CN107407925A - 可转换智能动力工具 - Google Patents

Abstract

可以在第一和第二配置中操作的可转换动力工具。可转换动力工具包括基底单元，所述基底单元被配置为在一时间接收第一模块或第二模块。不同的模块提供不同级别的工具功能。第一模块包括一个或多个组件来提供第一级别的功能。第二模块包括第一或多个组件来提供高级的第二级别的功能。基底单元和第一和第二模块中的每个包括接口来提供物理接合以及动力/数据接合。在使用中，第一和第二模块中的一个连接至基底单元来提供理想的功能与工具合并。工具还可以通过移除附接的模块和替换其他模块来转换从而提供不同的功能级别。

Description

可转换智能动力工具

本申请要求2014年12月15日提交的第62/092047号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入。

技术领域

本申请涉及具有基底单元的动力工具，所述基底单元可以接收提供不同级别功能的不同附件模块。

背景技术

可以在不同环境和不同工作情况中转换使用的动力工具具有很多优点。一个优点在于这种类型的工具更具成本效益。工具可以在每种情况中转换和使用，因此避免使用者必须购买单独的工具来处理不同情况。此外，当工具在使用时，例如在装配线上使用，相比于在第一和第二工具之间切换，其可以针对不同的使用更快速地转换工具。

转换单一工具可以允许工具保持在工作区域内的附接，例如在工具集内或者保持附接至机器人装置。相反地，分离第一工具，将其从工作区域移除，并在工作区域附接第二工具是一个很长的过程。工具还可以位于操作者物理上难达到的位置。与移除和替换工具相比，转换单一工具相对简单。

发明内容

本发明涉及一种可转换工具系统，所述可转换工具系统包括共用基底单元和多个不同的互换附件。每个附件包括不同的组件并给基底单元提供不同的操作能力。可转换涉及提供组件的互换性来适应使用者的需求。

一个实施例涉及一种能够被转换为在第一配置和第二配置中的一个使用的工具。工具包括基底单元，无伺服模块(servo-free module)和伺服放大器模块。基底单元从远程源接收动力和数据通信。基底单元包括电机，由电机驱动的输出驱动器和具有安装平台的外壳，并且所述外壳围绕电机和输出驱动器延伸。无伺服模块包括第一连接器接口以及围绕第一连接器接口延伸的第一外壳，并且所述第一外壳包括第一安装器。无伺服模块并不包括伺服放大器。伺服放大器模块包括伺服放大器，处理电路，第二连接器接口以及围绕伺服放大器，处理电路和第二连接器接口延伸的第二外壳。第二外壳包括第二安装器。基底单元的安装平台被配置为在一时间可移除地连接至无伺服模块或伺服放大器模块。第一配置包括无伺服模块，所述无伺服模块在物理上和在电力上可移除地连接至基底单元，并且在基底单元从远程源接收的动力和数据通信通过无伺服模块。第二配置包括伺服放大器模块，所述伺服放大器模块在物理上和在电力上可移除地连接至基底单元，并且在基底单元从远程源接收的动力和数据通信通过伺服放大器模块。

工具还可以包括位于安装平台的基底端口，位于第一安装器的第一端口和位于第二安装器的第二端口。第一配置包括与基底单元的基底端口物理地和电力地接合的第一端口，并且第二配置包括与基底单元的基底端口物理地和电力地接合的第二端口。

工具可以包括所述基底单元进一步包括转矩转换器和齿轮单元。

工具可以包括每个无伺服模块和伺服模块包括显示屏。

工具可以包括基底单元的电机被配置为根据从远程伺服放大器接收的信号是可调节的。

工具可以包括所述伺服放大器包括模拟-数字转换器。

另一实施例涉及工具的操作方法。方法包括：将无伺服模块电力地和物理地附接至基底单元，无伺服模块位于基底单元上的安装位置，并且无伺服模块不包括伺服放大器；当来自远程源的动力和数据通过无伺服模块至基底单元时在第一配置中操作工具；将无伺服模块从基底单元移除；将伺服模块电力地和物理地附接至基底单元上的安装位置，在先前附接有无伺服模块的安装位置附接有包括伺服放大器的伺服模块；当来自远程源的动力和数据通过伺服模块至基底单元时在第二配置中操作工具；以及当在第二配置中操作工具时监控基底单元内的电机和伺服单元内的伺服放大器。

方法进一步包括当工具处于第一配置中时将基底单元上的基底端口与第一端口接合；以及当工具处于第二配置中时将基底单元上的基底端口与伺服模块上的第二端口接合。

方法进一步包括执行在伺服放大器的电机信号的模拟-数字转换。

方法进一步包括将伺服模块附接至下游工具以及通过伺服模块将动力和数据信息传输至下游工具。

方法进一步包括在第一配置中将无伺服模块接触抵靠基底单元的外壳；以及在第二配置中将伺服模块的第二外壳接触抵靠基底单元的外壳。

方法包括通过将无伺服模块和伺服模块从基底单元上分离来停用基底单元。

方法包括在第一配置中将动力和数据线附接至无伺服模块；以及在第二配置中将动力和数据线附接至伺服模块。

方法包括将第二模块附接至基底单元以及将伺服放大器定位在基底单元外壳的外部上的伺服放大器。

一个实施例涉及包括基底单元的可转换工具系统，所述基底单元具有电机，齿轮，输出驱动器和插座。系统还包括第一附件，所述第一附件被配置为接合至在基底单元的插座。第一附件包括连接器接口和显示器。系统还包括第二附件，所述第二附件被配置为接合至在基底单元的插座。第二附件包括处理电路，伺服放大器，转换器，连接器接口和显示器。基底单元上的插座被配置为在某时间只接收第一和第二附件中的一个。

插座可以包括单一安装位置，其被配置为接收第一和第二附件中的一个。

插座可以包括多个安装位置，每个安装位置被配置为接收第一和第二附件中的至少一个。

另一实施例涉及一种可转换工具系统并且包括基底单元包括电机和插座。系统还包括第一附件，所述第一附件被配置为附接至基底单元的插座。第一附件包括用于发送和接收来自电机和显示器的信号的连接器接口。系统还包括第二附件，所述第二附件被配置为附接至基底单元的插座。第二附件包括处理电路和伺服放大器以及电机，伺服放大器被配置为发送和接收信号，和控制电机的操作。插座被配置为在某时间仅接收第一和第二附件中的一个。

另一实施例涉及可转换工具系统的使用方法。方法包括：将第一附件附接至基底单元，第一附件包括显示器用于显示在不控制电机操作的情况下的基底单元内的电机的操作信息；将第一附件单元从基底单元上分离；将第二附件附接至基底单元，第二附件包括被配置为控制电机操作的伺服放大器。

多个实施例的多个方面可以单独或根据需要以任何组合来使用。

附图说明

附图1为工具处于拆解状态的示意图，其包括可附接至第一模块和第二模块的基底单元。

附图2为工具处于拆解状态的侧视图，其包括基底单元，第一模块和第二模块。

附图3为基底单元的示意图。

附图4为在第一配置中基底单元附接至第一模块的工具的示意图。

附图5为附图4中工具的侧视图。

附图6为定位在工具系统内的工具的示意图。

附图7为在第二配置中基底单元附接至第二模块的工具的示意图。

附图8为附图7中工具的立体图。

附图9为在第二配置中第二模块包括第一和第二部分的工具的示意图。

附图10为在第二配置中第二模块附接至基底单元的工具的部分立体图。

附图11为具有第一和第二模块的工具的使用方法的流程图。

具体实施方式

本申请涉及可转换动力工具，所述可转换动力工具可以在第一和第二配置下操作。可转换动力工具包括基底单元，所述基底单元被配置为在一时间接收第一模块或第二模块。不同的模块提供不同级别的工具功能。第一模块包括一个或多个组件来提供第一级别的功能。第二模块包括第一或多个组件来提供高级的第二级别的功能。基底单元和第一和第二模块中的每个包括接口来提供物理接合以及动力/数据接合。在使用中，第一和第二模块中的一个连接至基底单元来提供理想的功能与工具合并。工具还可以通过移除附接的模块和替换其他模块来转换从而提供不同的功能级别。

附图1图示了包括基底单元10和第一和第二模块30,40的工具100。基底单元10包括围绕内部组件围绕的保护外壳19。一个或多个安装平台18沿外壳19放置来与模块30,40接合。平台18可以包括一个或多个端口来可操作地连接动力和/或与模块30,40数据通信。附图1包括一对平台18，虽然其他实施例可以包括单一平台18或3个或更多平台18。在具有多个平台18的实施例中，每个平台可以是相同的或者它们可以是不同的。平台18还提供基底单元10和模块30,40之间的物理接合。

平台18可以包括多个接合特征来与模块30,40连接。特征包括但不限于横档，凹痕，夹片和插座来接收紧固件。平台18还可以包括一个或多个端口来从上流源接收动力和/或数据和/或发送动力和/或数据至上流源。在一个实施例中，平台18包括具有模块30,40的凸形/凹形附件。

第一和第二模块30,40中的每个被配置为附接至基底单元10的平台18中的一个。每个模块30,40包括分别围绕内部组件延伸的保护外壳39,49。每个模块30,40还包括一个或多个安装平台38,48，每个安装平台可以分别包括一个或多个端口。平台38,48例如通过一个或多个缆线来提供与基底单元10的连接以及与上游控制器的连接。平台38,48可以包括多个特征来提供连接，例如，横档，凹痕，夹片和插座来接收紧固件以及来提供用于传输动力和/数据的有效连接。

附图2图示了能够附接至基底单元10的模块30,40。第二模块40可以在物理上大于第一模块30。该尺寸差异是由于在第二模块40中增加的逻辑功能。如附图2所示，模块30,40还包括外侧平台38,48来与工具系统200中的其他组件连接来传输数据/动力。

附图3图示了基底单元10的组件。基底单元10包括位于外部外壳19内的电机11，齿轮单元12，转矩转换器13和输出驱动器14。电机11是电动的并产生旋转力。齿轮单元12将来自电机11的旋转力耦合至输出驱动器14。转矩转换器13有效的来监测驱动电机11，齿轮单元12和/或输出驱动器14。测量转换器13可以被配置为测量一个或多个参数，例如旋转角，作用转矩或关于时间的这些参数之一的一阶导数。根据需要或期望的，输出驱动器14可以是直的，偏置的，或成角度的。

附图4和5图示了附接至基底单元10的平台18的第一模块30。平台18,38接合在一起来提供物理连接以及传输来自第一模块30的数据和/或动力至基底单元10。此外，第一模块30包括用于与缆线附接的外侧第二平台38来从上流源接收动力和/或数据。连接器接口31还可以包括地址装置(address device)，例如，以旋转方式切换发送和接收来自控制处理器的信号。设置在第一模块30的显示器32包括用于指示工具100的操作方面的屏幕。显示器32可以是传统的液晶显示器(LCD)或者触摸屏显示器。一个或多个输入还可以与显示器32有关使得操作者来在可见的多个不同的操作特征之间切换。

第一模块30并不包括伺服放大器。这有利地在可能损坏伺服放大器或妨碍其正常运行的工作环境条件中使用。因此，伺服放大器远离第一模块30放置在上游控制器内。

附图6图示了包括基底单元10和工具系统200内的第一模块30的工具100。工具控制器91控制一个或多个工具100的操作。系统控制器90通过工具控制器91控制和监督工具系统200的操作。机器人装置93被配置为将工具10放置在理想的操作位置。动力源提供动力至系统200中的一个或多个组件。系统200可以包括一个或多个不同或相同的工具100，每个工具可以是相同的或者可以是不同的。在具有多个工具100的系统200中，两个或多个工具100可以在工具集中集合在一起，工具集将工具100一起安装在框架上。缆线95为多个组件之间提供动力和/或数据。

系统控制器90控制系统200的整体操作。控制器20通常相距工具100一定距离来设置在机柜等内。系统控制器90可以包括具有一个或多个处理器和/或微控制器的控制电路，所述处理器或/微控制器根据存储在存储器中的程序指令来控制整体操作。可以包括多个类型的存储器来存储程序指令和操作所需的数据，以及其他用于存储执行操作所需的临时数据的存储器。系统控制器90还可以包括用户界面，所述用户界面可以包括一个或多个用户输入装置，例如键盘，触摸板，功能键，滚轮或其他类型的计算机输入装置。还可以包括显示器，例如传统的液晶显示器(LCD)或触摸屏显示器，还作为用户输入装置。

工具控制器91控制和监测工具100的操作。控制器91可以包括控制电路和相关的存储器来通过程序指令来控制工具100。工具控制器91可以进一步包括与使用者交互的界面和显示器。在附图6所示的一个实施例中，工具控制器91是单独的组件，其与系统控制器90通信。其他实施例可以包括由系统控制器90执行的工具控制91的功能。

工具控制器91包括用于监测工具100的伺服放大器50。伺服放大器50有效地连接至基底单元10内的电机11来帮助控制。伺服放大器50接收关于一个或多个理想的速度，转矩或位置的指令信号。伺服放大器50监测电机11的状态并调节电机11来在理想设置下进行操作。工具控制器91被配置为对于工具系统200中的每个工具100包括单独的伺服放大器50。附图6包括单一工具100并因此包括单一伺服放大器50。工具控制器91可以设置在机柜中来根据需要帮助增加和移除伺服放大器50。

缆线系统包括缆线95来允许系统200的组件之间的通信。缆线95被配置为运载多个数据信号。在一个实施例中，系统200通过LAN通信。在一个实施例中，通信通过通信总线发生。缆线系统可以进一步被配置为将动力从动力源92提供至工具100。动力源92提供单一电压，例如24VDC，或者根据工具100的类型和数量提供多个电压，例如380VDC和24VDC。

附图7和8图示了第二工具配置中的工具100，其包括附接至基底单元10的第二模块40。第二模块40包括处理电路41，伺服放大器50，连接器接口43和显示器44。

处理电路41接收来自转矩转换器13的测量数据和处理数据并随后将一些或全部处理数据供应至接口43来与控制处理器90和/或工具处理器91通信。伺服放大器50放置在模块40内并执行与第一配置中远程定位的伺服放大器相同的流程(即，接收关于一个或多个理想的速度，转矩或位置的指令信号；监测电机11的状态并调节电机11来在理想设置下进行操作)。伺服放大器50可以包括一对电路板，其具有配置为用于多个监测方面的测量板的第一板以及用于动力和逻辑的第二板。用于第一和第二模块30,40的伺服放大器50执行相似或相同的功能，但具有不同的电气和结构方面。

显示器44可以包括指示器和/或用于指示工具的操作方面的屏幕。显示器44可以与之前描述的显示器32相同。显示器44还可以包括附加特征，例如一个或多个输入装置来使得操作者在可见的多个不同操作特征之间切换。连接器接口43提供供应来自动力源92的动力和提供传输数据至控制处理器90。连接器接口43可以包括一个或多个输入和输出端口，以及可以包括地址装置来发送和接收来自控制处理器的信号。在一个实施例中，连接器接口43,31是相同的。

第二模块40被配置为以与第一模块30相似的方式附接至基底单元10。这可以包括一个或多个具有机械紧固件，横档，锁定凹痕，对应的斜坡表面以及凸形和凹形连接器来提供摩擦配合。在一个实施例中，附件特征与第一和第二附件30,40相同。因此，附件30,40能够与基底单元10互换使用。例如，第一作业可以要求工具100的有限功能并因此第一模块30可以附接至基底单元10。随后，第二作业可以要求附加功能从而要求操作者移除第一模块30并将其替换为第二模块40。

第二配置在系统中的使用可以与第一配置的使用相似。两个配置之间的差异在于伺服放大器50位于第二结构中的第二模块40中(而不是工具控制器91)。这提供多个放置在工具自身上的工具100的逻辑而不是位于远程位置。

工具的第二配置的一个实施例在美国第7,090,031号专利中公开，并通过引用全部并入。

第二模块40可以被构造为单一单元，或者可以由多个不同单元构成。附图7和8包括作为单一单元的第二模块40。附图9图示了具有包括第一单元40a和第二单元40b的第二模块40的实施例。单独的单元40a，40b可以每个包括用于连接至基底单元10和/或其他单元的单独附件特征。此外，单独的单元可以每个包括单独的外壳。第二模块40的多个组件可以以多种不同的方式分离为单独的单元。在一个实施例中，伺服放大器50在第一单元40a中以及剩余的组件设置在第二单元40b中。

基底单元10可以被配置为在相同的平台18接收第一和第二模块30,40中的每个。也就是说，在第一配置中第一模块30附接至基底单元10的平台18，以及在第二配置中第二模块40附接至相同的平台18。工具100还可以被配置为将不同的模块30,40附接至基底单元10上的不同平台18。因此，在第一配置中第一模块30附接至第一平台18，以及在第二配置中第二模块40附接至不同的第二平台18。

如附图5所示的第一工具配置，第一模块30包括具有单一端口的暴露平台38，所述端口用于将缆线95连接至系统200的上游组件。单一端口提供接收来自动力供应源92的动力以及提供与至少一个控制器90,91的通信。单独的伺服放大器50与每个工具100相关联。因此，对于每个工具100，系统200在工具控制器91中包括单独专用的伺服放大器50。在具有大量工具100的相对大的工具系统200中，多个不同的工具控制器91可以被应用来封装不同的伺服放大器50。每个工具控制器91可以与公用的系统控制器90通信。

第二工具配置将专用的伺服放大器50放置在工具100上的没个模块40内。系统200包括单一工具控制器91来监督多个工具100。

第二工具配置还可以提供以菊花链方式连接在一起的工具100。附图10图示了第二模块40的配置提供具有在平台38上的第一和第二端口的配置。第一端口用于连接至上游节点(例如工具控制器91或上游工具100)以及被配置用于动力和数据。第二端口连接至下游节点(其他工具100)以及同样地被配置用于动力和数据。工具100与连接至第一端口的第一缆线95和连接至第二端口的第二缆线95连接在一起。一列中最后的工具100(即，最下游的工具100)可以包括在第二端口上的终止帽来防止动力和/或数据的进一步下游传输。因此，至下游组件的动力和数据经过上游工具100。

附图11图示了工具100的使用过程。首先，第一模块30附接至基底单元10(框1100)。当环境要求伺服放大器50远程定位时，可以发生第一配置。在一实施例中，当在工具使用导致伺服放大器50的损坏或可靠性问题期间发生谐频时，发生第一配置。当工具在特别地非导电物理环境下(例如，极其冷，热，潮湿)使用时，还可以发生第一配置。一旦第一模块30附接，工具是可操作的(框1101)。在工具控制器91的远程伺服放大器50监测流程以及可以进行相应地操作调节。

一旦操作完毕，从基底单元10(框1102)移除第一模块30。第二模块40随后附接至基底单元10(框1103)。工具100与板上的伺服放大器50随后一起在第二配置下操作(框1104)。

根据工具的操作要求定位伺服放大器的可转换设计特征已经在关于主轴的上下文中描述。多种电动的紧固主轴的使用来帮助自动化生产流程是本技术领域周知的。例如，该紧固主轴通常应用在用于机动车辆等生产的装配线上，所述紧固主轴用于紧固螺钉或螺母。本申请公开的可转换设计特征还应用于其他动力工具。实例包括但不限于机器人，离散自动化和人工操作设备。

上述工具和工具系统包括缆线系统来提供不同组件之间的通信连接。一个或多个组件还可以包括无线接口，例如蓝牙接口或者无线局域网(WLAN)接口。无线通信组件可以位于每个第一和第二模块30,40中。在另一实施例中，无线通信模块位于基底单元10中。一些实施例特征化系统200包括缆线和无线通信的组合。

相对广义的术语例如“下方”，“下面”，“下”，“上方”，“上”等用于说明书来解释一个元件相对于第二元件的位置。除了附图中描述的不同定向之外，这些术语意在包含装置的不同定向。此外，术语例如“第一”，“第二”等还用于描述多种元件，区域，部分等并且这并不是限定性的。说明书全文中相似的术语指代相似的元件。

在此所用的术语“具有”，“包含”，“包括，“包括”等是开放术语来指示描述的元件或特征的存在，但并不排除附加元件或特征。冠词“一”，“一个”和“这”意在包括复数以及单数，除非文中明确指出。

本发明可以以不同于本文列举的其他特定方式执行而不背离本发明的范围和本质特征。本发明的实施例因此在各方面被认为是描述性的并不是限定性的，权利要求在意图和等价范围内的全部改变意包含在本文中。

Claims (14)

1.一种能够被转换为在第一配置和第二配置中的一个使用的工具，所述工具包括：

基底单元，所述基底单元从远程源接收动力和数据通信，

所述基底单元包括：

电机；

由电机驱动的输出驱动器；和

外壳，所述外壳围绕电机和输出驱动器延伸，所述外壳包括安装平台；

无伺服模块，所述无伺服模块并不包括伺服放大器，无伺服模块包括：

第一连接器接口；以及

第一外壳，所述第一外壳围绕第一连接器接口延伸，所述第一外壳包括第一安装器；

伺服放大器模块包括：

伺服放大器；

处理电路；

第二连接器接口；以及

第二外壳，所述第二外壳围绕伺服放大器，处理电路和第二连接器接口延伸，第二外壳包括第二安装器；

基底单元的安装平台被配置为在一时间可移除地连接至无伺服模块和伺服放大器模块中的一个；

第一配置包括无伺服模块，所述无伺服模块在物理上和在电力上可移除地连接至基底单元，并且在基底单元从远程源接收的动力和数据通信通过无伺服模块；

第二配置包括伺服放大器模块，所述伺服放大器模块在物理上和在电力上可移除地连接至基底单元，并且在基底单元从远程源接收的动力和数据通信通过伺服放大器模块。

2.根据权利要求1所述的工具，进一步包括位于安装平台的基底端口，位于第一安装器的第一端口和位于第二安装器的第二端口，第一配置包括与基底单元的基底端口物理地和电力地接合的第一端口，并且第二配置包括与基底单元的基底端口物理地和电力地接合的第二端口。

3.根据权利要求1所述的工具，其中基底单元进一步包括转矩转换器和齿轮单元。

4.根据权利要求1所述的工具，其中每个无伺服模块和伺服模块包括显示屏。

5.根据权利要求1所述的工具，其中基底单元的电机被配置为根据从远程伺服放大器接收的信号是可调节的。

6.根据权利要求1所述的工具，其中伺服放大器包括模拟-数字转换器。

7.一种工具的操作方法，所述方法包括：

将无伺服模块电力地和物理地附接至基底单元，无伺服模块位于基底单元上的安装位置，无伺服模块不包括伺服放大器；

当来自远程源的动力和数据通过无伺服模块至基底单元时在第一配置中操作工具；

将无伺服模块从基底单元移除；

将伺服模块电力地和物理地附接至基底单元上的安装位置，在先前附接有无伺服模块的安装位置附接有包括伺服放大器的伺服模块；

当来自远程源的动力和数据通过伺服模块至基底单元时在第二配置中操作工具；

以及当在第二配置中操作工具时监控基底单元内的电机和伺服单元内的伺服放大器。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括当工具处于第一配置中时将基底单元上的基底端口与第一端口接合以及当工具处于第二配置中时将基底单元上的基底端口与伺服模块上的第二端口接合。

9.根据权利要求7所述方法，进一步包括执行在伺服放大器的电机信号的模拟-数字转换。

10.根据权利要求7所述方法，进一步包括将伺服模块附接至下游工具以及通过伺服模块将动力和数据信息传输至下游工具。

11.根据权利要求7所述方法，进一步包括在第一配置中将无伺服模块接触抵靠基底单元的外壳以及在第二配置中将伺服模块的第二外壳接触抵靠基底单元的外壳。

12.根据权利要求7所述方法，进一步包括通过将无伺服模块和伺服模块从基底单元上分离来停用基底单元。

13.根据权利要求7所述方法，进一步包括在第一配置中将动力和数据线附接至无伺服模块以及在第二配置中将动力和数据线附接至伺服模块。

14.根据权利要求7所述方法，进一步包括将第二模块附接至基底单元以及将伺服放大器定位在基底单元外壳的外部上的伺服放大器。