动力工具及用于动力工具的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种动力工具，包括壳体、电机、输出杆、旋转机构、检测单元及控制单元，电机收容于所述壳体；输出杆用于驱动工作头；旋转机构可用于将电机的旋转输出传递至输出杆作往复运动；检测单元用于检测所述输出杆作往复运动的位置信息，或所述旋转机构转动的位置信息；控制单元，分别与所述检测单元及所述电机连接，用于基于所述检测单元检测到的位置信息，获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域，并控制所述电机的转速和开始停机时间，以使所述输出杆停留在预设安全区域，从而提高了动力工具使用的安全性及可靠性。还提供一种用于动力工具的控制方法。
【专利说明】
动力工具及用于动力工具的控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种动力工具及用于动力工具的控制方法。
【背景技术】
[0002]常用的动力工具大致分为两种，一种输出端输出旋转运动的动力工具，如电钻、螺丝批等；一种输出端输出直线往复运动的动力工具，如往复锯、曲线锯等。
[0003]现有的动力工具通常只能使输出端输出一种运动，如电钻仅能输出旋转运动；往复锯仅能输出往复运动；但是，操作者在完成某项工作，如装修房屋时，往往需要用到多种不同的动力工具，为此，出现了双模式的动力工具，即输出杆既可输出旋转运动，又可输出往复运动。
[0004]但是，输出杆在做往复运动停机时，可能停在任何一个位置，通常，在动力工具中会有非安全区、过渡区及安全区三个区域，当输出杆停留在非安全区或过渡区的位置，可能会引起人机的安全问题。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对动力工具停机后，输出杆停留位置不确定，可能会引起人机安全的问题，提供一种可控制输出杆停留在预设位置的动力工具及用于动力工具的控制方法。
[0006]一种动力工具，包括:
[0007]壳体；
[0008]电机，收容于所述壳体；
[0009]输出杆，用于驱动工作头；
[0010]旋转机构，可用于将所述电机的旋转输出传递至所述输出杆作往复运动；
[0011]所述动力工具还包括:
[0012]检测单元，用于检测所述输出杆作往复运动的位置信息，或所述旋转机构转动的位置信息；
[0013]控制单元，分别与所述检测单元及所述电机连接，用于基于所述检测单元检测到的位置信息，获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域，并控制所述电机的转速和开始停机时间，以使所述输出杆停留在预设安全区域。
[0014]在其中一实施例中，所述控制单元还用于在控制电机停机的过程，当所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，所述控制单元在此第一预设速度值下控制所述电机的停机时机。
[0015]在其中一实施例中，所述控制单元还用于对所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度连续采样，并控制所述电机的转速，使所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度在预设时间内先下降至第二预设速度值，然后下降至第一预设速度值，当所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，所述控制单元控制所述电机停机，以使所述输出杆停留在预设安全区域；
[0016]其中，所述第二预设速度值大于所述第一预设速度值。
[0017]在其中一实施例中，所述检测单元包括第一传感器，以及与所述第一传感器配合用于感应所述输出杆位于不同位置的第一触发件，所述第一传感器为两个，两个所述第一传感器分别设于所述壳体的第一检测位置及第二检测位置，所述第一触发件沿轴向设置于所述输出杆；
[0018]其中，当所述输出杆作往复运动时，两个所述第一触发件分别对应所述第一传感器，所述控制单元根据所述第一传感器与所述第一触发件的配合感应，获取所述输出杆作往复运动的位置信息，进而获取所述输出杆作往复运动的速度，并获取所述输出杆的运动方向和所处的位置区域。
[0019]在其中一实施例中，所述检测单元包括第二传感器及与所述第二传感器配合感应的第二触发件，所述第二传感器为两个，两个所述第二传感器分别设于所述壳体的第三检测位置及第四检测位置，所述第二触发件沿周向设置于所述旋转机构；
[0020]其中，当所述旋转机构转动时，所述控制单元根据所述第二传感器与所述第二触发件的配合感应，获取所述旋转机构的转动方向、转动速度及不同转向位置，进而获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域。
[0021]在其中一实施例中，所述控制单元包括处理器及驱动控制电路，所述处理器根据所述检测单元检测到的位置信息和/或速度信息的状态参数发送对应的控制信号，所述驱动控制电路用于根据所述输出杆位于不同的运动方向、速度和不同位置区域，控制所述电机的转速与开始停机时机，以使所述输出杆停留在所述预设安全区域。
[0022]在其中一实施例中，所述处理器内存储有所述输出杆作往复运动的预设速度值，所述处理器还用于根据检测到的所述输出杆作往复运动的采样值与所述预设速度值作比较运算控制所述电机转速和开始停机时机。
[0023]在其中一实施例中，所述驱动控制电路用于输出脉宽调制信号以调节电机的转速。
[0024]一种用于动力工具的控制方法，包括以下步骤:
[0025]检测输出杆的位置信息或旋转机构的转向位置信息；
[0026]根据检测到的位置信息，获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域；
[0027]根据输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及输出杆所处的位置区域，控制电机的转速和开始停机时机，以使输出杆停在预设安全区域。
[0028]在其中一实施例中，所述根据输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及输出杆所处的位置区域，控制电机的转速和开始停机时机，以使输出杆停在预设安全区域具体包括以下步骤:
[0029]控制电机转速，使输出杆作往复运动的速度或旋转机构的转动的速度在预设时间内先下降至第二预设速度值，然后下降至第一预设速度值；
[0030]当输出杆作往复运动的速度或旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，控制电机停机，以使输出杆停留在预设安全区域。
[0031]上述动力工具及用于动力工具的控制方法通过检测单元检测出输出杆的位置信息，处理器通过输出杆的位置信息，计算出输出杆作往复运动的速度，在输出杆的往复速度达到预设速度时，根据输出杆的速度及所处位置区域，通过驱动控制电路调节电机的占空比，控制电机的转速和开始停机时机，从而将输出杆停在预设的位置区域，提高了动力工具使用的安全性及可靠性。
【附图说明】
[0032]图1为本较佳实施方式的动力工具的结构示意图；
[0033]图2为另一实施方式的动力工具结构示意图；
[0034]图3为本较佳实施方式的动力工具控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]如图1所不，本发明的动力工具10包括壳体(图未不)、收容于壳体的电机(图未示)、用于驱动工作头的输出杆12、用于驱动输出杆12作往复运动或旋转的旋转机构14以及检测单元(图未示)、控制单元(图未示)。
[0039]旋转机构14可将电机的旋转输出传递至输出杆12，使该输出杆12作往复运动或旋转运动。检测单元用于检测输出杆12作往复运动的位置信息或该旋转机构14转动的位置信息，控制单元分别与检测单元及电机连接，用于基于该检测单元检测到的位置信息，获取该输出杆12作往复运动的运动方向、速度，以及输出杆12所处的位置区域，并控制并调节该电机的转速和开始停机时间，以使电机停止转动时该输出杆12停留在预设安全区域。
[0040]动力工具10中包括安全区域、过渡区域及非安全区域，当输出杆12作往复运动停机时，可能停在任何一个位置，如果输出杆12停在非安全区域或安全区域，则可能会导致人机的安全问题。检测单元检测输出杆12作往复运动的位置信息，或旋转机构14的转动地位置信息，控制单元通过检测单元检测到的位置信息，获取输出杆12作往复运动的运动方向、速度，及输出杆12所处的位置区域，从而控制电机的转速和开始停机时间，进而使输出杆12停留在安全区域。如此，可控制的使输出杆12停留在安全区域，提高了动力工具10使用的安全性及可靠性。
[0041]需要说明的是，本发明中的预设安全区域是指，在动力工具中，输出杆12作往复运动，最终停留的位置区域，不会影响人机的安全性的区域。
[0042]在其中一个实施例中，控制单元还用于在控制电机停机的过程，当输出杆作往复运动的速度或旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，控制单元在此第一预设速度值下控制电机的停机时机，使输出杆最终停留下上述安全区域。
[0043]请参阅图3，在另一个实施例中，控制单元还用于对该输出杆12作往复运动的速度或该旋转机构14转动的速度的连续采样，并控制电机的转速，使该输出杆12作往复运动的速度或该旋转机构14转动的速度在预设时间内先下降至第二预设速度值，最后再下降至第一预设速度值，当该控制单元获取该输出杆12作往复运动的速度或旋转机构14转动地速度下降至第一预设速度值，控制单元控制电机停机，以使输出杆12停留在预设的安全区域。
[0044]具体地，控制单元包括处理器(图未示)及驱动控制电路(图未示)，处理器根据检测单元检测到的速度信息和/或位置信息的状态参数发送对应的控制信号，该驱动电路用于根据输出杆12位于不同的运动方向、速度和不同位置区域，控制该电机的转速与开始停机时机，以使该输出杆12停留在安全区域。以下对该动力工具10的往复运动时的停机过程加以描述。
[0045]操作人员启动停机，检测单元检测输出杆12作往复运动的运动方向、速度及所处的位置区域；然后处理单元根据检测单元检测到的位置信息、运动方向及速度信息，控制电机的转速，将输出杆12作往复运动的速度在预设时间内先调节至第二预设速度值，再调节至第一预设速度值；当输出杆12作往复运动的速度或旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，控制电机停机，输出杆12由于机械结构之间的阻尼的作用，最终停留在安全区域。
[0046]需要说明的是，本发明中的多个预设速度值，是指输出杆12在往复运动中，速度在一定时间内分级下降的速度值。在本实施例中，包括第一预设速度值及第二预设速度值，其中第一预设速度值小于第二预设速度值。
[0047]可以理解，预设速度值的数量在此不作限定，能实现可控的调节输出杆12作往复运动的速度的目的，且使输出杆12在电机停机时，停留在安全区域的目的即可。
[0048]更具体地，该处理器内存储有该输出杆12作往复运动的分级的预设速度值，该处理器还用于根据检测到的该输出杆12作往复运动的采样值与分级的预设速度值作比较，判断输出杆12作往复运动的速度是否达到分级的预设速度值，并控制该电机的转速及是否停机。下面以具体实施例对控制单元的工作过程进行说明，例如，动力工具10正常工作的速度500厘米/秒，第二预设速度值为300厘米/秒，第一预设速度值为100厘米/秒，启动停机开关时，对输出杆12作往复运动的速度采样，并与预设速度值作比较，当输出杆12作往复运动的速度大于第二预设速度值，控制调节电机转速，使输出杆12作往复运动的速度下降；例如，不断对输出杆12作往复运动的速度采样，当输出杆12作往复运动的速度为500厘米/秒，则控制单元控制电机转速，使输出杆12作往复运动的速度在预设时间内从500厘米/秒降至300厘米/秒；同理，继续采样，并将采样值与预设速度值比较运算，当输出杆12作往复运动的速度降至100厘米/秒时，则处理器根据检测单元检测的位置信息、运行方向和速度信息，控制电机的停机，从而使输出杆12停留在预设的安全区域。
[0049]需要指出，处理器可采用MCU、PLC或CPU等，在本实施例中，处理器为微电脑控制系统(MCU)，本领域技术人员容易想到的是，MCU通常包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、数字/模拟转换单元、计时器、输入/输出端口等，由于这些单元或功能模块的工作原理都为本领域的普通技术人员所熟识，故不再赘述其具体结构及原理。
[0050]在本较佳实施例中，该驱动控制电路用于输出脉宽调制信号以调节电机的转速。处理器将检测单元检测到的速度信息和/或位置信息的状态参数转换为数字信号，并进行处理而生成相应的控制信号。本实施例中的控制信号为脉宽调制(PWM，Pulse WidthModulat1n)信号，用于控制施加到电机上的电压。驱动控制电路由电阻、功率开关驱动器组成。其中，功率开关驱动器有若干三级管组成，用于调节控制信号的占空比，也就是说，功率开关驱动器根据接受到的PffM信号，来降低单个周期内控制信号的持续输出时间，从而通过功率开关元件来控制电机的运转速度。需要指出，功率开关元件可以为半导体开关，在本实施例中为金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)。
[0051]请一并阅图1，检测单元包括两个第一传感器(图未示)，以及与该第一传感器配合用于感应该输出杆12位于不同位置区域的第一触发件162。本实施例中，该两个第一传感器分别设于壳体的第一检测位置(图未示)及第二检测位置(图未示)，第一触发件162沿轴向设置于该输出杆12。输出杆12作往复运动，两个第一触发件162分别与第一检测位置及第二检测位置上的第一传感器感应，从而检测出输出杆12所处的位置区域。控制单元通过预设时间内输出杆12作往复运动的距离，从而获取输出杆12作往复运动的速度，并根据感应两个第一传感器的次序，判断出输出杆12的运动方向。
[0052]需要指出，由于旋转机构14用于驱动输出杆12作往复运动，将电机的旋转运动转化为输出杆12的往复运动，故旋转机构14的旋转与输出杆12的往复运动存在对应的关系。如图2所示，在另一实施例中，检测单元包括两个第二传感器(图未示)及与第二传感器配合用于感应该旋转机构14不同转向位置的第二触发件182，两个第二传感器分别设于壳体的第三检测位置(图未示)及第四检测位置(图未示)，该第二触发件182沿周向设置于该旋转机构14。当旋转机构14转动时，控制单元根据第二传感器与第二触发件182的配合感应，获取该旋转机构14的转动速度及不同转向位置，从而根据旋转机构14与输出杆12存在对应的关系，获取该输出杆12作往复运动的速度，以及输出杆12所处的位置区域。
[0053]下面以具体实施例对检测单元具体的工作过程进行说明，例如，第一检测位置及第二检测位置是沿输出杆12轴向设置的两个检测位置，第一检测位置与第二检测位置上分别设有两个第一传感器。输出杆12 —次完整的往复运动包括伸出和回缩两个方向的运动，第一检测位置与第二检测位置沿轴向朝伸出方向依次设置，远离旋转机构的第一传感器与第一检测位置对应，靠近旋转机构的第一传感器与第二检测位置对应。
[0054]当输出杆12朝伸出方向运动时，第一检测位置、第二检测位置的第一传感器均未被感应，则可判断输出杆12位于安全区域，输出杆12继续运动，第一检测位置的第一传感器被感应，第二检测位置的第一传感器未被感应，则判断输出杆12位于过渡区域，输出杆12继续运动，第二检测位置的第一传感器被感应，则判断输出杆12位于非安全区域。同理，第二检测位置的第一传感器首先被感应，则说明输出杆12朝回收方向运动，第二检测位置的第一传感器被感应后，第一检测位置的第一传感器未被感应，判断输出杆12位于过渡区域，输出杆12继续运动，当第一检测位置的第一传感器被感应，则判断输出杆12位于安全区域。
[0055]其中，第一检测位置与第二检测位置之间的距离为S1，两个第一触发件162之间的距离为S2，当第一检测位置的第一传感器被感应时，控制单元开始计时，当第二检测位置的第二传感器被感应时，停止计时，时间为T，则输出杆12的速度为V = (SfS2) /T。同理，输出杆12沿回收的方向运动，也可计算出输出杆12运动的速度。
[0056]可以理解，在其他实施例中，也可设定SJS2为输出杆12作往复运动单向的行程，则在指定时间内，作了十次往复运动，例如，20秒内，输出杆12作了 5次往复运动，则输出杆共产生了 10 (SJS2)，则输出杆12作往复运动的速度为V = 1(SAS2)Z^O= (S^S2)/2 ο
[0057]在另一个实施例中，旋转机构14与输出杆12存在对应的关系，可通过第三检测位置及第四检测位置上的第二传感器分别与沿旋转机构周向设置的两个第二触发件182的感应而检测旋转机构14的转动方向、转动速度及不同的转向位置，从而通过对应关系的换算得出输出杆12作往复运动的运动方向、速度，以及输出杆12所处的位置区域。
[0058]具体地，旋转机构14通过涡轮蜗杆结构与电机的配合，以及偏心结构驱动输出杆12作往复运动，通过涡轮蜗杆与输出杆12之间的对应关系来计算出输出杆12作往复运动的速度、运动方向及位置区域等，例如，涡轮蜗杆结构与电机的传动比为K，通过测量电机的输出轴的转速V1，计算出蜗杆的转速KV1,从而得出输出杆12作往复运动的速度，蜗杆转动I圈，则输出杆完成一次完整的往复运动，半圈则为单向的运动，再则根据第三检测位置及第四检测位置上的第二传感器分别与沿旋转机构14周向设置的两个第二触发件182的感应而检测旋转机构14的转动位置，从而对应判断输出杆12所处在的位置区域。
[0059]可以理解，旋转机构14与输出杆12的具体对应关系，可根据旋转机构14与输出杆12的配合结构而定，在此不作限定，例如，旋转机构14转动相应的圈数与输出杆12完成一次往复运动相对应，根据旋转机构14转动地圈数判断输出杆12位于的位置全区域。
[0060]可以理解，第一传感器与第二传感器均为非接触类传感器，例如，磁电传感器、光电传感器、电感传感器等，在此不作限定。第一触发件162与第二触发件182根据传感器的类型不同而不同，例如可以为凸点、挡板或磁钢等。
[0061]可以理解，传感器的个数及检测位置设定根据具体传感器的类型而定，例如，一个线性传感器即可完成上述状态参数的测量。
[0062]本发明通过设置在壳体上的传感器及设于输出杆12或旋转机构14的触发件之间的感应，检测出输出杆12的位置信息，处理器通过输出杆12的位置信息，计算出输出杆12作往复运动的速度，在输出杆12的往复速度达到预设速度时，根据输出杆12的速度及所处位置区域，通过驱动控制电路调节电机的占空比，控制电机的转速，从而将输出杆12停在预设的位置区域，提高了动力工具10的动力工具10使用的安全性及可靠性。
[0063]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本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。
【主权项】
1.一种动力工具，包括: 壳体； 电机，收容于所述壳体； 输出杆，用于驱动工作头； 旋转机构，可用于将所述电机的旋转输出传递至所述输出杆作往复运动； 其特征在于，所述动力工具还包括: 检测单元，用于检测所述输出杆作往复运动的位置信息，或所述旋转机构转动的位置信息； 控制单元，分别与所述检测单元及所述电机连接，用于基于所述检测单元检测到的位置信息，获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域，并控制所述电机的转速和开始停机时间，以使所述输出杆停留在预设安全区域。2.根据权利要求1所述的动力工具，其特征在于，所述控制单元还用于在控制电机停机的过程，当所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，所述控制单元在此第一预设速度值下控制所述电机的停机时机。3.根据权利要求2所述的动力工具，其特征在于，所述控制单元还用于对所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度连续采样，并控制所述电机的转速，使所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度在预设时间内先下降至第二预设速度值，然后下降至第一预设速度值，当所述输出杆作往复运动的速度或所述旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，所述控制单元控制所述电机停机，以使所述输出杆停留在预设安全区域； 其中，所述第二预设速度值大于所述第一预设速度值。4.根据权利要求3所述的动力工具，其特征在于，所述检测单元包括第一传感器，以及与所述第一传感器配合用于感应所述输出杆位于不同位置的第一触发件，所述第一传感器为两个，两个所述第一传感器分别设于所述壳体的第一检测位置及第二检测位置，所述第一触发件沿轴向设置于所述输出杆； 其中，当所述输出杆作往复运动时，两个所述第一触发件分别对应所述第一传感器，所述控制单元根据所述第一传感器与所述第一触发件的配合感应，获取所述输出杆作往复运动的位置信息，进而获取所述输出杆作往复运动的速度，并获取所述输出杆的运动方向和所处的位置区域。5.根据权利要求3所述的动力工具，其特征在于，所述检测单元包括第二传感器及与所述第二传感器配合感应的第二触发件，所述第二传感器为两个，两个所述第二传感器分别设于所述壳体的第三检测位置及第四检测位置，所述第二触发件沿周向设置于所述旋转机构； 其中，当所述旋转机构转动时，所述控制单元根据所述第二传感器与所述第二触发件的配合感应，获取所述旋转机构的转动方向、转动速度及不同转向位置，进而获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域。6.根据权利要求1-5任意一项所述的动力工具，其特征在于，所述控制单元包括处理器及驱动控制电路，所述处理器根据所述检测单元检测到的位置信息和/或速度信息的状态参数发送对应的控制信号，所述驱动控制电路用于根据所述输出杆位于不同的运动方向、速度和不同位置区域，控制所述电机的转速与开始停机时机，以使所述输出杆停留在所述预设安全区域。7.根据权利要求6所述的动力工具，其特征在于，所述处理器内存储有所述输出杆作往复运动的预设速度值，所述处理器还用于根据检测到的所述输出杆作往复运动的采样值与所述预设速度值作比较运算控制所述电机转速和开始停机时机。8.根据权利要求7所述的动力工具，其特征在于，所述驱动控制电路用于输出脉宽调制信号以调节电机的转速。9.一种用于动力工具的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 检测输出杆的位置信息或旋转机构的转向位置信息； 根据检测到的位置信息，获取所述输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及所述输出杆所处的位置区域； 根据输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及输出杆所处的位置区域，控制电机的转速和开始停机时机，以使输出杆停在预设安全区域。10.根据权利要求9所述的用于动力工具控制方法，其特征在于，所述根据输出杆作往复运动的运动方向、速度，以及输出杆所处的位置区域，控制电机的转速和开始停机时机，以使输出杆停在预设安全区域具体包括以下步骤: 控制电机转速，使输出杆作往复运动的速度或旋转机构的转动的速度在预设时间内先下降至第二预设速度值，然后下降至第一预设速度值； 当输出杆作往复运动的速度或旋转机构转动的速度下降至第一预设速度值，控制电机停机，以使输出杆停留在预设安全区域。
【文档编号】B25F5/00GK105983945SQ201510043731
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】黄文进, 顾育明
【申请人】苏州宝时得电动工具有限公司