CN111051009A - 具有物体检测的电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动工具和方法，其用于检测在电动工具的输出部件(例如，锯片或钻头)的操作路径中的物体(例如，肉或其他材料)。电动工具中的物体检测传感器产生输出信号，该输出信号指示在电动工具的操作路径中检测到的材料的类型。电动工具控制器接收物体检测传感器的输出，并确定电动工具的操作路径中的材料何时改变。控制器响应于检测到的材料变化来改变电动工具的电动机的操作(例如，增加或减小速度或使电动机停止)。物体检测传感器可以包括例如射频传感器，电容式传感器，照相机，电导率探头或超声波探头。

Description

具有物体检测的电动工具

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月30日提交的申请号为62/552,105的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在电动工具的操作期间检测物体。更具体地，本发明涉及基于对物体的检测来改变电动工具的操作。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种电动工具，该电动工具包括壳体，位于壳体内的电动机，耦合至电动机并限定电动工具的操作路径的输出部件，物体检测传感器，以及控制器。电动工具的操作路径由输出部件(当由电动机驱动时)的运动方向限定。物体检测传感器被配置为产生指示电动工具的操作路径中的材料的输出信号。控制器耦合至电动机和物体检测传感器。控制器被配置为接收来自物体检测传感器的输出信号，并基于该输出信号确定电动工具的操作路径中的材料何时改变。控制器还被配置为响应于确定电动工具的操作路径中的材料变化而改变电动机的操作。

在另一实施例中，提供了一种用于操作电动工具的方法，该电动工具包括电动机和输出部件。电动工具基于电动工具的输出部件由电动机驱动的运动方向来限定电动工具的操作路径。该方法包括在控制器处接收来自电动工具的物体检测传感器的输出信号，并通过控制器确定在电动工具的操作路径中是否存在肉。该方法还包括响应于确定在电动工具的操作路径中存在肉而中断到电动机的功率。

在另一实施例中，提供了一种用于操作电动工具的方法，该电动工具包括电动机和输出部件。电动工具基于电动工具的输出部件由电动机驱动的运动方向来限定电动工具的操作路径。该方法包括在控制器处接收来自电动工具的物体检测传感器的输出信号，并且通过控制器基于该输出信号确定电动工具的操作路径中存在物体并且该物体属于特定类型。该方法还包括响应于确定电动工具的操作路径中存在的物体是特定类型而中断到电动机的功率。

通过考虑详细描述和附图，其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1示出了实现本文公开的实施例的示例性电动工具。

图2是电动工具的示意图。

图3是示出了操作电动工具的第一方法的流程图。

图4是示出了操作电动工具的第二方法的流程图。

图5A至图5B示出了实现本文公开的实施例的其他示例性电动工具。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。另外，应理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。本文中“包括”，“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。术语“安装”，“连接”和“耦合”被广泛地使用，并且包括直接和间接的安装，连接和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括直接或间接的电连接或耦合。

应注意，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件来实现本发明。此外，并且如在随后的段落中所述，附图中示出的特定配置旨在例示本发明的实施方式，并且其他替代配置也是可能的。除非另有说明，否则术语“处理器”，“中央处理单元”和“CPU”是可互换的。当术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”被用作标识执行特定功能的单元时，应理解，除非另有说明，否则这些功能可以由单个处理器或以任何形式布置的多个处理器(包括并行处理器，串行处理器，串联处理器或云处理/云计算配置)来执行。

图1示出了示例性电动工具100。在所示的实施例中，电动工具100是往复锯。然而，尽管图1将电动工具100示出为往复马刀锯，但是本文描述的各种实施例可以在其他类型的往复锯(包括例如曲线锯，滚动锯和旋转式往复锯)中实施。另外，本文所描述的各种实施例可以在其他电动锯(例如，台锯，圆锯和斜切锯)上以及在驱动外部输出部件的其他电动工具(包括例如，钻/驱动器，冲击驱动器，冲击扳手，旋转锤，钉枪，订书机等)中实施。

电动工具100限定了纵向轴线A。电动工具100总体上包括靴形件(shoe)组件105和具有电动机115的主体110。电动机115从电线(例如，在交流版本中)，电池组(例如，在直流版本中)，压缩空气源(例如，在气动版本中)或其组合接收电力。驱动机构120将电动机115的旋转运动转换成往复主轴125的往复运动，以使锯片130(即，输出部件)沿大体平行于电动工具100的纵向轴线A的方向往复运动。电动工具100还包括手柄组件135，该手柄组件135位于主体110的、与靴形件组件105相对的远端。手柄组件135包括抓握部分140和与抓握部分140相邻的触发器145，其用于致动电动机115。触发器145定位成使得用户可以使用握住抓握部分140的同一只手致动触发器145(例如，使用食指)。电动工具100还包括模式盘150。模式盘150允许用户选择电动工具100的模式，并向用户指示电动工具100当前被选择的模式，这将在下面更详细地描述。

靴形件组件105包括靴形件柱155和靴形件160。靴形件160可枢转地安装在靴形件柱155的远离主体110的远端上。在其他构造中，靴形件160可以固定地安装到靴形件柱155上，或以其他合适的方式安装。在其他构造中，可以采用其他类型的靴形件组件。靴形件组件105相对于电动工具100的主体110固定并且提供引导表面165，以用于在切割操作期间将电动工具100靠在工件(未示出)上。靴形件组件105包括纵向延伸的靴形件柱155，该靴形件柱155大体上平行于电动工具100的纵向轴线A延伸，该靴形件柱155至少部分地设置在电动工具100的主体110的孔口内。靴形件柱155可沿大体平行于轴线A的方向相对于电动工具100的主体110轴向移动，并且包括锁定机构170，该锁定机构170用于将靴形件组件105稳定在相对于主体110的多个轴向位置的一个中。例如，锁定机构170可以包括球形制动器系统。在其他构造中，可以采用其他合适类型的锁定机构，例如磁体，凸轮，其他类型的制动机构等。

图2示出了包括电动机115的电动工具100的示意图。电动机115如本文先前所解释的那样致动驱动机构120。主电源205(例如，电池组或AC电源)耦合到电动工具100，并提供电力以使电动机115通电。电动机115基于触发器145的位置被通电。当按下触发器145时，电动机115通电，并且当释放触发器145时，电动机115断电。当用户按下触发器145时，触发器145沿第一方向朝着手柄组件135移动。当用户释放触发器145时，触发器145被偏置(例如，使用弹簧)，以使得其在第二方向上移动远离手柄组件135。当用户按下触发器145时，推杆启动触发器开关213，而当用户释放触发器145时，触发器开关213被停用。启动信号由触发器开关213输出，该启动信号可以是模拟的或数字的，其指示触发器145的位置(例如，被按下，释放或在按下和释放之间的位置)。

如图2所示，电动工具100还包括电源205，开关网络216，传感器218，指示器220，用户界面222，功率输入单元224，控制器226和无线通信控制器228。电源205向功率输入单元224提供功率。功率输入单元224包括有源和/或无源部件(例如，降压控制器，电压转换器，整流器，滤波器等)，以调节或控制由控制器226以及从电源205接收到的功率。

在一些实施例中，电动工具100包括电池组接口，例如图5A至图5B所示的。在这样的实施例中，电池组接口耦合到控制器226并且耦合到电池组。电池组接口包括机械和电气部件的组合，其被配置为并且可操作以用于将电动工具100与电池组连接(例如，机械地，电气地并且可通信地连接)。电池组接口耦合到功率输入单元224。电池组接口将从电池组接收到的功率发送到功率输入单元224。

开关网络216使控制器226能够控制电动机115的操作。一般来说，当触发器开关213的输出指示触发器145被按下时，电流经由开关网络216从电源205供应到电动机115。当触发器145未被按下时，电流不从电源205供应到电动机115。

响应于控制器226从触发器开关213接收到指示触发器145至少部分地被按下的启动信号，控制器226启动开关网络216以向电动机115提供功率。开关网络216控制电动机115可用的电流量，从而控制电动机115的速度和扭矩输出。开关网络216可包括许多场效应晶体管(FET)，双极晶体管或其他类型的电开关。例如，开关网络216可以包括六FET桥，该六FET桥从控制器226接收脉宽调制(PWM)信号以驱动电动机115。

传感器218耦合至控制器226，并且将指示电动工具100或电动机115的不同参数的各种信号传送至控制器226。传感器218可包括霍尔传感器218a，一个或多个电流传感器218b，一个或多个物体检测传感器218c，一个或多个距离传感器218d，一个或多个靴形件接触传感器218e以及其他传感器，例如一个或多个电压传感器，一个或多个温度传感器，以及一个或多个扭矩传感器。虽然这些相应的传感器在本文中通常以单数形式指代(例如，距离传感器218d)，但是在一些实施例中，这些传感器可以包括一个传感器(例如，一个距离传感器218d)或多于一个传感器(例如，两个或更多个距离传感器218d)。控制器226可以使用电流传感器218b监测由电动机115汲取的电流。距离传感器218d可以是确定被切割的材料与靴形件160之间的距离的感应传感器。另外，靴形件接触传感器218e可以是确定材料是否与靴形件160接触的感应传感器。如在下文中更详细解释的，物体检测传感器218c可以包括电容式传感器，射频(RF)传感器，超声波传感器，视觉传感器(例如，照相机)，电导率传感器，非接触电压传感器或其组合。物体检测传感器218c产生指示特定物体是否接近电动工具100的操作路径的输出。当电动工具100操作时，电动工具100的操作路径由电动工具100的输出部件的行进方向限定。换句话说，操作路径是指在当前操作中电动工具100的输出部件(例如，刀片，钻头等)被驱动或预期被驱动的区域。仅作为两个示例，图5A示出了圆锯505的第一操作路径500，并且图5B示出了钻驱动器515的第二操作路径510。给定操作路径的尺寸可以根据工具和实施例而变化。例如，在一些实施例中，第一操作路径500在圆锯505的前方延伸(例如，延伸2至4英寸)，而在其他实施例中，第一操作路径500在板520的最前部分处终止。在一些实施例中，根据体积(例如输出部件从电动工具延伸的体积)来限定工作路径(例如，第一操作路径500)。例如，在一些实施例中，第一操作路径500被限定为具有等于刀片宽度的宽度，等于刀片从板520(下方)伸出的量的高度，以及等于从板520伸出的、从刀片的最后部分到刀片的最前部分的长度的长度。

每个霍尔传感器218a将电动机反馈信息输出到控制器226，该电动机反馈信息例如当电动机转子的磁体在霍尔传感器的表面上旋转时的指示(例如脉冲)。基于来自霍尔传感器218a的电动机反馈信息，控制器226可以确定转子的位置，速度和加速度。响应于电动机反馈信息和来自触发器开关213的信号，控制器226发送控制信号以控制开关网络216以驱动电动机115。例如，通过选择性地启用和停用开关网络216的FET，经由电源205接收的功率被选择性地施加到电动机115的定子线圈，以引起其转子的旋转。控制器226使用电动机反馈信息来确保到开关网络216的控制信号的适当定时，并且在某些情况下，来提供闭环反馈以将电动机115的速度控制在期望的水平。

物体检测传感器218c指示在电动工具100的操作路径中是否存在外来的物体。当物体在操作路径内或附近时，物体可能存在于操作路径中。物体检测传感器218c可以被实现为例如检测肉(flesh)(例如，生物的手指，手，臂或其他肢体)是否在电动工具100的操作路径内。然而，在一些实施例中，物体检测传感器218c还可以确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的类型。

在一个实施例中，物体检测传感器218c包括射频(RF)传感器。RF传感器发送RF信号，并分析响应信号(例如，接收到的信号，其为原始发送的RF信号的反射或与之相对应的信号)的改变，以确定在电动工具100的操作路径中是否存在外来的物体。当物体在RF信号的行进路径中时，该信号的参数改变并且相应的接收信号与原始发送的信号不同。如下面进一步详细讨论的，控制器226接收关于原始发送的RF信号，响应信号，原始发送的RF信号与响应信号之间的差异或其组合的信息，并基于RF传感器确定物体是否存在于电动工具100的操作路径中，并且在一些实施例中，确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的类型。

在另一实施例中，物体检测传感器218c包括电容式传感器。电容式传感器监测电动工具100的操作路径中电容场(capacitive field)的变化，以确定在电动工具100的操作路径中是否存在物体，并且在一些实施例中，以确定在电动工具100的操作路径中存在哪种类型的物体。在一些实施例中，电容式传感器包括单个电容探头，该单个电容探头与被检测的物体形成电容器。电压信号被施加到电容探头，并且电容基于与电容探头形成电容器的物体而改变。基于电容探头与被检测物体之间的距离，被检测物体的材料特性，电容探头与被检测物体之间的材料或其组合，电容探头处的电容改变。在其他实施例中，电容式传感器包括例如彼此相对定位的两个电容探头。当物体进入两个电容探头之间的区域时，两个探头之间的电容改变。电容式传感器产生指示由一个或多个电容探头感测到的电容的输出，并且将该输出周期性地发送到控制器226。在其他实施例中，电容式传感器产生指示单个电容探头或一对电容探头处的电容变化的输出，并将该输出发送至控制器226。

在其他实施例中，物体检测传感器218c包括超声波探头。类似于RF传感器，超声波探头产生并发送超声波信号，并分析响应信号(原始发送信号的反射或相应于原始发送信号的信号)，以确定电动工具100的操作路径中是否存在物体，以及在一些实施例中，确定存在于电动工具100的操作路径的物体的类型。当物体在超声波信号的行进路径中时，该信号的参数改变，并且相应的响应信号与原始发送的超声波信号不同。如下面进一步详细讨论的，控制器226从超声波传感器接收关于原始发送的超声波信号，响应信号，原始发送的超声波信号与响应信号之间的差异或其组合的信息，并基于所接收的信息，确定物体是否存在于电动工具100的操作路径中，以及在一些实施例中，确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的类型。

在其他实施例中，物体检测传感器218c包括安装在电动工具100上的照相机(或照相机阵列)。照相机可视地监测电动工具100的操作路径并且将图像数据输出到控制器226，以使控制器226能够确定在电动工具100的操作路径中是否存在物体，以及在一些实施方式中，确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的类型。在一些实施方式中，单个照相机被安装到电动工具100。照相机拍摄图像数据(包括例如电动工具100的操作路径中的光图案，在操作路径中的表面纹理等)，其被控制器226用来识别操作路径中存在的物体(以及物体的类型)。在一些实施例中，两个或更多个照相机被安装在电动工具100。照相机可以被安装成使得可以通过分析来自两个照相机的图像数据来获得深度信息(例如，深度感知)。由照相机(或照相机阵列)获得的图像数据可以包括灰度，彩色，黑白或其他格式(例如，HSV，LSL等)的视觉信息。

在其他实施例中，物体检测传感器218c包括电导率探头。在一些实施例中，电导率探头可以耦合到电动工具100的输出部件(例如，刀片或钻头)。电导率探头产生指示输出部件的电导率的输出。当物体接触输出部件时，输出部件的电导率改变，而这种改变会被电导率探头记录下来。在其他实施例中，使用两个电导率探头来测量电动工具100的操作路径中的空间或材料的电导率。当物体进入电动工具100的操作路径时，电导率改变并且这种改变被电导率探头记录下来。

指示器220还耦合至控制器226，并从控制器226接收控制信号以基于电动工具100的不同状态来打开和关闭或以其他方式传送信息。指示器220包括例如一个或多个发光二极管(“LED”)或显示屏。指示器220可被配置为显示电动工具100的状况或与电动工具100相关的信息。例如，指示器220被配置为指示电动工具100的测量的电气特性，电动工具100的状态，电动工具的模式(如下所述)等。指示器220也可以包括通过听觉或触觉输出将信息传送给用户的元件。

如上所述，控制器226电连接和/或通信地连接到电动工具100的各个模块或部件。在一些实施例中，控制器226包括向控制器226和/或电动工具100内的部件和模块提供功率，操作控制和保护的多个电气和电子部件。例如，控制器226尤其包括处理单元230(例如，微处理器，微控制器或另一合适的可编程设备)，存储器232，输入单元234和输出单元236。处理单元230(在本文中称为电子处理器230)尤其包括控制单元240，算术逻辑单元(“ALU”)242和多个寄存器244(在图2中示为一组寄存器)。在一些实施例中，控制器226部分地或全部地实现在半导体(例如，现场可编程门阵列[“FPGA”]半导体)芯片上，例如通过寄存器传输级(“RTL”)设计工艺开发的芯片上。在其他实施例中，控制器226被实现为专用集成电路(ASIC)。

存储器232包括例如程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括不同类型的存储器(例如只读存储器(“ROM”)，随机存取存储器(“RAM”)(例如，动态RAM[“DRAM”]，同步DRAM[“SDRAM”]等)，电可擦可编程只读存储器(“EEPROM”)，闪存，硬盘，SD卡或其他合适的磁，光，物理或电子存储设备)的组合。电子处理器230连接到存储器232，并执行软件指令，该软件指令能够存储在存储器232的RAM中(例如，在执行期间)、存储器232的ROM中(例如，大体上永久地)或另一非暂时性计算机可读介质(例如另一个存储器或磁盘)中。在电动工具100的实现中包括的软件可以存储在控制器226的存储器232中。该软件包括例如固件，一个或多个应用程序，程序数据，过滤器，规则，一个或多个程序模块，以及其他可执行指令。电子处理器230被配置为从存储器中检索并执行与本文描述的控制过程和方法有关的指令等。电子处理器230还被配置为将电动工具信息(包括操作数据，识别工具类型的信息，用于特定工具的唯一标识符，以及与操作或维护电动工具100有关的其他信息)存储在存储器232上。工具使用信息(诸如电流水平，电动机速度，电动机加速度，电动机方向)可以从传感器218输出的数据中捕获或推断。

输入单元234和输出单元236使处理单元230能够与各个部件(例如模式盘150，触发器开关213，开关网络216，指示器220，无线控制器228和用户界面222)通信。例如，输入单元234和输出单元236可以包括导电引脚，驱动器电路，缓冲器或其组合。

电动工具100以各种模式操作。每种模式使得电动工具100能够执行不同的功能，并且便于用户进行某些应用。用户例如使用模式盘150来选择电动工具100的当前操作模式。例如，参考图2，模式盘150包括模式选择器按钮290和模式指示器296a-e。通过按下模式选择器按钮290，电子处理器230在电动工具100的模式之间循环。电子处理器230还控制模式指示器296a-e以特定方式发光来指示当前的模式。

控制器226从物体检测传感器218c接收信号，并基于来自传感器218c的输出信号确定在电动工具100的操作路径中是否存在物体，以及在一些实施例中，确定存在于操作路径中的物体的类型。当物体检测传感器218c包括RF传感器时，控制器226接收原始发送的信号和响应信号的各种测量的参数，并且基于参数的差异来确定物体是否存在于电动工具100的操作路径中。例如，由于不同的材料比其他材料更好地反射了不同的频率，因此在一个实施例中，RF传感器发送宽带频率信号。发送的信号行进，直到到达反射物体或表面(例如，在电动工具100的操作路径中的物体)为止。然后，物体将响应信号反射回RF传感器。然而，响应信号的频率取决于响应信号从其反射的物体的材料。例如，相比第二组频率，干式墙可能更好地反射第一组频率，而相比第一组频率，金属可能更好地反射第二组频率。因此，当干式墙存在于电动工具100的操作路径中时，响应信号将主要在第一组频率中。然而，当例如金属管进入电动工具100的操作路径时，响应信号改变为包括更多来自第二频率组的频率。因此，通过确定响应信号的主要频率(或频率组)，控制器可以确定在电动工具100的操作路径中是否存在物体。另外，控制器可以检测电动工具100的操作期间主要频率(或频率组)的变化，并且作为响应，确定在电动工具100的操作路径中存在新的物体。此外，控制器226还被配置为使用与各种物体类型相关联的预定频率响应来确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的类型。换句话说，通过将响应信号的频率与各种材料的预定频率响应(例如，在存储器232中的查找表中)进行比较并识别匹配或相似的频率响应，控制器226确定存在于电动工具100的操作路径中的材料的类型。

基于由控制器226确定的材料，控制器226可以例如中断到电动机115的功率。例如，当控制器226确定生物的一部分存在于电动工具100的操作路径中时，控制器226中断到电动机115的功率，以禁止电动工具100在与检测到的生物的部分相同的区域中操作输出部件。在其他实施例中，控制器226被编程为避免在某些材料(例如金属管，水导管或电线管)上操作，以免损坏该构造的其他部件。在这样的实施例中，控制器226可以首先确定在电动工具100的操作路径中是否存在某些材料，并且当确定该某些材料不在电动工具100的操作路径附近时才允许电动机115被启动。

在其他实施例中，控制器226确定原始发送的RF信号和相应的响应信号的相位角。因为不同的材料以不同的方式反射RF信号，所以响应信号的相位角可以表示反射原始发送的RF信号的材料的类型。因此，控制器226可以计算原始发送的信号和响应信号之间的相位差。控制器226然后将相位差与对应于不同类型材料的预定相位差进行比较。例如，预期金属管可以引起大约25度的相位差，而预期肉(例如，生物的一部分)可以引起120度的相位差。通过将计算出的相位差与这些预定相位差进行比较，控制器226被配置为确定反射响应信号的材料。预定的相位差和相关的材料类型可以存储在存储器232中的查找表中。

在又一实施例中，控制器226分析所发送的RF信号的扩散图案(dispersionpattern)。因为不同的材料以不同方式反射RF信号，所以通过分析所发送的RF信号的扩散图案，控制器226可以确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的材料。在这样的实施例中，RF传感器还可以包括RF传感器阵列以检测响应信号的扩散图案。类似于基于相位角识别材料，预定的扩散图案和相关的材料可以存储在存储器232中的查找表中，并且可以由控制器226访问以基于检测到的扩散图案来识别材料的类型。

当物体检测传感器218c包括电容式传感器时，控制器226检测电容的改变并将电容测量值与例如对应于不同材料的阈值或范围(例如，其可以存储在存储器232的查找表中)进行比较。例如，小于100pF的电容可以指示在电动工具100的操作路径中存在肉。在这样的实施例中，当控制器226确定由一个电容式传感器(或多个电容式传感器)检测到的电容小于100pF时，控制器226确定肉存在于电动工具100的操作路径中，并且作为响应，中断到电动机115的功率。控制器226可以访问例如查找表以确定电动工具100的操作路径中的物体的材料。例如，控制器226可以确定在150pF至200pF之间的电容表示金属物体(例如，金属管)可能存在于电动工具100的操作路径中。如下所述，控制器226基于被确定为存在于电动工具100的操作路径中的物体的材料来调节或中断到电动机115的功率。

当物体检测传感器218c包括超声波传感器时，控制器226可以分析与RF传感器分析的特征或参数相似的特征或参数。例如，控制器226接收用于所发送的超声波信号和响应超声波信号的参数。控制器226分析例如两个超声波信号之间的相位角，两个超声波信号的频率，超声波信号的扩散图案或其组合。如上所述，控制器226可以访问指示电动工具100的操作路径中的反射物体的不同材料如何影响响应信号的表。基于这些比较，控制器226可以确定存在于电动工具100的操作路径中的物体的材料。

当物体检测传感器218c包括照相机或照相机阵列时，控制器226接收关于电动工具100的操作路径的视觉信息(例如，图像数据)。然后，控制器226可以分析视觉信息以提取与电动工具100的操作路径中的特定物体相关联的光图案。例如，当电动工具100在干式墙上操作时，照相机可以检测第一组光图案，但是当电动工具100在例如金属管上操作时，光图案可能不同。在一些实施例中，电动工具100还包括照亮电动工具100的操作路径的灯。该灯可以引起由照相机(或照相机阵列)检测的光图案。在其他实施例中，控制器226可以实现物体检测(例如，使用自动编码器)以分析由照相机(或照相机阵列)检测到的视觉信息，并确定在电动工具100的操作路径中是否存在外来的物体。在使用多于一个照相机并且收集深度信息的实施例中，控制器226还可以确定物体相对于电动工具100的输出部件的估计距离。

当物体检测传感器218c包括电导率探头时，控制器226从一个电导率探头(或多个电导率探头)接收电导率测量值，并将电导率测量值与对应于不同材料的预定电导率进行比较。在一些实施例中，预定电导率不是不同材料的电导率，而是对应于例如当存在特定材料的物体时空气的电导率。也就是说，作为将电导率测量值与铜的电导率进行比较的替代，控制器226访问存储的表，该表指示当空气中存在铜物体时，空气的电导率例如增加。因此，通过将电导率测量值与用于各种材料的预定电导率测量值进行比较，控制器226可以估计哪种材料对应于电动工具100的操作路径中的物体。

基于控制器226确定电动工具100的操作路径中存在哪种材料，控制器226改变电动机115的操作。例如，当控制器226确定在电动工具100的操作路径中存在干式墙时，控制器226维持电动机115的操作。然而，当控制器226确定在电动工具100的操作路径中存在肉(例如，生物的一部分)时，控制器226中断到电动机115的功率以禁止电动工具100伤害检测到的肉。在一些实施例中，控制器226接收用户输入，其指示引起电动机115的操作改变的材料以及指示要发生的特定改变。例如，用户输入可以指示当在电动工具100的操作路径中检测到肉时，将停止到电动机115的功率，但是，当在电动工具100的操作路径中检测到金属管时，将增加到电动机115的功率。在一些实施例中，用户输入指示哪些材料将导致到电动机115的功率中断，以及哪些材料将使电动机115的操作保持不变。

用户输入可以由控制器226例如直接经由电动工具100上的致动器或用户界面222接收。例如，电动工具100上的用户界面222可以包括旋钮，拨盘，致动器，滑动致动器，触摸屏或按钮中的一种或多种，其选择要中断电动机115的功率的一种材料(或多种材料)。在其他实施例中，控制器226经由电动工具100的无线通信控制器228接收用户输入。在这样的实施例中，无线通信控制器228耦合到控制器226，并且被配置为与可以结合用户界面222的外部设备223通信，该外部设备223例如是智能电话，平板计算机，笔记本电脑等。无线通信控制器228可以例如经由

Wi-Fi或其他类似的无线通信协议进行通信。在这样的实施例中，外部设备223包括用户界面222或接收用户输入的另一用户界面。例如，用户输入可以指示将导致电动机115的操作改变的材料，操作的特定一种或多种改变或两者，并且经由无线通信控制器228将指示中继到控制器226。控制器226经由在工具100上或在外部设备上的用户界面222以及无线通信控制器228接收其他类型的用户输入。

在一些实施例中，控制器226还经由前述技术中的一种接收用户输入，该用户输入指示物体检测传感器218c的期望灵敏度。基于所接收的用户输入，控制器226可以调整例如提供给物体检测传感器218c的电压或其他驱动信号，或者可以调整与来自物体检测传感器218c的输出信号进行比较的阈值，以确定哪种材料存在于电动工具100的操作路径中。在一个示例中，控制器226经由用户界面222接收指示增加物体检测传感器218c的灵敏度的用户输入。然后，控制器226增加施加到单个电容探头的电压信号，这允许电容式传感器检测更远的物体。

在一些实施例中，控制器226还可以接收指示物体检测功能将被启用还是停用的用户输入。也就是说，控制器226接收指示是否要分析来自物体检测传感器218c的输出信号以及是否要基于来自物体检测传感器2218c的输出信号来改变电动机115的操作的用户输入。控制器226可以经由上面讨论的用户界面222接收该用户输入。

在一些实施例中，控制器226默认为在启用物体检测功能的情况下操作电动工具100。在这样的实施例中，控制器226根据触发器145操作电动机115，确定电动工具100的操作路径中是否存在特定类型的物体(例如，肉)。然后，控制器226可以接收触发信号(例如，从电动工具100上的用户界面222上的按钮或其他切换开关，或者经由无线通信控制器228从外部设备223)以改变物体检测功能的状态。然后，控制器226响应于接收到触发信号而停用物体检测功能。控制器226基于触发器145并且不考虑来自物体检测传感器218c的输出来继续操作电动机115。

在其他实施例中，控制器226默认为在停用物体检测功能的情况下操作电动工具100。在这样的实施例中，控制器226根据触发器145操作电动机115。然后，控制器226接收触发信号(例如，从电动工具100的用户界面222上的按钮或其他切换开关，或经由无线通信控制器228从外部设备223)以改变物体检测功能的状态。响应于接收到触发信号，控制器226启用物体检测功能。当控制器226确定外来的物体存在于电动工具100的操作路径中时，控制器226改变电动机115的操作。

图3示出了由控制器226实现物体检测功能的第一方法300。在第一方法300中，控制器226默认电动工具100根据触发器145来操作电动机115，并且当在电动工具100的操作路径中检测到第一类型的物体时，改变电动机115的操作。控制器226被配置为检测不同类型的材料(例如，干墙，灰泥，混凝土，空管道，金属，木材，水或液体(例如，在管道或其他导管内)，带电导体(例如，导线))，肉或其组合。在一些实施例中，改变电动机115的操作包括中断到电动机115的功率。在一些实施例中，响应于检测到特定类型的物体(例如，金属，木材，硬木等)，控制器226不是中断到电动机115的功率，而是以不同的方式控制电动机115，例如通过增加电动机115的速度或到电动机115的功率。

在步骤305中，控制器226接收指示电动机115的操作要改变的第一类型的物体的输入(步骤305)。例如，控制器226可以从电动工具100上的用户界面222(例如，旋钮，滑动选择器或按钮)，或者通过与无线控制器228的有线或无线连接来从外部设备223(例如，智能手机或平板电脑)上的用户界面222接收指示。在一些实施例中，该指示在制造时被输入并且被硬编码到控制器226中，而不是由终端用户输入。然后，例如当用户启动触发器145时，控制器226从触发器开关213接收启动信号(步骤310)。控制器226还从物体检测传感器218c接收信号(步骤315)。响应于接收到启动信号，控制器226基于来自物体检测传感器218c的输出信号来确定第一类型的物体是否存在于操作路径中(步骤320)。上面进一步详细说明了物体检测传感器218c和用于物体类型确定的技术的示例。当控制器226确定操作路径中没有第一类型的物体时，控制器226根据触发器145驱动电动机115(步骤325)。控制器226循环回到步骤315，以从物体检测传感器218c接收更新的信号，并在步骤320中确定是否存在第一类型的物体。在步骤320中，当控制器226确定在操作路径中存在第一类型的物体时，控制器226改变电动机115的操作(步骤330)。例如，当控制器226确定肉存在于操作路径中时，控制器226禁止到电动机115的功率。在一些实施例中，为了在控制器226改变电动机115的操作之后重置电动工具100的操作，电动工具100例如通过重新连接电源(例如，电池组)而重启。在其他实施例中，电动工具100的操作可以通过例如释放触发器145并重新接合触发器145来重置。

图4示出了由控制器226实现物体检测功能的第二方法400。在第二方法400中，控制器226默认电动工具100禁止电动机115的操作，直到控制器226检测到工件为止。如上所述，参考图3，控制器226被配置为检测不同类型的材料(例如，干墙，灰泥，混凝土，空管道，金属，木材，水或液体(例如，在管道或其他导管内)，带电导体(例如电线))，肉或其组合。在步骤405中，控制器226经由用户界面222接收指示目标工件的材料的输入(步骤405)。例如，用户可以使用上述用户输入技术来指示期望的工件是一块木板，一块干墙，管道的一部分等。在一些实施例中，期望的工件的指示在制造时被输入并且被硬编码到控制器226中，而不是由终端用户输入。然后，控制器226从触发开关213接收指示例如被用户启动的触发器145的启动信号(步骤410)。控制器226还从物体检测传感器218c接收信号(步骤415)。响应于接收到启动信号，控制器226基于来自物体检测传感器218c的输出信号，确定在操作路径中是否存在步骤405中指定的类型的工件(步骤420)。当控制器226不能确认工件存在于操作路径中时，控制器226禁止电动机115的操作(步骤425)，并返回到步骤415以从物体检测传感器218c接收信号，然后在步骤420中继续分析来自物体检测传感器218c的信号以检查在操作路径中是否存在工件。当控制器226确认在操作路径中存在工件时，控制器226根据触发器145启动电动机115(步骤430)。在一些实施例中，控制器226然后返回到步骤415以从物体检测传感器218c接收信号，然后分析(在步骤420中)来自物体检测传感器218c的信号。在一些实施例中，控制器226在启动电动机115之前确定操作路径中是否仅存在该工件。在这样的实施例中，控制器226在启动电动机115之前基于来自物体检测传感器218c的信号来不仅确认工件的存在，而且还确认没有其他类型的物体。

因此，本文所述的实施例尤其提供了一种电动工具，该电动工具包括物体检测功能，该物体检测功能使电动工具的操作能够基于电动工具的操作路径中存在的材料而改变。

Claims (23)

1.一种电动工具，包括：

壳体；

电动机，其位于所述壳体内；

输出部件，其耦合到所述电动机，所述输出部件限定所述电动工具的操作路径；

物体检测传感器，其被配置为产生指示所述电动工具的所述操作路径中存在材料的输出信号；以及

控制器，其耦合到所述电动机和所述物体传感器，所述控制器包括电子处理器和存储指令的存储器，当由所述电子处理器执行时，所述指令使所述控制器：

接收来自所述物体检测传感器的所述输出信号，并基于所述输出信号确定所述电动工具的所述操作路径中的所述材料何时改变；以及

响应于确定所述电动工具的所述操作路径中的所述材料已改变，改变所述电动机的操作。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述改变所述电动机的操作包括调节所述电动机的速度或使所述电动机停止。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述物体检测传感器包括选自以下组中的至少一个：射频(RF)传感器，电容式传感器，照相机，电导率探头和超声波探头。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述控制器被配置为基于对所述电动工具的所述操作路径中的另一材料的电导率的检测，来检测所述电动工具的所述操作路径中的所述材料的存在。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述电动机的操作的改变的类型是基于所述物体检测传感器的所述输出信号所指示的材料的类型的。

6.根据权利要求1所述的电动工具，还包括位于所述电动工具的所述壳体上的致动器或无线通信控制器，其用于接收用户输入。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述控制器被配置为接收用户输入，所述用户输入选择由所述物体检测传感器检测的哪种材料要导致所述电动机的操作的改变。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述控制器被配置为：

接收选择所述物体传感器的灵敏度等级的用户输入；以及

基于所选择的灵敏度等级来调节所述物体传感器用来确定所述操作路径中的所述材料的灵敏度。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述控制器被配置为：

接收识别目标工件的材料的用户输入；

从所述物体检测传感器和所述电动工具的触发器开关接收信号；

禁止所述电动机的操作，直到基于所述物体检测传感器的信号检测到所述目标工件的所述材料并且确认没有其他类型的材料为止；以及

当检测到所述目标工件的所述材料并且确认没有其他类型的材料时，根据从所述触发器开关接收到的信号启动所述电动机。

10.一种操作电动工具的方法，所述电动工具包括电动机和输出部件，所述方法包括：

通过所述电动机驱动所述电动工具的输出部件，所述电动工具具有基于所述输出部件的运动方向的操作路径；

在所述电动工具的控制器处接收来自所述电动工具的物体检测传感器的输出信号；

通过所述控制器确定所述电动工具的所述操作路径中是否存在肉；以及

响应于确定在所述电动工具的所述操作路径中存在肉，中断到所述电动机的功率。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述物体检测传感器包括选自以下组中的至少一个：射频(RF)传感器，电容式传感器，照相机，电导率探头和超声波探头。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述控制器被配置为基于对所述电动工具的所述操作路径中的空气的电导率的检测来检测所述电动工具的所述操作路径中的肉的存在。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

通过所述控制器接收用于选择所述物体传感器的灵敏度等级的用户输入；以及

通过所述控制器调节所述物体传感器的灵敏度，以基于所选择的灵敏度等级来确定所述电动工具的所述操作路径中是否存在肉。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

通过所述控制器接收识别目标工件的材料的用户输入；

通过所述控制器接收来自所述物体检测传感器和所述电动工具的触发器开关的信号；

通过所述控制器禁止所述电动机的操作，直到基于所述检测传感器的所述信号检测到所述目标工件的所述材料并且确认没有肉存在为止；以及

当检测到所述目标工件的所述材料并且确认没有肉存在时，通过所述控制器根据从所述触发器开关接收到的信号来启动所述电动机。

15.一种操作电动工具的方法，所述电动工具包括电动机和输出部件，所述方法包括：

通过所述电动机驱动所述电动工具的输出部件，所述电动工具具有基于所述输出部件的运动方向的操作路径；

在控制器处接收来自所述电动工具的物体检测传感器的输出信号；

通过所述控制器基于所述输出信号，确定所述电动工具的所述操作路径中存在物体以及所述物体属于特定类型；以及

响应于确定在所述电动工具的所述操作路径中存在的所述物体是所述特定类型，中断到所述电动机的功率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制器被配置为基于对所述电动工具的所述操作路径中的空气的电导率的检测来检测所述电动工具的所述操作路径中的所述物体的存在。

17.根据权利要求15所述的方法，其中到所述电动机的功率的中断是基于所述电动工具的所述物体检测传感器的所述输出信号所指示的材料的类型的。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括：

通过所述控制器接收用户输入，所述用户输入用于选择所述物体检测传感器检测到哪种特定类型的物体时要导致所述电动机的功率的中断。

19.根据权利要求15所述的方法，还包括：

接收选择所述物体传感器的灵敏度等级的用户输入；以及

调节所述物体传感器的所述灵敏度，以确定所述电动工具的所述操作路径中存在所述物体。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括：

接收识别目标工件的材料的用户输入；

接收来自所述物体检测传感器和所述电动工具的触发器开关的信号；

禁止所述电动机的操作，直到基于所述检测传感器的所述信号检测到所述目标工件的所述材料并且确认没有其他类型的材料为止；以及

当检测到所述目标工件的所述材料并且确认没有所述其他类型的材料时，根据从所述触发器开关接收到的所述信号来启动所述电动机。

21.一种操作电动工具的方法，所述电动工具包括电动机和输出部件，所述方法包括：

通过所述电动机驱动所述电动工具的输出部件，所述电动工具具有基于所述输出部件的运动方向的操作路径；

在所述控制器处接收来自所述电动工具的物体检测传感器的输出信号，所述物体检测传感器被配置为检测所述操作路径中的物体；以及

通过所述控制器响应于来自所述物体检测传感器的所述输出信号来启动到所述电动机的功率。

22.根据权利要求21所述的方法，其中来自所述物体检测传感器的所述输出信号指示在所述电动工具的所述操作路径中存在第一物体，并且所述第一物体为特定类型。

23.根据权利要求21所述的方法，其中来自所述物体检测传感器的所述输出信号指示所述物体检测传感器未检测到特定类型的物体。

Images