电动工具及其控制方法和装置与流程
本发明涉及电动工具领域，具体涉及一种电动工具及其控制方法和装置。
背景技术：
电动扳手是通过加载的电源提供电流来驱动电机转动，从而使工作头旋转以对螺栓进行紧固的电动工具。不同类型的螺栓具有不同的主体直径，或者具有不同的头部形状，如此，其与螺母的紧固情形也各不相同。通常在电动扳手的使用过程中，使用者需要非常小心地关注紧固过程，以当螺栓与螺母紧密结合时控制电机停转。
在隧道、桥梁等施工场景下，对于紧固件的拧紧扭矩有较高的定量要求，电动工具输出的扭矩必须控制在较为精确的范围内。实际情况中，由于用户的操作习惯、环境等因素会影响紧固件的拧紧扭矩，现有的电动工具控制方式主要依靠操作者的经验进行人工控制，由此造成扭矩输出控制精确性不足。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的是现有的电动工具控制方式对扭矩输出控制的精确性不足的问题。
有鉴于此，本发明提供一种电动工具控制方法，包括：
获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数；
根据所述至少一种第一参数确定工作时间；
监测负载状态运行持续时间是否达到所述工作时间；
当所述负载状态运行持续时间达到所述工作时间时，中断所述电动工具的扭矩输出。
优选地，在所述获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数的步骤之前，还包括：
获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一个第二参数；
根据所述至少一个第二参数判断所述电动工具的输出轴是否处于负载状态；
当所述输出轴处于负载状态时，执行所述获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数的步骤。
优选地，所述根据所述至少一个第二参数判断所述电动工具的输出轴是否处于负载状态的步骤，包括：
计算所述至少一个第二参数的平均值；
根据所述平均值判断所述输出轴是否处于负载状态。
优选地，所述第二参数为电机的工作电流值。
优选地，所述第一参数的种类数量为1种，所述根据所述至少一种第一参数确定工作时间的步骤，包括：
确定所述第一参数所处的预设参数范围；
确定所述第一参数所处的预设参数范围所对应的工作时间。
优选地，所述预设参数范围有多个，不同的预设参数范围对应的工作时间不相同。
优选地，所述预设参数范围与所述工作时间的对应关系呈负相关关系。
优选地，所述第一参数的种类数量至少为2种，所述根据所述至少一种第一参数确定工作时间的步骤，包括：
确定关于多种第一参数与工作时间的预设函数关系式，
根据每种第一参数的值及相应的预设函数关系式计算工作时间。
优选地，所述第一参数与所述工作时间的对应关系呈负相关关系。
优选地，所述第一参数为电源电压和电机工作电流，所述工作时间与所述电源电压和所述电机工作电流呈函数关系t＝f(u，i)，其中t为所述工作时间，u为电源电压的值，i为所述电机工作电流的值。
相应地，本发明还提供一种电动工具控制装置，包括：
第一获取单元，用于获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数；
确定单元，用于根据所述至少一种第一参数确定工作时间；
监控单元，用于监测负载状态运行持续时间是否达到所述工作时间；
执行单元，用于当所述负载状态运行持续时间达到所述工作时间时，中断所述电动工具的扭矩输出。
优选地，还包括：
第二获取单元，用于在所述第一获取单元启动之前，获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一个第二参数；
判断单元，用于根据所述至少一个第二参数判断所述电动工具的输出轴是否处于负载状态；
启动单元，用于当所述输出轴处于负载状态时，启动所述第一获取单元。
优选地，所述判断单元，包括：
计算单元，用于计算所述至少一个第二参数的平均值；
判定单元，用于根据所述平均值判断所述输出轴是否处于负载状态。
优选地，所述第二参数为电机的工作电流值。
优选地，所述第一参数的种类数量为1种，所述确定单元包括：
参数范围确定单元，确定所述第一参数所处的预设参数范围；
时间确定单元，用于确定所述第一参数所处的预设参数范围所对应的工作时间。
优选地，所述预设参数范围有多个，不同的预设参数范围对应的工作时间不相同。
优选地，所述预设参数范围与所述工作时间的对应关系呈负相关关系。
优选地，所述第一参数的种类数量至少为2种，所述确定单元包括：
预定系数确定单元，用于确定关于多种第一参数与工作时间的预设函数关系式，
时间计算单元，用于根据每种第一参数的值及相应的预设函数关系式计算工作时间。
优选地，所述第一参数与所述工作时间的对应关系呈负相关关系。
优选地，所述第一参数为电源电压和电机工作电流，所述工作时间与所述电源电压和所述电机工作电流呈函数关系t＝f(u，i)，其中t为所述工作时间，u为电源电压的值，i为所述电机工作电流的值。
本发明还提供了一种电动工具，包括电机以及输出轴，所述电机用于驱动所述输出轴运动：控制器，用于根据上述电动工具控制方法和装置控制所述输出轴的扭矩输出。
根据本发明提供的电动工具及其控制方法和装置，通过获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数，可以确定电动工具的供电情况，然后根据第一参数确定工作时间，并使电动工具按照该工作时间运转之后中断扭矩输出，本发明提供的方案可以在各种供电情况下设置相应的工作时间，使紧固件达到一致的紧固程度，由此来提高扭矩输出控制的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例中的电动工具控制方法的流程图；
图2为本发明第二实施例中的电动工具控制方法的流程图；
图3为本发明第三实施例中的电动工具控制装置的结构示意图；
图4为本发明第四实施例中的电动工具的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明的控制方法可应用于多种类型的电动工具，以下主要以电动扳手为具体实施方式进行说明。
本发明的一个实施例提供了一种电动工具控制方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
s1，获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数，该参数包括多种，例如可以取电源电压、功率、电池电量等中的任一种或多种参数，测量方式可以是以固定周期进行采样。本发明可以应用于使用电池包作为电源的便携式工具，也可以应用于有线连接固定电源的普通电动工具。对于有线连接固定电源的工具，其固定电源可能出现电压波动的情况；对于利用电池包供电的工具，电池包的电量会随着电机的工作而消耗，且电池包的电压会随着电池包电量的下降而减小。
在一个可选的实施例中，可以将电源的电压值这一种参数作为第一参数，当电动工具处于负载状态时，电池包电量不同，其电压存在差异。
s2，根据所述至少一种第一参数确定工作时间，本发明实施例中的工作时间是指持续时间。具体的确定方式包括多种，例如可以按照预先设定的算法根据电压值计算工作时间，也可以按照预先设定的对应关系确定与当前测量到的电压值对应的预定工作时间。工作时间与电压值的关系可以是根据多次试验数据确定的，在此确定的工作时间可以使电动扳手将紧固件达到期望的紧固程度。
s3，监测负载状态运行持续时间是否达到所述工作时间，例如在上述步骤中所确定的工作时间为n秒，则从当前时刻开始监测负载状态的运行持续时间是否达到n秒，当达到n秒时执行步骤s4，否则持续监测；
s4，中断所述电动工具的扭矩输出，也即负载状态达到n秒时中断扭矩输出。扭矩可以以一种或多种不同方式被中断，包括但不限于中断到电机的功率、降低到电机的功率、有效制动电机或促动设置在电机和输出轴之间的机械离合器。在一个示例性实施例中，扭矩通过制动电机被中断，使得螺母拧紧至所需的扭矩范围。
根据本发明实施例提供的电动工具控制方法，通过获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数，可以确定电动工具的供电情况，然后根据第一参数确定工作时间，并使电动工具按照该工作时间运转之后中断扭矩输出，本发明提供的方案可以在各种供电情况下设置相应的工作时间，使紧固件达到一致的紧固程度，由此来提高扭矩输出控制的精确性。
作为一个优选的实施方式，在选用唯一一种第一参数的情况下，上述步骤s2可以具体包括如下步骤：
s21，确定所述第一参数所处的预设参数范围，例如判断当前的电动工具的负载状态工作电压u是否处于某一预设参数范围之中，为了适应不同的工况，预设参数范围优选为多个，并且各个预设参数范围分别对应各个工作时间，假设有n个预设参数范围，则分别对应n个工作时间t1……tn，t1……tn可以是各不相同的，也可以是部分相同的。
s22，确定所述第一参数所处的预设参数范围所对应的工作时间，假设在步骤s21中确定工作电压处于某一预设参数范围内，即u∈un，而un对应tn，则在此步骤可以确定工作时间为tn，也即认为在u对应的工况下，电动工具的输出轴持续工作tn即可将紧固件设置为期望的紧固程度。
预设参数范围及其对应的工作时间划分出了多个档位，根据当前的工作电压即可确定电动工具的档位，在不同的档位下，使电动工具持续相应的工作时间，由此使电动工具适应多种工况，并使其在相同工况下输出的扭矩得到固定，由此达到定扭效果，提高电动工具的稳定性。
进一步地，所述预设参数范围与所述工作时间的对应关系呈负相关关系，例如可以是成反比的关系，也可是非线性的负相关关系，选取不同种类的第一参数时，相应的预设参数范围与工作时间可以实施不同的对应关系曲线，例如分段式关系、线性关系等。也即当上述n个预设参数范围之间的关系为u1<u2<……un-1<un时，t1……tn的关系为t1＞t2＞……tn-1＞tn，由此使得较大的工作电压值umax对应的工作时间tmin小于较小的电压值umin对应的工作时间tmax。
上述优选方案使电动工具的工作时间随着第一参数的减小而增长，当电动工具的电源电量较小时，延长电动工具的扭矩输出时间，使得在电量下降后，电动工具仍然可以将紧固件加固到预期的紧固程度。
需要说明的是，第一参数与工作时间的对应关系并不限于上述方式，在另外一些应用场景下，例如当电池电量下降时，为了达到节约电量或者延长总的工作时间的目的，也可以按照相反的方式设置二者的对应关系，也即所述预设参数范围与所述工作时间的对应关系呈正相关关系也是可行的。
本发明的另一个实施例还提供了一种电动工具控制方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：
s’1，获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一个第二参数，该参数包括多种，例如可以是电动工具电机的电流、电压、转速等，测量方式可以是以固定周期进行采样。第二参数可以是与上述第一参数种类不同的参数，也可以是相同种类的参数，在本实施例中优选采用电机的工作电流值作为第二参数。
s’2，根据所述至少一个第二参数判断电动工具的输出轴是否处于负载状态，当电动工具启动时，其工作电流可能随时间发生变化，根据电流值的大小可以判断电动工具是处于负载状态还是空载状态。理论上采集一次电流值即可进行判断，但考虑到电动工具在启动时可能出现涌流现象，为了更加准确地判断负载状态，本实施例优选为多次采集电流值i1……in，然后计算i1……in的平均值
计算平均值的算法包括多种，例如算数平均算法、滑动平均算法、几何平均算法、加权平均算法等，本发明可以采用多种平均算法中的任意一种或者多种相结合计算平均值。
s’3，获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数，与前一实施例不同的是，本实施例可以选用2种或者2种以上的参数作为第一参数，例如可以选用电源电压和电机工作电流这两种参数。
s’4，根据所述至少一种第一参数确定工作时间。在选择两种或者两种以上参数的情况下，可利用所选的多种第一参数与所述工作时间的预设的函数关系式t＝f(第一参数)来计算工作时间，通过将检测得到的多种第一参数的值带入该函数关系式可以计算得到一个工作时间的值，即所述工作时间。本实施例优选利用所选的多种第一参数和相应的预定系数计算工作时间，即预设函数关系式为t＝k1(第1种第一参数)+k2(第2种第一参数)+kn(第n种工作参数)+c，其中ki为预定系数，c为预定常数。例如选用电源电压和电机工作电流这两种参数的情况下，工作时间与电源电压和电机工作电流呈函数关系t＝f(u，i)，该函数可以是二元一次函数、二元二次函数等，例如可以为：
t＝k1×u+k2×i，
其中t是工作时间，u是电源电压，k1是与电源电压相应的预定系数，i是电机工作电流，k2是与电源工作电流相应的预定系数。所述预定系数可以根据紧固件达到期望的紧固程度以及工作时间与第一参数的对应关系预先设定。
进一步地，所述第一参数与所述工作时间的对应关系呈负相关关系，例如可以是成反比的关系，也可是非线性的负相关关系，不同种类的第一参数与工作时间可以实施不同的对应关系曲线，例如分段式关系、线性关系等。
s’5，监测负载状态运行持续时间是否达到所述工作时间，例如在上述步骤中所确定的工作时间为n秒，则从当前时刻开始监测负载状态运行持续时间是否达到n秒，当达到n秒时执行步骤s’6，否则持续监测；
s’6，中断所述电动工具的扭矩输出，也即负载状态达到n秒时中断扭矩输出。扭矩可以以一种或多种不同方式被中断，包括但不限于中断到电机的功率、降低到电机的功率、有效制动电机或促动设置在电机和输出轴之间的机械离合器。在一个示例性实施例中，扭矩通过制动电机被中断，使得螺母拧紧至所需的扭矩范围。
根据本发明实施例提供的电动工具控制方法，通过获取电动工具的第二参数来判断电动工具是否处于负载状态，当其处于负载状态时，根据第一参数确定其工作时间，当负载状态持续时间达到确定的工作时间时，中断其扭矩输出，由此避免在电动工具处于空载状态下进行扭矩控制，由此来提高控制效率。
本发明第三实施例提供了一种电动工具控制装置，如图3所示，该装置包括：
第一获取单元31，用于获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数；
确定单元32，用于根据所述至少一种第一参数确定工作时间；
监控单元33，用于监测负载状态运行持续时间是否达到所述工作时间；
执行单元34，用于当所述负载状态运行持续时间达到所述工作时间时，中断所述电动工具的扭矩输出。
根据本发明实施例提供的电动工具控制装置，通过获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数，可以确定电动工具的供电情况，然后根据第一参数确定工作时间，并使电动工具按照该工作时间运转之后中断扭矩输出，本发明提供的方案可以在各种供电情况下设置相应的工作时间，使紧固件达到一致的紧固程度，由此来提高扭矩输出控制的精确性。
优选地，该装置还可以包括：
第二获取单元301，用于在所述第一获取单元启动之前，获取获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一个第二参数；
判断单元302，用于根据所述至少一个第二参数判断所述电动工具的输出轴是否处于负载状态；
启动单元303，用于当所述输出轴处于负载状态时，启动所述第一获取单元。
上述优选方案通过获取电动工具的第二参数来判断电动工具是否处于负载状态，当其处于负载状态时，根据第一参数确定其工作时间，当负载状态持续时间达到确定的工作时间时，中断其扭矩输出，由此避免在电动工具处于空载状态下进行扭矩控制，由此来提高控制效率。
优选地，所述判断单元302可以包括：
计算单元，用于计算所述至少一个第二参数的平均值；
判定单元，用于根据所述平均值判断所述输出轴是否处于负载状态。
上述优选方案利用第二参数的平均值来确定电动工具是否处于负载状态，由此来提高判定操作的准确性。
优选地，所述第一参数的种类数量为1种，所述确定单元32可以包括：
参数范围确定单元，确定所述至少一种第一参数所处的预设参数范围；
时间确定单元，用于确定所述至少一种第一参数所处的预设参数范围所对应的工作时间。
上述优选方案中的预设参数范围及其对应的工作时间划分出了多个档位，根据当前的工作电压即可确定电动工具的档位，在不同的档位下，使电动工具持续相应的工作时间，由此使电动工具适应多种工况，并使其在相同工况下输出的扭矩得到固定，由此达到定扭效果，提高电动工具的稳定性。
优选地，所述预设参数范围有多个，不同的预设参数范围对应的工作时间不相同。优选地，所述预设参数范围与所述工作时间的对应关系呈负相关关系。
优选地，所述第一参数的种类数量至少为2种，所述确定单元32包括：
预定系数确定单元，用于确定关于多种第一参数与工作时间的预设函数关系式；
时间计算单元，用于根据每种第一参数的值及相应的预设函数关系式计算工作时间。
本实施例中，优选利用所选的多种第一参数和相应的预定系数计算工作时间。
优选地，所述第一参数与所述工作时间的对应关系呈负相关关系。
优选地，所述第一参数包括电源的电压值、电池包电量、电源工作电流值、电机的工作电流，所述第二参数为电机的工作电流值。
本发明第四实施例提供了一种电动工具，如图4所示包括电机41以及输出轴42，所述电机41用于驱动所述输出轴42运动。该电动工具还包括：控制器43，用于根据上述实施例提供的方法控制所述输出轴42的扭矩输出。
本发明实施例提供的电动工具，通过处理器获取用于表示所述电动工具工作状态的至少一种第一参数，可以确定电动工具的供电情况，然后处理器根据第一参数确定工作时间，并使输出轴按照该工作时间运转之后中断扭矩输出，本发明提供的方案可以在各种供电情况下设置相应的工作时间，使紧固件达到一致的紧固程度，由此来提高扭矩输出控制的精确性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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