的竖直位置。工作表面的竖直位置可以是指工作表面的材料的表面。在一些情况下，竖直位置可以指示其深度受关注的一块木材中的凹进部、腔体、凹痕或凹入部。在一些情况下，竖直位置可以指示其深度受关注的一块木材中的隆起部分、凸块、突起或凸出部。然后可以将工具末端插入、延伸、下降、投入或以其他方式移动，直到工具末端接触材料的部分(例如凹进部或突起)的表面。工具末端超出工具末端首先接触工件表面的表面的顶部部分的附加位移可以指示凹进部的深度。类似的，工具末端在工具末端首先接触工件表面的表面的部分上方的位移减少可以指示突起的高度。如果凹进部的表面轮廓受关注，则工具可以围绕凹进部移动到多个点。该工具可以在多个点中的每个点处确定深度。该工具可以记录工具的深度和横向位置(例如，x、y和z坐标，其中x和y坐标可以是指横向位置，z坐标可以是指深度)两者。横向运动可以使用内置的定位工作台自动完成，或可以由用户手动执行，或可以两者组合完成。

系统1000可以识别或确定工作表面2上的孔的中心位置。例如，具有锥形末端24的工具1可以装配到系统中。然后可以在该孔的中心上方的大致位置(例如在孔的直径的5％、10％、15％、20％、25％、30％、50％、75％或90％内)定位该工具1，并且将其投入，直到末端24接触孔的圆。因为工具末端24可以是锥形的，工具末端24可以使工具居中在孔的上方。然后，该工具可以使用例如具有相机10的视觉系统来确定横向位置(例如x和y坐标)从而确定孔的位置。

系统1000可以包括计算装置、处理器或微处理器(例如系统680的处理器)或可以与计算装置、处理器或微处理器通信。计算装置可以包括系统680的一个或多个过程。系统1000可以使用计算装置来控制定位马达的运动，并且还可以测量通过一个或多个力传感器23的力。传感器23可以包括例如力敏感电阻器、压电传感器、应变计、负荷销、剪切梁、张力连杆、磁位计、扭矩传感器、测力传感器、液压测力传感器、气动测力传感器、弹性装置、磁弹性装置、塑性变形、箔式应变计等等。

在一些实施例中，该工具可以使用相机、视觉信息、陀螺仪或3轴加速度计检测倾斜。该工具可以包括相机10(也在图8A中示出)或其他传感器。相机10可以包括相机682的一个或多个部件或功能。相机10可以确定所获取的图像的移位，该移位与基座提升引起的倾斜相对应。在工具使工具末端24与工作表面2接触之前，相机10可以拍摄第一图片或图像，然后当工具末端接触工作表面时可以拍摄第二图像。相机10可以基于时间间隔(例如，每1秒、2秒、3秒、0.5秒或5秒)重复地拍摄图像，并将第一图像与后一图像进行比较以识别倾斜。相机10可以拍摄连拍图像，然后将图像彼此进行比较，以检测工具末端何时接触表面而造成倾斜。在某些情况下，连拍图像中的每个图像都可以与时间戳记相关联。每个图像可以进一步关联、标签或以其他方式对应于工具末端的位置。系统可以确定连拍图像中哪个图像首先指示倾斜(例如，当工具1000在工具末端接触材料2时朝工具的后部倾斜的时候，相机10拍摄的图像中的物体可能看起来更接近)。在一些情况下，系统1000可以确定第一图像和后一图像之间的像素差值或偏差。响应于检测像素偏差，系统1000可以确定工具末端在对应于具有相对于第一图像或前一图像的偏差像素的后一或第二图像的时间戳记处接触材料2。相机可以将第一图像与第二图像进行比较，以识别两个图像之间的倾斜或变化。

传感器10可以包括图像传感器或相机。参数可以包括像素。像素可以在图像中具有位置。系统1000可以获取(例如经由图像传感器)包括具有第一值(例如，二进制值、256位值、红、蓝绿值、灰度值、亮度值、或数值)的像素的第一图像。系统1000可以获取包括像素的第二值的第二图像。第二值可以用于与第一值相同的像素。像素可以是图像中的位置。系统1000可以比较包括第一值的第一图像和包括第二值的第二图像，以识别第一值和第二值之间的差值。该系统可以将第一图像中的一个或多个像素与第二图像中的一个或多个像素进行比较以检测差值。系统可以比较所获取的两张图像，以确定它们有偏差。图像可能有偏差，这是由于基座以一定角度倾斜，这可能导致相机以与第一图像相比不同的角度或不同的视角获取第二图像。因此，系统可以将偏差归因于工具末端24接触工作材料的表面并且使基座倾斜。

该工具可以使用电容传感器10或电磁传感器10来确定工具末端24与工作表面2的接近程度。例如，电磁传感器10可以通过感测在金属中感应的涡电流来感测或检测感测线圈在靠近包括金属的工作构件24或工具末端24时的电感变化。

在一些情况下，工具1000可以包括加速度计。例如，传感器23或传感器10可以包括加速度计，例如3轴加速度计或陀螺仪。加速度计可以响应于由基座提升引起的运动或突然运动而指示倾斜。例如，当工具末端不与表面接触时，加速度计可以确定指示工具基座的加速度的第一值。第一值可以为零，例如，因为基座可以搁置在工作表面上。当工具末端触及或接触表面时，加速度计可以确定第二值。第二值或第二加速度值可以指示由工具末端接触工作表面并移动机械连接至工具末端的基座造成的基座的加速度、冲击、运动、力或基座的其他位移。计算装置可以比较第一值与第二值，以基于与工作表面接触的工作构件来识别工具的基座的加速度。在一些情况下，计算装置可以确定第一值和第二值不相等或基本相等(例如，在1％、2％或5％内)，并且基于存在加速度差值确定工具末端接触工作表面。

工具可以确定或检测关于工具的附加信息，包括末端或工作构件的位置、直径或工具几何形状。确定工具的几何形状可以包括或是指确定切削工具的直径。工具的几何信息可用于自动确定工作构件的切割槽的长度和切割器的角度(例如V形雕刻钻头或螺旋角)。例如，该工具可以包括靠近工具末端24的相机10或中断光束传感器10(例如激光中断光束传感器，红外中断光束传感器，光电传感器或光学传感器)。工作构件24可以下降到传感器10的作用线上，当工作构件24中断由传感器10形成的光束时，工具可以检测到工作构件24的位置。在某些情况下，光束的轴线可以相对于工具的坐标系进行预校准。

在一些情况下，系统可以包括瞄准工具末端24或工具构件1的一个或多个视觉相机10，以确定工作构件1或工具末端24的位置。视觉相机10可以被预校准到工具的坐标系上，以检测工具末端24。在某些情况下，视觉相机可以包括线性电荷耦合器件(CCD)传感器或其他图像传感器。线性CCD传感器可以使用比视觉相机更少的处理来检测工具末端。

系统1000可以测量工作构件1或工具末端24的直径。工具可以在测量或确定工具末端24的位置的同时使工具末端四处移位。通过移位工具末端，该工具可以使用单个中断光束传感器10通过将工具从左到右通过传感器10来检测工具直径。工具的横向运动可以引起第一次中断，然后使光束不受阻碍，以提供工具直径的量度。由于刨槽机钻头可以具有螺旋槽，工具可以沿工具的长度进行多次测量以确定直径。该工具可以使用一维传感器利用涡电流或电容感测来确定直径，以通过将传感器数据与工具位置相关联来收集关于工具的几何形状的多维信息。该工具可以确定关于工具末端24的附加信息，例如在v形切割钻头情况下的末端角度。此外，该工具可以包括用于检测工具的几何特性的视觉相机10。

系统1000可以包括或配置有混合定位系统以定位工具的工作构件。例如，系统可以包括工作台。系统可以包括靠近工作台的滑垫，以便于移动工作台。系统可以包括至少一个适于移动工作台的马达。系统可以包括至少一个控制所述至少一个马达的马达控制器。系统可以包括与一个或多个软件应用组合的用于处理数据和向所述至少一个马达控制器提供信息的计算装置或处理器。系统可以包括配置为获取材料表面的第一信息以建立表面的地图的第一传感器。第一信息可以包括表面的图像。系统可以包括与处理器通信地联接的第二传感器。第二传感器可以获取用于确定工作构件的位置和工作构件相对于表面的取向中的至少一个的表面的第二信息。计算装置或处理器可以使用由第一传感器获取的第一信息来建立表面的地图。计算装置或处理器可以接收与使用第一信息建立的表面的地图相对应的设计。处理器可以通过显示屏显示叠置在地图上的设计。系统可以经由第二传感器接收表面的第二信息。系统可以基于表面的第二信息并且基于地图来确定工作构件的位置和工作构件相对于表面的取向中的至少一个。该系统可以通过显示屏显示叠置在地图上的工作部件的位置。系统可以基于套准在地图上的设计以及位置和取向中的至少一个来确定工作构件的期望位置。系统可以提供马达控制信息以控制所述至少一个马达，以在工具沿着位于基本与设计的轮廓相邻的选定范围内的第一方向前进时将工作台和工作构件移动到期望位置。当工具沿第一方向前进时，系统可以自动将工具沿第二方向与设计的边界边缘重新对准。

例如，系统1000可以使用所确定的工作构件的z轴位置来至少部分地基于工作构件的z轴位置来提供马达控制信息，以控制一个或多个马达使工作构件从第一位置移动到第二位置。马达控制信息可以包括x轴信息、y轴信息或z轴信息中的一个或多个。工具可以沿着位于与用于工具的工作构件的预定路径相邻的范围内的方向前进。

在一些情况下，系统1000可以从第一传感器接收第一信息，并基于材料的表面的第一信息，使用表面的地图确定工具的工作构件的第一位置(例如，x-y坐标或x-y-z坐标)和工作构件相对于表面的取向中的至少一个。系统可以通过工具的显示屏来指示工具的工作构件相对于表面的地图的第一位置。系统可以检索与表面的地图相对应的设计，以识别工具的工作构件的路径。系统可以将工具的工作构件的第一位置与设计进行比较，以确定与工具的工作构件的路径相对应的工具的工作构件的第二位置。系统可以基于第二位置和取向中的至少一个来提供马达控制信息，以控制至少一个马达将工作台和工作构件移动到第二位置。工具可以沿着位于与工具的工作构件的路径相邻的范围内的方向前进。

系统可以执行恒速技术以提供马达控制信息控制至少一个马达，以在工具沿着相应的多个连续方向前进时将工作台和工作构件移动到多个连续位置。当工具沿第四方向前进时，系统可以自动将工具沿第三方向与设计的边界边缘重新对准。系统可以显示目标范围窗口，从而提供工具的参考点、预期的切割路径和期望的工具移动路径的示出。预期的切割路径可以指示x-y坐标系中的位置以及z轴深度。

传感器可以接收或获取图像数据的实况馈送。系统可以接收由传感器获取的图像数据的实况馈送，并使用实况馈送的图像数据来比较设计上的前一位置(例如，x-y坐标或x-y-z坐标)和设计上的优选的下一位置(例如，x-y坐标或x-y-z坐标)，以自动重新对准工具的位置。

尽管图10A-10B示出了确定旋转切割工具24相对于工作表面2的位置，但是该方法可以应用于绘图笔、乙烯基切割刀、移液管末端、用于拾取和放置机器的真空喷嘴、或任何其他用以确定工作构件24相对于工作材料2的零位置的系统。

图10C示出了根据实施例的与垫相邻的力传感器23。力传感器23可以临时放置在那里以执行校准程序从而确定零位置。力传感器23可以在校准程序完成之后被移除。

图10D示出了位于或放置在基板920的顶部上的力传感器23。一个或多个力传感器23可以定位在工具1000上的任何位置，使得力传感器23可以检测到对应于工具末端24接触材料2表面的力的变化。该力的变化可以是所检测的力的减小，因为一些力通过工具末端24被传递给材料而不是通过力传感器23传递到材料上。

图11A和11B示出了具有基板1105的工具1100。工具1100可以包括工具1000的一个或多个部件，并且基板1105可以对应于基板910。图11A示出了当不使用灰尘抽取和引导技术时留在材料上的灰尘或颗粒，而图11B示出了本文所描述的灰尘引导和抽取技术如何能够从材料移除灰尘(例如，通过由风扇产生的气流，和/或通过移动通过远离工具的后部的通道的真空源产生的气流，或通过真空端口抽取的气流)。工具1100可以经由工具基板的腔体或通道移动由工作构件从工作表面移除的材料颗粒。工具1100可以通过真空装置将颗粒经由腔体离开工作构件排出。

图12示出了根据实施例的校准工具的位置检测的方法的框图。简而言之，方法1200包括在1205，工具检测参数的第一值。在步骤1210，工具将工作构件朝工作表面延伸。在1210，工具检测参数的第二值。在1220，工具确定工作构件相对于工作表面的位置。方法1200可以由图1-11B中所示的一个或多个系统的一个或多个部件或模块执行。

仍然参考图12，并且更详细地，工具在1205检测参数的第一值。工具(例如经由传感器)可以检测参数的第一值。传感器可以通信地联接到包括一个或多个处理器的计算装置。参数或其第一值可以指示由工具的基座的一部分施加在工作表面上或朝工作表面施加的力的大小。工具可以在工具的基座的该部分与工作表面接触的情况下检测参数的第一值。例如，基座的该部分可以搁置或放置在工作表面或材料上。在一些情况下，基座可以包括与工作表面接触的垫。

在步骤1210，工具朝工作表面延伸工作构件。工具(例如经由由计算装置控制的马达)可以将工作构件朝工作表面延伸。当工作部件接触工作表面时，基座可以至少部分地与工作表面接触。例如，工作构件可以接触工作表面并且至少部分地提升或倾斜基座的一部分。根据与材料表面接触的工具末端提升或倾斜基座的程度，基座的该部分可以与表面接触或可以不与表面接触。在一些情况下，基座仍然可以与表面接触，但是基座施加在工作表面上的力的大小可能较小。这种较小的力的大小可以对应于参数的第二值。

在1210，工具检测参数的第二值。工具(例如经由传感器)可以通过识别小于参数的第一值的参数的第二值来检测工作构件何时接触工作表面。第二值可以小于第一值，因为由于工具末端分配了由基座施加的力，由基座的部分施加的力可能较小。力可以被分配成使得工具末端将一些力施加到材料上，或者使得基座的另一部分施加比基座的第一部分更大的力。例如，工具末端可以使基座倾斜，使得基座的第一部分施加比基座的第二部分更小的力。例如，响应于马达使工作构件接触工作表面，工具可以使用不与工作表面接触的工具的基座的部分检测参数的第二值。工具可以响应于所述工作构件响应所述工作构件接触所述工作表面倾斜所述基座，而确定所述工作构件相对于所述工作表面的z轴位置。

在1220，工具确定工作构件相对于工作表面的位置。工具(例如通过计算装置)可以响应于第一值和所述第二值之间的差值大于一阈值而确定工作构件相对于工作表面的z轴位置或深度。工具可以基于这些检测到的z轴位置校准工具的位置检测系统。例如，工具可以将这一位置设置为零、初始或默认位置。然后，系统可以确定工具末端相对于所校准的零位置的z轴坐标或位置。在一些情况下，工具可能无法将检测到的表面校准为零位置，但可记录主轴的绝对距离。由于工具末端长度可以基于工作构件或工具的类型而变化，主轴的末端的位置可以由工具预确定，因为其不可互换。

本公开的用于与切割工具一起使用的实施例的形式和结构在图13-21中提供和描述。图13-21中描述的实施例提供了配置成与刨槽机500一起使用的系统或装备100。系统100包括两个支撑腿部104，它们在下端附接到基座外壳130并终止于上端的装置安装件122内。装置安装件122包括用于将监视器或智能装置570夹紧或锁定到装置安装件122中的左和右显示器夹124。装置570包括显示屏572，供用户观察用于特定用途的切割路径。基座130还具有通过手柄支撑臂108附接的左和右手柄或抓握部106。

基座130的下端具有围起封闭工作台150的底板139和下部工作台滑垫151。基座130和底板139彼此紧固，例如通过加工的螺钉。如图20所示，底板139具有附接到底部的底部滑垫141。底部滑垫141用于辅助装备100沿着正在加工的材料的表面运动。底部滑垫141可以由高密度聚乙烯、特氟隆或其他合适的材料制成，其既耐用又适于沿材料滑动。

刨槽机500通过将刨槽机基板510附接到工作台150而被添加到装备100。如图21所示，工作台150具有若干工具附接点164，用于将刨槽机基座510附接到工作台150。刨槽机基座510具有若干刨槽机基座支撑腿部508，其围绕刨槽机钻头512形成笼体。刨槽机500还具有动力线506和启闭开关504。装备100可以实施为包括诸如电池源的机载电动力源的自持便携式单元。

智能单元或监视器570可以包括具有电缆端子或插座576的输入电缆574。如果装置是智能装置，则CPU、软件和存储器将位于装置本身上。如果装置570仅仅是显示器，那么电缆574和插座576将连接到CPU单元。

如图14-19所示，系统100可以包含工作台马达210和枢转马达220。工作台马达210用于控制工作台150的运动。枢转马达220用于控制枢转臂156的运动，该枢转臂拉动或推动工作台150以将马达210、220的旋转运动转换成相对线性的运动。工作台马达210和枢转马达220均分别具有它们自身的马达盖212、222。

马达210、220可以由连接到印刷电路板250和微控制器板252的工作台马达驱动器253和枢转马达驱动器254来控制。微控制器252处理来自智能装置或CPU单元(即膝上计算机)的低级指令。这些指令将是用于移动马达210、220以将位置(即位置150、125)设置成正确的步进命令来驱动马达到那些位置的指令。马达的取向可以通过将其归位到零位置一次、然后跟踪所采取的所有后续步骤来进行跟踪。可替代地，系统可以使用旋转编码器来跟踪马达轴取向的状态。马达210、220和马达驱动器253、254通过将动力插座255接入动力源来提供动力。

如图15-16所示，装备100的背部包括相机支撑件190。相机支撑件190可以是一个或多个支撑构件，其连接到上部工作台外壳130并且终止于安装相机300的装备100的顶部。相机300和镜头304放置在相对向下的位置以获取正在加工的材料及其周围区域的图像。

偏心装置可用于将马达的旋转运动转换成线性运动。偏心装置是围绕偏心轴旋转的圆盘。随着轴旋转，它们在围绕偏心圆盘包绕的套环中产生线性运动。偏心装置能够保持精确线性工作台的同样低的游隙(backlash)精度，同时成本较低。1/2”的线性位移范围完全在偏心装置的能力内。工具可以包括安装到框架并连接到可在其基座上滑动的工作台的两个偏心装置。偏心装置可以通过步进马达旋转，通过旋转它们，工作台可以在框架内移动。各偏心装置的尺寸和形状可以变化以提供工具699相对于工作空间的更大或更小的相对运动。

为了约束工作台，一个偏心装置可以通过球轴承联接器直接连接到工作台上，而另一个偏心装置通过联接器和铰链连接。这种联动设计导致偏心装置取向与工作台位置之间的非线性关系。在范围的中心附近，偏心装置的适度旋转产生工作台的适度运动。相比之下，在范围的边缘附近，需要更大旋转使工作台移动固定的量。在本发明中，工作台位移限制成最大范围的大约95％，以避免具有极端非线性的位置。这种联动设计还允许反向驱动，因为作用在工具上的力可能造成凸轮远离其目标位置旋转。然而，本发明利用具有足够动力的马达，其具有充足动力，即使在存在显著力的情况下也能防止反向驱动。

如图21所示，上部外壳130可以是一体式单元，其具有被加工或形成到上部工作台外壳130中的间隔件131、133、135。间隔件131、133、135为工作台150和枢转臂156提供移动所需的空间。前间隔件131、侧间隔件133和后间隔件135不必形成为一个单元。而是，前间隔件131、侧间隔件133和后间隔件135可以是附接到上部工作台外壳130的独立零件。上部工作台外壳130还容纳若干上部工作台滑垫137。上部工作台滑垫137允许工作台稳定臂152以极小的摩擦沿垫137移动。

工作台150理想地由轻质、但耐用且高强度的材料制成，例如铝或其他合金。工作台150最有可能加工成包括一个或多个稳定臂152、工作台偏心臂构件154、工具附接点168以及开口160，在所述开口，工具延伸穿过工作台150。此外，枢转臂156最可能由与工作台150相同的合金或材料加工而成。

在操作中，工作台马达210响应于工作台马达轴184的旋转而移动。在工作台马达轴184上附接有工作台偏心凸轮构件174。当工作台马达轴184旋转时，工作台偏心凸轮174旋转并且凸轮设计使得连接到凸轮174并围绕凸轮174的工作台臂构件154移动工作台150。支承环可用于凸轮174和工作台臂构件154之间。

另外，当枢转马达220移动时，枢转马达轴186旋转。在枢转马达轴186上附接有枢转偏心凸轮构件176。当枢转马达轴186旋转时，枢转偏心凸轮176旋转，并且凸轮设计使得连接到凸轮176并围绕凸轮176的枢转臂构件154前后移动枢转臂156，这使得工作台150相对于枢转臂156移动。支承环可用于凸轮176和工作台臂构件156之间。

当工作台150和枢转臂154移动时，工作台稳定臂152沿着上部工作台滑垫和下部工作台滑垫151移动(例如，如图13那样)，以在运动期间稳定工作台150。此外，工作台偏心装置174和枢转偏心装置176可以包括凸台。凸台向偏心装置174、176提供一些额外的材料以容纳夹紧在工作台马达轴184或枢转马达轴186上的固定螺钉，从而将其牢固地附接到相应的偏心装置174、176。图21中可见枢转偏心装置凸台187。工作台偏心装置凸台由于其相对于枢转偏心装置凸台187是翻转的，而未在图中示出，因为工作台150和枢转臂156正在不同的平面上操作。

虽然本文描述了根据本公开的示例性方法的各种动作，但是应当理解，可以省略本文描述的一些动作，并且可以添加其他动作而不脱离本公开的范围。

本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的广泛构思的情况下，可以对上述实施例进行改变或修改。因此，应当理解，本公开不局限于所描述的特定实施例，而是旨在涵盖在本公开的范围和精神内的所有修改和改变。

本文中描述的系统可以提供这些部件中的任何多个或每一个，并且这些部件可以设置在独立机器上，或者在一些实施例中，可以设置在分布式系统中的多个机器上。本文中描述的系统和方法可以实施为使用编程或工程技术来生成软件、固件、硬件或其任何组合的方法、设备或产品。此外，本文中描述的系统和方法可以作为在一个或多个制造产品上或制造产品中实施的一个或多个计算机可读程序提供。本文中所用的术语“制造产品”旨在包括可从一个或多个计算机可读装置、固件、可编程逻辑、存储器装置(例如，EEPROM、ROM、PROM、RAM、SRAM)、硬件(例如，集成电路芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC))、电子装置、计算机可读非易失性存储单元(例如，CD-ROM、软盘、硬盘驱动器)访问并嵌入的代码或逻辑。制造产品可以从文件服务器访问，文件服务器经由网络传输线路、无线传输介质、通过空间传播的信号、无线电波或红外信号提供对计算机可读程序的访问。制造产品可以是闪存卡或磁带。制造产品包括嵌入由处理器执行的计算机可读介质中的硬件逻辑以及软件或可编程代码。通常，计算机可读程序可以以诸如LISP、PERL、C、C++、C#、PROLOG的任何编程语言来实施，或以诸如JAVA的任何字节代码语言来实施。软件程序可以作为目标代码存储在一个或多个制造产品上或制造产品中。

已经描述了用于为一个或多个虚拟机虚拟音频硬件的方法和系统的某些实施例，对本领域技术人员而言，显而易见可以使用结合本公开的构思的其他实施例。

虽然本文中已经描述和示出了各种实施例，但是本领域普通技术人员将容易地想到用于执行功能或获得本文中所述的结果或一个或多个优点的各种其他手段或结构，并且每个这样的变化或修改被视为在本文中描述的实施例的范围内。更一般来说，本领域技术人员将容易地理解，本文中所述的所有参数、尺寸、材料和配置意在是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料或配置将取决于使用教导的特定应用或多个特定应用。本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验即可确定本文中所述的特定实施例的等同物。因此，应当理解，前述实施例仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，实施例可以以与特定描述和要求不同的其他方式实践。本公开的实施例涉及本文中所述的每个独立特征、系统、产品、材料、套件或方法。另外，如果这些特征、系统、产品、材料、套件或方法没有相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、系统、产品、材料、套件或方法的任何组合都包括在本公开的范围内。

上述实施例可以以许多方式中的任何方式来实施。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实施这些实施例。当以软件实施时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论设置在单个计算机中还是分布在多个计算机之间。

而且，计算机可以具有一个或多个输入和输出装置。这些装置尤其可以用于呈现用户界面。可用于提供用户界面的输出装置的示例包括用于输出的视觉呈现的打印机或显示屏和用于输出的音频呈现的扬声器或其他声音产生装置。可以用于用户界面的输入装置的示例包括键盘和指点装置，例如鼠标、触摸板和数字化平板电脑。作为另一个例子，计算机可以通过语音识别或其他音频格式接收输入信息。

这些计算机可以通过任何合适形式的一个或多个网络互连，包括局域网或广域网，诸如企业网络以及智能网络(IN)或因特网。这些网络可以基于任何合适的技术，并且可以根据任何合适的协议操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。

用于实施本文中所述的功能的至少一部分的计算机可以包括存储器、一个或多个处理单元(在本文中也简单地被称为“处理器”)、一个或多个通信接口、一个或多个显示单元和一个或多个用户输入设备。存储器可以包括任何计算机可读介质，并且可以存储用于实施本文中所述的各种功能的计算机指令(在本文中也称为“处理器可执行指令”)。处理单元(多个处理单元)可用于执行指令。通信接口(多个通信接口)可以联接到有线或无线网络、总线或其他通信装置，并且因此可以允许计算机向其他装置发送通信或从其他装置接收通信。显示单元(多个显示单元)可以设置成，例如允许用户查看与指令执行有关的各种信息。用户输入设备(多个用户输入设备)可以设置成，例如允许用户在执行指令期间进行手动调整、进行选择、输入数据或各种其他信息、或以任何各种方式与处理器进行交互。

本文概述的各种方法或过程可以编码为在使用各种操作系统或平台中的任何一种操作系统或平台的一个或多个处理器上可执行的软件。另外，所述软件可以使用许多合适的编程语言或编程或脚本工具中的任何编程语言或编程或脚本工具来编写，并且还可以编译为在架构或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。

本文中描述的构思可以实施为用一个或多个程序编码的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器、一个或多个软盘、压缩盘、光盘、磁带、闪存、现场可编程门阵列或其他半导体装置中的电路配置、或其他非暂时介质或有形计算机存储介质)，所述程序当在一个或多个计算机或其他处理器上执行时执行实施本文中描述的各种实施例的方法。计算机可读介质或多个计算机可读介质是可运输的，使得存储在其上的程序或多个程序可以加载到一个或多个不同的计算机或其他处理器上以实施本文中所描述的各个方面和实施例。

本文中使用的术语“程序”或“软件”在一般意义上是指任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集合，计算机代码或计算机可执行指令集合可用于对计算机或其他处理器进行编程以实现上文所讨论的实施例的各个方面。另外，根据一个方面，在执行时进行本文中描述的方法或操作的一个或多个计算机程序不需要驻留在单个计算机或处理器上，而是可以以多个不同的计算机或处理器之间的模块化方式分布来实施本文中描述的各个方面或实施例。

计算机可执行指令可以以许多形式、例如程序模块由一个或多个计算机或其他装置执行。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件或数据结构。典型地，程序模块的功能可以根据需要在各种实施例中组合或分配。

数据结构可以以任何合适的形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可以显示成具有通过数据结构中的位置相关的字段。这样的关系同样可以通过在计算机可读介质中为字段的存储分配可以传达字段之间的关系的位置来实现。可以使用任何合适的机制来建立数据结构字段中的信息之间的关系，包括通过使用指针、标签或其他在数据元素之间建立关系的机制。

本文中描述的构思可以实施为一种或多种方法，所述方法的示例已经被提供。作为方法的一部分执行的动作可以以任何适当的方式排序。因此，可以构造其中以不同于所示的顺序执行动作的实施例，其可以包括同时执行某些动作，即使这些动作在说明性实施例中示出为顺序动作。

如本文中所使用的术语“光”、“光学”及相关术语不应仅理解为只是指可见光谱中的电磁辐射，而是一般是指紫外线(约10纳米至390纳米)、可见光(390纳米至750纳米)、近红外(750纳米至1400纳米)、中红外(1400纳米至15,000纳米)和远红外(15,000纳米至约1毫米)中的电磁辐射。

本文的说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”应理解为“至少一个”，除非有明确相反指示。

对“或”的引用可以解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个和全部所描述的术语中的任何一个。

在权利要求书中以及上述说明书中，所有过渡性短语如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由…构成”等应理解为是开放式的，即意味着包括但不限于。

Claims (20)

1.一种用于定位工具的工作构件的系统，包括：

联接到所述工具的基座；

包括一个或多个处理器的计算装置；

通信地联接到所述计算装置的传感器；

由所述计算装置控制的马达；

所述计算装置配置成：

通过所述传感器识别表示由所述基座的一部分朝工作表面施加的力的大小的参数的第一值；

指令所述马达将所述工作构件朝所述工作表面延伸；

在所述工作构件与所述工作表面接触的情况下通过所述传感器识别所述参数的第二值；

将所述参数的所述第一值与所述参数的所述第二值进行比较，以识别所述第一值和所述第二值之间的差值；并且

基于所述第一值和所述第二值之间的所述差值大于一阈值来确定所述工作构件相对于所述工作表面的z轴位置。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述计算装置配置成基于所述工具的所述基座的所述部分与所述工作表面接触来识别所述参数的所述第一值。

3.如权利要求1所述的系统，其中：

所述计算装置配置成响应于所述马达使得所述工作构件接触所述工作表面而基于所述工具的所述基座的所述部分不与所述工作表面接触来通过所述传感器识别所述参数的所述第二值。

4.如权利要求1所述的系统，其中：

所述计算装置配置成响应于所述第一值大于所述第二值而确定所述z轴位置。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参数包括由所述传感器测量的力，并且所述第二值小于所述第一值。

6.如权利要求1所述的系统，其中：

延伸的所述工作构件接触所述工作表面以倾斜所述工具的所述基座，并且

响应于所述工作构件倾斜所述工具的基座而确定所述工作构件相对于所述工作表面的z轴位置，所述工作构件响应于所述工作构件接触所述工作表面而倾斜所述工具的基座。

7.如权利要求1所述的系统，包括：

所述计算装置配置成：

指令所述马达使与所述工作表面接触的所述工作构件缩回远离所述工作表面；

当所述工作构件不与所述工作表面接触时，通过所述传感器识别所述参数的第三值；并且

响应于所述第一值和所述第三值之间的第二差值小于一阈值而确定所述工作构件相对于所述工作表面的第二z轴位置。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工具包括具有腔体的框架，所述腔体配置成：

使由所述工作构件从所述工作表面移除的材料颗粒远离所述工作构件移动。

9.一种定位工具的工作构件的方法，包括：

通过通信地联接到计算装置的传感器检测所述工具的基座的第一竖直位置的参数的第一值，所述计算装置包括一个或多个处理器；

通过由所述计算装置控制的马达将所述工作构件朝工作表面延伸；

在所述工作构件与所述工作表面接触的情况下通过所述传感器检测所述参数的第二值，所述第二值指示所述工具的所述基座的第二竖直位置；

通过所述计算装置比较所述参数的所述第一值和所述参数的所述第二值，以确定所述工具的所述基座的竖直位置变化；以及

由所述计算装置基于所述工具的所述基座的所述竖直位置变化来确定所述工作构件相对于所述工作表面的z轴位置。

10.如权利要求9所述的方法，包括：

在所述工具的所述基座的一部分与所述工作表面接触的情况下通过所述传感器检测所述参数的所述第一值。

11.如权利要求9所述的方法，包括：

响应于所述马达使所述工作构件接触所述工作表面，在所述工具的所述基座的一部分不与所述工作表面接触的情况下通过所述传感器检测所述参数的所述第二值。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述参数包括由所述传感器测量的力，并且所述z轴位置还基于所述第一值大于所述第二值。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述传感器包括图像传感器，所述参数包括像素，所述方法包括：

通过所述图像传感器获取包括所述参数的所述第一值的第一图像；

通过所述图像传感器获取包括所述参数的所述第二值的第二图像；并且

其中比较所述第一值和所述第二值的步骤还包括：通过所述计算装置比较包括所述第一值的所述第一图像和包括所述第二值的所述第二图像，以识别所述第一值和所述第二值之间的差值。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述传感器包括加速度计，

检测所述第一值的步骤还包括通过所述加速度计确定所述第一值，

检测所述第二值的步骤还包括通过所述加速度计确定所述第二值，并且

比较所述第一值和所述第二值的步骤还包括通过所述计算装置比较所述第一值与所述第二值，以基于所述工作构件与所述工作表面接触来识别所述工具的所述基座的加速度。

15.如权利要求9所述的方法，其中：

响应于所述工作构件倾斜所述基座而确定所述z轴位置，所述工作构件响应于所述工作构件接触所述工作表面而倾斜所述基座。

16.如权利要求9所述的方法，包括：

通过由所述计算装置控制的所述马达，使与所述工作表面接触的所述工作构件缩回远离所述工作表面；

通过所述传感器在所述工作构件不与所述工作表面接触时检测所述参数的第三值，所述参数的所述第三值大于所述参数的所述第二值；并且

响应于所述第一值和所述第三值之间的第二差值小于一阈值而通过所述计算装置确定所述工作构件相对于所述工作表面的第二z轴位置。

17.如权利要求9所述的方法，包括：

通过所述马达将所述工作构件朝支撑所述工作表面的表面延伸，所述工具的基座与所述工作表面接触；

通过所述传感器响应于所述工作构件接触支撑所述工作表面的所述表面来检测所述参数的第三值；并且

响应于所述第一值和所述第三值之间的第二差值大于一阈值而通过所述计算装置确定所述工作表面的厚度。

18.如权利要求9所述的方法，包括：

通过所述计算装置基于所述工具的所述工作构件与所述工作表面接触来确定多个位置点，所述多个位置点中的每个位置点具有x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标；并且

通过所述计算装置利用所述多个位置点生成所述工作表面的三维地图。

19.如权利要求18所述的方法，包括：

通过所述工具的第二传感器使用放置在所述工作表面上的基准标记来确定所述多个位置点中的每个位置点的x轴坐标和y轴坐标。

20.如权利要求9所述的方法，包括：

经由所述工具的腔体移动由所述工作构件从所述工作表面移除的材料颗粒；并且

通过真空装置将所述材料颗粒经由所述腔体排出远离所述工作构件。

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