电动工具及电动工具控制方法与流程

本发明涉及机械加工领域，特别是涉及一种电动工具及电动工具控制方法。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，螺丝批等用于安装螺钉的电动工具在各行各业的应用日益广泛，有效提高了人们的工作效率。而在用螺丝批等电动工具安装螺钉，特别是十字螺钉过程中，电动工具的工作头卡设于螺钉头部的凹槽内。而在没有对螺钉头部施加足够的下压力的情况下，会导致螺钉打滑或者加工头从螺钉头中的凹槽跳出后继续不断旋转，从而造成螺钉或加工头的损坏。

而目前，在上述情况下，操作者只能依靠观察发现螺钉打滑或加工头跳出的情况而手动暂停电动工具工作，重新对准螺钉进行加工，影响了安装成功率和工作效率。

技术实现要素：

基于此，有必要针对无法对螺钉安装过程中的打滑问题，提供一种可自动监控螺钉打滑状态的电动工具及电动工具控制方法。

为达到上述发明目的，本发明提供一种电动工具，所述电动工具包括：工作头；电机，启动后驱动所述工作头输出动力；电源，为所述电机提供动力；检测元件，检测表征所述工作头负载的参数并输出检测信号；及控制模块，接收所述检测信号，并根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小时，控制所述工作头间断地输出动力。

为达到上述发明目的，本发明还提供另外一种电动工具，所述电动工具，驱动紧固件嵌入工件，所述电动工具包括：工作头；电机，启动后驱动所述工作头输出动力；电源，为所述电机提供动力；检测元件，检测表征所述工作头负载的参数并输出检测信号；及控制模块，根据所述检测信号判断所述工作头与所述紧固件是否分离，当判断结果为是时，中断电机向工作头的扭矩传递，所述工作头与所述紧固件相互分离的判断标准为所述工作头的负载减小。

优选的，启动所述电机后的预设时间内，所述控制模块屏蔽对所述检测信号的接收。

优选的，预设时间段内，当表征所述工作头负载的所述参数的减小量不小于第一阈值时，所述控制模块判断所述工作头的负载减小。

优选的，预设时间段内，当表征所述工作头负载的所述参数的减小量小于第一阈值且大于或等于第二阈值的状态出现至少两次时，所述控制模块判断所述工作头的负载减小。

优选的，当至少三个相邻的时间点上的表征所述工作头负载的所述参数依次减小时，所述控制模块判断表征所述工作头负载的参数的减小量小于第一阈值且大于或等于第二阈值。

优选的，当表征所述工作头负载的所述参数的一阶导数或一阶导数的函数为负值且其绝对值不小于第二阈值时，所述控制模块判断所述工作头的负载减小。

优选的，当表征所述工作头负载的所述参数的一阶导数为负值且其绝对值不小于第三阈值，且表征所述工作头负载的所述参数的数值小于第四阈值时，所述控制模块判断所述工作头的负载减小。

优选的，当表征所述工作头负载的所述参数的二阶导数、二阶导数的函数、高阶导数或高阶导数的函数中的至少一个为负值且其绝对值不小于第五阈值时，所述控制模块判断所述工作头的负载减小。

优选的，表征所述工作头负载的所述参数为流经所述电机的电流。

优选的，所述控制模块通过控制所述电源向所述电机输出脉冲的供电电流使所述工作头间断地输出动力。

优选的，所述电动工具还包括调节元件，所述调节元件可操作地处于不同的状态，并发送与其状态对应的调节信号，所述控制模块根据所述调节信号调整所述电源向所述电机输出的脉冲的供电电流。

优选的，所述控制模块通过调整单个脉冲的供电电流的时间宽度或相邻两个脉冲的供电电流之间的时间间隔中的至少一个来调整所述电源向所述电机输出的脉冲的供电电流。

为实现上述发明目的，本发明还提供另外一种电动工具，所述电动工具包括：壳体；电机，收容在所述壳体中；第一工作头及第二工作头，所述第一工作头与所述第二工作头可择一地由所述电机驱动；检测元件，检测表征电动工具负载的参数并输出检测信号；及控制模块，接收所述检测信号，并根据所述检测信号控制所述第一工作头及第二工作头的工作；当所述第一工作头由所述电机驱动，且电动工具的负载减小时，所述控制模块中断向所述第一工作头的扭矩输出。

优选的，所述第一工作头为螺丝批。

优选的，所述第二工作头为钻头，当所述第二工作头由所述电机驱动，且第二工作头的负 载大于或等于预设负载值时，所述控制模块改变向所述第二工作头的扭矩输出。

优选的，所述电动工具还包括触发件及感应件，所述触发件设置在所述第一工作头和/或第二工作头上，所述感应件设置在所述壳体上，当所述触发件靠近所述感应件时，感应件发送感应信号给所述控制模块，所述控制模块根据所述感应信号判断由所述电机驱动的是所述第一工作头或所述第二工作头。

为达到上述发明目的，本发明还提供一种电动工具控制方法，包括如下步骤：检测表征工作头负载的参数；根据表征所述工作头负载的所述参数，输出检测信号；接收所述检测信号；根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小时，控制所述工作头间断地输出动力。

为达到上述发明目的，本发明还提供一种电动工具控制方法，电动工具驱动紧固件嵌入工件，包括如下步骤：检测表征工作头负载的参数；根据所述表征工作头负载的参数判断所述工作头与所述紧固件是否分离；当判断结果为是时，中断向工作头的扭矩传递；所述工作头与所述紧固件相互分离的判断标准为所述工作头的负载减小。

优选的，所述电动工具控制方法还进一步包括步骤：启动电机；启动所述电机后的预设时间内，屏蔽对所述检测信号的接收。

优选的，根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小的步骤具体为：当表征所述工作头负载的所述参数在一定时间段内的减小量不小于第一阈值时，判断所述工作头的负载减小。

优选的，根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小的具体步骤为：当表征所述工作头负载的所述参数的减小量小于第一阈值且大于或等于第二阈值的状态出现至少两次时，所述控制模块判断所述工作头的负载减小。

优选的，判断表征所述工作头负载的参数的减小量小于第一阈值且大于或等于第二阈值的具体步骤为：判断至少三个相邻的时间点上的表征所述工作头负载的所述参数依次减小。

优选的，根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小的具体步骤为：当表征所述工作头负载的所述参数的一阶导数或一阶导数的函数为负值且其绝对值不小于第二阈值时，判断所述工作头的负载减小。

优选的，根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小的具体步骤为：当表征所述工作头负载的所述参数的一阶导数为负值且其绝对值不小于第三阈值，且表征所述工作头负载的所述参数的数值低于第四阈值时，判断所述工作头的负载减小。

优选的，根据所述检测信号判断所述工作头的负载减小的具体步骤为：当表征所述工作头负载的所述参数的二阶导数、二阶导数的函数、高阶导数、或高阶导数的函数中的至少一个为负值且其绝对值不小于第五阈值时，判断所述工作头的负载减小。

优选的，所述表征工作头负载的参数为流经所述电机的电流。

优选的，控制所述工作头间断地输出动力的具体步骤为：向所述电机输出脉冲的供电电流。

优选的，所述控制方法还包括以下步骤：可操作地调节设置在电动工具上的调节元件使其处于不同的状态；响应于调节元件的不同状态，调节单个脉冲的供电电流的宽度或相邻两个脉冲的供电电流之间的时间间隔。

优选的，所述电动工具控制方法还包括以下步骤：关闭所述电动工具后重启所述电动工具时，所述工作头持续输出动力。

优选的，所述电动工具控制方法还包括以下步骤：当所述工作头间断地输出动力预设时间后，所述工作头持续输出动力。

为实现上述发明目的，本发明还提供另一种电动工具控制方法，所述电动工具包括电机以及第一工作头和第二工作头，所述第一工作头和第二工作头可择一地由所述电机驱动，所述电动工具控制方法包括以下步骤：检测表征电动工具负载的参数；确认所述第一工作头是否由所述电机驱动；当所述第一工作头由所述电机驱动时，确认电动工具的负载是否减小；当电动工具的负载减小时，改变所述电机对所述第一工作头驱动。

优选的，确认所述第一工作头是否由所述电机驱动的具体步骤为：通过设置在壳体上的感应件感应设置在第一工作头和/或第二工作头上的触发件；接收来自感应元件的感应信号；根据所述感应信号确认所述第一工作头是否由所述电机驱动。

与现有技术相比，本发明提供的电动工具及其控制方法可自动监控是否出现打滑现象，并在出现打滑现象时采取相应的措施，以减小打滑对工作头、螺钉头、工件表面等的损坏。

附图说明

图1为一实施方式的电动工具的模块示意图；

图2为一实施方式的电动工具控制方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实 施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本较佳实施例的一种电动工具，用于安装螺钉，该电动工具包括电机、工作头、电源、检测元件10及控制模块20。

电机启动后驱动工作头输出动力，电源用于为电机提供动力。检测元件10用于检测表征工作头负载的参数，并输出检测信号。控制模块20用于接收检测元件10输出的检测信号，根据该检测信号判断工作头的负载减小时，控制模块20控制工作头间断地输出动力，从而改变输出模式。改变输出模式的方式还包括降低转速，停机，间断地输出动力等多种改变电机对工作头的输出方式的情况。

上述电动工具，设有检测元件10以实时检测表征工作头负载的参数。当安装过程中出现螺钉打滑或工作头跳出螺钉头部的凹槽等使工作头负载减小的情况时，检测元件10即可检测到表征工作头负载的参数因螺钉的安装状态改变而发生变化，进而输出检测信号至控制模块20，控制模块20根据检测元件10发送的检测控制工作头间断地输出动力，从而达到监控螺钉打滑或工作头跳出螺钉头部凹槽、改变电动工具工作状态、提高螺钉安装的工作效率的目的。

由于电动工具刚开启后会产生工作参数的较大波动，而在之后趋于平稳，因此在本实施例中，启动电机后的预设时间内，控制模块20屏蔽对检测信号的检测接收。在其他实施例中，也可采用启动电机后预设时间内检测元件10关闭的方法进行屏蔽。

在其中一个实施例中，具体地，检测元件10检测的表征工作头负载的参数为流经电机的电流。

螺钉处于正常安装过程中时，流经电机的电流值大致呈线性变化并处于一定范围内，而当螺钉打滑或工作头跳出螺钉头部的凹槽等负载减小的情况发生时，电流值会发生变化，控制模 块20可根据电流值的变化判断工作头的负载。

具体地，在一实施例中，当表征工作头负载的参数在一定时间段内的减小量不小于第一阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。优选的，在一定时间段内参数的最大值与最小值之间的差值为正，且不小于第一阈值。更为优选的，在一定时间段内第一个时间点上的参数值与最后一个时间点上的参数值之间的差值为正，且不小于第一阈值。本实施例针对的情况是，工作头相对螺钉帽完全打滑，打滑后电动工具的负载会急剧减小，从而出现在一定时间段内的负载参数的减小量不小于第一阈值。

当在某些场景下，工作头相对螺钉帽频繁打滑，即工作头与螺钉帽之间打滑后，工作头与螺钉帽又即刻啮合，随后工作头与螺钉帽之间再次打滑，随后工作头与螺钉帽又即刻啮合，如此循环多次。由于每次工作头与螺钉帽打滑的时间很短，随后又即刻啮合，负载会出现一个短暂的、小幅度的下降后又增加，因此负载参数在一段时间内的减小量小于第一阈值，但大于或等于第二阈值，第一阈值大于第二阈值。针对此情况，本发明提出以下两种较佳的实施例。一种较佳的实施例中，当表征工作头负载的参数在一定时间段内出现至少两次减小，且两次减小是间断出现时，控制模块20判断工作头的负载减小。另一种实施例中，预设时间段内，当表征工作头负载的参数的减小量小于第一阈值且大于或等于第二阈值的状态出现至少两次时，控制模块20判断工作头的负载减小。

在其中一实施例中，当至少三个相邻的时间点上的表征工作头负载的参数依次减小时，控制模块20判断表征工作头负载的参数减小一次。在其中一实施例中，当至少三个相邻的时间点上的表征工作头负载的参数依次减小时，控制模块20判断表征工作头负载的参数的减小量小于第一阈值且大于或等于第二阈值的状态出现一次。

在其中一实施例中，控制模块20至少部分基于表征工作头负载的参数的一阶导数、二阶导数、或高阶导数判断工作头的负载减小。至少部分基于一阶导数判断工作头的负载减小包括但不限于以下几种情形，1)一阶导数为负，且绝对值大于或等于预设值，2)连续N个一阶导数值均为负，且绝对值大于或等于预设值，3)连续N个一阶导数值为负，且其绝对值中部分大于或等于预设值，部分小于预设值，4)连续N个一阶导数均为负，且后一个一阶导数的绝对值不小于前一个一阶导数的绝对值，即连续N个一阶导数均为负且其绝对值逐步增大，5)连续N个一阶导数均为负且其绝对值呈抛物线变化，即连续N个一阶导数均为负且其绝对值先增大后减小，6)一阶导数的函数大于或等于预设值，函数为数学学科中存在的任何可能的函数。 部分基于二阶导数或高阶导数判断工作头的负载减小的情况包括但不限于的情形同至少部分基于一阶导数判断工作头的负载减小包括但不限于的情形类似，在此不再一一列举。

在其中一实施例中，当表征工作头负载的参数的一阶导数或一阶导数的函数为负值且其绝对值不小于第二阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。

在其中一实施例中，当表征工作头负载的参数的一阶导数为负值且其绝对值不小于第三阈值，且表征工作头负载的参数的数值低于第四阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。

在其中一实施例中，当表征工作头负载的参数的二阶导数、二阶导数的函数、高阶导数、高阶导数的函数中的至少一个为负值且其绝对值不小于第五阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。

进一步地，当控制模块20判断工作头的负载减小时，控制模块20通过控制电源向电机输出间断的供电电流，以使工作头间断地输出动力。间断的供电电流相当于相互间断的脉冲的供电电流。也就是说，控制模块20相当于通过控制电源向电机输出脉冲的供电电流使工作头间断地输出动力。

在正常输出状态下，工作头持续输出动力，从而完成螺钉的安装。而在工作头间断地输出动力的状态下，可适应大扭矩的工况，较好地控制安装螺钉过程，有效的减小螺钉打滑或工作头跳出螺钉头凹槽等使工作头负载减小的状态的发生，提高安装螺钉的成功率及工作效率。

进一步地，工作头持续输出动力时，可输出两种或两种以上的扭矩，从而应对不同的工况要求。

电动工具还包括由可操控并发送调节信号的调节元件30，操作者可对该调节元件30进行操作控制。控制模块20获取调节信号，并根据调节信号调整电源向电机输出的间断的供电电流。电动工具可分别以脉冲频率可调、脉冲占空比可调以及脉冲频率和脉冲占空比均可调的模式工作。从而根据实际情况选择合适的输出频率及占容比，适应不同工况的要求。

进一步地，在本实施例中，控制模块20通过调整单次供电电流的时间宽度或相邻两次供电电流之间的时间间隔中的至少一个来调整电源向电机输出的间断的供电电流，相当于通过调整单个脉冲的供电电流的时间宽度或相邻两个脉冲的供电电流之间的时间间隔中的至少一个来调整电源向电机输出的脉冲的供电电流。

上述电动工具，可通过检测元件10检测安装螺钉过程中流经电机的电流的变化，从而检测到工作头负载的变化，进而通过控制模块20使工作头间断地输出动力，从而有效减小了打滑状 态的发生，提高了螺钉安装的效率。

工作头包括安装于旋转头的第一工作头与第二工作头。第一工作头与第二工作头通过旋转头的旋转即可切换地连接电机，从而择一地由电机驱动。当第一工作头由电机驱动时，控制模块20根据检测信号判断在一定时间段内第一工作头的负载的减小量不小于第一阈值时，控制工作头间断地输出动力。当第二工作头由电机驱动时，控制模块20控制第二工作头连续输出动力。

操作者可根据需要选择第一工作头或第二工作头输出扭矩。在本实施例中，第一工作头为螺丝批，第二工作头用于实现输出扭矩恒定的钻头。在其他实施例中，第二工作头也可为电动扳手、电锤或冲击电钻的工作头。

电动工具还包括触发件及感应件。触发件设置在第一工作头和/或第二工作头上。感应件设置于电动工具主体，与触发件相对转动，用于感应触发件，并根据感应结果发送感应信号给控制模块20，控制模块20根据感应信号判断电机驱动的第一工作头或第二工作头。具体地，在第一工作头与第二工作头切换过程中，当感应件感应到触发件时，说明触发件随第一工作头和/或第二工作头转动至与感应件相应的位置，感应件输出电信号至检测元件10。当第一工作头转动至与感应件相应的预定位置时，第一工作头处于工作状态，检测元件10对表征第一工作头负载的参数进行检测。而当第二工作头处于工作状态时，检测元件10无需对表征第一工作头及第二工作头负载的参数进行检测。

如此，该电动工具可在切换至第一工作头后，检测并自动加载对应的输出模式，完成输出模式的自动切换，提高电动工具的工作效率。

如图2所示为一较佳实施方式的电动工具控制方法，用于螺钉的安装，包括如下步骤：

S110：检测表征工作头负载的参数。

S120：根据表征工作头负载的参数，输出检测信号。

S130：接收检测信号。

S140：根据检测信号判断工作头的负载减小时，控制工作头间断地输出动力。

检测表征工作头负载的参数的步骤之前还包括步骤：

启动电机；

启动后的预设时间内屏蔽对检测信号的接收。

在其他实施例中，检测电动工具的工作参数的步骤之间还可包括步骤：启动后的预设时间内屏蔽对表征工作头负载的参数的检测，从而提高检测的准确性。

其中，在本实施例中，表征工作头负载的参数为流经电机的电流。

在其中一实施例中，根据检测信号判断工作头的负载减小的步骤具体为：当表征工作头负载的参数在一定时间段内的减小量不小于第一阈值时，判断工作头的负载减小。

在其中一实施例中，根据检测信号判断工作头的负载减小的具体步骤为：当表征工作头负载的参数在一定时间段内出现至少两次减小，且两次减小间断出现时，控制模块20判断所述工作头的负载减小。

在其中一实施例中，根据检测信号判断工作头的负载减小的具体步骤为：当至少三个相邻的时间点上的表征工作头负载的参数依次减小时，判断表征工作头负载的参数减小一次。

在其中一实施例中，根据检测信号判断工作头的负载减小的具体步骤为：当表征工作头负载的参数的一阶导数或一阶导数的函数为负值且其绝对值不小于第二阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。

在其中一实施例中，根据检测信号判断工作头的负载减小的具体步骤为：当表征工作头负载的参数的一阶导数为负值且其绝对值不小于第三阈值，且表征工作头负载的参数的数值低于第四阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。

在其中一实施例中，根据检测信号判断工作头的负载减小的具体步骤为：当表征工作头负载的参数的二阶导数、二阶导数的函数、高阶导数或高阶导数的函数中的至少一个为负值且绝对值不小于第五阈值时，控制模块20判断工作头的负载减小。

在螺钉的正常安装过程中，工作头为持续输出动力的正常输出状态。

当螺钉开始打滑时，控制模块20将工作头的工作状态调整间隔输出动力的状态，从而使工作头间断地输出动力，从而改变安装方式，避免螺钉打滑及工作头跳出螺钉头部的凹槽。

控制工作头间断地输出动力的步骤具体为：通过调整单次供电电流的时间宽度或相邻两次供电电流之间的时间间隔中的至少一个来调整向电机输出的间断的供电电流。相当于通过调整单个脉冲的供电电流的时间宽度或相邻两个脉冲的供电电流之间的时间间隔中的至少一个来调整所述电源向所述电机输出的脉冲的供电电流。

上述电动工具控制方法还包括以下步骤：当工作头间断地输出动力时，关闭电动工具后重启电动工具，工作头持续输出动力。

在其他实施例中，当工作头间断地输出动力预设时间后，工作头持续输出动力。预设时间可根据操作者需要调整，以便自动恢复成正常输出模式，便于快速拧紧螺钉。

进一步地，电动工具包括可切换的第一工作头及第二工作头。第一工作头与第二工作头通过旋转头的旋转可切换地连接电机。操作者可根据需要选择第一工作头或第二工作头输出动力。在本实施例中，第一工作头用于实现螺丝批功能，第二工作头用于实现输出扭矩恒定的钻进功能。

检测电动工具的工作参数步骤之前还包括步骤：判断是否为第一工作头工作，如果是，则进行下一步检测工作参数表征工作头负载的参数的步骤。

判断是否为第一工作头的具体步骤为：感应触发件，根据感应结果发送感应信号给控制模块20，控制模块20根据感应信号判断由电机驱动第一工作头或第二工作头。

如此，该电动工具可根据第一工作头，自动加载不同的输出模式，根据不同的工作头完成输出模式的自动切换，提高工作效率。

上述电动工具控制方法，通过检测表征所述工作头负载的参数，即可获得螺钉打滑而导致工作头负载减小的情况，进而自动调整电动工具的工作模式，从而改变电动工具工作头的工作状态，通过间断输出动力而减小了螺钉打滑状态的发生。进一步地，当电动工具切换至第一工作头工作时，可自动加载不同的工作模式，满足不同安装条件的要求，提高螺钉的安装效率和成功率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。