CN109791650A - 自动工具控制系统中的可再充电工具和电池状态监控 - Google Patents

自动工具控制系统中的可再充电工具和电池状态监控 Download PDF

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弗雷德里克·J·罗杰斯
约瑟夫·赫万
安德鲁·R·罗伯
肖恩·W·瑞安
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Abstract

自动工具控制系统提供对存储在系统中的项目的库存控制以及对可再充电库存项目(如，存储在系统中的工具和电池)的充电状态的监控两者。为了这些目的，工具控制系统包括用于存储工具和其他库存项目的存储位置，并且存储位置包括位于充电器中的至少一个存储位置，充电器可操作以对设置在其中的可再充电工具、电池或电池组充电。在操作中，工具控制系统可以通过以下方式监控设置在充电器的存储位置中的任何工具、电池或电池组的充电状态，所述方式为：通过监控工具、电池、电池组或充电器的电池状态指示器；通过监控被工具、电池、电池组或充电器抽取的电流或电压；或通过与能够通信的工具、电池、电池组或充电器的有线或无线通信。

Description

自动工具控制系统中的可再充电工具和电池状态监控
相关申请交叉引用
本申请要求于2016年10月3日提交的美国临时申请No.62/403,549的权益，其公开内容整体并入本文。
技术领域
本主题涉及监控自动工具控制系统中的可再充电工具、电池和电池组的状态(包括电池的充电状态)的技术和设备。
背景技术
由于为了提高效率、消除浪费和停机时间、提高产品安全性和质量的持续驱动，除了满足日益接受的外来物碎片(FOD)规范，自动资产管理系统的实施和使用还在航空航天、制造、研究、运输和铁路、食物准备、矿业、微电子、以及其他工业上正在发展。
当前可用的自动资产管理系统利用各种技术来识别从安全存储装置或封闭的安全存储区域排出并返还到安全存储装置或封闭的安全存储区域的物体。安全存储装置的示例可包括工具箱或工具橱，并且安全封闭的区域的示例可包括工具库或者工具橱中的通道(walk)。这些技术当前可包括(但不限于)利用纸模(paper form)的手动跟踪、利用输入至计算机程序的数据的手动跟踪、相机成像、无源RFID(射频识别)、光码扫描、光学标签扫描等。
这些系统具有相同的基本目标，包括识别接收和或返还物体的个人、识别正在被排出或返还的物体、在系统内的每个事物上放置时间戳、以及将项目和用户数据存储在数据库中。
上面列出的每个技术在用于自动资产管理系统中时都具有优点和缺点。例如，成像系统通常不区分可以在视觉上彼此完全相同的不同的项目。基于RFID的系统对工具的尺寸有限制，因为一些工具太小了就不能在其上放置RFID芯片。
仍未解决的挑战涉及对便携式可再充电工具和/或用于这种工具的备用电池和电池组的存储和跟踪。这些装置越来越快的普遍用在上述产业内。
发明内容
利用对便携式可再充电工具和/或用于这种工具的备用电池和电池组的存储和跟踪，本文的教导减轻上述问题中的一个或多个。
根据本公开的原理，一种自动工具控制系统包括多个存储位置、与所述多个存储位置中的一个存储位置相关联的充电器、和被配置为确定在所述多个存储位置中是否存在库存项目的处理器和感测装置。多个存储位置被配置为存储包括至少一个可再充电库存项目的库存项目。充电器被配置为在所述至少一个库存项目存在于所述一个存储位置中时对所述至少一个可再充电库存项目充电。所述处理器还被配置为确定所述至少一个可再充电库存项目存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中，并监控所述至少一个可再充电库存项目的充电状态。
根据本公开的进一步的原理，一种用于监控可再充电库存项目的充电状态的方法包括使用自动工具控制系统的处理器和感测装置确定在所述自动工具控制系统的多个存储位置中是否存在所述可再充电库存项目。在确定所述可再充电库存项目存在于所述多个存储位置中时，确定所述可再充电库存项目存在于与充电器相关联的一个存储位置中，所述充电器被配置为在所述至少一个库存项目存在于所述一个存储位置中时对所述可再充电库存项目充电。在确定所述可再充电库存项目存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中时，监控所述可再充电库存项目的充电状态。
附加的优点和新颖的特征将在下面的描述中部分地阐述，并且在审查下文和附图时将部分地对本领域技术人员而言是明显的，或可通过示例的产生或操作而获知。通过实践或使用在下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段和组合的各方面，可实现并获得本教导的优点。
附图说明
附图仅通过示例方式而非限制方式描绘根据本教导的一个或多个实施方式。在附图中，相同附图标记指代相同或类似元件。
图1示出根据本文描述的工具控制系统的可使用的可再充电工具和电池充电器的高级框图。
图2A、图2B和图2C示出说明性自动工具控制系统、其抽屉、和其柜子，他们提供本文描述的库存控制功能和电池状态监控功能。
图3A和图3B示出自动工具控制系统的和其感测系统的高级功能框图。
图4示出联网自动工具控制系统的高级功能框图，联网自动工具控制系统包括通信地连接到彼此的多个自动工具控制装置。
图5示出流程图，其示出本文描述的由自动工具控制系统提供的库存控制功能和电池状态监控功能。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，通过示例方式提出许多具体细节以提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可不利用这种细节实践本教导。在其他实例中，已经以相对高级而不详细的方式描述了众所周知的方法、过程、组件和/或电路系统以避免不必要的混淆本教导的各方面。
本文公开的各种方法和系统涉及监控自动工具控制(ATC)系统中的可再充电工具和电池的状态(包括工具和电池的充电状态)。例如，方法和系统能够监控ATC系统中工具或电池是否存在，且在工具或电池被确定为存在于ATC系统中时，方法和系统能够监控工具或电池的充电状态。进而，方法和系统能够维护和存储工具或电池的充电和放电历史，并且能够基于充电历史、任何当前监控到的充电状态和任何签出(check-out)或使用历史来估计工具或电池的当前充电状态。
在各种实施例中，方法和系统使用一个方法或方法的组合来监控工具、电池或电池组的充电状态。例如，方法和系统可依赖于感测装置或系统(如，相机)以通过监控工具、电池、电池组或相关联的充电器的电池状态或电池电量指示器的颜色(如，红与绿)和/或状态或活动(如，关闭与稳定点亮与闪光)来可视化的监控工具或电池的充电状态。可替代地或另外地，方法和系统可依赖于感测装置或系统(如，电流或电压传感器)以感测供应到工具、电池或相关联的充电器的电压或电流，并根据感测到的电流或电压推断工具或电池的充电状态。方法和系统还可依赖于感测装置或系统(如，通信接口)，以通过有线或无线通信链路与具有用于监控工具或电池的充电状态的内部感测系统的工具、电池或相关联的充电器的通信接口通信，并且通过通信链路提供有工具或电池的充电状态。
基于监控到的工具或电池的充电状态，方法和系统能够估计工具或电池的当前充电量或充电状态。例如，基于可视化监控到的工具或电池的充电状态(如，在确定指示完全充电的绿色电池状态指示器被点亮时)、基于工具或电池已经被充电的时间长度(如，在确定工具或电池已经被充电大于预定时间量(如，4小时)时)、基于被工具或充电器抽取的电流已经从高值(如，指示充电电流正在被抽取)过渡到低值(如，指示充电电流不再被抽取)等，工具或电池可被估计为完全充电(或几乎完全充电)。
现在详细参考在附图中说明并在下面讨论的示例。
图1示出说明性的可再充电工具10，例如在其中具有可再充电电池11的便携式电力工具或其他库存装置或项目。可再充电工具10包括一个或多个可再充电电池11或可再充电电池组，其能够可拆卸地被插入或安装到工具10或装置中。电池11或电池组(本文通常称为“电池”)可以是可从工具10或装置拆卸，使得能够容易地在工具10中用完全再充电的电池替换已被放电的电池。
充电器20通常与工具10或装置分开，且包括一个或多个槽21，可再充电电池11或电池组能够插入一个或多个槽21中以对电池或电池组再充电。在一些示例中，将可选择的充电电路系统13设置在工具10本身内，以允许在将电池或电池组插入或安装到工具10中时通过将工具连接到电源或充电器来对电池或电池组再充电。充电器20和/或充电电路系统13在电力被提供到其中时(如，在充电器20或充电电路系统13被塞入电插座并从该插座接收电力时)对电池或电池组充电。
与每个电池槽21相关联的状态指示器22可指示电池槽的当前操作状态或安装到电池槽中的电池的当前充电状态。状态指示器22能够采取一个或多个LED的形式，其颜色(如，绿色或红色)和状态(如，关闭、闪光或稳定点亮)指示电池槽的当前操作状态或安装到电池槽中的电池的当前充电状态。例如，闪红光的状态指示器22可指示电池槽当前正在为安装在其中的电池充电；稳定点亮红光的状态指示器22可指示充电器或电池故障，例如，不良连接或阻止电池充电的其他故障；以及稳定点亮绿光的状态指示器22可指示完全充电的电池。类似的，与安装在工具10中的电池11或电池组相关联的可选择的状态指示器12指示安装到工具10中的电池11的当前操作状态或当前充电状态。状态指示器12能够采取一个或多个LED的形式。状态指示器12可位于工具10上且指示当前安装在工具10中的电池的状态，或者状态指示器12可直接位于电池11或电池组上。
工具10、电池11、电池组、或其他可再充电库存项目(以及任何附加或备用的电池或电池组)以及充电器20中的每一个可有利的存储在如图2A中所示的自动工具控制系统中，这些装置中的每一个的使用和位置可有利地通过自动工具控制系统进行跟踪。
由于充电器本身的物理尺寸和其在与电池或电池组耦接时增加的尺寸，充电器通常不会良好的放入标准自动工具控制(ATC)系统工具箱的抽屉，如图2A和图2B中示出的。在许多情况下，可再充电工具10还是比较大型的，且可能不容易放入ATC系统工具箱的标准抽屉130。
此外，便携式工具电池充电器也可需要提供给他们自己的电力(如，交流(AC)电力)以进行操作。为存储在标准自动工具控制系统工具箱的抽屉中的充电器提供电力可能是困难的。
为了解决这些问题，本文提供了改善的自动工具控制系统。改善的自动工具控制系统包括存储抽屉和侧存储柜子两者，在其中提供电力以在ATC工具箱中提供电池充电能力。
此外，改善的自动工具控制系统配备有感测和监控技术以收集涉及以下的可用数据：涉及存储在其中的便携式工具的数据、涉及存储在其中的电池和电池组的数据、以及涉及存储在其中的充电器的操作的数据。感测和监控技术收集电池和充电器相关数据并向系统用户和管理员提供监控信息。
例如，如图2A至图2C所示，改善的自动工具控制系统100包括物理限定的三维外壳101(如，工具库或物体存储装置)，其限定用作容器的安全的内部空间，工具或其他装置存储在该用作容器的安全的内部空间中。工具和装置能够从外壳101排出和/或返还，且更具体地，从外壳101的一个或多个抽屉130、柜子133或其他存储空间排出和/或返还。外壳101可还存储和容纳存储装置，工具或装置从该存储装置排出和/或返还。
如图2A所示，改善的自动工具控制系统100能够包括一个或多个抽屉130和/或一个或多个柜子133，用于存储工具或其他库存项目(包括可再充电工具、可再充电电池、可再充电电池组、充电器等)。此外，访问控制装置106(如，读卡器)能够用于验证打算使用工具控制系统100并从工具控制系统100检索工具或库存项目的用户的身份和授权级别。工具控制系统100还能够包括用户界面，其能够将可视或可听消息、警报或其他信息通信到用户。用户界面能够包括能够采取触摸屏界面的形式的用户输入界面，其使用户能够经由显示屏105或键盘、跟踪板、运动传感器、平板电脑等的形式提供输入命令。
尽管自动工具控制系统在此被说明性地示出为工具箱(例如参见图2A)，但工具控制系统能够采取不同的形式，其可以包括或可以不包括工具箱。例如，尽管外壳101在图2A至图2C中被示出为是具有抽屉130和带有架子143的侧柜的工具箱，但是此外或可替代地，外壳能够配备有存储钩、吊杆、门等。外壳101能够是工具箱、橱、保险柜、壁橱、自动贩卖机、桶、板条箱或其他储存容器。此外，更普遍地，自动工具控制系统可被称为工具存储系统或自动资产管理系统。
访问控制装置106可以与至少一个电子控制的锁定机构一起工作，该锁定机构用于安全的锁定抽屉130和任何柜子133的门141。访问控制装置106(如，读卡器)连同处理器和存储可执行程序指令的存储器一起电子地识别请求访问工具存储系统100的用户、确定对用户的授权级别、并基于确定的授权级别选择性地提供对工具箱101的安全区域的访问。处理器和存储可执行程序指令的存储器可操作为识别对系统的预定授权访问级别，并基于该预定授权访问级别来允许或拒绝用户对存储系统100的物理访问。用于电子地识别请求访问的用户的访问控制装置106可以单独或组合地使用以下技术以及未提到的其他技术中的任何一个：(a)具有卡的RFID近距离传感器；(b)磁条(磁片)卡和扫描器；(c)条码卡和扫描器；(d)通用访问卡和读取器；(e)生物传感器ID系统，例如：(e1)面部识别、(e2)指纹识别、(e3)笔迹分析、(e4)虹膜识别、(e5)视网膜扫描、(e6)静脉匹配、(e7)语音分析、和/或(e8)多模式生物系统。
图2B说明性地示出了工具控制系统100的抽屉130的内容。每个存储抽屉130包括用于存储工具的存储位置，例如，泡沫底座180中的开口(cutout)181。每个存储位置(如，开口)被具体地设定轮廓和形状以适合地接收具有对应形状的工具或其他库存项目。一些开口121可以被配置为用于存储电池或电池组，例如，如图所示的电池组123。
如图2A所示，工具存储系统100能够包括一个或多个柜子133。图2C中示出一个说明性的柜子133的细节。该柜子包括门141，门141被可释放地打开以提供对安装有架子143或抽屉中的一个的腔的受控访问。如图所示，电池充电器145被设置在一个架子143上且被提供有用于操作的AC电力。电池充电器145包括电池槽或电池组槽或安装位置147，能够将工具、电池或电池组插入(或安装)到该电池槽或电池组槽或安装位置147中用于充电。此外，一个或多个状态指示器149提供安装在充电器145中的任何工具、电池或电池组的当前充电状态的可视指示。此外，柜子133包括一个或多个传感器151(如，一个或多个相机)，其可操作为从柜子133捕获涉及任何工具、电池、电池组和/或充电器是否存在的感测数据。传感器151还可操作为捕获涉及柜子133中的工具、电池或电池组的充电状态的信息。
尽管未在本文中详细描述，自动工具控制系统100包括例如在2017年8月22日发布的美国专利No.9,741,014中描述的自动工具控制(ATC)功能，该美国专利通过引用整体并入本文。具体地，自动工具控制系统100包括用于存储物体的多个存储位置、至少一个感测系统、处理器、和存储程序指令的非暂时性机器可读记录介质，其中，所述至少一个感测系统被配置为感测在所述多个存储位置中是否存在物体。所述至少一个感测系统感测指示库存物体(如，工具、电池和电池组)是否存在的数据，并且可包括传感器(如，捕获可以存在库存物体或可以不存在库存物体的存储位置的图像的相机)。感测系统能够包括各种附加的或替代性的传感器，例如：产生指示库存物体是否存在的感测信号的传感器(如，开关)(如，在库存物体存在时被库存物体压低的接触开关、感测附近存在金属库存物体的电容传感器等)；射频识别(RFID)传感器，当物体在该传感器的通信范围内(如，在工具控制系统内)时，该射频识别(RFID)传感器与设置在库存物体上的RFID标签通信；等等。在操作中，自动工具控制系统100使用感测系统执行对存储位置的扫描，并使用通过感测系统获得的感测数据(如，图像数据、开关输出信号、接收到的RFID信号数据等)确定在多个存储位置中是否存在任何库存物体。
图3A是示出自动工具控制系统100的组件的框图。如图3A所示以及如上讨论的，自动工具控制系统100包括存储位置130(如，开口181、架子143、和/或电池槽21/147)、用户界面105、访问控制装置106和网络接口108。存储位置130可以位于一个或多个存储抽屉130中、位于一个或多个架子143上、位于一个或多个柜子门141中、作为一个或多个充电器20中的电池槽21/147等。用户界面105可包括一个或多个用户输入/输出装置，如，显示器(如，触敏显示器)、键盘、鼠标或触摸板、扬声器和/或麦克风等。访问控制装置106可包括以下各项中的一项或多项：读卡器(如，识别卡读取器)、虹膜扫描器、锁定机构、报警器等。网络接口108使系统100能够通过一个或多个有线或无线网络与可用来监控多个工具控制系统的操作和库存状态的其他网络自动工具控制系统、其他自动资产管理或工具存储系统、或资产管理服务器通信。
自动工具控制系统100还包括数据处理系统140(如，计算机)，用于处理从一个或多个感测系统150接收的感测数据。数据处理系统140配备有处理器和存储的可执行程序指令，用于将系统100配置为直接与一个或多个感测系统150电子地通信、或通过网络与一个或多个感测系统150通信，并从一个或多个感测系统150的传感器获得与三维外壳101内存储的物体的存在与否、位置或活动数据相关的数据。
为了库存控制，数据处理系统140使用感测数据确定库存情况。在各种示例中，数据处理系统140处理由感测系统150的图像感测装置捕获的图像、处理由感测系统150的RFID天线和收发器捕获的RFID信号、和/或处理由其他感测系统150接收的其他感测信号。数据处理系统140包括一个或多个处理器142(如，微处理器)和存储器144。存储器144包括程序存储器，程序存储器存储用于使自动工具控制系统100执行库存控制功能和电池状态监控功能的程序指令。存储器144包括工具信息的数据库，其可包括工具标识符、工具图像、工具标签信息(如，用于RFID或条形码标签的工具标签信息)、工具库存状态等。程序指令还使系统100直接与感测系统150的传感器电子地通信、或通过网络与感测系统150的传感器通信，并从传感器获得与在工具控制系统内是否存在物体相关的数据。由感测系统150捕获或接收的图像、标签信息、RFID信号和其他感测信号由数据处理系统140处理，用于确定系统100的的库存情况和/或每个存储抽屉(如，130)或柜子(如，133)的库存情况。
此外，为了执行上述的并且在下面进一步详细描述的电池监控功能，数据处理系统140接收由感测系统150的传感器监控的涉及可再充电工具、电池和电池组的充电状态的感测数据。这种感测数据能够包括附接于设置在三维外壳101中的工具、电池、电池组和/或电池充电器的状态指示器的颜色(如，红色或绿色)和/或活动(如，接通、关闭或闪烁)。状态指示器可以是发光二极管(LED)，或其他光、数字显示器，或其他可视指示器，它们被配置为向用户提供工具的、电池的或电池组的充电状态(如，完全充电、部分充电或完全放电)的可视指示。其他感测数据可由感测系统150基于感测系统150的类型进行捕获，如下面进一步描述的。
图3B中示出可在自动工具控制系统100中使用的感测系统150的各种说明性示例。例如，基于成像的感测系统可包括一个或多个图像传感器，例如，基于透镜的相机、CCD相机、CMOS相机、视频相机、或其他类型的捕获图像的装置。在包括多个相机的示例中，相机可具有可在边缘处彼此重叠的不同的视场。例如，不同的相机可具有覆盖不同的抽屉130、架子143或柜子133的视场，和/或可具有覆盖相同抽屉、架子或柜子的不同部分的视场。在操作中，基于成像的感测系统可依赖于存储在存储器144中的抽屉、架子或柜子和/或物体的图像来确定库存情况和/或确定工具和电池的充电状态。基于成像的感测系统还能够用来确定通过工具、电池或充电器的状态指示器识别的工具、电池和充电器故障。例如，如果工具、电池或充电器被配置为通过状态指示器通信故障情况(如，通过稳定红色指示器的显示来指示充电器与工具或电池之间的不良连接，以指示工具或电池或充电器中的故障情况等)，基于成像的感测系统能够基于其对状态指示器的监控确定故障情况，并且进而，自动工具控制系统的处理系统能够在数据库中记录故障情况并将故障情况报告给用户和管理员。
图3B还示出其他类型的感测系统150的示例。例如，基于电流(I)和/或电压(V)(I/V)感测的系统可用来在工具、电池或安装在充电器中的电池正在被再充电的同时，测量被工具、电池或电池充电器抽取的电流或电压。基于I/V感测的系统能够包括连接到为工具、电池或电池充电器供电的电线的且包括电感、电阻或电容传感器的电流和/或电压传感器，并且基于I/V感测的系统可以提供指示所供应的电流和/或电压的幅度随时间变化的数据信号。例如，自动工具控制系统100可以使用关于被每个充电器抽取的电流的数据来确定当前安装在对应的充电器中的任何电池或电池组的充电状态。例如，如果充电器正在抽取高电流(如，超过预定阈值的电流)，则处理系统140可确定当前安装在充电器中的电池或电池组当前正在充电且因此不是被完全充电的；相反，当充电器开始抽取少得多的电流或不再抽取电流(如，低于预定阈值的电流)时，处理系统140可确定当前安装在充电器中的电池或电池组被完全充电。
作为另一示例，基于通信的感测系统可用来获得包括关于工具、电池或电池充电器的充电状态的信息的感测数据。基于通信的感测系统还能够用来从工具、电池或充电器获得包括关于电池性能的信息(包括关于电池容量的变化的信息)或关于充电故障的信息的感测数据。基于通信的感测系统依赖于感测系统150的有线或无线通信收发器，感测系统150的有线或无线通信收发器建立与工具或电池充电器的通信收发器的通信链路，并通过建立的通信链路从工具的微控制器(如，从工具10的充电电路系统13)或电池充电器的微控制器(如，从电池充电器20的控制状态指示器22的微控制器)接收关于电池充电状态的信息。通信链路还能够用来从安装在电池或工具中的微控制器获得关于电池性能的信息，包括关于电池容量的变化或电池故障的信息。例如，通信链路能够是感测系统150与电池或工具的微控制器之间的直接通信链路，或者通信链路能够用来中继感测系统150和充电器之间的通信，该充电器本身与电池或工具的微控制器直接通信。关于电池性能的信息可通过电池或工具的微控制器在电池的使用期间(如，在安装有电池的工具的操作期间)收集。电池性能信息能够包括关于电池容量、功率输出、温度(包括最高或最低温度)、检测到的故障情况等的信息。
在各种实施例中，一个或多个相同或不同的感测系统150能够用在相同的自动工具控制系统100中，用于库存控制和电池状态监控的目的。例如，基于成像的感测系统可用于这两个目的，并且相同的一组传感器(如，相机)可用于这两个目的。在其他实施例中，一个或多个不同的感测系统150用于不同目的。通过非限制示例的方式，基于RFID的感测系统可用于库存控制的目的，而基于I/V感测的系统可用于电池状态监控。
基于从感测系统150的传感器获得的感测数据，处理系统140维护电池状态监控信息的数据库。数据库可包括由处理系统140使用感测系统150提供的感测数据收集的以下数据：(a)与每个相应的工具、电池、电池组和电池充电器相关联的时间戳，其指示工具、电池、电池组或电池充电器从自动工具控制系统100排出和/或返还到自动工具控制系统100的时间；(b)每个工具、电池、电池组和电池充电器在工具控制系统内的物理位置，其例如指示工具、电池和电池组是存储在特定抽屉(或其特定存储位置)中、存储在特定柜子(或其特定存储位置)中、存储在充电器(或其特定电池槽)中、还是存储在自动工具控制系统100内的另一存储位置处；(c)用于工具、电池或电池组在自动工具控制系统100内从充电器移动到另一存储位置和/或从自动工具控制系统100中的存储位置移动到充电器的时间戳；(d)指示工具、电池或电池组的“名称”和其他识别信息(如，条形码、序列号或其他的唯一标识符)的数据；(e)(例如，在其中自动工具控制系统包括多个控制装置的实施例中)指定存储有物体(电池、电池组、充电器、便携式工具)的自动工具控制装置的名称的数据；(f)指示充电器、工具或电池上的状态指示器灯的颜色的数据，其包括识别每个灯的活动的时间段的时间戳；(g)指示充电器、工具和/或电池和电池组上的状态指示器(如，LED或灯)的活动(如，开和关、闪烁和稳定)的数据，其包括识别每个灯的活动的时间段的时间戳；(h)识别从自动工具控制系统排出或返还每个物体、或将每个物体排出或返还到自动工具控制系统的用户的数据；和/或(i)在适用情况下，从“智能”电池和/或“智能”充电器电子地提供的数据，其包括：关于当前充电量的数据，关于工具、电池或电池组已经经历的充电/放电循环的数量的数据，关于工具、电池或电池组的序列号和/或其他唯一标识符的数据，关于工具、电池或电池组的温度的数据，以及关于如本文描述的其他电池性能信息的数据。还可存储其他数据或信息(例如，在美国专利No.9,352,905(“Battery monitoring in a networkedinventory control system”)中详细说明的，该美国专利通过引用整体并入本文)，其包括电压和/或电流感测数据(如，工具或电池的输出电流或电压、工具或电池的输入电流或电压)、性能数据等。
如参考图3B讨论的，各种类型的感测系统可用在自动工具控制系统100内、且可包括(但不限于)以下各项中的一项或多项：(a)光学的或基于成像的识别传感器，例如，(a1)传感器(如，相机)，其被配置为识别或捕获在附着于工具控制系统中存在的物体的标签中编码的唯一标识符的图像，(a2)传感器(如，成像传感器、线扫描器或相机)，其被配置为识别或捕获附着于工具控制系统中存在的物体的一维(1-d)条形码或二维(2-d)条形码的图像，(a3)被配置为用于物体的机器视觉识别的相机或其他成像系统，其包括可在紫外(UV)、红外(IR)或可见光波长范围中操作的传感器，和/或(a4)被配置为用于激光扫描的传感器；(b)射频(RF)识别传感器，例如，(b1)用于读取附着于工具和/或嵌入在工具中的RF识别(RFID)标签(包括有源RFID标签和/或无源RFID标签)的传感器，和/或(b2)以类似形式使用的其他RF技术(如，根据通信标准(包括Ruby、Zigbee、Wifi等)操作的传感器)；(c)用于建立达至工具、电池或电池充电器的有线或无线电子通信连接的收发器，例如，(c1)被配置为通过有线通信链路与工具、电池或其他库存项目通信的收发器，其具有用于与工具控制系统有线通信的附接的/嵌入的连接器，和/或(c2)被配置为用于达至工具、电池或其他库存项目(如，具有嵌入的无线功能的“智能”工具)的无线通信连接的收发器。
在一些示例中，如图4的示例，工具控制系统(如，100)能够构成包括多个工具控制装置的联网工具控制系统的一部分。例如，如图4所示，联网工具控制系统200能够包括多个工具控制装置201，每工具控制装置201可与图2A和图3A的工具控制系统100类似，以使每个工具控制装置201包括存储位置、感测装置和一个或多个电池充电器。各工具控制装置201可经由有线或无线通信网络203通信地连接到彼此和/或连接到库存控制服务器205。系统管理员终端207可连接到服务器205以使系统管理员能够根据需要管理系统并从系统接收警报。以此方式，任何单独的工具控制装置201的处理器和存储可执行程序指令的存储器能够连接到计算机网络(如，203)并且与管理性软件应用程序交换数据，该管理性软件应用程序在服务器205上运行，并且用来操纵和存储数据、以及存储和显示与达至系统用户的数据相关的信息。在服务器205上运行的该管理性软件应用程序能够包括全系统电池监控器215，其维护存储关于在联网工具控制系统200的所有工具控制装置201中存储的单独的电池、电池组和工具的使用数据和电池状态监控数据(如，充电数据)的数据库。使用数据和充电数据能够包括指示电池、电池组和工具的充电何时开始和/或结束的时间戳(如，对应于指示电池、电池组和工具何时置于充电器、何时从充电器移除或充电器何时被激活、停用或指示充电完成的时间戳)。充电数据还能够包括关于电池、电池组和工具的充电率和放电率的数据，能够基于电池、电池组和工具的类型和/或基于电池、电池组和工具的充电历史和/或放电历史的记录来确定关于电池、电池组和工具的充电率和放电率的数据。
如参考图3A在上面讨论的，自动工具控制系统100包括数据处理系统140，数据处理系统140存储在非暂时性机器可读存储介质中存储的可执行程序指令，当在处理器上执行该可执行程序指令时，该可执行程序指令使数据处理系统(和自动工具控制系统100)执行工具控制和资产管理功能。图5是示出由自动工具控制系统100执行的说明性功能的流程图。
作为其操作方法500的一部分，在步骤501中，自动工具控制系统100执行自动工具控制系统的存储位置的扫描以确定库存情况。例如，使用与上述方法类似的方法，数据处理系统140确定在工具控制系统100中库存物品(如，工具、电池和电池组)是否存在。例如，可通过用户登录自动工具控制系统、用户打开或关闭工具控制系统的抽屉或门触发步骤501，或者能够定期触发该步骤或通过工具控制系统管理员远程地触发该步骤。扫描的执行涉及激活感测系统150，以及捕获与任何工具、电池、电池组、充电器和/或其他库存项目是否存在有关的感测数据。例如，感测数据可以是图像数据，其示出存储位置中是否具有工具或其他库存项目，并示出存在于存储位置中的工具和其他库存项目的标签或唯一标识符。可替代地，取决于使用中的感测系统150的类型，感测数据能够包括关于RFID标签、条形码标签、或在自动工具控制系统内检测到的其他标识符的数据，或其他适当的感测数据。处理系统140基于存储的识别与自动工具控制系统相关联的物体的数据(如，基于存储在非暂时性存储器中的图像数据、RFID或其他标签数据等)来处理感测数据，并且基于该处理来识别存在于存储位置中的工具和物体。
作为确定库存情况的一部分，在步骤503中，处理系统140通常识别被识别为正存在于工具控制系统中的每个工具或库存项目所位于的抽屉、架子、柜子和/或特定存储位置。通过与工具、电池和其他库存项目的数据库交叉引用，处理系统因此能够确定返还给特定存储位置(或者，更一般地说，返还给特定工具控制系统100)的库存项目是分配给该存储位置(或者，该工具控制系统100)还是另一存储位置(或者，工具控制系统)。在物体不属于其已经被返还到的存储位置或工具控制系统100时，处理系统140能够通过显示屏105或其他用户界面向用户发出警报。该警报还能够提供给远离工具控制系统100的系统管理员。
作为识别工具控制系统100内的库存项目的物理存储位置的一部分，处理系统140能够确定被识别为正存在于工具控制系统100中的可再充电工具、电池或电池组是位于(如，在侧柜133中的)电池充电器145/20的电池槽147/21中还是以其他方式正在被再充电，或者确定工具、电池或电池组是否位于未正在被再充电的另一存储位置(如，在抽屉130之一内的存储位置121中)(步骤505)。
通常，在确定可再充电工具、电池或电池组被返还到工具控制系统100时，处理系统140将工具、电池或电池组识别为被放电。例如，处理系统140可在数据库中创建包括以下的条目：识别将工具、电池或电池组返还到工具控制系统的时间戳，以及将工具、电池或电池组识别为被放电的标志。
进而，处理系统140可监控工具、电池或电池组的充电(步骤507)，以在将工具、电池或电池组识别为被放电的标志被存储在库存控制系统中时，基于系统对工具、电池或电池组的充电状态的监控来适当地更新将工具、电池或电池组识别为被放电的标志。例如，处理系统140使用包括三维存储空间内的物体的时间戳和物理位置的数据来确定物体(如，可再充电工具、电池或电池组)已经存储在电池充电器中的时间长度(步骤507a)。
进而，处理系统使用关于物体的充电率的预定数据来计算(或估计)当物体在电池充电器中时被完全充电所需的时间(步骤507b)，且在物体被确定为在电池充电器中已经存在了所计算的时间时，将将物体识别为被放电的标志更新为将物体识别为被完全充电的标志(步骤507c)。关于充电率的数据可由用户输入至系统、可从网络连接的服务器检索、或可基于关于物体的充电时间的数据建立，其中根据存储在数据库中的先前的关于通过系统对物体再充电的历史数据来确定该物体的充电时间。
在步骤509中，当在物体达到完全充电之前(如，在物体在电池充电器中具有充足的时间以达到完全再充电之前)，从库存控制系统移除或排出物体时、或在库存控制系统100中将物体从电池充电器移动到另一存储位置时，处理系统还向用户提供警报。以此方式，通知用户可再充电工具、电池或电池组可具有有限的剩余电荷，且用户可决定从库存控制系统检索不同的工具或电池。
以这些方式，处理系统140结合关于物体在时间戳之间的每个时间间隔期间的物理存储位置(如，物体存储在充电器中还是存储在存储抽屉中)的数据使用与物体的排出和返还相关联的时间戳数据，来确定是否正在从使用中返还物体、或者物体是否反而在尚未投入使用的情况下已经从一个存储位置(如，在充电器中)移动到不同的存储位置(如，在抽屉中)。因此，在将物体确定为在未预先物体将放置电池充电器中的情况下就将物体已经从使用中直接返还到存储位置(如，在抽屉中)时，处理系统140能够选择性地向用户和系统管理员发出警报。可在电池被返还时或在下一次排出电池时发出警报，且警报可指示电池可能未被完全充电。
处理系统140和感测系统150通常被配置为唯一地识别工具控制系统100中存在的库存项目(如，工具、电池、电池组等)。例如，位于库存项目上的且包括唯一标识符的标签能够用来区分在视觉上在其他方面相同的库存项目，并且因此处理系统140能够通过检测标签来区分视觉上相同的库存项目，作为其库存控制功能的一部分。因此，处理系统140能够使用从组合的感测技术获得的数据(如，在使用多个感测系统150(如，用于库存管理和电池状态监控的不同的感测系统)的情况下)通过位于充电器中的工具或电池的唯一标识(如，使用电池上的标识符)来确定特定工具或电池的充电状态。还通过处理系统140基于在库存项目上的或在电池充电器上的状态指示器(如，LED、灯或显示器)的颜色和/或活动来确定充电状态。例如，闪红光的灯可以指示工具或电池当前正在充电，而稳定的绿灯可以指示工具或电池已经达到完全充电。因此，处理系统140能够基于对状态指示器的监控来警告用户和系统管理员存储在电池充电器中的电池的电池充电状态。处理系统140还能够唯一地跟踪重新位于工具控制系统内的库存项目(如，在物体达到完全充电之后从充电器重新定位到存储抽屉)，并且因此，即使当物体在工具存储系统100内从充电器移动到另一存储位置时，处理系统140也能够精确地将物体识别为完全充电。
注意，尽管上述说明书关注于使用状态指示器(如，LED或灯)的说明性示例，但也能够使用其他电池状态监控传感器。例如，可通过监控在工具、电池或电池组的充电期间供应到工具、电池、电池组或电池组的电流或电压，基于I/V感测确定物体的充电状态(步骤507d)。然后，当电池充电器抽取的电流(或供应到电池充电器的电压)降至预定阈值之下时，可确定完全充电(步骤507e至507f)。在另一示例中，可基于从“智能”工具、电池或充电器接收的通信来确定物体的充电状态。在这种示例中，处理系统140可建立与工具、电池或充电器的通过有线或无线链路的通信链路，并且可通过监听(listen for)来自工具、电池或充电器的通过该链路的通信来监控通信链路(步骤507g)。当处理系统140接收到来自工具、电池或充电器的指示已经达到完全充电的通信时，可确定完全充电(步骤507h)。有线或无线链路能够用来获得处理系统140中的其他信息，该其他信息包括关于电池性能的数据，该关于电池性能的数据可由工具或电池的微控制器收集、并通过有线和/或无线链路通信到自动工具控制系统100的基于通信的感测系统150。
在下面进一步详细描述工具存储和控制系统100的说明性示例。
在示例中，工具存储和控制系统100采取物理限定的、安全三维物体存储装置的形式，其是库存项目或物体(如，工具、电池、电池组等)从中排出和/或返还的容器。物体存储装置具有带有(如，一个接一个设置的)抽屉的部分和带有铰链门的部分。工具存储和控制系统100还包括带有铰链门的部分中的架子或抽屉，且至少在带有铰链门的部分中提供AC电力，用于为存储在其中的电池充电器供电。
工具存储和控制系统100配备有处理器和存储可执行程序指令的非暂时性存储器，该可执行程序指令用于使得处理直接与感测装置电子地通信或通过网络与感测装置通信，并且从感测装置获得与库存物体是否存在、库存物体的位置、以及工具存储系统100内的充电器的状态相关的数据。能够通过感测工具存储和控制系统100内的充电器的或存储在充电器中的可再充电库存物体的指示器灯的颜色和/或活动，来跟踪充电器的状态。能够通过其他手段(如，I/V感测和/或与被配置为用于有线或无线通信的充电器和工具通信)来跟踪充电器的状态。
工具存储和控制系统100内使用的感测装置能够包括例如相机的机器视觉识别传感器，机器视觉识别传感器与在附着于存在于工具存储和控制系统100中的库存物体的标签中编码的唯一标识符组合使用。
可替代地，工具存储和控制系统100内使用的感测装置包括利用相机的机器视觉标识、利用相机的机器视觉标识和在附着于存在于工具存储和控制系统100中的库存物体的标签中编码的唯一标识符、以及RFID天线和读取器和在附着于存在于工具存储和控制系统100中的库存物体的RFID标签中编码的唯一标识符。因此，感测装置能够唯一地识别存在于工具存储和控制系统100中的工具或其他库存项目，且能够识别每个被识别的工具或库存项目存在的存储位置。
另外，可结合唯一成像或RFID标识符来使用所谓的“智能”电池技术，以电子地提供电池状态相关数据、以及在抽屉和侧柜内是否存在的数据和位置数据。
工具存储和控制系统100配备有至少一个电子地控制的锁定机构以及处理器和机器可读指令，该处理器和机器可读指令被配置为电子地识别请求访问安全区域或物体存储装置的用户。处理器还可被配置为识别对系统的预定授权访问级别、并基于那些预定的授权访问级别允许或拒绝用户对三维空间或物体存储和控制装置的物理访问。用于电子地识别请求访问的用户的系统是具有卡的RFID近距离传感器。
在示例中，工具存储和控制系统100(具体地为其处理器)通信地连接到计算机网络并被配置为与管理性软件应用服务器交换(发送和接收)数据，管理性软件应用服务器用于操纵和存储数据以及存储和显示与达至系统用户的数据相关的信息。
工具存储和控制系统100包括显示器和网络连接，这二者能够用来将关于库存物体的状态(如，在工具存储系统中是否存在)和工具、电池和电池组的充电状态的信息显示给用户。系统还显示当库存物体存储在抽屉部分中时或具有架子或抽屉的铰链门部分中时关于库存物体的物理位置的数据，并且显示存储在存储和控制装置内的电池的估计的充电量。当电池可能未被完全充电时以及当不属于存储装置的物体被置于存储和控制装置中时，系统还向用户和系统管理员提供警报。系统还为存储在自动工具控制系统中的串行电池(和/或工具和电池组)提供周期性(如，排定的)充电状态报告，其中，通过唯一项目号(如，序列号)识别电池、电池组和工具。该报告提供关于物体位置的信息和关于涉及电池的充电循环的历史数据的信息。该报告能够显示在自动工具控制系统的显示器上和/或(如，经由网络连接)递送给系统管理员。
除非以其他方式说明，否则在此说明书中(包括在随附权利要求中)提出的所有测量、值、等级(rating)、位置、量级、尺寸和其他技术参数是近似的、而不是精确的。他们旨在具有合理的范围，该范围与他们所涉及的功能一致且与他们是涉及的领域中的常规是一致的。
保护范围仅通过当前的随附权利要求限制。该范围旨在是且应当解释为当根据本说明书以及随后的申请过程对权利要求书中使用的语言进行解释时与权利要求书中使用的语言的通常的含义相一致的范围，并且包含所有结构性和功能性等价物。然而，权利要求并不旨在包含不满足专利法第101、102或103部分要求的主题，它们也不应当按照这种方式进行解释。据此，放弃任何不意在包括的这种主题。
除了如上所述之外，所阐明和示出的内容中不旨在或不应当被解释为将任何组件、步骤、特征、物体、权益、优点或等价物奉献给公众，无论其是否在权利要求中叙述。
应当理解，除非本文另有说明的具体含义，否则本文使用的术语和表达具有与其对应的相应研究和探究领域相关的这些术语和表达的普通含义。诸如第一和第二之类的关系术语可仅用于区分一个实体或行为与另一个实体或行为，而不必须需要或隐含这种实体或行为之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其他变体旨在覆盖非排他包含，使得包括一串元素的过程、方法、物品或设备不仅包括那些元素，还可包括未明确列出或固有于这种过程、方法、物品或设备的其他元素。在没有进一步限制的情况下，由“一”或“一个”继续的元素不排除在包括该元素的过程、方法、物品、或装置中存在另外的相同元素。。
本公开的摘要被提供为允许读者能够快速确定本技术公开的本质。应当理解，提交该摘要并不是用于对权利要求的范围或含义进行解释或限制。此外，在此前的具体实施方式内容中，可以看出为了使本公开精简的目的，在各个实施例中将各种特征组合到一起。这种公开方法不应被解释为反映了这样的意图：要求保护的实施例比每个权利要求中明确表述的特征需要更多的特征。相反，如随附权利要求所反映的，发明主题在于比单个公开实施例中的全部特征更少。因此，随附权利要求据此被并入具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独要求保护的主题。
虽然以上已经描述了所认为的最佳方式和/或其他示例，但是要理解的是，其中可以进行各种修改且本文公开的主题可以以各种形式和示例来实现，并且其教导可以在大量应用中进行应用，而在本文中只描述了其中的一部分。随附权利要求旨在要求保护落入本教导的真实范围内的任意和全部应用、修改和变形。

Claims (21)

1.一种自动工具控制系统，其包括：
多个存储位置，其被配置为存储包括至少一个可再充电库存项目的库存项目；
充电器，其与所述多个存储位置中的一个存储位置相关联并被配置为在所述至少一个库存项目存在于所述一个存储位置中时对所述至少一个可再充电库存项目充电；和
处理器和感测装置，其被配置为确定在所述多个存储位置中是否存在库存项目，
其中，所述处理器被配置为确定所述至少一个可再充电库存项目存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中，并监控所述至少一个可再充电库存项目的充电状态。
2.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述至少一个可再充电库存项目是可再充电工具、电池和电池组中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器和感测装置被进一步配置为确定所述充电器是否正在对所述至少一个可再充电库存项目充电。
4.根据权利要求3所述的自动工具控制系统，其中，所述感测装置是基于成像的感测装置，并且所述处理器和感测装置被配置为确定所述充电器或所述至少一个可再充电库存项目的指示器的颜色或状态。
5.根据权利要求3所述的自动工具控制系统，其中，所述感测装置是被配置为感测所述充电器的电流或电压的电流感测装置或电压感测装置。
6.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器被配置为用于与所述充电器或所述至少一个可再充电库存项目的有线或无线通信，并且通过与所述充电器或所述至少一个可再充电库存项目的有线或无线通信接收指示所述至少一个可再充电库存项目的所述充电状态的信息。
7.根据权利要求6所述的自动工具控制系统，其中，所述可再充电库存项目包括电池和微处理器，所述微处理器收集在所述电池的使用期间的电池性能信息，并且所述处理器还通过所述有线或无线通信接收与所述电池的性能有关的信息。
8.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器确定所述至少一个可再充电库存项目在与所述充电器相关联的所述一个存储位置中存在的时间量，并且基于所确定的时间量来确定所述至少一个可再充电库存项目的充电状态。
9.根据权利要求8所述的自动工具控制系统，其中，所述自动工具控制系统存储所述至少一个可再充电库存项目的充电率，并且所述处理器基于所确定的时间量和所存储的充电率来确定所述至少一个可再充电库存项目的所述充电状态。
10.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述多个存储位置还包括另一存储位置，所述另一存储位置和与所述充电器相关联的所述一个存储位置隔开并被配置为存储所述至少一个可再充电库存项目，以及
其中，所述处理器和感测装置被配置为确定所述至少一个可再充电库存项目存在于所述其他存储位置中。
11.根据权利要求10所述的自动工具控制系统，其中，在所述至少一个可再充电库存项目被确定为存在于所述自动工具控制系统中时，所述处理器被配置为区别地识别所述至少一个可再充电库存项目存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置和所述其他存储位置中。
12.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器被配置为维护存储多个时间戳的非暂时性存储器中的数据库，每个时间戳与以下各项中的至少一项相关联：所述至少一个可再充电库存项目已经被确定为存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中的相应时间、和所述至少一个可再充电库存项目已经被确定为不存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中的相应时间，以及
其中，所述处理器被配置为基于所存储的多个时间戳来估计所述至少一个可再充电库存项目的充电状态。
13.根据权利要求12所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器被配置为基于所述至少一个可再充电库存项目的充电率来估计所述至少一个可再充电库存项目的所述充电状态。
14.根据权利要求12所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器还被配置为在所述至少一个可再充电库存项目的估计的充电状态达到完全充电时，选择性地向用户或系统管理员发出警报。
15.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，其中，所述处理器和感测装置还被配置为监控所述充电器或所述至少一个可再充电库存项目的指示所述充电器或所述至少一个可再充电库存项目的充电状态的指示器，并且
其中，所述处理器被配置为基于对所述指示器的监控向用户报告所述至少一个可再充电库存项目的充电状态。
16.根据权利要求15所述的自动工具控制系统，其中，所述指示器包括至少一个发光二极管(LED)，所述至少一个发光二极管的照明状态、照明颜色或照明活动指示所述至少一个可再充电库存项目的所述充电状态。
17.根据权利要求1所述的自动工具控制系统，还包括：
多个抽屉，每个抽屉包括所述多个存储位置中的至少一个存储位置；和
至少一个柜子，其具有铰链门并包括所述多个存储位置中的至少另一存储位置，
其中，所述充电器设置在所述至少一个柜子中。
18.一种用于监控可再充电库存项目的充电状态的方法，其包括：
使用自动工具控制系统的处理器和感测装置来确定在所述自动工具控制系统的多个存储位置中是否存在所述可再充电库存项目；
在确定所述可再充电库存项目存在于所述多个存储位置中时，确定所述可再充电库存项目存在于与充电器相关联的一个存储位置中，所述充电器被配置为在所述至少一个库存项目存在于所述一个存储位置中时对所述可再充电库存项目充电；以及
在确定所述可再充电库存项目存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中时，监控所述可再充电库存项目的充电状态。
19.根据权利要求18所述的用于监控充电状态的方法，其中，监控所述可再充电库存项目的所述充电状态包括：通过基于成像的感测、电流感测和电压感测中的至少一个来监控具有所述一个存储位置的所述充电器的活动，其中所述可再充电库存项目存在于所述一个存储位置中。
20.根据权利要求18所述的用于监控充电状态的方法，其中，监控所述可再充电库存项目的所述充电状态包括：通过所述处理器与所述充电器或可再充电库存项目之间的有线或无线通信链路，接收指示所述可再充电库存项目的所述充电状态的信息。
21.根据权利要求18所述的用于监控充电状态的方法，其中，监控所述可再充电库存项目的所述充电状态包括：确定所述可再充电库存项目存在于与所述充电器相关联的所述一个存储位置中的时间量，并且基于所确定的时间量来确定所述可再充电库存项目的充电状态。
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