利用光譜分析的皮膚感測(cè)的制作方法
【專利摘要】一種動(dòng)力工具,包括運(yùn)動(dòng)器具、器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)、光發(fā)射器、光檢測(cè)器和控制器。所述控制器啟動(dòng)第一發(fā)射器以將波長(zhǎng)在800 nm和1100 nm之間的光引導(dǎo)至物體上,并且由來自所述光檢測(cè)器的反射比信號(hào)確定物體的第一反射比水平。所述控制器啟動(dòng)第二發(fā)射器以將波長(zhǎng)在1350 nm和1800 nm之間的光引導(dǎo)至所述物體上,并且由所述光檢測(cè)器確定第二反射比水平。如果對(duì)應(yīng)于確定的所述第一反射比水平和確定的所述第二反射比水平的比率超過預(yù)定閾值,那么所述控制器啟動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)以防止所述物體與所述運(yùn)動(dòng)器具之間的接觸。
【專利說明】
利用光譜分析的皮膚感測(cè)
[00011優(yōu)先權(quán)聲明 本申請(qǐng)要求于2013年12月18日提交的、題目為"Skin Sensing Using Spectral Analysis"的印度臨時(shí)申請(qǐng)No. 5929/CHE/2013的優(yōu)先權(quán),該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容特此通過引用 并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開總體上涉及動(dòng)力工具,并且更具體地,涉及用于檢測(cè)人與動(dòng)力工具中的運(yùn) 動(dòng)器具之間的接近度的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 已經(jīng)研發(fā)出用于各種種類的制造設(shè)備和動(dòng)力工具的檢測(cè)或者感測(cè)系統(tǒng)。這種檢測(cè) 系統(tǒng)能夠操作成通過檢測(cè)或感測(cè)操作者的某些附屬肢體與設(shè)備的某些部分的接觸來觸發(fā) 反應(yīng)裝置。例如,本領(lǐng)域已知的臺(tái)鋸中的電容性接觸感測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)操作者與刀片之間的接 觸,并且反應(yīng)裝置(諸如制動(dòng)器或退刀裝置),或者中止刀片的運(yùn)動(dòng)或者移除刀片使其不與 人接觸。
[0004] 現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)通常構(gòu)造成在中止刀片的運(yùn)動(dòng)之前,確定動(dòng)力工具的運(yùn)動(dòng)部分 (諸如鋸片)與人類的附屬肢體或其它部分之間的接觸?,F(xiàn)有的系統(tǒng)通過在不多于幾毫米的 距離處的電容耦合檢測(cè)與人類附屬肢體的直接接觸或者與人類附屬肢體的極端接近度中 的任一者。給定最小檢測(cè)距離,則現(xiàn)有系統(tǒng)通常需要高精度的機(jī)構(gòu)以在非常短的時(shí)間段中 (諸如在1毫秒內(nèi))中止運(yùn)動(dòng)的鋸片或其它器具。由于這些不足,對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)使得能夠 在不需要人類附屬肢體與器具之間的直接接觸的情況下確定人類附屬肢體與動(dòng)力工具中 的運(yùn)動(dòng)器具之間的潛在接觸將是有益的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中,已經(jīng)研發(fā)出動(dòng)力工具。該動(dòng)力工具包括:器具;構(gòu)造成在該動(dòng)力 工具的操作期間使該器具運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器;器具止動(dòng)機(jī)構(gòu);構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm至1100 nm之間的光的第一發(fā)射器;構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在1350 nm至1800 nm之間的光的第二發(fā)射器; 構(gòu)造成接收來自從第一發(fā)射器和第二發(fā)射器接收光的物體的反射信號(hào)的光檢測(cè)器;以及操 作性地連接至致動(dòng)器、器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一發(fā)射器、第二發(fā)射器和光檢測(cè)器的控制器。控制 器被構(gòu)造成:操作致動(dòng)器以使器具運(yùn)動(dòng);僅啟動(dòng)第一發(fā)射器;當(dāng)僅啟動(dòng)第一發(fā)射器時(shí),參照 由光檢測(cè)器接收的第一反射信號(hào)確定來自物體的第一反射比水平;僅啟動(dòng)第二發(fā)射器;當(dāng) 僅啟動(dòng)第二發(fā)射器時(shí),參照由光檢測(cè)器接收的第二反射信號(hào),確定來自物體的第二反射比 水平;以及,在器具響應(yīng)于對(duì)應(yīng)于第一確定的反射比水平和第二確定的反射比水平的比率 超過第一預(yù)定閾值而處于運(yùn)動(dòng)中的同時(shí),啟動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)以防止物體與器具之間的接 觸。
[0006] 在另一實(shí)施例中,已經(jīng)研發(fā)出一種操作動(dòng)力工具的方法。該方法包括:操作致動(dòng)器 以使器具運(yùn)動(dòng);用控制器啟動(dòng)僅第一發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm至1100 nm之間的光;當(dāng) 僅啟動(dòng)第一發(fā)射器時(shí),參照由光檢測(cè)器接收的第一反射信號(hào),用控制器確定來自物體的第 一反射比水平;用控制器啟動(dòng)僅第二發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在1350 nm至1800 nm之間的光;當(dāng) 僅啟動(dòng)第二發(fā)射器時(shí),參照由光檢測(cè)器接收的第一反射信號(hào),用控制器確定來自物體的第 二反射比水平;以及,在器具響應(yīng)于與第一確定的反射比水平和第二確定的反射比水平對(duì) 應(yīng)的比率超過第一預(yù)定閾值而處于運(yùn)動(dòng)中的同時(shí),用控制器啟動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)以防止物體 與器具之間的接觸。
【附圖說明】
[0007] 圖1是帶有檢測(cè)接近運(yùn)動(dòng)鋸片的人類皮膚的存在的光傳感器的臺(tái)鋸的示意圖。
[0008] 圖2是圖1的鋸中的光傳感器的示意圖。
[0009] 圖3是描繪了光傳感器將光引導(dǎo)向目標(biāo)物體的圖。
[00?0]圖4是圖1的傳感器和據(jù)中的部件的不意圖。
[0011] 圖5是描繪了人類皮膚對(duì)不同波長(zhǎng)的光的反射比水平的曲線圖。
[0012] 圖6是描繪了對(duì)兩個(gè)紅外圖像應(yīng)用歸一化差異皮膚指數(shù)(NDSI)和閾值處理之后在 可見光譜中和紅外光譜中的場(chǎng)景的一組照片。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 出于促進(jìn)對(duì)本文描述的實(shí)施例的原理的理解的目的,現(xiàn)在參照附圖和以下書面說 明書中的描述。這些參照不旨在限制主題的范圍。本專利還涵蓋了本文獻(xiàn)所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員通常能夠想到的對(duì)所圖示的實(shí)施例的任何改變和修改,以及對(duì)所描述的實(shí)施例的原理 的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0014] 如本文所使用的那樣,術(shù)語"動(dòng)力工具"指的是帶有由致動(dòng)器(諸如電動(dòng)馬達(dá)、內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓缸或氣壓缸等)使其運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)零件的任何工具。例如,動(dòng)力工具 包括,但不限于,斜面鋸、斜切鋸、臺(tái)鋸、圓鋸、往復(fù)鋸、曲線鋸、帶鋸、冷鋸、切割器、沖擊起 子、角向磨光機(jī)、鉆、刨(jointer)、打釘器、磨沙機(jī)、修剪器和刳刨機(jī)。如本文所使用的那樣, 術(shù)語"器具"指的是在動(dòng)力工具的操作期間至少部分地露出的動(dòng)力工具的運(yùn)動(dòng)部分。動(dòng)力工 具中的器具的示例包括,但不限于,旋轉(zhuǎn)和往復(fù)鋸片、鉆頭、刳鉆、研磨盤、研磨輪等。如下文 所描述的那樣,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)識(shí)別人類操作者的皮膚并且啟動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu),以在與人類操作 者接觸之前中止器具或者退出器具。
[0015] 如本文所使用的那樣,術(shù)語"器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)"指的是包括制動(dòng)器和回縮機(jī)構(gòu)的一系 列裝置,該制動(dòng)器和回縮機(jī)構(gòu)使運(yùn)動(dòng)器具停止,使運(yùn)動(dòng)器具從該器具能夠接觸人類操作者 的位置回縮,或者兩者兼有。例如,鋸中的刀片制動(dòng)機(jī)構(gòu)在短時(shí)間段內(nèi)使運(yùn)動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)停 止。刀片下降或者葉片回縮裝置使刀片運(yùn)動(dòng)離開刀片能夠接觸人類操作者的位置。在臺(tái)鋸 的實(shí)施例中,刀片下降系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)刀片拉到臺(tái)鋸中的工作臺(tái)的水平下方,以防止刀片與操 作者之間的接觸。刀片回縮系統(tǒng)也可選地包括刀片制動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0016] 如本文所使用的那樣,術(shù)語"光"指的是處于紅外光譜、可見光譜和紫外光譜中的 電磁福射的形式。如下文更詳細(xì)地描述的那樣,光發(fā)射器(諸如發(fā)光二極管或其它電磁發(fā)射 器)生成不同波長(zhǎng)的光,包括紅外輻射波長(zhǎng)、可見光波長(zhǎng)和紫外光波長(zhǎng)。動(dòng)力工具確定發(fā)射 器產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光的反射比水平,以確定人類皮膚或其它物體(諸如工具中的器具周 圍的區(qū)域中的工件)。
[0017] 圖1描繪了臺(tái)鋸100。該臺(tái)鋸100包括工作臺(tái)104,該工作臺(tái)104包括開口 105,鋸片 108延伸通過該開口 105以便切割工件(諸如,木塊)。臺(tái)鋸100還包括電動(dòng)馬達(dá)112、劈刀116、 光傳感器120、體現(xiàn)為刀片制動(dòng)器132的器具止動(dòng)機(jī)構(gòu),和控制器140。本領(lǐng)域已知用于切割 工件的工作臺(tái)104、鋸片108和馬達(dá)112的總體構(gòu)造,并且不在本文更詳細(xì)地描述。另外,本領(lǐng) 域已知與劈刀116相似的劈刀,但是現(xiàn)有的劈刀不包含諸如光傳感器120的傳感器。為了簡(jiǎn) 潔起見,從圖1中省略了在臺(tái)鋸中通常使用的一些部件,諸如用于工件的引導(dǎo)件、刀片高度 調(diào)整機(jī)構(gòu)和刀片保護(hù)罩。
[0018] 在鋸100中,光傳感器120在鋸片108的一部分的上方安裝于劈刀116。光傳感器120 包括將在下文更詳細(xì)描述的紅外發(fā)射器和紅外檢測(cè)器。光傳感器120生成處于從劈刀116延 伸的區(qū)域150中的物體的圖像數(shù)據(jù)。該區(qū)域150近似是圓錐形狀并且沿鋸片108的長(zhǎng)度在工 作臺(tái)104上方延伸。在鋸100中,劈刀116位于距鋸片100預(yù)定距離處,并且當(dāng)在操作期間調(diào)整 鋸片108時(shí),劈刀116與鋸片108-起運(yùn)動(dòng)。
[0019] 控制器140操作性地連接至馬達(dá)112、光傳感器120和制動(dòng)器132??刂破?40包括一 個(gè)或多個(gè)數(shù)字邏輯裝置,該數(shù)字邏輯裝置包括通用中央處理單元(CPU)、微控制器,現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和適合于鋸100的操作的任何其它數(shù)字邏輯裝置。 控制器140包括存儲(chǔ)器142,該存儲(chǔ)器142儲(chǔ)存用于控制器140的操作的程序指令,并且可選 地儲(chǔ)存從光傳感器120接收的數(shù)據(jù)。在一種構(gòu)造中,存儲(chǔ)器142儲(chǔ)存區(qū)域150中的一個(gè)或多個(gè) 物體的反射比數(shù)據(jù),以隨時(shí)間追蹤物體運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速率。
[0020] 在操作期間,控制器140從光傳感器120接收數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于區(qū)域150中的一個(gè) 或多個(gè)物體對(duì)所發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光的反射率。如下文更詳細(xì)描述的那樣,控制器 140停用馬達(dá)112,并且如果從光傳感器120接收的數(shù)據(jù)表明人類操作者的附屬肢體或者其 它部分處于鄰近刀片108的預(yù)定目標(biāo)位置處,那么操作制動(dòng)器132。該制動(dòng)器132是以迅速方 式使刀片108停止運(yùn)動(dòng)的器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)的示例。在另一實(shí)施例中,鋸100包括刀片回縮機(jī)構(gòu), 該刀片回縮機(jī)構(gòu)將刀片108拉到工作臺(tái)104的水平面下方,以防止手指164與運(yùn)動(dòng)刀片之間 的接觸。
[0021] 在操作期間,馬達(dá)112使鋸片108如圖1所示的那樣旋轉(zhuǎn)。操作者使一個(gè)或多個(gè)工件 (諸如,木塊160)朝向旋轉(zhuǎn)刀片108運(yùn)動(dòng)以便切割。人類操作者通常用附屬肢體(諸如圖1中 所描繪的手指164、或一只或多只手)推動(dòng)工件。光傳感器120生成對(duì)應(yīng)于木工件160和手指 164兩者的紅外反射率數(shù)據(jù)。如下文所討論的,控制器140基于木塊160和手指164反射不同 波長(zhǎng)的紅外輻射的不同傾向來區(qū)分木塊160與手指164。如果手指164保持在距刀片108預(yù)定 距離之外,并且如果手指164接近刀片108的速率保持足夠低,那么當(dāng)工件160接觸刀片108 以便切割時(shí),馬達(dá)112繼續(xù)使刀片108旋轉(zhuǎn)。
[0022] 雖然圖1描繪了臺(tái)鋸作為動(dòng)力工具的說明性示例,但是替代性實(shí)施例在廣泛的動(dòng) 力工具中包含光傳感器120,其中廣泛的動(dòng)力工具包括,但不限于,手持電鉆、鉆床、手持圓 鋸、往復(fù)鋸、帶鋸、刳刨機(jī)、研磨機(jī),和帶有運(yùn)動(dòng)器具的任何其它動(dòng)力工具。在替代性實(shí)施例 中,一個(gè)或多個(gè)光傳感器安裝在各種動(dòng)力工具的外殼或支撐件上,以使得能夠監(jiān)測(cè)在操作 期間人的手或其它部分可以接近器具的鄰近器具的區(qū)域。
[0023] 圖2更詳細(xì)地描繪了傳感器120。傳感器120包括兩個(gè)發(fā)射器的陣列,其中發(fā)射器產(chǎn) 生兩種不同波長(zhǎng)的紅外輻射。在圖2的實(shí)施例中,發(fā)射器是發(fā)光二極管(LED),其中對(duì)于LED 204A-204C,發(fā)射波長(zhǎng)為1080 nm的紅外輻射,并且對(duì)于LED 208A-208C,發(fā)射波長(zhǎng)為1580 nm 的紅外輻射。傳感器120包括光檢測(cè)器212,其接收來自反射來自發(fā)射器204A-204C和208A-208C的紅外輻射的物體的反射紅外信號(hào)。光檢測(cè)器120例如是光電二極管、電荷耦合裝置 (CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS),或者構(gòu)造成檢測(cè)對(duì)應(yīng)于發(fā)射器204A-204C和208A-208C的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的反射光的水平的任何其它檢測(cè)器。在操作期間,傳感器120以交替的順 序啟動(dòng)發(fā)射器204A-204C和208A-208C,使得在操作期間的任何時(shí)間,傳感器120僅發(fā)出1080 nm或者1580 nm的紅外輻射。在包括不同波長(zhǎng)的額外光發(fā)射器的傳感器120的替代性實(shí)施例 中,控制器140通過使用時(shí)分復(fù)用技術(shù)在不同時(shí)間操作多個(gè)發(fā)射器,以檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)物體 的反射比水平。例如,控制器140操作包括多個(gè)LED的光傳感器,其中多個(gè)LED發(fā)射波長(zhǎng)近似 為540 nm、660 nm、860 nm、1080 nm和1580 nm的光,并且在不同時(shí)間操作每個(gè)發(fā)射器以使 光傳感器120能夠單獨(dú)檢測(cè)每個(gè)波長(zhǎng)的反射比水平。
[0024] 光檢測(cè)器212在不同時(shí)間檢測(cè)反射的紅外輻射的樣本,以生成這兩種波長(zhǎng)的反射 率測(cè)量。在圖2的構(gòu)造中,發(fā)射器204A-204C和208A-208C以環(huán)形構(gòu)造設(shè)置在光檢測(cè)器212周 圍。如圖3中所描繪的,傳感器120中的LED發(fā)射器204A-204C和208A-208C以預(yù)定角度對(duì)齊, 以在距光檢測(cè)器212預(yù)定距離處匯聚于目標(biāo)304上。在鋸100中,傳感器120檢查處于鋸片108 附近的位置中的目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)是工件時(shí),鋸100繼續(xù)操作。然而,如果啟動(dòng)鋸馬達(dá)112并且目 標(biāo)是手指、手或其它人體部分,那么控制器140啟動(dòng)刀片制動(dòng)器132或刀片下降機(jī)構(gòu)以防止 運(yùn)動(dòng)刀片108與人體部分之間的接觸。
[0025] 圖4描繪了傳感器120中的所選部件的示意圖。傳感器120通過使用跨阻抗放大器 424從光檢測(cè)器112生成輸出電壓信號(hào),并且用運(yùn)算放大器428生成模擬電壓輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADC)432將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),并且數(shù)字控制器140接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以便用于在傳 感器120的視野中識(shí)別人體部分。
[0026] 在操作期間,控制器140接收來自傳感器120的圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中,圖像數(shù) 據(jù)能夠包括單個(gè)像素,該單個(gè)像素對(duì)應(yīng)于反射來自發(fā)射器204A-204C和208A-208C的紅外輻 射的小目標(biāo)位置。在另一實(shí)施例中,傳感器120以與數(shù)碼攝像機(jī)類似的方式生成帶有像素陣 列的二維圖像數(shù)據(jù)。該二維圖像數(shù)據(jù)描繪來自傳感器120前方的場(chǎng)景中的不同物體的反射 光。在鋸100中,當(dāng)在一個(gè)圖像中用1080 nm的波長(zhǎng)輻射照亮場(chǎng)景時(shí)并且當(dāng)在另一個(gè)圖像中 用1580 nm的波長(zhǎng)輻射照亮場(chǎng)景時(shí),控制器140生成對(duì)應(yīng)于場(chǎng)景的至少兩個(gè)圖像。
[0027] 在系統(tǒng)100中,在操作期間,控制器140在來自傳感器120的圖像數(shù)據(jù)中識(shí)別對(duì)應(yīng)于 人類皮膚的物體,同時(shí)忽略其它物體(包括鋸1 〇〇切割的工件)。在標(biāo)準(zhǔn)可見光譜中,人類皮 膚具有膚色色調(diào),并且許多色調(diào)可能與非人類物體混淆。然而在紅外光譜中,人類皮膚在從 近似800 nm到1100 nm的波長(zhǎng)范圍中具有較高的反射比水平,并且在波長(zhǎng)大于1400 nm的紅 外波段中具有較低的反射比水平。無論可見光譜中人的膚色如何,在800 nm到1100 nm的波 段中都會(huì)出現(xiàn)高反射率,這被認(rèn)為至少部分地是由于人類皮膚中黑色素的存在。如本領(lǐng)域 中眾所周知的,水在1400 nm的波長(zhǎng)附近具有高吸收率,并且由于人類皮膚具有高水平的含 水量,因此人類皮膚傾向于對(duì)波長(zhǎng)接近1400 nm的范圍具有低反射率。
[0028]圖5描繪了在紅外光譜中不同膚色(類型I-類型VI)的反射比水平的曲線圖500。在 圖500中,1080 nm的波長(zhǎng)504對(duì)于所有膚色都具有高反射比水平,同時(shí)1580 nm的波長(zhǎng)508對(duì) 于所有膚色都具有低反射比水平。圖5描繪了從近似1350 nm至1800 nm的波長(zhǎng)范圍,在該范 圍中,人類皮膚的紅外反射率實(shí)質(zhì)上低于在800 nm至1100 nm的波長(zhǎng)范圍中的反射比水平。 [0029] 在鋸100中,控制器140使用1080 nm和1580 nm兩種波長(zhǎng)的圖像數(shù)據(jù),以基于不同 波長(zhǎng)下的反射比參數(shù)_確定圖像數(shù)據(jù)中一個(gè)或多個(gè)物體的歸一化差異皮膚指數(shù)(DNSI)參 數(shù)。以下等式提供了 NDSB··:
,反射比參數(shù)為是指源發(fā)射器的功率與 如由光檢測(cè)器檢測(cè)到的反射功率之比。因此,NDSI項(xiàng)F對(duì)應(yīng)于物體在兩種不同波長(zhǎng)下的反 射比水平之間的差異。在人類皮膚的情況中,1080 nm的更短波長(zhǎng)產(chǎn)生更高水平的反射, 1058 nm的更長(zhǎng)波長(zhǎng)產(chǎn)生更低水平的反射。在一些實(shí)施例中,控制器140還使用額外的光譜 參數(shù),包括歸一化差異紅綠指數(shù)(Normalized Differenced Red-Green Index,NDGRI)和歸 一化差異植被指數(shù)(Normalized Differenced Vegetation Index,NDVI),以區(qū)分人類皮膚 與各種物體(包括塵土、巖石和植被)。以與測(cè)量NDSI參數(shù)相似的方式測(cè)量NDGRI參數(shù),但是 在以下等式中設(shè)定的不同光波長(zhǎng)下測(cè)量反射比水平
其中,660 nm 波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于紅光,并且540 nm波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于綠光,雖然替代性實(shí)施例可以采用不同的波長(zhǎng)來 確定NDGRI。相似地,通過使用在以下等式:
中提出的兩種不同的光波 長(zhǎng)來確定NDVI參數(shù)。通用的NDSI、NDGRI和NDVI參數(shù)是本領(lǐng)域已知的并且這些參數(shù)由Maj. Abel S. Nunez在"A Physical Model of Human Skin and Its Application for Search and Rescue"中公開。表1描述了一組常見材料與對(duì)應(yīng)的NDSI和NDGRI參數(shù)。
表1。
[0030]在鋸100中,存儲(chǔ)器142儲(chǔ)存用于在鋸100的操作期間由光傳感器120檢測(cè)的人類皮 膚和可選地其它材料的NDSI、NDVI和NDGRI參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)的一組預(yù)定的參數(shù)數(shù)據(jù)???制器140使用NDVI、NDSI和NDGRI度量標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)或多個(gè)來確定來自傳感器120的圖像數(shù) 據(jù)對(duì)應(yīng)于人類操作者的皮膚還是對(duì)應(yīng)于另一物體。不同的指數(shù)值使得控制器140能夠區(qū)分 物體,即使物體具有與皮膚相似的視覺外觀。例如,圖6描繪了可視圖像600中的場(chǎng)景和對(duì)應(yīng) 的圖像650,圖像650通過使用在1080 nm和1580 nm波長(zhǎng)下獲取的場(chǎng)景的兩個(gè)圖像在圖像中 描繪像素的NDSI。場(chǎng)景600包括四只可見的手602、606、608和612。場(chǎng)景600也包括不是人體 的部分的若干其它物體。具體地,場(chǎng)景600包括視覺上近似人類皮膚的玩偶620、由動(dòng)物毛皮 形成的皮靴624和草628。圖像650通過使用在1080 nm和1580 nm的波長(zhǎng)下獲取的兩個(gè)不同 圖像中的每個(gè)像素的NDSI值,描繪了圖像600的場(chǎng)景。圖像650是二值圖像,其中將NDSI參數(shù) 水平低于預(yù)定NDSI閾值的任何像素描繪為白色像素,并且將超過NDSI閾值的像素描繪為黑 色像素。在圖6的說明性示例中,NDSI閾值參數(shù)選擇為朽=0.6。通過使用該閾值,圖像650包 括分別對(duì)應(yīng)于圖像600中的手602、606、608和614的可見手652、656、658和664。場(chǎng)景的其余 部分保持為白色,因?yàn)閳?chǎng)景中其它物體的NDSI參數(shù)全部低于預(yù)定NDSI閾值水平:Ττ。
[0031] 在一些動(dòng)力工具實(shí)施例中,傳感器120還包括LED或產(chǎn)生適合于確定NDGRI和NDVI 參數(shù)中的一者或兩者的波長(zhǎng)的光的其它發(fā)光元件。例如,傳感器120檢測(cè)來自生成近似540 nm和660 nm的波長(zhǎng)的光發(fā)射器的反射光,以確定NDGRI參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中,傳感器120包 括至少兩個(gè)額外LED或者產(chǎn)生在近似500-600 nm和600-700 nm的波長(zhǎng)范圍中的光的其它發(fā) 光元件,以便檢測(cè)NDGRI參數(shù)中的兩種反射比水平。傳感器120檢測(cè)來自生成近似660 nm和 860 nm的波長(zhǎng)的光發(fā)射器的反射光。在一個(gè)實(shí)施例中,傳感器120包括至少兩個(gè)額外的LED 或者產(chǎn)生在近似600-700 nm和800-900 nm的波長(zhǎng)范圍中的光的其它發(fā)光元件,以便檢測(cè) NDVI參數(shù)中的兩種反射比水平。雖然傳感器120的說明性實(shí)施例使用帶有不同發(fā)射波長(zhǎng)的 多個(gè)LED來照射鋸片108周圍的區(qū)域,但是替代性實(shí)施例使用單個(gè)照射源,該單個(gè)照射源可 重構(gòu)為基于不同波長(zhǎng)下的光的反射比水平,發(fā)射生成NDSI、NDGRI和NDVI參數(shù)所需的不同波 長(zhǎng)中的每種波長(zhǎng)的光。控制器140可選地通過使用時(shí)分多路復(fù)用操作模式來操作單個(gè)光源, 從而以預(yù)定速率改變來自單個(gè)光源的發(fā)射光的波長(zhǎng)。
[0032]在鋸100中,控制器140使用預(yù)定閾值,并且比較所確定的來自傳感器120的圖像數(shù) 據(jù)的NDSI水平,以確定目標(biāo)是NDSI水平低于預(yù)定閾值的物體還是NDSI水平超過閾值的人類 操作者的皮膚。如上文所描述的,當(dāng)控制器140檢測(cè)到人類皮膚時(shí),如果鋸100處于操作中, 并且如果物體在器具的預(yù)定距離內(nèi),或者以大于預(yù)定速率朝向器具運(yùn)動(dòng),那么控制器140啟 動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu),諸如刀片制動(dòng)器132或者刀片回縮機(jī)構(gòu),以防止人類操作者與運(yùn)動(dòng)鋸片 108之間的接觸。
[0033]圖7描繪了過程700,其用于操作帶有運(yùn)動(dòng)器具的動(dòng)力工具以在運(yùn)動(dòng)器具周圍的區(qū) 域中的物體上檢測(cè)人類皮膚,并且如果物體運(yùn)動(dòng)到器具的預(yù)定距離內(nèi)或者以大于預(yù)定速率 朝向器具運(yùn)動(dòng),則啟動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。在下文的討論中,提及過程700執(zhí)行功能或作用指的 是執(zhí)行控制器中儲(chǔ)存的程序指令,以結(jié)合動(dòng)力工具中的其它部件執(zhí)行功能或作用。出于說 明性目的,結(jié)合圖1的臺(tái)鋸100描述過程700。
[0034]過程700開始于控制器140操作馬達(dá)112以使器具(諸如在鋸100的示例中是鋸片 108)運(yùn)動(dòng)(框704)。在鋸100的操作期間,鋸片108切割一個(gè)或多個(gè)工件,諸如木塊160。
[0035]在鋸100的操作期間,傳感器120中的發(fā)光元件將多個(gè)波長(zhǎng)的光發(fā)射到位于鋸100 中的工作臺(tái)104的表面上方的鋸片108周圍的區(qū)域150內(nèi)(框708)。如上文在圖2中所述的,安 裝在劈刀116上的光傳感器120包括發(fā)射多個(gè)波長(zhǎng)的光的光電二極管。光傳感器120中的光 檢測(cè)器檢測(cè)來自傳感器120的視野中的一個(gè)或多個(gè)物體的不同波長(zhǎng)的反射光(框712)。例 如,在圖1中光傳感器120檢測(cè)來自木塊160和可選地來自手指164的光的反射比水平。
[0036]過程700繼續(xù)為控制器140基于來自傳感器120的視野中的物體的反射比水平確定 至少一個(gè)反射比參數(shù)值(框716)。如上文所述,控制器140基于來自物體的反射比值確定 NDSI、NDGRI和NDVI參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè),并且基于儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器142中的預(yù)定反射比參數(shù) 數(shù)據(jù)確定參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)是否對(duì)應(yīng)于人類皮膚。在一個(gè)實(shí)施例中,控制器140參照兩個(gè) 測(cè)量到的針對(duì)在800 nm至1100 nm的范圍中發(fā)射的光和在1350 nm和1800 nm的范圍中發(fā)射 的光的反射比水平來確定NDSI。
[0037]在過程700期間,控制器140確定傳感器120的視野中的物體的反射比參數(shù)是否對(duì) 應(yīng)于人類皮膚(框720)。如果物體的NDSI值超過預(yù)定閾值,諸如表1的說明性示例中的0.6, 那么控制器140確定皮膚,這表明物體是人體的一部分。在一些實(shí)施例中,控制器140也參照 兩個(gè)測(cè)量到的針對(duì)在600 nm至700 nm的范圍中發(fā)射的光和在800 nm至900 nm的范圍中發(fā) 射的光的反射比值來確定NDVI參數(shù)。在一些實(shí)施例中,控制器140也參照兩個(gè)測(cè)量到的針對(duì) 在500 nm至600 nm的范圍中發(fā)射的光和在600 nm至700 nm的范圍中發(fā)射的光的反射率值 來確定NDGRI參數(shù)。在一種構(gòu)造中,控制器140使用所確定的NDVI和NDGRI參數(shù)值中的一者或 兩者來減小NDSI參數(shù)的假陽性判斷(false-positive reading)的可能性。例如,控制器140 確定NDVI參數(shù)值小于第一預(yù)定閾值(例如,基于圖1的表為0.6)并且NDGRI參數(shù)小于第二預(yù) 定閾值(例如,基于圖1的表為-0.15),以確認(rèn)當(dāng)NDSI水平超過預(yù)定閾值時(shí),物體的反射比水 平與皮膚對(duì)應(yīng)。
[0038]在過程700期間,如果控制器140不確定帶有對(duì)應(yīng)于人類皮膚的反射比參數(shù)值的物 體(框720),那么鋸100繼續(xù)操作,并且過程700返回參照框704所描述的處理。然而,如果在 框720的處理期間,控制器140確定在傳感器120的視野中的物體具有對(duì)應(yīng)于人類皮膚的反 射比水平,則控制器140進(jìn)一步確定物體是在鋸片108的預(yù)定距離內(nèi)還是以大于最大預(yù)定速 度運(yùn)動(dòng)(框724)。在一些實(shí)施例中,光傳感器120被定位成帶有在刀片周圍的視野,在該視野 中人類皮膚的任何檢測(cè)都在刀片108的最小距離內(nèi),并且控制器140響應(yīng)于檢測(cè)到帶有對(duì)應(yīng) 于人類皮膚的反射比值的物體來啟動(dòng)刀片止動(dòng)機(jī)構(gòu)132(框728)。在其它實(shí)施例中,光傳感 器120追蹤物體與鋸片108之間的距離和物體的速度中的一者或兩者。只要物體與鋸片108 之間的距離保持大于第一預(yù)定閾值并且物體的速度保持低于第二預(yù)定閾值,鋸100就繼續(xù) 操作(框704)。例如,在一個(gè)實(shí)施例中,只要檢測(cè)到的物體(諸如手指164)保持距離刀片大于 20 cm并且手指164朝向刀片108運(yùn)動(dòng)的速度保持低于10 cm/sec,控制器140就繼續(xù)鋸100的 操作。然而,如果手指164在預(yù)定距離閾值內(nèi)運(yùn)動(dòng)或者朝向刀片108以超過預(yù)定的最大速度 運(yùn)動(dòng),那么控制器140啟動(dòng)刀片止動(dòng)機(jī)構(gòu)(框728 )。
[0039]將認(rèn)識(shí)到的是,上文所描述的和其它的特征及功能的變型,或其替代方案可以根 據(jù)期望結(jié)合成許多其它的不同系統(tǒng)、應(yīng)用或方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以隨后做出各種當(dāng)前 未預(yù)見到的或未曾預(yù)料到的替代方案、修改、變型或改進(jìn),并且這些替代方案、修改、變型或 改進(jìn)也旨在由以下實(shí)施例涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)力工具,包括: 器具; 致動(dòng)器,所述致動(dòng)器構(gòu)造成在所述動(dòng)力工具的操作期間使所述器具運(yùn)動(dòng); 器具止動(dòng)機(jī)構(gòu); 第一發(fā)射器,所述第一發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm和1100 nm之間的光; 第二發(fā)射器,所述第二發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在1350 nm和1800 nm之間的光; 光檢測(cè)器,所述光檢測(cè)器構(gòu)造成從接收來自所述第一發(fā)射器和所述第二發(fā)射器的光的 物體接收反射信號(hào);以及 控制器,所述控制器操作性地連接至所述致動(dòng)器、所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述第一發(fā)射 器、所述第二發(fā)射器和所述光檢測(cè)器,所述控制器構(gòu)造成: 操作所述致動(dòng)器以使所述器具運(yùn)動(dòng); 僅啟動(dòng)所述第一發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第一發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第一反射信號(hào)確定來自所述 物體的第一反射比水平; 僅啟動(dòng)所述第二發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第二發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第二反射信號(hào)確定來自所述 物體的第二反射比水平;以及 當(dāng)所述器具響應(yīng)于對(duì)應(yīng)于所確定的所述第一反射比水平和所確定的所述第二反射比 水平的比率超過第一預(yù)定閾值而處于運(yùn)動(dòng)中時(shí),啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)以防止所述物體與 所述器具之間的接觸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力工具,其中,所述器具還包括鋸片。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力工具,還包括: 劈刀,所述劈刀定位在所述鋸片的一部分的上方;并且 所述第一發(fā)射器、所述第二發(fā)射器和所述光檢測(cè)器安裝于所述劈刀。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力工具,還包括: 具有開口的工作臺(tái),所述開口允許所述鋸片在所述工作臺(tái)的表面上方延伸;以及 所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成響應(yīng)于通過所述控制器的啟動(dòng),使所述鋸片回縮至所述工 作臺(tái)的表面下方。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力工具,所述控制器還構(gòu)造成: 參照所述第一反射比水平和所述第二反射比水平,將所述比率確定為所述物體的歸一 化差異皮膚指數(shù)(NDSI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述第一預(yù)定閾值,啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)力工具,還包括: 第三發(fā)射器,所述第三發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在500 nm和600 nm之間的光; 第四發(fā)射器,所述第四發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在600 nm和700 nm之間的光;以及 所述控制器操作性地連接至所述第三發(fā)射器和所述第四發(fā)射器,所述控制器還構(gòu)造 成: 僅啟動(dòng)所述第三發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第三發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第三反射信號(hào),確定來自所 述物體的第三反射比水平; 僅啟動(dòng)所述第四發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第四發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第四反射信號(hào),確定來自所 述物體的第四反射比水平; 參照所述第三反射比水平和所述第四反射比水平,確定所述物體的歸一化差異紅綠指 數(shù)(NDGRI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述第一預(yù)定閾值和所述NDGRI參數(shù)低于第二預(yù)定閾值,啟 動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的動(dòng)力工具,還包括: 第五發(fā)射器,所述第五發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm和900 nm之間的光;以及 所述控制器操作性地連接至所述第五發(fā)射器,所述控制器還構(gòu)造成: 僅啟動(dòng)所述第五發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第五發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第五反射信號(hào),確定來自所 述物體的第五反射比水平; 參照所述第四反射比水平和所述第五反射比水平,確定所述物體的歸一化差異植被指 數(shù)(NDVI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述第一預(yù)定閾值、所述NDGRI參數(shù)低于所述第二預(yù)定閾值 和所述NDVI參數(shù)低于第三預(yù)定閾值,啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)力工具,還包括: 第三發(fā)射器,所述第三發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在600 nm和700 nm之間的光; 第四發(fā)射器,所述第四發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm和900 nm之間的光:以及 所述控制器操作性地連接至所述第三發(fā)射器和所述第四發(fā)射器,所述控制器還構(gòu)造 成: 僅啟動(dòng)所述第三發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第三發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第三反射信號(hào),確定來自所 述物體的第三反射比水平; 僅啟動(dòng)所述第四發(fā)射器; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第四發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第四反射信號(hào),確定來自所 述物體的第四反射比水平; 參照所述第三反射比水平和所述第四反射比水平,確定所述物體的歸一化差異植被指 數(shù)(NDVI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述預(yù)定閾值和所述NDGRI參數(shù)低于另一預(yù)定閾值,啟動(dòng)所 述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力工具,所述控制器還構(gòu)造成: 參照所述第一反射信號(hào)和所述第二反射信號(hào),確定所述物體與所述運(yùn)動(dòng)器具之間的距 離;以及 響應(yīng)于確定的所述距離小于預(yù)定閾值,啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力工具,所述控制器還構(gòu)造成: 參照所述第一反射信號(hào)和所述第二反射信號(hào),確定所述物體的速度;以及 響應(yīng)于確定的所述速度大于預(yù)定閾值,啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。11. 一種操作動(dòng)力工具的方法,包括: 操作致動(dòng)器以使器具運(yùn)動(dòng); 用控制器僅啟動(dòng)第一發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm和1100 nm之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第一發(fā)射器時(shí),參照由光檢測(cè)器接收的第一反射信號(hào),用所述控制器確 定來自物體的第一反射比水平; 用所述控制器僅啟動(dòng)第二發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在1350 nm和1800 nm之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第二發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第一反射信號(hào),用所述控制 器確定來自物體的第二反射比水平;以及 當(dāng)所述器具響應(yīng)于對(duì)應(yīng)于確定的所述第一反射比水平和確定的所述第二反射比水平 的比率超過第一預(yù)定閾值而處于運(yùn)動(dòng)中時(shí),用所述控制器啟動(dòng)器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)以防止所述物 體與所述器具之間的接觸。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括: 用所述控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu),以使鋸片回縮至臺(tái)鋸中的工作臺(tái)的表面的下 方。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,確定反射比比率還包括: 參照所述第一反射比水平和所述第二反射比水平,用所述控制器將所述比率確定為所 述物體的歸一化差異皮膚指數(shù)(NDSI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述第一預(yù)定閾值,用所述控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,還包括: 用所述控制器僅啟動(dòng)第三發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在500 nm和600 nm之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第三發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第三反射信號(hào),用所述控制 器確定來自所述物體的第三反射比水平; 用所述控制器僅啟動(dòng)第四發(fā)射器,所述第四發(fā)射器被構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在600 nm和700 nm之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第四發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第四反射信號(hào),用所述控制 器確定來自所述物體的第四反射比水平; 參照所述第三反射比水平和所述第四反射比水平,用所述控制器確定所述物體的歸一 化差異紅綠指數(shù)(NDGRI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述第一預(yù)定閾值和所述NDGRI參數(shù)低于第二預(yù)定閾值,用 所述控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,還包括: 用所述控制器僅啟動(dòng)第五發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm和900 nm之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第五發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第五反射信號(hào),用所述控制 器確定來自所述物體的第五反射比水平; 參照所述第四反射比水平和所述第五反射比水平,用所述控制器確定所述物體的歸一 化差異植被指數(shù)(NDVI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述第一預(yù)定閾值、所述NDGRI參數(shù)低于所述第二預(yù)定閾值 和所述NDVI參數(shù)低于第三預(yù)定閾值,用所述控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,還包括: 用所述控制器僅啟動(dòng)第三發(fā)射器,以發(fā)射波長(zhǎng)在600 nm和700 nm之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第三發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第三反射信號(hào),用所述控制 器確定來自所述物體的第三反射比水平; 用所述控制器僅啟動(dòng)第四發(fā)射器,所述第四發(fā)射器構(gòu)造成發(fā)射波長(zhǎng)在800 nm和900 nm 之間的光; 當(dāng)僅啟動(dòng)所述第四發(fā)射器時(shí),參照由所述光檢測(cè)器接收的第四反射信號(hào),用所述控制 器確定來自所述物體的第四反射比水平; 參照所述第三反射比水平和所述第四反射比水平,用所述控制器確定所述物體的歸一 化差異植被指數(shù)(NDVI)參數(shù);以及 響應(yīng)于所述NDSI參數(shù)超過所述預(yù)定閾值和所述NDGRI參數(shù)低于另一預(yù)定閾值,用所述 控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,還包括: 參照所述第一反射信號(hào)和所述第二反射信號(hào),用所述控制器確定所述物體與所述運(yùn)動(dòng) 器具之間的距離;以及 響應(yīng)于確定的所述距離小于預(yù)定閾值,用所述控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,還包括: 參照所述第一反射信號(hào)和所述第二反射信號(hào),用所述控制器確定所述物體的速度;以 及 響應(yīng)于確定的所述速度大于預(yù)定閾值,用所述控制器啟動(dòng)所述器具止動(dòng)機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B23Q11/00GK105829018SQ201480069249
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月12日
【發(fā)明人】B.馬哈希拉馬斯瓦米, Y.桑龐吉拉邁亞, V.馬內(nèi)瓦特斯里坎泰亞
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司