[发明专利]用于在工作空间中定位工具的系统

说明书

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦资助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明涉及便于在工作空间中或工作场所(例如，工地)定位工具的系统。当建筑物的内部完工时，连接器、锚定器等附接至地板、天花板和建筑物中的其它结构，进行切割，利用动力锯和钻孔机进行钻孔。所有这些必须在预定位置使用专用动力工具来完成，需要在建筑物中多个精确限定的位置处来操作工具。例如，射钉枪、动力锯、动力锚定器工具等用于钉牢、切割、安装紧固件，并且几乎无差错地在建筑物内的预定点处执行其它操作。在任何建筑物内，通常必须借助于动力工具来正确地定位和安装大量的电气部件、管道部件和HVAC部件。另外，涂饰建筑物的内部也需要被供给动力的多个不同工具在精确限定的位置处工作，例如钢筋扫描仪。定位动力工具和非动力工具二者均必须在它们粗略进入时快速地且相对于周围的墙壁、天花板和地板按一定精度完成。通常，在这样的工地布置各个建造点需要大量的劳力。工作团队需要测量并且标记预定的位置。应当理解的是，该过程可能出现差错，差错由测量错误和累积误差引起。此外，该布置过程的成本和执行布置过程所需的时间二者均是大量的。

背景技术

在GPS接收不可使用的地点(例如，建筑物的内部)或GPS接收机的使用不可靠的地点，测距无线电装置提供了用于定位应用的GPS接收机的良好替代选择。例如，GPS接收机需要视线进入多个卫星从而正确地运作。使用GPS接收机在一些操作环境中是不可行的，例如，当在室内、地下或在混乱的环境中执行工作时。

在超宽波段(UWB)频率工作的测距无线电装置利用飞行时间分析提供非常精确的无线电装置之间的距离测量。当完成从多个固定位置的无线电装置到目标无线电装置的测距时，通过三边测量获得目标无线电装置的相对的三维位置。为了进行测距测量，发端测距无线电装置发送包含同步前同步信号和报头的数据包。报头包含测距命令，所述测距命令带有被请求响应数据包的目的无线电装置的地址。发端无线电装置在发送时复位其主计数器，建立局域时间-零基准。当目的测距无线电装置接收到向其提出的测距请求时，目的测距无线电装置记录下接收时间，并且用它自己的数据包进行回复，它自己的数据包在报头中包括接收时间和响应发送的时间。发端无线电装置接收从目的无线电装置发回的测距数据包，记录下接收时间并且锁存其主计数器。然后，利用时间信息计算和记录测距值以补偿两个无线电装置处定时时钟的差。

过去，其它位置确定系统已经用于构建布局，包括例如机器人总站。总站位于固定的、已知位置处并且引导回射目标处的激光束。在目标移动时，总站中的机器人重新引导光束以使光束跟踪目标。通过测量光束从总站到回射目标、然后回到总站的行进时间，来确定到目标的距离。也测量光束到目标的方向性取向。由于总站的尺寸坐标是已知的，能够容易地确定回射目标的尺寸坐标。

尽管诸如测距无线电系统和机器人总站系统的位置确定系统能够有利于并且加速布置过程，但是布置过程仍是漫长的、单调乏味且成本昂贵的。

发明内容

用于辅助工具的操作员在工地将工具的操作元件定位在期望位置处的系统包括固定控制器和位置传感器。所述固定控制器位于工地处，并且固定控制器中存储有数据，所述数据指定用于在工地操作工具的操作元件的一个或多个期望位置。所述位置传感器安装到所述工具上，用于确定工具的操作元件的位置。所述位置传感器包括通信器件、传感器和显示器。所述通信器件与所述固定控制器进行通信。所述传感器确定其相对于所述固定控制器的相对位置。所述显示器为工具的用户提供工具的操作元件的期望位置以及工具的操作元件的实际位置的指示。

所述位置传感器可进一步包括计算器，所述计算器用于基于传感器相对于固定控制器的位置确定工具的操作元件的位置。可选择地，固定控制器可以包括计算器，所述计算器用于基于传感器相对于固定控制器的位置来确定工具的操作元件的位置。可以三维形式指定期望位置，或者可以两维形式指定期望位置。所述位置传感器可以包括附接至工具的测距无线电装置。传感器可以包括RFID电路。传感器可以包括回射元件，工具可以为动力工具或非动力工具。