從此告別電鋸斷指的事故－－－工程杰作

動靜之機(jī)

在網(wǎng)上瞎逛，看見這個(gè)東東，不敢獨(dú)享。
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% P- |  n4 z' |2 i* P3 `首先聲明發(fā)這個(gè)帖子并不是崇洋媚外，更不是漲他人志氣滅自己威風(fēng)，也不是為他們做廣告。
謹(jǐn)希望大家能從中獲得啟發(fā)。（然而人家是有專利的，如需仿制請依法規(guī)避。）
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- W  K* M3 ^# V1 |* P% t設(shè)計(jì)者將其看作是臺鋸裝置的“安全帶或者安全氣囊”。
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# ]8 ~: ^. Y/ p5 J# ]2 [暫不多言，先看錄像。 Hot_Dog_Demo.zip (943.69 KB, 下載次數(shù): 1089)

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這段視頻表現(xiàn)了一根火腿腸（代表手指）和木板一同經(jīng)過飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的鋸片時(shí)發(fā)生的一幕。
: y/ i4 e1 V! M# j3 i5 J5 F結(jié)果是火腿腸僅以失去1毫米左右深度“肉”的代價(jià)全身而退。
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原理（轉(zhuǎn)述并簡述）：
系統(tǒng)在鋸片上施以信號并監(jiān)控這個(gè)信號的強(qiáng)度。由于人體具有相對較大的電容和導(dǎo)電性
（估計(jì)此鋸片和驅(qū)動系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)采用“浮地”設(shè)計(jì)），因此當(dāng)手指或肉體接觸到鋸
片時(shí)，信號突變。與之相反，木材只具有較小的電容和導(dǎo)電性因此不會引起信號突變。

下圖真實(shí)地顯示了手指接觸到鋸片時(shí)候的信號變化情況。


+ N1 [3 P; S4 R5 R: F( u" f/ R當(dāng)手指接觸到鋸片時(shí)，信號陡降。圖上還顯示出了后續(xù)幾牙的接觸情況。當(dāng)系統(tǒng)偵測到
此種情況即判定有人誤觸到了鋸片（從第二第三脈沖信號來看已經(jīng)少了塊肉，信號變短 ）。
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2 }  p* ^; A/ u% N! F于是系統(tǒng)立即啟動了快速反應(yīng)剎車裝置。 該裝置用一個(gè)強(qiáng)力彈簧將一個(gè)鋁塊（稱為制動掣）
強(qiáng)行推向高速旋轉(zhuǎn)的鋸片從而令其瞬間卡死（停車）。平時(shí)彈簧是壓縮的，等到觸發(fā)信號
來到時(shí)，一股強(qiáng)大的電流流經(jīng)保險(xiǎn)絲令其熔斷從而將彈簧釋放。這一切都發(fā)生在3到5毫秒之間。
巨大的角動量（慣性）使得整個(gè)鋸片系統(tǒng)向安全的方向迅速退回（的確匠心獨(dú)運(yùn)的設(shè)計(jì)），電機(jī)同時(shí)斷電。
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再看一下剎車時(shí)機(jī)構(gòu)動作的錄像： How_It_Works.zip (3.53 MB, 下載次數(shù): 1102)

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剎車裝置如圖：

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, F! e  g# A9 ^( S5 ?& }這個(gè)剎車掣是一次性使用的（一來可以簡化設(shè)計(jì)，二來可以當(dāng)消耗品賣么，呵呵），更換方便。

上次有一個(gè)帖子就是討論如何設(shè)計(jì)一種方案來判斷一把刀具何時(shí)碰到工件的，在這里：
http://bbs.cmiw.cn/viewthread.php?tid=87719&page=2#pid409844

  o3 ?) V8 d; n0 r. E呵呵，當(dāng)時(shí)俺也有將檢測回路“浮地”的建議。

4 Z) ^, S# o( f$ X$ o1 Z大家可自行上網(wǎng)搜索一下sawstop的相關(guān)報(bào)道。
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( t& c. X& i8 t0 h- ?[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-7 16:24 編輯 ]

abcit

這個(gè)要仔細(xì)看看。

動靜之機(jī)

SawStopTM 采用數(shù)字信號控制器設(shè)計(jì)臺鋸
上網(wǎng)日期: 2006年09月27日   作者：德州儀器C2000應(yīng)用產(chǎn)品部 Chris Clearman
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SawStop基于DSP的傳感與制動技術(shù)使臺鋸刀片能在5毫秒內(nèi)停止工作，將嚴(yán)重人身傷害化解為輕微刮傷。

在美國，每年都有約65,000人因?yàn)槭褂门_鋸受傷而接受治療，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20億美元。上述數(shù)據(jù)來源于美國消費(fèi)品安全委員會(Consumer Product Safety Commission) 2003年的一份報(bào)告。這些數(shù)據(jù)顯示，臺鋸致傷造成的損失實(shí)際上比全年臺鋸總市場價(jià)值高出十倍。換言之，每一部臺鋸都是潛在的武器，隨時(shí)都會因傷害到一個(gè)粗心或不幸的操作員而造成比其本身價(jià)值高許多倍的損失。要是臺鋸能夠具備相關(guān)特性，大幅提高安全性，那么即便略微增加了產(chǎn)品成本，那也還是完全值得的。因?yàn)榘踩�特性最終有助于大幅節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，更別說能夠避免操作人員可能遭受的嚴(yán)重人身傷害了。

目前，SawStop LLC公司為其臺鋸產(chǎn)品提供了一種具有革命性突破的安全特性。該公司研發(fā)了一種技術(shù)，不僅能夠感應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)圓鋸刀片和人體之間的接觸，而且還能夠在5毫秒內(nèi)制動并收回刀片。這種極速反應(yīng)大大減輕了傷害，結(jié)果只是留下了“邦迪”就能處理的小刮傷，而不是需要去醫(yī)院急救室才能解決的深度創(chuàng)傷或手指切斷。圖1顯示了SawStop 收縮鋸(contractor saw)。
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0 X( H- F& c- v* h$ R2 ~SawStop的總裁兼安全技術(shù)發(fā)明人Steve Gass博士指出：“作為木材工作者，我始終認(rèn)為應(yīng)當(dāng)有一套更好的臺鋸安全系統(tǒng)，但作為發(fā)明者，我榮幸地找到了開發(fā)這一系統(tǒng)的方法。現(xiàn)在，無論是學(xué)校、用人單位還是保險(xiǎn)公司都發(fā)現(xiàn)，盡管SawStop工具需要的投資略多一些，但它大幅降低了在課堂或工作崗位上嚴(yán)重受傷的風(fēng)險(xiǎn)，因而是完全值得的�！�

4 i5 o1 I; b( Z; |" B, _基于DSP的高性能控制技術(shù)

SawStop安全系統(tǒng)的核心在于由德州儀器 (TI) TMS320C2000TM 數(shù)字信號控制器支持的高級感測與控制技術(shù)。C2000控制器建立在TI高級數(shù)字信號處理器(DSP)技術(shù)基礎(chǔ)之上，專為實(shí)時(shí)嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)而精心設(shè)計(jì)。類似SawStop的嵌入式控制系統(tǒng)不僅要求 DSP 具備高度的計(jì)算性能，而且還要實(shí)現(xiàn)外設(shè)集成以及微控制單元 (MCU) 通常所能實(shí)現(xiàn)的易用性。高速C2000控制器使SawStop工具不僅能瞬間感測到刀片接觸到手的情況，而且還能區(qū)別人體與軟木、濕木之間的區(qū)別，這樣安全特性就不會影響正常的木材生產(chǎn)工作。
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Gass指出：“我們在設(shè)計(jì)安全模塊時(shí)有許多種控制產(chǎn)品可供選擇，但我們最終決定采用C2000控制器，因?yàn)槠湓诰幊天`活性以及低價(jià)格方面均符合我們的要求。這種基于DSP的控制器為我們提供了類似于 MCU 的集成度，并顯著簡化了開發(fā)工作，而且其性能也是MCU所不能企及的�！�
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直觀明了的創(chuàng)新型技術(shù)
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+ f+ n/ F. ?7 OSawStop技術(shù)的工作原理在于區(qū)別人體與木材的不同電氣屬性。系統(tǒng)通電時(shí)在臺鋸刀片上生成3V的500千赫茲電信號，并通過控制器監(jiān)視該信號。刀片切割木材時(shí)信號保持不變，因?yàn)槟静木哂休^低的本征電容與電導(dǎo)。不過，如果臺鋸在工作時(shí)刀片接觸到木工，那么人體內(nèi)部相對較大的電容將改變電信號。圖 2 顯示了臺鋸鋸齒接觸手指等有生命的肌體組織時(shí)信號電壓的變化。
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控制器的工作頻率為40兆赫茲(MHz)，每秒能夠執(zhí)行4,000萬次的累積乘法運(yùn)算(MMACS)。該控制器負(fù)責(zé)監(jiān)控刀片的電壓，每完成一次控制回路僅需6微秒 (μs)。如果來自刀片的信號突然改變，那么控制器將識別出臺鋸與身體接觸所導(dǎo)致的變化，并發(fā)出高速的高強(qiáng)度制動信號，以停止鋸齒的轉(zhuǎn)動。在不到5ms內(nèi)，刀片就能完全停止轉(zhuǎn)動并收縮回去。從剛接觸皮膚到臺鋸鋸齒停止刀片轉(zhuǎn)動并從木工手部收回，總共僅需二百分之一秒的時(shí)間。

! _6 B" m; u# G" J一旦采用制動執(zhí)行器，則必須應(yīng)更換整個(gè)安全模塊，這是一項(xiàng)可由木工輕松完成的維護(hù)工作。系統(tǒng)每次加電后，數(shù)字信號控制器都要檢測安全模塊，只要檢測到問題，就會防止電鋸啟動。因此，如果安全模塊不就位，電鋸就不能正常工作，就不能完成正常操作。圖3顯示了SawStop安全系統(tǒng)中制動夾(brake cartridge)的位置。

$ S1 c  N; l3 q7 O0 w' @方便易用的高集成度控制器

+ L: ^) s9 l8 a1 r高度集成的TI控制器使SawStop能夠設(shè)計(jì)出一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、便于更換的小型安全模塊。片上外設(shè)不僅可以節(jié)約板級空間而且還能減少組件數(shù)，其具體包括10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、定時(shí)器、串行端口以及脈寬調(diào)制(PWM)輸出等。憑借32KB的片上閃存以及TI Code Composer StudioTM集成編程環(huán)境的支持，該器件幫助SawStop大幅加速了代碼開發(fā)與調(diào)試進(jìn)程，從而使其產(chǎn)品能夠快速上市。此外，閃存還能在制動之前記錄許多信號行為，這使 SawStop 能夠收集到可靠的數(shù)據(jù)。圖4顯示了TI推出的TMS320C2000TM數(shù)字信號控制器。

, S; z9 b2 h2 L& |自適應(yīng)性能夠滿足未來需求
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SawStop現(xiàn)已投產(chǎn)，可提供箱式電鋸與伸縮式電鋸兩種型號。借助相關(guān)技術(shù)，SawStop對其電鋸進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)，而不是修改現(xiàn)有的某種產(chǎn)品。此舉不僅使公司改進(jìn)了產(chǎn)品性能，而且還為未來的技術(shù)發(fā)展預(yù)留了空間。例如，SawStop新型電鋸的額外安全特性在于采用了可穩(wěn)定木材并防止木材震動的歐式劈刀，這在美國還不多見。此外，電鋸還提供鋸屑收集功能，降低了木屑帶來的風(fēng)險(xiǎn)。C2000控制器的高性能還使我們能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的技術(shù)改善，包括工具防盜以及非授權(quán)使用等安全特性、電鋸速度與定位的數(shù)字馬達(dá)控制、木材濕度監(jiān)測，以及降低電鋸工作的噪聲等。
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. \# g$ |8 w( p. d3 L8 SSawStop認(rèn)為應(yīng)當(dāng)盡可能推廣安全性更高的電動工具，并已宣布將根據(jù)許可證協(xié)議向所有電鋸制造商提供其已獲專利的安全技術(shù)。最終SawStop的安全系統(tǒng)經(jīng)過適應(yīng)性調(diào)整，將運(yùn)用于手持電鋸、帶鋸、搖臂鋸(radial arm saw)、鏈鋸、接合工具、成形工具以及其他木工工具中。此外，基于DSP的技術(shù)經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)整，還可用于切割除木材之外的其他非導(dǎo)體材料，也可用于縫紉機(jī)、切碎機(jī)、剪切具、壓榨機(jī)以及其他操作人員可能因機(jī)械部件運(yùn)動而遭受人身傷害的電動設(shè)備。

動靜之機(jī)

新聞稿
. _5 U) t2 I  b; `: HSawStop 使用 SolidWorks 和 COSMOS 設(shè)計(jì)的不傷手臺鋸使木工工作更加安全
6 e! M: L) q, h. `4 L俄勒岡州公司生產(chǎn)的“智能”臺鋸可以區(qū)分木材和人手

2007 年 5 月 8 日 中國.北京訊 — 俄勒岡州的一家小公司正在改善木工工人的作業(yè)條件，該公司使用 SolidWorks® 軟件設(shè)計(jì)了一款只會切割木材而不會傷及手指的臺鋸。這款臺鋸由 SawStop 發(fā)明，在接觸到手指時(shí)能夠迅速抽回電鋸，使木工作業(yè)時(shí)更加安全，不僅可以免除傷痛，也可免去昂貴的治療費(fèi)用。

1 v( {. G% ]5 h9 a5 Q6 J1 {, ^根據(jù)美國消費(fèi)品安全委員會（U.S. Consumer Product Safety Commission）統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，因使用臺鋸而導(dǎo)致的事故每年超過 60,000 件（即平均每 9 分鐘一件），而這些事故每年產(chǎn)生的傷殘成本約達(dá) 20 億美元。Steve Gass 終身從事木工工作，當(dāng)他意識到人們需要一種更安全的臺鋸后，便發(fā)揮他物理學(xué)博士的聰明才智設(shè)計(jì)了一款新臺鋸。在這種臺鋸的刀片上有微小的電流通過，當(dāng)電鋸接觸到手指（或可以導(dǎo)電的其他物體）時(shí)，電流就會降低，從而啟動制動器。當(dāng)鋸齒沉入制動器時(shí)，動力會使電鋸下降到臺面以下。整個(gè)過程僅需 3 毫秒，連一眨眼的功夫都不到。

SawStop 工程副總裁 Dave Fulmer 說，產(chǎn)品發(fā)明比學(xué)會使用公司購買的第一個(gè) CAD 軟件容易得多�！拔覀兌际前l(fā)明家或工程師，但是我們沒有一個(gè)人真正使用過 CAD”，他說, “SolidWorks很直觀，能很好地處理復(fù)雜的裝配體，我們在臺灣的所有制造商使用的都是 SolidWorks。我們學(xué)習(xí)使用 SolidWorks 僅花了兩周時(shí)間就可以設(shè)計(jì)出復(fù)雜的零件了（如制動裝置，包括將電鋸壓入制動器使臺鋸?fù)Ｖ构ぷ鞯膹椈桑��！?br /> + ~3 m. D1 `4 i* ?4 A  }5 }
5 p0 J3 H$ p1 c8 Z% Y$ QFulmer 和他的團(tuán)隊(duì)使用 COSMOSXpress™ 和 COSMOSWorks® Designer 分析軟件來確保臺鋸能夠預(yù)期發(fā)揮效用并且經(jīng)久耐用。SolidWorks 與這兩種產(chǎn)品整合后，讓 SawStop 將制作原型的成本與時(shí)間最小化，而且消除了因繁瑣構(gòu)建而增加的制作成本。
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SolidWorks CEO John McEleney 最近在 SolidWorks World 2007 上為 3000 多位與會者用熱狗演示了這款臺鋸�！半婁彸榛氐乃俣确浅？�，連聲音也很棒。”他說，“到目前為止，這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)避免了近 150 起嚴(yán)重傷害事故，而且這個(gè)數(shù)字會隨著銷售量的增加而不斷增長。SawStop 再一次證明小公司也可以通過創(chuàng)新想法設(shè)計(jì)出意義非凡的好產(chǎn)品�！�
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[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-8 09:45 編輯 ]

動靜之機(jī)

國內(nèi)好像也有得賣了。 淘寶里有幾張顯示成功挽救手指的事故照片（如下），
雖然令人不忍細(xì)看，但是要知道傷者在拍照時(shí)心中必定是充滿感激之情的。
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( |2 w5 P# N- h3 V& v, O2 @       科技以人為本！
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1 A/ A$ K  `4 E真要看啊？。。。。


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( h' j+ @+ Z" w; L: d注：第一張照片中的鋸片看樣子是后來配放上去的，只用來說明問題。因?yàn)橹挥许槙r(shí)針切入（按照當(dāng)前照片視角）
才能使整個(gè)系統(tǒng)在剎車時(shí)的摩擦力矩力起到正反饋而更可靠地剎車。
, p0 l9 o  O( `; B! Z8 d* `+ h; e（自行車的轂式線閘也是這樣的正反饋設(shè)計(jì)－－－剎車帶的摩擦力進(jìn)一步使其抱得更緊）。
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+ i! W3 w0 W% t" Q  M1 Z5 s! @有趣的是，為了防止鋸片在減速時(shí)崩裂，設(shè)計(jì)者把鋁塊鉆了不少孔，使鋸塊的局部剛性降低而“切”的時(shí)候不至
于“撞車”，相當(dāng)于軟著陸。這樣做還可能使切屑有地方容留。但這幾個(gè)孔肯定不是為了散熱，因?yàn)榇诉^程太短
$ x, J6 t! x  P  A（不超過5毫秒）而且鋁塊本身就是熱傳導(dǎo)的良導(dǎo)體，因而無需擔(dān)憂。
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, {: e, U, H  b/ @4 g[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-8 10:17 編輯 ]

動靜之機(jī)

正常鋸切時(shí)，由于切削力的反作用力，鋸片系統(tǒng)是可靠地貼合在工作臺下方的。
. c5 {* u' e* |7 u" i3 t7 K鋸片系統(tǒng)的角動量是（右手判定）垂直指向向紙面向外（讀者）的。如下圖：


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當(dāng)系統(tǒng)迅速剎車時(shí)，系統(tǒng)的角動量不能立即消失（慣性），試圖保持這種運(yùn)動，因此繞著
6 }5 j" u- G. v& n; v+ J" J主鉸鏈逆時(shí)針回轉(zhuǎn)（于是脫離了工作區(qū)域，防止人手進(jìn)一步受傷）。 的確巧妙。
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1 p% @7 f: t6 K. J. H  D2 t
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1 n8 b9 e! o! n4 I+ X這里有個(gè)CNN的報(bào)道和對話正文：
http://www.wwenglish.com/en/club/cnntv/7975.htm


這里還有此項(xiàng)目發(fā)展的歷程，良好的設(shè)計(jì)要想市場化還真不容易啊。
http://article.designnews.com.cn/2006-10/2006102090850.htm

[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-8 11:36 編輯 ]

jiajia_nj

剎車制動+回退,雙保險(xiǎn).
/ v0 @2 D' @3 N# _1 ?確實(shí)需要迅雷不及掩耳(盜鈴)之勢一氣呵成!!
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6 e$ E$ V4 Y8 V) _. S8 K+ p記得某一紡機(jī),一個(gè)部件出了故障,其它所有關(guān)聯(lián)部件仍舊照常運(yùn)動,4萬元瞬間無影無蹤,
# }' F# Z/ |; m* x5 m7 {, M4 Y可以借鑒.

龍游大海

國外的安全確實(shí)做得比較好

梟龍

能解決這個(gè)問題,真是為加工人員造福了!

機(jī)械神話

需要高速響應(yīng)的DSP技術(shù)。值得學(xué)習(xí)。