电动工具的自动控制系统的制作方法

本发明涉及电动工具领域，尤其涉及一种电动工具的自动控制系统。

背景技术：

目前的电动工具将紧固件拧松的过程中存在以下问题：

1.由于转速较高，很难控制转松紧固件的程度。比如不能在转松几圈后停止，或者在脱落螺栓前几圈停止。比如高空作业，拧螺丝的过程中，如果不能在脱落之前停下电动扳手，螺母很容易就飞出，高空坠物对人员安全影响很大。

2.现有其他实现方式，通过电流阈值或者电流下降的线性变化率，或者通过电机转速阈值或转速上升率等，加上前期负载情况来判断是否把螺母拧松；此方法很容易引起误判，如电流采样信号受到干扰，或因为用户使用不当负载突然降低等情况，且由于负载判断需要一定的滤波延迟，不容易得到精确的停止圈数。

3.现有判断方式多通过电流采样来判断负载，以及负载的单向变化来确定螺母拧松的状态，但电机实际运转过程中，由于调速机制和电机反馈的存在，瞬间电流值是一直变化的，往往需要进行模拟或者数字滤波才能得到可靠的采样，也因此大大增加了硬件和软件设计的复杂度；

4.现有模式无法得到电动工具当前和长期的负载工作状态，智能化程度低，使用不方便。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种电动工具进行拧紧或拧松工作时的自动控制系统。

本发明技术方案是：一种电动工具的自动控制系统，其中，电动工具包括电机及电机输出轴，所述自动控制系统包括电源模块、传感器模块、驱动模块、存储模块以及主控模块，所述电源模块电连接主控模块，所述主控模块分别电连接传感器模块、存储模块以及驱动模块，所述驱动模块电连接电机；所述传感器模块包括霍尔传感器以及电流传感器，所述霍尔传感器用于测量电机的转速，所述电流传感器用于测量电机的电流。

进一步的，所述传感器模块还包括温度传感器，所述温度传感器用于测量电动工具的内部温度。

进一步的，所述自动控制系统还包括上位机以及通讯模块，所述主控模块通过通讯模块通讯连接上位机。

进一步的，所述自动控制系统还包括正、反转扭力值设定按键，所述正、反转扭力值设定按键电连接主控模块。

进一步的，所述自动控制系统还包括圈数设定按键，所述圈数设定按键电连接主控模块。

进一步的，所述自动控制系统还包括显示模块，所述显示模块分别对应正、反转扭力值设定按键以及圈数设定按键，并电连接到主控模块。

本发明的有益效果是：实现螺丝拧紧或拧松程度的自动控制；记录、保存电机脱扣工作次数、工作时长等信息，方便售后处理；通过正、反转扭力值设定按键、圈数设定按键以及显示模块，实现信息的输入及显示，方便使用，智能化程度高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明硬件连接框图；

图2是本发明整体流程框图；

图3是本发明脱扣工作模式时关于参数X特性曲线图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

在电动工具进行拧紧或拧松螺丝时，由于外部负载较大阻断了连接组件的旋转，会导致扭力弹簧形变产生周期性应力释放，应力通过弹簧推动冲击块输出到负载，该过程即为电动工具的脱扣工作模式。

电动工具进入脱扣工作模式时，由于扭力弹簧形变程度不同，对应应力不同，扭力弹簧形变越大，应力越强，对应电机负载越大，电机转速越低，电路电流越大。扭力弹簧达到形变极限后应力通过冲击块释放，短时恢复到正常负载工作模式，此时电机转速回升，驱动电路的电流减小。脱扣工作模式时，电机的转速和电流呈一定周期性变化，且由于同款机型电机、电路、弹簧和冲击块参数基本一致，则这个转速和电流的变化周期和幅度等参数基本一致。

结合附图1，一种电动工具的自动控制系统，其中，电动工具包括电机及电机输出轴，所述自动控制系统包括电源模块、传感器模块、驱动模块、存储模块以及主控模块，所述电源模块电连接主控模块，所述主控模块分别电连接传感器模块、存储模块以及驱动模块，所述驱动模块电连接电机；所述传感器模块包括霍尔传感器、温度传感器、电流传感器，所述霍尔传感器用于测量电机的转速，所述温度传感器用于测量电动工具的内部温度，所述电流传感器用于测量电机的电流。

控制模块通过传感器模块采集到的转速、电流信息，进行电动工具脱扣工作模式以及电机正反转的判断。若电机为正转，则控制电机在达到设定的脱扣工作次数后停止工作；若电机为反转，则控制电机在退出脱扣工作模式后达到设定的转动圈数后停止工作。另外，若电动工具进入脱扣工作模式且检测到电机输出扭力值达到预设扭力值，则控制电机停止工作。实现螺丝拧紧或拧松程度的自动控制。

温度传感器用于测量电动工具的内部温度，若电动工具内部的温度异常，则通过控制模块控制电动工具停止工作。

自动控制系统还包括上位机以及通讯模块，所述主控模块通过通讯模块通讯连接上位机。主控模块将传感器采集到的信息、电机脱扣工作的次数、电机输出扭力值、时间等信息通过通讯模块传输到上位机。上位机对该信息进行存储、分析以及处理。

自动控制系统还包括正、反转扭力值设定按键、圈数设定按键，所述正、反转扭力值设定按键、圈数设定按键分别设于壳体上，正、反转扭力值设定按键电连接主控模块。

自动控制系统还包括显示模块，所述显示模块设于壳体上，所述显示模块分别对应正、反转扭力值设定按键以及圈数设定按键，并电连接到主控模块。显示模块显示正、反转扭力值设定值以及圈数设定值。

通过正、反转扭力值设定按键、圈数设定按键以及显示模块，实现信息的输入及显示，方便使用，智能化程度高。

结合附图2，一种电动工具的自动控制方法，所述电动工具包括电机以及电机输出轴，所述控制方法包括以下步骤：检测用于表示电机负载的参数X；根据参数X进行电动工具脱扣工作模式的判断；判断电机的正反转；根据电动工具脱扣工作模式以及电机正反转的判断，生成相应的控制信号，进而控制电机工作。

其中，所述参数X为电机的转速或者电流。通过霍尔传感器采集信息，而后简单换算得到可靠的电机转速数据。通过电流传感器可以得到电机的电流数据。

在电动工具开始工作时，首先进行系统参数的判断，包括负载、温度等系统参数。电动工具内部设有电压电流传感器、温度传感器等，转换或直接采集得到负载、温度等参数。根据这些参数的判断，若该参数异常，如超过设定负载、温度等，则电动工具输出错误信息、报警，然后控制电动工具停止工作。

其中，电动工具脱扣工作模式判断的具体方法为:获取电动工具在实际工作时关于参数X的特性曲线；获取并记录电动工具在脱扣工作模式时参数X的最大值X_max、最小值X_min、最大值X_max与最小值X_min之差即振幅△X、相邻两个最大值X_max所对应的时间差即周期△T；根据电动工具在实际工作时关于参数X的特性曲线以及电动工具在脱扣工作模式时关于参数X的最大值X_max、最小值X_min、振幅△X以及周期△T判断电动工具是否进入脱扣工作模式

其中，电动工具进入脱扣工作模式的判断方法为：

一.根据电动工具在实际工作时关于参数X的特性曲线，若在该特性曲线的周期△T内，出现最大值X_max和最小值X_min，则可判断为电动工具进入脱扣工作模式；

二.根据电动工具在实际工作时关于参数X的特性曲线，若该特性曲线的振幅为△X且周期为△T，则可判断为电动工具进入脱扣工作模式。

另外，也可以将周期△T转换为频率F来进行电动工具脱扣工作模式的判断。若若该特性曲线的振幅为△X且频率为F，则可判断为电动工具进入脱扣工作模式。

如图3所示，实线表示的是电动工具脱扣工作模式的转速特性曲线，虚线表示的是电动工具脱扣工作模式的电流特性曲线。结合转速特性曲线来说，在T₀，T₂时电机达到最大转速A₁，T₁、T₃时达到最小转速A₀，△A＝A₁-A₀，△T＝T₂-T₀＝T₃-T₁。而实际上电动工具进入脱扣工作模式后，其转速呈周期性变化。在一定误差范围内，通过判断所获得的转速数据和时间数据即可对脱扣工作模式进行判断。

另外，若电动工具进入脱扣工作模式，则开始记录振幅△X出现的个数n，即电动工具出现的脱口工作次数n。

其中，电机的正反转通过外部输入电信号判断。

其中，所述控制电机工作的方法具体为：若电机为正转，则控制电机在达到设定的脱扣工作次数后停止工作；若电机为反转，则控制电机在退出脱扣工作模式后达到设定的转动圈数后停止工作。电机正转时，通过控制进入脱口工作模式后的脱扣工作次数来控制螺丝的拧紧程度；电机反转时，控制离开脱扣工作模式后的电机旋转圈数来控制螺丝的拧松程度。

另外，在脱扣工作模式的判断后进行电机输出轴扭力值计算，若电动工具进入脱扣工作模式且检测到电机输出扭力值达到预设扭力值，则控制电机停止工作。通过电机进入脱扣工作模式后电机输出扭力值的设定，在电机输出达到设定的扭力值时，电机停止工作，进而控制螺丝的拧紧和拧松程度。

其中，若电机出现的脱口工作次数n达到预定工作次数时，则控制电机停止工作，提醒用户更换易损部件。脱扣部件都有其相对固定的使用寿命，其使用寿命主要与脱扣工作次数有关，通过脱扣工作次数的计算，在脱扣部件达到使用寿命前，提醒用户及时更换。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。