CN104813171A - 用于确定电动工具中的器械运动的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种操作电动工具的方法确定在所述电动工具中的器械的运动。该方法包括：获得通过所述器械的电信号的多个样本；确定用于所述多个样本的参数，所述参数对应于所述多个样本中的预定样本群的值上的方差；参照所确定的参数小于预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新器械状态；和参照所确定的参数大于预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新器械状态。

Description

用于确定电动工具中的器械运动的系统和方法

技术领域

本发明在广义上涉及电动工具，并且更具体地说，涉及用于检测电动工具中的器械运动的系统和方法。

背景技术

已经研发出供各种制造设备和动力器械使用的检测或者感测系统。这种检测系统能够操作以通过检测或者感测操作者的某附肢与设备的某部分之间的接近或者接触来触发反应装置。例如，台锯中现有的电容式接触感测系统检测操作者与锯片之间的接触。

图1示出了一种与台锯1结合的现有技术的基于电容感测的检测系统90。检测系统90驱动电联接至台锯1的移动锯片22的激励电压并且检测从锯片22引出的电流。所检测到的电流和/或激励电压的幅度或者相位在锯片22接触到导电物体(比如，操作者的手、手指或者其他身体部分以及工件)时发生变化。该变化的特征用来触发反应系统92的操作。反应系统92例如通过应用制动器停止锯片22的运动和/或通过降下或以其他方式从切割区移除锯片22来使锯片22不能操作。反应系统92的一个实例使用爆发充填装置(explosive charge)来将停止器(未示出)驱动到锯片22中以阻止锯片22的运动。附加地或者替代地，反应系统92的一个实施例使锯片支承构件(未示出)降下或者收缩以将锯片22推动到锯台14的表面以下。

图1中所示的检测系统90的实施例包括在线路12上产生时变信号的振荡器10。所述时变信号是任何合适的信号类型，例如包括正弦波、多个正弦波的和、线性调频波形、噪声信号等。选择信号的频率以使检测系统能够区分与第一物体(比如手指或者手)和第二物体(比如待由动力器械切割的木材或者其他材料)的接触。在图1的实施例中，频率为1.22MHz，但还可以使用其他频率以及非正弦波形。振荡器10参考锯台14或者其他金属结构作为局部接地。如图1中所示，锯片22垂直地设置在由锯台14(或工作面或切割表面或平台)限定出的开口中。

振荡器10通过线路12连接至两个电压放大器或者缓冲器16、18。第一电压放大器16具有连接至线路20的输出端，从而将振荡器的输出端可操作地连接至锯片22。电流传感器24将来自线路20的信号可操作地连接到线路26上以便供给至放大器28，所述放大器28经由线路32连接至处理器30。电流传感器24例如是电流传感转换器、电流传感电阻器、霍尔效应电流传感装置或者其他合适种类的电流传感器。来自处理器30的输出线路34可操作地连接至反应系统92，从而如果检测到预定条件则处理器30就触发反应系统92，所述预定条件例如指示锯片22与第一物体之间的接触。

线路26上的信号指示出由锯片引出的瞬时电流。因为锯片22在台锯操作期间运动，所以通过通常平行于锯片22安装的激励板36形成连接。在图1的实施例中，板36由第一电压放大器16驱动并且配置成相对于锯片22具有大约100微微法(pF)的电容。板36相对于锯片22的侧面被保持在稳定位置中。激励板36被配置成：能在台锯1的操作期间当锯片22的高度和斜切角被调整时跟随锯片22。

在图1的实施例中，第一物体与锯台14(或者电力线接地(如果存在一个的话))之间的电容在大约30-50pF的范围内。当激励板36与锯片22之间的电容超过第一物体与锯台14之间的电容时，检测阈值不会过度受板到锯片的电容方面变化的影响。在图1的配置中，板36与锯片22平行地设置在锯片22搁靠在心轴37的那侧上，从而锯片厚度方面的变化不会影响锯片22与板36之间的间隙。其他激励方法(包括通过心轴轴承的接触或者与轴或锯片的电刷接触)可用于相同作用。

在检测系统90中，第二放大器18连接至护罩38，并且放大器18将护罩38驱动至与激励板36相同的电位。此外，检测系统90中的传感器可选地监测由护罩38引出的电流水平。在图1的配置中，护罩38在锯台14下方围绕锯片22延伸并且在锯台14上与锯片22间隔开某一距离。护罩38的配置减小了锯片22与锯台14之间的静态电容，从而在锯台未电连接至接地的情况下充当接地面。在不同实施例中，护罩38是连续的网状袋或者在由振荡器10产生的激励频率上电性地相当于法拉第笼的其他种类防护器。护罩38可选地包括随锯片调整而移动的构件，或者大到足以容纳锯片调整以及安装在台锯上的各种锯片。在图1的配置中，护罩38随锯片调整而移动并且包括锯台14的喉板区域。

处理器30执行各种预处理步骤，并且实现能检测指示第一物体与锯片22之间的接触的条件的自适应触发器。处理器30可选地包括一个或多个关联的模拟-数字(A/D)转换器。来自电流传感器24的锯片电流信号被引向产生相应数字信号的A/D转换器中的一个或多个。在某些实施例中，表示锯片22与激励板36之间的电压降的锯片电压信号被引向A/D转换器以产生数字式锯片电压信号。处理器30接收数字化信号并且基于所接收的信号来执行各种数字信号处理操作和/或计算导出参数。处理器30对所调节的锯片信号进行分析或者以其他方式执行操作，以检测指示第一物体与锯片22之间的接触的条件。

现有的检测系统、比如图1的系统90在锯1中的电机启用并且使锯片转动时确定锯22的运动。外部的传感器、比如转速表可以确定电机和锯片的旋转速率。然而，在操作期间，即使当电机停用时，锯片22也可以转动。例如，当电机启用以使锯片22转动并且随后停用时，由于锯片22的动量，锯片22继续转动几秒。尽管外部的感测装置可以被用于在即使当电机停用时确定锯片22的运动，但是这样的感测装置可能是不可靠的并且增加锯1的复杂性。因此，对在当致动器停用并且在不需要附加的外部传感器的情况下使得能够确定电动工具中的器械运动的电动工具的改进会是有利的。

发明内容

在一个实施例中，发展了一种用于确定电动工具中的器械运动的方法。该方法包括：获得通过所述器械的电信号的多个样本；确定对于所述多个样本的、与所述多个样本中的预定样本群的值中的变化对应的参数；根据所确定的参数小于预定阈值而以表明器械不运动的第一状态来更新器械状态；和根据所确定的参数大于所述预定阈值而以表明器械在运动的第二状态来更新器械状态。

在另一实施例中，发展了一种被配置成确定器械运动的电动工具。该电动工具包括：被配置成用于使器械运动的致动器；被配置成用于产生通过所述器械的时变电信号的时钟源；存储器；和可操作地连接至致动器和存储器的控制器。该控制器被配置成用于：获得所述电信号的多个样本；确定对于所述多个样本的、与所述多个样本中的预定样本群的值中的变化对应的参数；根据所确定的参数小于存储在存储器中的预定阈值而以表明器械不运动的第一状态来更新存储在存储器中的器械状态；和根据所确定的参数大于存储在存储器中的所述预定阈值而以表明器械在运动的第二状态来更新存储器中的器械状态。

附图说明

图1是包括用于检测人与锯片之间接触的现有技术检测系统的现有技术台锯的简图。

图2是台锯的框图，其被配置成能在转动锯片之前确定锯中的锯片是否与物体接触。

图3A是用于确定电动工具中的器械是否运动的过程的流程图。

图3B是用于确定电动工具中的器械是否运动的另外的过程的流程图。

图4是用于确定电动工具中的器械是否运动的另外的过程的流程图。

图5是描述流经在电动工具中的器械的信号的同相分量的曲线图和用于在信号中的时间周期间隔的最大-最小值的相应的曲线图。

图6是在器械从工作速度减速至停止状态时在时间上描绘通过电动工具中的器械的信号的同相分量的样本系列的曲线图。

图7是描绘当器械在运动时和当器械停止时通过所述器械的信号的同相分量的频率响应的曲线图。

具体实施例

为了提升对本文所描述的实施例的原理的理解的目的，现在参照附图和以下书面说明书中的描述。这些参考不意图对该主题的范围进行限制。本申请还包括对所阐述的实施例的任何改变和改进以及该文件有关技术领域的技术人员通常能想到的对所描述的实施例的原理的进一步应用。

如本文所使用的，术语“动力工具”是指具有由致动器移动的一个或多个移动部分的任何工具，比如电机、内燃机、液压缸或气动缸等。例如，动力工具包括但不限于，斜面锯、斜切锯、台锯、圆锯、往复锯、细竖锯、带锯、冷锯、截切机、冲击驱动器、角磨机、钻孔机、连接器(jointer)、打钉器、打磨机、修边机和刳刨机。如本文所使用的，术语“器械”是指动力工具的在动力工具操作期间至少部分地露出的移动部分。动力工具中的器械的实例包括但不限于，旋转和往复式锯片、钻头、刳钻、磨盘、磨轮等。如以下描述的，与动力工具集成的感测电路被用于停止器械的运动以避免当器械移动时操作员与器械之间的接触。

如本文所使用的，术语“最大-最小”为“最大量-最小量”的缩写并且指的是在一段时间期间所获得的信号的多个样本中所确定的在信号的最大值和最小值之间所确定的差。例如，图5对于经过电动工具中的器械的时变电信号描绘了成随时间变化系列的同相信号幅度值500的曲线图。在图5中所描绘的每条垂直线代表由具有由于在信号幅度中的变化而具有正的或负的值的一些幅度值的信号所产生的单个样本。如本文所使用的，术语“系列”或者“样本系列”指的是在时间上在信号中所确定的多个样本，其中，样本基于各个样本在被从信号中获得的时间点而被排序。例如，在图5中的周期性时间间隔512和524各包括一系列的以预定的采样率在时间上获得的样本。在第一周期性时间间隔504期间，样本508具有对于在间隔504期间所获得的样本来说的最大值，并且样本512具有对于相同的样本来说的最小值。因此，用于周期性时间间隔504的最大-最小值为在在样本508和512的值之间的差，该差被在最大-最小图550中的线516所代表。类似地，在周期性时间间隔524中，样本528具有对于在间隔524中所获得的样本来说的最大值，并且样本532具有对于相同的样本来说的最小值，并且最大-最小图550描绘在样本之间的差536。在图550中的每个最大-最小值大于或等于零，其中，为零的最大-最小值表明在图500中的每个样本在预定的时间周期期间具有相同的值。如以下更详细地描述的，当该工具接触到一个物体、比如人体的一部分时，经过电动工具中的器械的电信号的最大-最小值改变。

图2示出了台锯100。台锯100包括锯台104，锯片108延伸通过该锯台以用于切割工件、比如木块。台锯100还包括电机112、锯片封罩118和锯片限动装置132。板120与锯片108形成了电容器124，其中，板120与锯片108之间的小空气间隙充当电介体。在不同实施例中，板120是、或者包括感测锯片与物体之间的接触或检测接近锯片108的物体的电容式的、电阻式的、投射电容式的、光学的、热学的、近红外的或者其他合适的感测机构。锯片封罩118电连接至锯片108。锯台104、锯片108和电机112的总体构造对用于切割工件是本领域公知的并且本文中不再详细地描述。为了清晰起见，图2中省略了台锯中常用的某些部件，比如工件的导向件、锯片高度调整机构和锯片防护器。

锯100包括安装有感测电路的印刷电路板102，所述感测电路包括时钟源144、激励放大器(driver amplifier)146、转换器150和控制器140。电端子插座107从外部电源(比如，发电机或者公用电力供应器)接收交流(AC)电功率信号，所述电端子插座在图2中安装在印刷电路板102上或者在另一实施例中以其他方式电连接至转换电源106。转换电源106将来自外部电源的AC电信号转换成处于一个或多个电压水平的直流(DC)电功率信号以向控制器140、时钟源144和放大器146供电。印刷电路板102和安装在印刷电路板102上的器件与接地电隔离。电源106作为用于安装至印刷电路板102的器件的局部接地。

在锯100中，感测电路中的时钟源144和激励放大器146产生了时变电信号，所述时变电信号被引导通过转换器150中的初级绕组152、电容性耦合板120、锯片108和锯片封罩118。时变电信号被称为“感应电流”，因为控制器140根据感应电流的幅度上的变化来感测锯片108与人体的一部分之间的接触。时变电信号是包括同相分量和正交分量的复值信号。感应电流通过转换器150中的初级绕组152至板120。因板120与锯片108之间的放电所引起的初级绕组中的变化在转换器150的次级绕组154中产生了激励信号。该激励信号是与通过初级绕组152的感应电流对应的另一复值信号。

感测电路中的控制器140可操作地连接至电机112、转换器150中的次级绕组154、机械式锯片限动装置132。控制器140包括一个或多个数字逻辑装置，所述一个或多个数字逻辑装置包括通用型中央处理器(CPU)、微型控制器、数字信号处理器(DSP)、模-数转换器(ADC)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和适用于锯100的操作的任何其他数字逻辑装置。控制器140包括存储器142，所述存储器142存储用于操作控制器140的程序指令和与最大-最小变量的阈值、方差阈值或者被用于确定由通过锯片108的感应电流所获得的样本是否表明锯片108转动或者停止的频率响应阈值相对应的数据。

在感测电路的操作期间，时钟源144按预定频率产生时变信号，比如正弦波形。在图2的实施例中，时钟源144被配置成按1.22MHz的频率产生信号，所述频率公知为通过人体传播。放大器146产生作为来自时钟源144的信号的具有充分大幅度的放大型式的感应电流，以激励转换器150和电容124，以便由控制器140进行检测。

在感测电路的操作期间，控制器140接收次级绕组154中的激励信号通过第一解调器143A的同相分量I和激励信号通过第二解调器143B的正交分量Q。转换器150将流过初级绕组152、板120、锯片108和锯片封罩118的感应电流与解调器143A和143B隔离开，所述解调器143A和143B分别将信号的同相分量和正交相位分量供给至控制器140。因为解调器143A和143B产生电噪声，所以转换器150减小或者消除了噪声在初级绕组152和感应电流上的影响。在一种配置中，转换器150是初级绕组152和次级绕组154具有相等圈数的1:1的转换器。在替代性配置中，选择初级绕组152和次级绕组154中的绕组比以递升或者递降信号来用于解调和由控制器140监测。控制器140包括一个或多个ADC、过滤器、及所需的其他信号处理装置以产生同相信号I和正交信号Q的幅度的数字表示。控制器140确定在给定时间作为每个样本中的同相分量和正交分量的毕达哥拉斯(Pythagorean)和的感应电流A的幅度，如以下等式中所阐述的：控制器140按预定频率、比如以100KHz的采样速率在每个样本之间以10微秒的时间段来测量已解调信号，以确定复值信号的幅度A方面的变化。

当电机112转动锯片108时，旋转的锯片108接触到不同物体，包括木块和其他工件。聚积在锯片108上的电荷的小部分流入工件中。然而，木质工件的导电性是相当低的，并且感测电路中的控制器140继续使电机112能转动锯片108。例如，当锯片108接合木块时，控制器140一般测量到感应电流A中的小下降，但是将感应电流中的下降确定为对应于木材或者具有低导电率的其他材料。

虽然工件(比如木材)具有低导电率，但是其他物体(比如人体的一部分)具有高很多的导电性并且当该部分接近锯片108时吸收锯片108上的电荷的很大部分。在图2中，通过指示从锯片108到人体的电荷流动的电荷云来表示人体164的一部分，比如手、手指或者臂。当人体164靠近锯片108时，控制器140因感应电流的幅度A方面的急剧下降而确定人体164与锯片108之间即将发生接触。响应于感应信号的幅度方面的急剧下降，控制器140在锯片接触到人体164之前停用电机112，接合锯片限动装置132来停止锯片108的运动，以及可选地撤回锯片108。

在图2的配置中，锯片108是具有围绕锯片的周边设置的多个齿的圆形锯片。所述齿在锯正常操作期间接合工件以切割工件。锯片108中的齿也聚积有来自感应电流的电荷。当人体接近锯片108时，锯片上的齿有助于将聚积在锯片108上的电荷放电至人体164。在某些配置中，人体164与锯片108中的齿的顶端之间的电弧使聚积在锯片108上的电荷能够在人体164实际上接触锯片108之前流入人体164中。弧距一般在几毫米的量级。控制器140由于人体164与锯片108之间直接接触或紧密接近而确定出感应电流的幅度A方面的下降并且响应于锯片108的放电来停止锯片108。

在图2的配置中，即使当印刷电路板102与接地绝缘时并且当人体164与接地绝缘时，比如当操作员穿上具有橡胶鞋底的鞋时，人体也具有充分高的导电率和电容来从锯片108吸取电荷。因此，虽然印刷电路板102和人164没有共用的公共地线，但是控制器140通过确定所确定出的感应电流的幅度A中的急剧降低来持续确定人164与锯片108之间的接触。虽然幅度A的绝对值在锯100操作期间可能变化，但是控制器140仍可以响应于幅度A的相对值方面的降低的幅度和时间来确定与人164的接触。在锯100操作期间，控制器140被配置成：在大约1毫秒的时间段内确定与人164的接触并停用电机112并且接合锯片限动机构132来停止锯片108。

在锯100中，控制器140响应于锯片108与人的一部分之间的接触的确定而停用电机112。在锯100中，锯片108通常由于锯片108在运转期间聚积的动量而继续转动几秒的一段时间。锯片限动装置132被配置成：能在短很多的时间段内停止锯片108，将锯片108降到锯台104以下以撤回锯片108使之不与人接触，或者停止并撤回锯片108。在锯100中，锯片限动装置132包括停止锯片108的转动的制动机构。附加地，锯片限动装置132将锯片108撤回到锯台104的表面以下。在其他动力工具实施例中，在不需要附加的制动机构的情况下，移动器械在致动器停用之后的短时间内停止。

除了当锯片108运动时感测在物体和锯片108之间的接触之外，在锯100中的感测电路还被配置成用于在当电机112停用时确定锯片108是否运动。例如，控制器140确定在操作者闭合开关110并运行锯100来切削一个或多个工件、以及随后敞开开关110以停用电机112之后，锯片108继续转动的时间段。如以下更详细地描述，控制器140对在电机112停用之后通过锯片108的感应电流采样来确定锯片108是否运动。

图2示出了电动工具的一个说明性示例的台锯，所述器械为锯片108，所述电动工具被配置成用于在锯片108在运动而致动器停用时确定器械的运动，所述致动器为电机112。可想到替代的实施例来将图2的感测电路并入宽范围的电动工具中，包括但不限于，手持式电钻、钻孔机、手持式圆锯、往复锯、带锯、刳刨机、研磨机和具有在电动工具中的致动器停用后继续运动一段时间的器械的任何其他电动工具。

图3A描绘了用于确定电动工具中的器械运动或者不运动的过程300。为了说明性目的，结合图2的锯100来描述图3A。在以下的论述中，涉及执行功能或动作的过程300是指一个或多个处理器(比如控制器140)执行存储在存储器中的程序指令来操作动力工具的部件以执行所述功能或者动作。

过程300从动力工具产生用于通过器械的感应电流的电信号开始(框304)。如以上参照图2所述，来自时钟源144和放大器146的放大的时变电信号通过转换器150和由电容耦合板120与锯片108形成的电容124。

在过程300期间，控制器140获得来自通过器械的感应电流的样本(框308)。在锯100中，控制器140对通过在变压器150中的次级绕组154的感应电流的同相分量I进行采样。通过初级绕组152的感应电流在次级绕组154中产生相应的激励电流，并且解调器143A提供感应电流的同相分量I给控制器140。在一个实施例中，过程300使用感应电流的同相分量I并且不需要控制器140接受来自解调器143B的正交相位分量Q的样本。在过程300的另外的实施例中，控制器以与所描述的用于同相分量I的相同方式使用从解调器143B接收的感应电流的正交相位分量Q的样本来确定锯片108的运动。在过程300的另外的实施例中，控制器140接收感应电流的同相分量I和正交相位分量Q的样本并且根据这两个分量确定锯片108的运动。控制器140包括任何的附加电路、比如滤波器和ADC，以产生与感应电流的同相和正交相位分量相应的数字数据。控制器140以预定的采样率、例如100KHz的采样率在系列的样本之间以10微秒的时间段在时间上获得来自感应电流的样本系列。

图6描绘了来自从锯100中的感应电流获得的同相信号的样本系列。在图6中，曲线图602在时间上描绘了从通过器械的感应电流中获得的样本系列。当锯片108在电机112启用以驱动锯片108时而转动时，产生样本604。在时间608，电机112停用，但是锯片108在电机112停用之后在减速的同时继续转动几秒，如在时间样本612中所描绘的。在时间标志616处，锯片108达到停止并且当锯片108处于静态(不运动)构型中时，获得信号样本620。

再次参考图3A，过程300以电动工具对从感应电流中获得的样本系列中的一组M个样本来确定平均最大-最小值(框312)继续。在锯100中，控制器140对在样本系列中的单个组的32个相继的样本(M＝32)确定平均值。每个M个样本的组被确定为较大的N个组的群的一部分，并且过程300将针对N个组的群的最大-最小值确定为在所述N个组的群中针对一组M个样本的最大平均值和针对另一组M个样本的最小平均值之间的差(框316)。

在锯100中，控制器确定128个相继的样本组平均值(N＝128)来确定群中所有样本上的最大-最小值。例如，在锯100中使用10微秒的样本周期且M＝32以及N＝128，在根据框316所描述的过程中所确定的每个最大-最小值产生对M×N(4096)个样本的系列的最大-最小值，该系列相应于大约41毫秒的时间段。

图6描绘了M个样本的组624，虽然为了说明性的目的，组624的大小未按比例画出。群628A包括N个相继的M个样本的组，针对一共4096个样本，并且群628A，628B和628C描绘了三个相继的群，所述群中的每个均包括4096个样本。如以上所描述的，在过程300中，控制器140在每个N个组的群中以M个样本的组中的一个来确定最大平均值，并以M个样本的组中的另一个来确定最小平均值。为群628A-628C中的每一个所确定的最大-最小值是针对在每个群中所确定的组而言的最大平均值和最小平均值之间的差。

再次参照图3A，如果对于一群O个相继的M×N个样本的群所确定的预定数量的最大-最小值大于或者等于预定阈值(框320)，则电动工具确定器械在运动，并且控制器更新状态表明器械在运动(框324)。在锯100中，如果3(O＝3)个相继的样本群均具有在预定阈值之上的最大-最小值，则控制器140将锯片108确定为处于运动中。例如，在图6中在相继的群628A-628C中的每一个中所确定的平均最大-最小值均超过与运动锯片108相对应的用于最大-最小信号的预定阈值。在锯100中，在过程300开始之前凭经验确定最大-最小阈值并且控制器140从存储器142中取回最大-最小阈值以用于过程300中。

在一种替代的构型中，对每个N样本群，过程300将时间平均的低通滤波器使用在下一个所确定的最大-最小值上。时间平均的滤波器包括与一系列的先前所确定的用于先前的信号群的最大-最小值相对应的平均最大-最小值。如果所确定的用于下一个样本群的最大-最小值与先前的群的平均值相差太远，则所述最大-最小值可以被削减到处于低通滤波器的预定范围之内。如果低通滤波器的平均最大-最小值在预定最大-最小阈值之上，则控制器140确定锯片108在运动。

当锯片108处于运动中时出现的在最大-最小值上的增大被认为可至少部分地归因于在锯片108和板120之间所形成的电容器124的电容上的变动，所述变动归因于在锯片108运动时在锯片108和板120之间的间距上的小变动、和归因于在锯片108和板120之间的空气电介质中的由于锯片108的运动而产生的空气压力和空气流动的变化。最大-最小值的大小随着锯片108减慢并最终停止而减小，因为在电容器124的电容上的变动随着锯片108减速至停止而下降。

在过程300中，如果锯片108被确定为处于运动中，控制器140就更新存储器142中的状态数据而表明锯片10处于运动中。在一个实施例中，控制器140在锯片108减速时继续监控过程以确定人与锯片108的接触。所产生的在过程300中使用的相同的感应电流被用在另外的感测过程中来确定对响应于人体164的一部分和运动的锯片108之间的接触而产生的信号尖脉冲或者瞬变。即使在电机112停用时，控制器140也响应于确定人164和运动的锯片之间的接触而启动锯片限动装置132来使锯片108停止。

再次参照图3A，如果O个相继的样本群并不是每个都具有大于或等于预定阈值的最大-最小值(框320)，则电动工具确定是否这O个相继的样本群每个都具有小于最大-最小阈值的最大-最小值(框328)。如果O样本中的每一个都在预定的最大-最小阈值之下，则电动工具336更新器械的状态以表明器械不处于运动中(框332)。在锯100中，如果在大约123毫秒时间段上所确定的三个相继的最大-最小样本值每个都在预定的最大-最小阈值以下，则控制器140确定锯片108不处于运动中。一旦锯片108停止，则控制器140将状态信息存储在存储器142中，并且被配置成在人接触不运动的锯片的情况下不接合锯片限动装置132。例如，如果人类操作者在锯片108不运动时接触锯片108来替换锯片108，则控制器140不接合锯片限动装置132。

在一些情况下，一系列O个所确定的最大-最小值包括在预定阈值之上和之下的最大-最小值，从而O个最大-最小值既不全部大于或等于阈值(框320)，也不全部小于阈值(框328)。在这种情况下，电动工具保持先前对于器械所确定的运动状态(框336)。例如，在锯100中，在锯片减速时的区间612中所确定的最大-最小值可以包括一些在预定阈值之下的最大-最小值。锯片在时间参照点616处停止之后，控制器140继续确定锯片108在运动，直到最大-最小值一致地位于预定阈值之下。如在图6中所描绘的，曲线图640在时间范围644内将器械描绘为被确定为运动的，该时间范围644延伸超过器械停止的时间616直到电动工具一致地确定：对于在区间648中的至少O个相继的样本群来说，最大-最小值已经下降到预定阈值以下。

电动工具中的致动器停用之后，反复地执行过程300以继续确定器械的运动。过程300与广范围的电动工具一起使用，其中，在所述电动工具中的致动器停用之后，在所述电动工具中的器械能够继续运动。

图3B描述了用于确定电动工具中的器械运动或者不运动的另外的过程350。过程350与图3A的过程300类似，但是过程350根据从感测信号的同相分量所获得的样本系列的方差、而不是最大-最小值来确定电动工具中的器械是否运动。为了说明性的目的结合图2的锯100描述图3B。在以下的讨论中，提到过程350执行一种功能或者动作指的是一个或多个处理器(比如控制器140)执行存储在存储器中的经编程的指令来操作电动工具的组件以执行所述功能或动作。

过程350开始于产生通过电动工具中的器械的感应电流(框354)和在时间上获得感应信号的同相分量的样本系列(框358)。框354-358的过程以与以上分别根据过程300中的框304-308所描述的过程相同的方式来执行。

过程350通过对在样本系列中的M个相继的样本的组确定方差来继续(框362)。如在此所使用的，术语“方差”指的是M个样本的值与样本M的平均值的偏差的平方，在数学上表达为：其中，Set(n)为在该组中的第n个样本，M为在该组中的样本的数量(在锯100的实施例中，32个样本)，μ_M为在所述组中的样本的平均值，并且为使用在该方差上的修正因子，因为该方差由有限数量的M个样本所确定。在锯100中，控制器140对M个样本的相继的组确定方差值，每个组包括来自从感应电流所获得的样本系列的样本。

过程350继续对M个样本的组确定方差并且累计用于N个样本组的群的方差(框366)。在锯100中，控制器140对M个样本的组中的每一个确定方差值并且从在N个已确定的方差值上的方差值产生和，其中，在锯100的实施例中，N＝128。因此，锯100确定在M×N(4096)个样本的系列上的累计的方差值，在锯100中使用10微秒的采样周期的情况下，其对应于大约41毫秒的时间间隔。与在大约41毫秒的时间段中所产生的4096个样本的较大组上确定方差相比，使用较小群的值来产生方差值的和在计算上较不密集。在一个替代的实施例中，控制器使用在预定时间段中的全部样本来确定在预定时间段上的方差。

图6在曲线图660中描述了样本方差值，所述样本方差值包括当电机112启用时对每个M个样本的组所确定的方差值664，另外的区间668描述了当电机112停用并且锯片108减速时的方差值，并且另外的区间672描述了当锯片108停止时的方差值。在曲线图660中，预定方差阈值674对应于这样的方差阈值：在该方差阈值之下，锯片108被定为不运动的。

再次参照图3B，过程350以电动工具确定由O个相继的样本群的累计方差值是否均大于或等于预定阈值(框370)继续。在锯100中，控制器140将来自三个(O＝3)阶段(比如在图6中所描绘的阶段628A-628C)中的每个所确定的累计方差值与从存储器142中取出的预定方差阈值进行比较。在锯100中，在过程350开始之前凭经验确定累计方差阈值，并且控制器140从存储器142取出累计方差阈值用在过程350中。在一个替代的实施例中，控制器140执行时间平均的低通滤波器以确定累计方差的时间平均是否超过预定阈值，这类似于以上根据在过程300中的框320所描述的过程。如果对于O个相继的群中的每一个而言的累计方差值大于或等于预定阈值，则控制器140更新在存储器140中的状态数据以表明锯片108仍然在运动(框374)，并且控制器140可以可选地确定人与锯片108的接触并且接合锯片限动装置132来使锯片停止。

如果对于O个相继的样本群的累计方差值均在预定累计方差阈值以下(框378)，则电动工具更新状态表明器械不处于运动中(框382)。例如，在锯100中，如果控制器140确定出对于三个相继的样本群的累计方差值均在预定阈值之下，则控制器140确定锯片108不处于运动中。在锯100中，控制器140在大约41毫秒的时间段上对于N样本群中的每个确定累计方差值，并且控制器140随后确定在大约123毫秒的时间段上在三个相继的群O中的累计方差是否均在预定累计方差阈值以下。控制器140更新在存储器142中的状态数据表明锯片108不运动。

在一些情况下，一系列的O个所确定的累计方差值包括在预定阈值之上和之下的累计方差值，从而所述O个样本群既不全部大于或等于所述阈值(框370)也不全部小于所述阈值(框378)。在这种情况下，电动工具保持先前所确定的用于器械的运动状态(框386)。例如，在锯100中，在锯片减速时在区间612中所确定的方差值可以包括一些在预定阈值以下的累计方差值。在锯片在时间参照点616处停止之后，控制器140继续确定锯片108运动，直到对于至少O个相继的群的累计方差值一致地位于预定阈值以下。如在图6中所描述的，曲线图640在时间范围644内将器械描绘为被确定为运动的，该时间范围644延伸超过器械停止的时间616，直到电动工具一致地确定，对于区间648中的至少O个相继的样本群来说，累计方差值下降到预定阈值以下。

在电动工具中的致动器停用之后，反复地执行过程350以继续确定器械的运动。过程350与广范围的电动工具一起使用，其中，在所述电动工具中的致动器停用之后，在所述电动工具中的器械能够继续运动。

图4描述了用于确定电动工具中的器械是否运动的另外的过程400。过程400规定用于根据从通过电动工具中的器械的感应电流所获得的样本中的所确定的频率响应来确定电动工具中的器械是否运动。在以下的讨论中，提到过程400执行一种功能或者动作指的是一个或多个处理器(比如控制器140)执行存储在存储器中的经编程的指令来操作电动工具的组件以执行所述功能或动作。

过程400以电动工具产生用于通过器械的感应电流的电信号开始(框404)。如以上根据图2所描述的，来自时钟源144和放大器146的经放大的时变电信号通过变压器150和由电容耦合板120和锯片108所形成的电容器124。

在过程400期间，控制器140从通过器械的感应电流获得样本(框408)。在锯100中，控制器140对通过变压器150中的次级绕组154的感应电流的同相分量I进行采样。通过初级绕组152的感应电流在次级绕组154中产生相应的激励电流，并且解调器143A将感应电流的同相分量I提供给控制器140。在一个实施例中，过程400使用感应电流的同相分量I并且不需要控制器140接受来自解调器143B的正交相位分量Q的样本。在过程400的另外的实施例中，控制器以与所描述的用于同相分量I的相同方式使用从解调器143B接收的感应电流的正交相位分量Q的样本来确定锯片108的运动。在过程400的另外的实施例中，控制器140接收感应电流的同相分量I和正交相位分量Q的样本并且根据这两个分量确定锯片108的运动。控制器140包括任何的附加电路、比如滤波器和ADC，以产生与感应电流的同相和正交相位分量相应的数字数据。控制器140以预定的采样率、例如100KHz的采样率在系列的样本之间以10微秒的时间段在时间上获得来自感应电流的样本系列。

过程400以电动工具根据从感应电流所获得的样本系列来确定感应电流的频率响应(框412)继续。在锯100中，控制器140确定样本在大约60Hz的频率上的频率响应，因为在锯片108转动时，锯片108的运动产生在60Hz的频率上的信号响应，但是在锯片108不运动时，60Hz的信号不存在于经采样的感应电流中。其它的电动工具实施例包括在器械运动时在不同频率上的频率响应。

图7描绘了从在当锯100中的锯片108运动时的感应电流获得的样本所产生的频谱图704。峰值708A和708B分别存在于-60Hz和60Hz的频率上。一些信号处理技术仅仅使用单边带(比如包括60Hz峰值的正边带)来分析频谱和确定在单频率范围内的峰值。在锯100中，控制器140包括一个或多个的滤波器(比如带通滤波器)来分离所关注的频率范围，以用于确定从感应电流获得的样本的频率响应。

再次参照图4，如果所确定的在预定频率上的响应超过预定阈值(框416)，则电动工具确定器械在运动(框420)。如果所确定的在预定频率上的响应在预定阈值以下，则电动工具确定器械停止(框424)。在锯100中，控制器140在开始过程400之前比较所确定的在60Hz上的频率响应与凭经验确定并且存储在存储器142中的预定阈值。该阈值在图7中图示地描绘为阈值线712。峰值708A和708B超过预定阈值，但是在图像754中，在60Hz上的频率响应完全地预定阈值712以下。如以上所描述的，如果控制器140确定即使在电机停用时锯片108也在运动，则控制器140可选地确定在锯片108和人体的一部分之间的接触并且操作锯片限动装置132来使锯片108停止。

应当理解，上述变型及其他特征和功能或者其替代方案可以按期望地结合到许多其他不同系统、应用或者方法中。可能随后由本领域技术人员所做出的各种目前未预见到的或者未设想到的替代方案、改型、变化或者改进也意在由以下权利要求所包含。

Claims (16)

1.一种用于确定电动工具中的器械的运动的方法，包括：

获得通过所述器械的电信号的多个样本；

确定用于所述多个样本的参数，所述参数对应于所述多个样本中的预定样本群的值上的变化；

参照所确定的参数小于预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新器械状态；和

参照所确定的参数大于所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新器械状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数的确定还包括：

在所述电信号的多个样本群中确定对于每个样本群的平均样本值；和

参照从所述多个样本群的第一样本群中所确定的最大平均值和从所述多个样本群的第二样本群中所确定的最小平均值之间的差而确定对于所述电信号的所述多个样本群而言的最大-最小参数值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以第一状态来更新状态还包括：

将所述最大-最小参数值与所述预定阈值进行比较；

响应于所述最大-最小参数值和在先前的多个样本群中所确定的另一最大-最小参数值都小于所述预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新器械状态。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以第二状态来更新状态还包括：

将所述最大-最小参数值与所述预定阈值进行比较；

响应于所述最大-最小参数值和在先前的多个样本群中所确定的另一最大-最小参数值都大于所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新器械状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数的确定还包括：

在所述电信号的至少两个的多个样本群中确定对于每个样本群而言的方差；和

以一个样本群的方差与另一样本群的方差的和来产生累计方差参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以第一状态来更新状态还包括：

将所述累计方差参数与所述预定阈值进行比较；

响应于所述累计方差参数和在先前的多个样本群中所确定的另一累计方差参数都小于所述预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新器械状态。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以第二状态来更新状态还包括：

将所述累计方差参数与所述预定阈值进行比较；

响应于所述累计方差参数和在先前的多个样本群中所确定的另一累计方差参数都大于所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新器械状态。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数的确定还包括：

参照所述多个样本确定所述电信号在预定频率上的频率响应参数；

响应于所述频率响应参数小于所述预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新器械状态；和

响应于所述频率响应参数大于所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新器械状态。

9.一种电动工具，包括：

被配置成用于使器械运动的致动器；

被配置成用于产生通过所述器械的时变电信号的时钟源；

存储器；和

与所述致动器和所述存储器可操作地连接的控制器，所述控制器被配置成用于：

获得所述电信号的多个样本；

确定用于所述多个样本的参数，所述参数对应于所述多个样本中的预定样本群的值上的变化；

参照所确定的参数小于存储在存储器中的预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新存储在存储器中的器械状态；和

参照所确定的参数大于存储在存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新存储在存储器中的器械状态。

10.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

在所述电信号的多个样本群中确定对于每个样本群的平均样本值；和

参照从所述多个样本群的第一样本群中所确定的最大平均值和从所述多个样本群的第二样本群中所确定的最小平均值之间的差而确定对于所述电信号的所述多个样本群而言的最大-最小参数值。

11.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

将所述最大-最小参数值与所述预定阈值进行比较；

响应于所述最大-最小参数值和在先前的多个样本群中所确定的另一最大-最小参数值都小于存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新存储器中的器械状态。

12.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

将所述最大-最小参数值与所述预定阈值进行比较；

响应于所述最大-最小参数值和在先前的多个样本群中所确定的另一最大-最小参数值都大于存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新存储器中的器械状态。

13.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

在所述电信号的至少两个的多个样本群中确定对于每个样本群而言的方差；和

以一个样本群的方差与另一样本群的方差的和来产生累计方差参数。

14.根据权利要求13所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

将所述累计方差参数与所述预定阈值进行比较；

响应于所述累计方差参数和在先前的多个样本群中所确定的另一累计方差参数都小于存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新存储器中的器械状态。

15.根据权利要求13所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

将所述累计方差参数与所述预定阈值进行比较；

响应于所述累计方差参数和在先前的多个样本群中所确定的另一累计方差参数都大于存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新存储器中的器械状态。

16.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还被配置成用于：

参照所述多个样本确定所述电信号在预定频率上的频率响应参数；

响应于所述频率响应参数小于存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械不运动的第一状态来更新存储器中的器械状态；和

响应于所述频率响应参数大于存储器中的所述预定阈值而以表明所述器械在运动的第二状态来更新存储器中的器械状态。