CN104816271B - 陀螺感应调向调速电动螺丝刀及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开陀螺感应调向调速电动螺丝刀，在传统数字型电动螺丝刀的基础上多集成了陀螺感应操控子模块。本发明通过在数字控制型电动螺丝刀上附加一个陀螺感应操控子模块，利用手腕等便于对电动螺丝刀扭转等动作操作的特点，用陀螺感应操控子模块感应扭转动作并输出感应信号，由数字微处理器分析处理后获扭转的角速度量ω(t)信息和角位移量θ(t)信息，将角速度量ω(t)或角位移量θ(t)的正/负值和绝对值大小来确定陀螺感应的调向命令和调速命令。陀螺感应调向命令和调速命令结合基本操作模块的调向命令形成电动螺丝刀最终的调向调速命令，并可实现基本调向操作模式、基本陀螺感应调向操作模式和高级陀螺感应调向模式共三种调向操作模式。

Description

陀螺感应调向调速电动螺丝刀及工作方法
技术领域
本发明涉及电动螺丝刀，尤其涉及陀螺感应调向调速电动螺丝刀，还涉及一种陀螺感应调向调速电动螺丝刀的工作方法。
背景技术
数字控制型电动螺丝刀功能强大，一般集成了调向/调速等功能，实用性和便捷性增强。陀螺仪是一种角速度传感器，其采样用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动原理来检测角运动。传统的数字控制型电动螺丝刀存在着操作繁琐的问题。
发明内容
本发明的目的是提供陀螺感应调向调速电动螺丝刀，解决基于现有技术的传统数字控制型电动螺丝刀存在的操作繁琐问题。
本发明所采用的技术方案是：陀螺感应调向调速电动螺丝刀，包括驱动控制器、减速制动机构、电机和刀头，驱动控制器包括操控模块、微处理器及外围电路和功率驱动电路，操控模块包括启动操控子模块、制动操控子模块、基本调向操控子模块和陀螺感应操控子模块。
所述螺丝刀设置陀螺感应调速命令和陀螺感应调向命令。
所述陀螺感应调速命令采用档位调速模式，分1档、2档、3档……N挡，对应电机设定转速n1 *、n2 *、n3 *……nN *，其中n1 *<n2 *<n3 *……<nN *；档位个数可调，当N为1时，为定档位模式即定速模式，当N为有限个数时为分档调速模式，当N为驱动控制器1可以实现的最大的转速控制分辨率时，为无级调速模式。
所述的档位调速模式又分角速度陀螺感应调速命令模式和角位移陀螺感应调速命令模式两种。
所述角速度陀螺感应调速命令模式时，电机转速n与角速度量ω(t)的关系满足公式n*＝kw|ω(t)|，设电机设定转速n1*、n2*、n3*……nN*，则对应角速度量绝对值为ω1、ω2、ω3……ωN，kw为转换系数，n*的确定也即档位确定又可以分三种模式，第一种角速度陀螺感应固定档位调速模式，设定1档对应的电机转速n1*对应的ω1值为阀值，当运行过程中某时刻ω(t)绝对值达到此值时，确定转速档为1档，电机转速为n1*直至此次运行结束；第二种角速度陀螺感应实时档位调速模式，在此次运行过程中，n*始终对应此刻ω(t)绝对值；第三种角速度陀螺感应增量档位调速模式，n*始终对应运行过程中出现的ω(t)绝对值的最大值ωmax。
所述角速度陀螺感应调速命令模式时，电机转速n与角位移量θ(t)的关系满足公式n*＝kθ|θ(t)|，设电机设定转速n1*、n2*、n3*……nN*对应角位移量绝对值为θ1、θ2、θ3……θN，kθ为转换系数，n*的确定也即档位确定又可以分三种模式，第一种角位移陀螺感应固定档位调速模式，设定1档对应的电机转速n1*对应的θ1值为阀值，当过程中某时刻θ(t)绝对值达到此值时，确定转速档为1档，电机转速为n1*直至此次运行结束；第二种角位移陀螺感应实时档位调速模式，在此次运行过程中，n*始终对应此刻θ(t)绝对值；第三种角位移陀螺感应增量档位调速模式，n*始终对应运行过程中出现的θ(t)绝对值的最大值θmax。
所述陀螺感应调向命令和陀螺感应调速命令结合原有的基本调向操控子模块的基本调向命令，实现电动螺丝刀最终的调向调速命令，最终调向调速命令可以有三种调向操作模式：基本调向操作模式、基本陀螺感应调向操作模式和高级陀螺感应调向模式；基本调向操作模式时，不启用陀螺感应操控子模块，由基本调向操控子模块输出的基本调向命令来控制电机输出方；基本陀螺感应调向操作模式时，不启用基本调向操控子模块，由陀螺感应操控子模块输出的调向命令来控制电机输出方向；高级陀螺感应调向模式时，基本调向操控子模块和由陀螺感应操控子模块联合控制电机输出方向，当陀螺感应操控子模块感应到螺丝刀是正向扭转时，如果基本调向操控子模块是正转命令信号，则电机正转输出，反之如果基本调向操控子模块是反转命令信号，则电机反转输出，当陀螺感应操控子模块感应到螺丝刀是反转扭转时，如果基本调向操控子模块是反转命令信号，则电机正转输出，反之如果基本调向操控子模块是反转命令信号，则电机正转输出。
本发明还公开一种陀螺感应调向调速电动螺丝刀工作方法，用陀螺感应操控子模块感应扭转动作并输出感应信号，由微处理器分析处理后获扭转的角速度量ω(t)信息和角位移量θ(t)信息，将角速度量ω(t)或角位移量θ(t)的正/负值和绝对值大小来确定陀螺感应的调向命令和调速命令；所述陀螺感应调向命令和调速命令结合原有的基本调向操控子模块的基本调向命令，实现电动螺丝刀最终的调向调速命令。
本发明与现有技术相比具有如下优点：通过在数字控制型电动螺丝刀上附加一个陀螺感应操控子模块。利用手腕等便于对电动螺丝刀扭转等动作操作的特点，用陀螺感应操控子模块感应扭转动作并输出感应信号，由数字微处理器分析处理后获扭转的角速度量ω(t)信息和角位移量θ(t)信息，将角速度量ω(t)或角位移量θ(t)的正/负值和绝对值大小来确定陀螺感应的调向命令和调速命令，操作简便，陀螺感应调向命令配合基本调向操控子模块的调向命令可以实现电动螺丝刀最终的调向命令，并可实现基本调向操作模式、基本陀螺感应调向操作模式和高级陀螺感应调向模式共三种调向操作模式。
本陀螺感应调向调速电动螺丝刀简化了调向调速操作，操作过程中可根据装配要求实时调整方向和转速，增强了操作便捷性和智能性，一机多用，除可以作为一般家庭或企业的标配工具外，尤其适用于汽车产业、航空宇航等领域精密复杂工件装配。对于一个需要安装不同种类的螺丝钉的复杂工件，各种螺丝钉对转速和转向都可能有不同要求，采用传统电动螺丝刀时须多种规格型号配合使用，而1把陀螺感应调向调速电动螺丝刀就满足所有要求，即节约了生产资料成本，还可以简化操作步骤，提高劳动生产效率。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的装配示意图；
图中，1、驱动控制器；2、减速制动机构；3、电机；4、刀头；11、操控模块；12、微处理器及外围电路；13、功率驱动电路；111、启动操控子模块；112、制动操控子模块；113、基本调向操控子模块；114、陀螺感应操控子模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1和图2，陀螺感应调向调速电动螺丝刀，包括驱动控制器1、减速制动机构2、电机3和刀头4，驱动控制器1包括操控模块11、微处理器及外围电路12和功率驱动电路13，操控模块11包括启动操控子模块111、制动操控子模块112、基本调向操控子模块113和陀螺感应操控子模块114。
驱动控制器1中的操控模块11向微处理器及外围电路12发送启动/待机命令信号、制动命令信号、基本调向命令信号和陀螺感应出的调向/调速命令信号。通过相应算法将陀螺感应调向/调速命令和基本操作模块结合起来，成为电动螺丝刀的最终调向调速命令。微处理器及外围电路12根据命令信号进行相应处理后输出驱动信号给功率驱动电路13，由功率驱动电路13控制电机按相应命令工作。减速制动机构3将电机输出动力降速后驱动刀头4工作，且在堵转时制动时通过机械或其他机构触发制动操控子模块112使之产生制动信号。
陀螺感应操控子模块114输出的电信号包含了电动螺丝刀扭转的角速度信息，微处理器及外围电路12检测分析此电信号获取扭转时的角速度量ω(t)，角速度量ω(t)代入公式1(即对时间的积分)，可以获得扭转时的角位移量θ(t)。本发明可以采用角速度量ω(t)或角位移量θ(t)用两种信号来设定多种类型的陀螺感应调向/调速命令。
陀螺感应调速命令采用档位调速模式，分1档、2档、3档……N挡，对应电机设定转速n1*、n2*、n3*……nN*，其中n1 *<n2 *<n3 *……<nN *。档位个数可调，当N为1时，为定档位模式即定速模式，当N为有限个数时为分档调速模式，当N为驱动控制器1可以实现的最大的转速控制分辨率时，为无级调速模式。档位调速模式又分角速度陀螺感应调速命令模式和角位移陀螺感应调速命令模式两种。
采用角速度量ω(t)信号进行分析处理可以实现角速度陀螺感应调速命令模式，电机转速n与角速度量ω(t)的关系满足公式2，设电机设定转速n1*、n2*、n3*……nN*，则对应角速度量绝对值为ω1、ω2、ω3……ωN，kw为转换系数。n*的确定也即档位确定又可以分三种模式。第一种角速度陀螺感应固定档位调速模式，设定1档对应的电机转速n1*对应的ω1值为阀值，当运行某时刻ω(t)绝对值达到此值时，确定转速档为1档，电机转速为n1*直至此次运行结束；第二种角速度陀螺实时档感应位调速模式，在此次运行过程中，n*始终对应此刻ω(t)绝对值；第三种角速度陀螺感应增量档位调速模式，n*始终对应运行过程中出现的ω(t)绝对值的最大值ωmax。
采用角位移量θ(t)信息进行分析处理可以实现角速度陀螺感应调速命令模式，电机转速n与角位移量θ(t)的关系满足公式3，设电机设定转速n1*、n2*、n3*……nN*对应角位移量绝对值为θ1、θ2、θ3……θN，kθ为转换系数。n*的确定也即档位确定又可以分三种模式。第一种角位移陀螺感应固定档位调速模式，设定1档对应的电机转速n1*对应的θ1值为阀值，当某时刻θ(t)绝对值达到此值时，确定转速档为1档，电机转速为n1*直至此次运行结束；第二种角位移陀螺感应实时档位调速模式，在此次运行过程中，n*始终对应此刻θ(t)绝对值；第三种角位移陀螺感应增量档位调速模式，n*始终对应运行过程中出现的θ(t)绝对值的最大值θmax。
陀螺感应调向命令可采用角速度量ω(t)的正/负值或角位移量θ(t)的正/负值来确定陀螺感应调向命令的正转/反转命令。
确定陀螺感应调向命令和陀螺感应调速命令后，再结合原有的基本调向操控子模块113的基本调向命令，形成电动螺丝刀最终的调向调速命令，最终的调向命令又可以分三种调向操作模式：基本调向操作模式、基本陀螺感应调向操作模式和高级陀螺感应调向模式。表1所示为具体调向操作模式说明。
表1调向控制说明表
基本调向操作模式时，不启用陀螺感应操控子模块114，由基本调向操控子模块113输出的基本调向命令来控制电机输出方向。
基本陀螺感应调向操作模式时，不启用基本调向操控子模块113，由陀螺感应操控子模块114输出的调向命令来控制电机输出方向。
高级陀螺感应调向模式时，基本调向操控子模块113和由陀螺感应操控子模块114联合控制电机输出方向。当陀螺感应操控子模块114感应到螺丝刀是正向扭转时，如果基本调向操控子模块113是正转命令信号，则电机正转输出；反之如果基本调向操控子模块113是反转命令信号，则电机反转输出。当陀螺感应操控子模块114感应到螺丝刀是反转扭转时，如果基本调向操控子模块113是反转命令信号，则电机正转输出；反之如果基本调向操控子模块113是反转命令信号，则电机正转输出。也就是说在用户正向扭转或反向扭转时可以通过基本调向操控子模块113来决定电机的最终输出转向，适应不同用户的操作习惯。
用户扭转电动螺丝刀时，微处理器及外围电路12检测陀螺感应操控子模块114感应的电信号，分析处理后获取扭转时的角速量ω(t)和角位移量θ(t)，以此来设定陀螺感应调向/调速命令信号。
图2中，以电动螺丝刀的动力输出轴为轴，在径向上的顺时针扭转定义为正转，反之，在径向上的逆时针扭转定义为反转。
本发明通过在数字控制型电动螺丝刀上附加一个陀螺感应操控子模块114。利用手腕等便于对电动螺丝刀扭转等动作操作的特点，用陀螺感应操控子模块感应扭转动作并输出感应信号，由数字微处理器分析处理后获扭转的角速度量ω(t)信息和角位移量θ(t)信息，将角速度量ω(t)或角位移量θ(t)的正/负值和绝对值大小来确定陀螺感应的调向命令和调速命令，操作简便。所述陀螺感应调向命令和调速命令结合原有的基本调向操控子模块的基本调向命令，可以实现电动螺丝刀最终的调向调速命令，最终调向调速命令有三种调向操作模式：基本调向操作模式、基本陀螺感应调向操作模式和高级陀螺感应调向模式。
最后所应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.陀螺感应调向调速电动螺丝刀，其特征在于，包括驱动控制器(1)、减速制动机构(2)、电机(3)和刀头(4)，驱动控制器(1)包括操控模块(11)、微处理器及外围电路(12)和功率驱动电路(13)，操控模块(11)包括启动操控子模块(111)、制动操控子模块(112)、基本调向操控子模块(113)和陀螺感应操控子模块(114)；
所述螺丝刀设置陀螺感应调速命令和陀螺感应调向命令；
所述陀螺感应调速命令采用档位调速模式，分1档、2档、3档……N挡，对应电机设定转速n1 *、n2 *、n3 *……nN *，其中n1 *<n2 *<n3 *……<nN *，档位个数可调，当N为1时，为定档位模式即定速模式，当N为有限个数时为分档调速模式，当N为驱动控制器(1)可以实现的最大的转速控制分辨率时，为无级调速模式；
所述的档位调速模式又分角速度陀螺感应调速命令模式和角位移陀螺感应调速命令模式两种；
所述角速度陀螺感应调速命令模式时，电机转速n与角速度量ω(t)的关系满足公式n＝kw︱ω(t)︱，设电机设定转速n1*、n2*、n3*……nN*，则对应角速度量绝对值为ω1、ω2、ω3……ωN，kw为转换系数，n*的确定也即档位确定分三种模式，第一种角速度陀螺感应固定档位调速模式，设定1档对应的电机转速n1*对应的ω1值为阀值，当运行过程中某时刻ω(t)绝对值达到此值时，确定转速档为1档，电机转速为n1*直至此次运行结束；第二种角速度陀螺感应实时档位调速模式，在此次运行过程中，n*始终对应此刻ω(t)绝对值；第三种角速度陀螺感应增量档位调速模式，n*始终对应运行过程中出现的ω(t)绝对值的最大值ωmax。
2.根据权利要求1所述的陀螺感应调向调速电动螺丝刀，其特征在于，所述陀螺感应调向命令和陀螺感应调速命令结合原有的基本调向操控子模块(113)的基本调向命令，实现电动螺丝刀最终的调向调速命令，最终调向调速命令有三种调向操作模式：基本调向操作模式、基本陀螺感应调向操作模式和高级陀螺感应调向模式，基本调向操作模式时，不启用陀螺感应操控子模块(114)，由基本调向操控子模块(113)输出的基本调向命令来控制电机输出方向；基本陀螺感应调向操作模式时，不启用基本调向操控子模块(113)，由陀螺感应操控子模块(114)输出的调向命令来控制电机输出方向；高级陀螺感应调向模式时，基本调向操控子模块(113)和由陀螺感应操控子模块(114)联合控制电机输出方向，当陀螺感应操控子模块(114)感应到螺丝刀是正向扭转时，如果基本调向操控子模块(113)是正转命令信号，则电机正转输出，反之如果基本调向操控子模块(113)是反转命令信号，则电机反转输出，当陀螺感应操控子模块(114)感应到螺丝刀是反转扭转时，如果基本调向操控子模块(113)是反转命令信号，则电机正转输出。
3.陀螺感应调向调速电动螺丝刀工作方法，其特征在于，用陀螺感应操控子模块(114)感应扭转动作并输出感应信号，由微处理器分析处理后获扭转的角速度量ω(t)信息和角位移量θ(t)信息，将角速度量ω(t)或角位移量θ(t)的正/负值和绝对值大小来确定陀螺感应的调向命令和调速命令；所述陀螺感应调向命令和调速命令结合原有的基本调向操控子模块的基本调向命令，实现电动螺丝刀最终的调向调速命令。
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Denomination of invention: Gyroscopic induction directional speed regulation electric screwdriver and its working method

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Pledgee: Haining rural commercial bank Limited by Share Ltd. Zhejiang branch

Pledgor: Haining Qianjiang Xingye Investment Development Co.,Ltd.

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