CN212891105U - 捆扎设备 - Google Patents

Abstract

本说明书实施方案提供了一种捆扎设备，该捆扎设备包括：绞紧机构，用于对缠绕于被捆扎物上的扎丝执行绞紧动作；动力机构，用于驱动所述绞紧机构；信号采集单元，用于采集反应所述动力机构的负载变化的参数信号；控制单元，用于根据所述参数信号的信号特征值确定扎丝类别，根据所述扎丝类别确定驱动停止条件，并在所述参数信号满足所述驱动停止条件时，控制所述动力机构停止驱动。本说明书实施方案可以实现根据扎丝工况自适应调整绞紧程度。

Description

捆扎设备

技术领域

本说明书涉及捆扎设备技术领域，尤其是涉及一种捆扎设备。

背景技术

捆扎设备(例如钢筋捆扎机等)作为一种捆扎工具，目前已广泛应用于建筑工程、物品打包、工业生产等各个领域。在实现本申请的过程中，本申请的实用新型人发现：现有的捆扎设备在对缠绕于被捆扎物上的扎丝进行绞紧时，一般执行固定的绞紧动作。然而，当扎丝工况(例如扎丝粗细、扎丝股数)不同时，执行固定的绞紧动作可能会造成捆扎结果松紧不同。

实用新型内容

本说明书实施方案的目的在于提供一种捆扎设备，以实现根据扎丝工况自适应调整绞紧程度。

为达到上述目的，本说明书实施方案提供了一种捆扎设备，包括：

绞紧机构，用于对缠绕于被捆扎物上的扎丝执行绞紧动作；

动力机构，用于驱动所述绞紧机构；

信号采集单元，用于采集反应所述动力机构的负载变化的参数信号；

控制单元，用于根据所述参数信号的信号特征值确定扎丝类别，根据所述扎丝类别确定驱动停止条件，并在所述参数信号满足所述驱动停止条件时，控制所述动力机构停止驱动。

由以上本说明书实施方案提供的技术方案可见，由于控制单元可以根据反应动力机构负载变化的参数信号自动识别扎丝类别，并可以根据不同的扎丝类别选择不同的驱动停止条件，从而实现了根据扎丝工况自适应调整绞紧程度。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案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，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本说明书一些实施方案中捆扎设备的外形结构示意图；

图2为本说明书一些实施方案中捆扎设备的绞紧机构驱动原理框图；

图3为本说明书一示例性实施方案中扎丝为单股时的捆扎示意图；

图4为本说明书一示例性实施方案中扎丝为双股时的捆扎示意图；

图5为本说明书一示例性实施方案中电机的负载电流变化曲线示意图；

图6为本说明书一示例性实施方案中计算负载电流的电流斜率值的示意图；

图7为本说明书一示例性实施方案中控制动力机构停止驱动的逻辑示意图；

图8为本说明书另一示例性实施方案中控制动力机构停止驱动的逻辑示意图；

图9为本说明书另一示例性实施方案中控制动力机构停止驱动的逻辑示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施方案中的附图，对本说明书实施方案中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本说明书一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本说明书中的实施方案，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都应当属于本说明书保护的范围。例如在下面描述中，在第一部件上方形成第二部件，可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施方案，还可以包括第一部件和第二部件以非直接接触方式(即第一部件和第二部件之间还可以包括额外的部件)形成的实施方案等。

而且，为了便于描述，本说明书一些实施方案可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施方案各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为“在”其他元件或部件“上方”或“之上”。

本说明书的实施方案中的捆扎设备是指：能够利用可塑性变形的扎丝对被捆扎物(例如钢筋等)进行捆扎的便携式电动捆扎工具。捆扎设备一般可以包括进给机构、缠绕机构、绞紧机构、剪断机构和用于驱动这些机构的动力机构等。其中，进给机构可以将丝盘(或其他扎丝收纳部件)上的扎丝提供给缠绕机构；缠绕机构可以利用进给机构提供的扎丝对被捆扎物进行缠绕；绞紧机构可以对缠绕于被捆扎物上的扎丝进行绞紧；剪断机构可以在缠绕机构完成缠绕后或绞紧机构完成绞紧后，对缠绕于被捆扎物上的扎丝进行端部剪断。

一般的，在不同的应用场景下，所需的扎丝规格和股数可能不同(即扎丝工况不同)。如果在不同的扎丝工况下，均采用固定的绞紧动作(例如绞扭持续时间均相同，或绞扭圈数均相同等)，则容易造成捆扎结果松紧不同，从而难以保证各个扎丝工况下均具有合适的绞紧程度。例如，在同等条件下，若采用较细的扎丝(或单股扎丝)时，执行固定的绞紧动作可以达到合适的绞紧程度，则在采用较粗的扎丝(或多股扎丝)时，执行该固定的绞紧动作易出现捆扎过紧(甚至扎丝断裂)的问题；反之，若采用较粗的扎丝(或多股扎丝)时，执行固定的绞紧动作可以达到合适的绞紧程度，则在采用较细的扎丝(或单股扎丝)时，执行该固定的绞紧动作易出现捆扎过松，从而达不到有效捆扎固定的效果。

有鉴于此，本说明书提供的捆扎设备旨在解决以上问题。参考图1和图2所示，在本说明书一些实施方案中，捆扎设备可以包括壳体1、绞紧机构2、动力机构3、信号采集单元和控制单元等。其中，绞紧机构2设置于壳体1上且向外伸出壳体1，其可以用于对缠绕于被捆扎物上的扎丝执行绞紧动作。动力机构3设置于壳体1内，其可以用于驱动绞紧机构2。信号采集单元设置于壳体1内，其可以用于采集反应动力机构3的负载变化的参数信号；控制单元设置于壳体1内，其可以用于根据参数信号的信号特征值确定扎丝类别，根据扎丝类别确定驱动停止条件，并在参数信号满足驱动停止条件时，控制动力机构停止驱动。

由此可见，在本说明书的实施方案中，由于控制单元可以根据反应动力机构负载变化的参数信号自动识别扎丝类别，并可以根据不同的扎丝类别选择不同的驱动停止条件，从而实现了根据扎丝工况自适应调整绞紧程度。

请继续参考图1所示，捆扎设备还可以包括用于为动力机构3供电的电源5，以及用于控制电源5向动力机构3供电的开关4。在用户的操作下，当开关4闭合时，动力机构3得电启动，捆扎设备开始捆扎工作。其中，电源5一般为电池(例如锂电池等)。在一些实施方案中，电源5可以如图1所示内置于壳体1。在另一些实施方案中，根据需要，电源也可外挂于壳体上。

当满足驱动停止条件时，控制单元可以自动控制动力机构停止驱动。例如，在一些实施方案中，动力机构一般可以包括电机和减速机构，电机可以通过减速机构为绞紧机构提供转速合适的旋转动力，从而使得绞紧机构可以执行绞紧动作。当满足驱动停止条件时，控制单元可以通过可控开关器件(或可控开关电路等)自动切断电源与动力机构的之间的电流通路，从而使动力机构停止转速，进而实现控制动力机构停止驱动绞紧机构。在另一些实施方案中，动力机构还可以包括受控于控制单元的离合器，该离合器可以啮合于减速机构和绞紧机构之间，当满足驱动停止条件时，控制单元可以控制离合器与绞紧机构分离，从而实现可以在电机不停机的情况下，控制动力机构停止驱动绞紧机构。如此，可以有利于避免频繁启停对电机造成的冲击。

在绞紧机构执行绞紧的过程中，绞扭的松紧变化是动力机构的动态扭矩变化的体现；而动力机构的动态扭矩变化又是动力机构的负载变化的体现。在同等条件下，当扎丝的股数越多(或越粗)时，执行绞紧时动力机构的负载就越大。考虑到扎丝工况与动力机构的负载之间的相关性，为了识别扎丝工况，可以通过信号采集单元采集反应动力机构的负载变化的参数信号。当然，信号采集单元还可以对所采集的参数信号进行预处理(例如信号放大、模数转换等)，以使预处理后的参数信号可以适于控制单元处理。

反应动力机构的负载变化的参数信号有很多，例如可以包括但不限于动力机构的负载电流、动态扭矩、转速等。因此，信号采集单元可依据所选择的参数信号不同而不同。例如，在一些实施方案中，当参数信号选择为动力机构的负载电流时，信号采集单元可以包括电流采样电路或电流传感器等。在另一些实施方案中，当参数信号选择为动力机构的动态扭矩时，信号采集单元可以包括动态扭矩检测电路或动态扭矩传感器等。在另一些实施方案中，当参数信号选择为动力机构的转速时，信号采集单元可以包括角速度传感器等。综合采集精度和实现成本，参数信号选择为动力机构的负载电流为一个较佳的选择。

为了便于理解，以下以动力机构的负载电流作为参数信号为例进行说明。但是，本领域技术人员可以理解，这里仅是举例说明，而不应理解为对本申请的限制。显然，在说明书的其他一些实施方案中，根据需要，参数信号还可以为动力机构的动态扭矩、转速等。

图3和图4中分别示出了用单股扎丝n1和双股扎丝n2对相同的被捆扎钢筋m进行捆扎的示意图。电机在启动时的空载电流及启动后的负载电流可以如图5所示，其中，L1为单股扎丝工况下，电机在启动时的空载电流及启动后的负载电流的变化曲线；L2为双股扎丝工况下，电机在启动时的空载电流及启动后的负载电流的变化曲线。

从图5中可以看出，不论采用单股扎丝还是双股扎丝，在启动过程中电机的空载电流均急剧上升至一个极大值后又急剧下降，并在完成启动时降到一个相对稳定的值(空载电流变化可以如图5中L1和L2的T1时间段所示)。其中，这里的启动可以是软启动、星三角降压启动、y-δ起动、自耦降压启动或通过变频器起动等。

请继续结合图5所示，电机在启动后的驱动过程中(负载电流变化可以如图5中L1和L2的T1时间段之后部分所示)，不论扎丝工况如何，负载电流均朝变大的趋势变化，当负载电流达到对应的极限值时扎丝断裂，负载电流开始急剧下降。但是，在电机驱动开始后指定时段内，不同扎丝工况下，负载电流变化程度不同；具体而言，扎丝股数越多(或越粗)，指定时段内的负载电流变化越剧烈。例如，在图5所示的T2时间段内，双股扎丝对应的负载电流L2要比单股扎丝对应的负载电流L1的变化更剧烈。因此，可以根据电机驱动开始后指定时段内的负载电流的信号特征值，识别扎丝工况。需要指出的是，在本说明书的实施方案中，指定时段(例如图5中的T2时间段)不宜过短，以凸显不同扎丝工况下的负载电流差距，从而有利于扎丝类别识别。当然，指定时段也不宜过长，以便于为后续根据扎丝类别选择驱动停止条件，并根据驱动停止条件控制驱动停止预留处理时间。在本说明书的一些实施方案中，指定时段的时长可以预先通过理论计算或依据实验确定，具体可以根据需要选择，本说明书对此不作限定。

在本说明书一些实施方案中，控制单元可以包括但不限于单片机、微控制单元(MCU)、数字信号处理器(DSP)或可编程逻辑控制器(PLC)等。就组成结构而言，控制单元可以由通信接口、运算器和控制器等组成。

通信接口可以用于接收参数信号。例如在一示例性实施方案中，通信接口可以为输入输出接口(即I/O接口)、RS485接口或RS232接口等。

运算器(arithmetic unit)可以是通过电子电路极微小的元器件构成的逻辑电路，其可以执行各种算术运算和逻辑运算操作。其中，算术运算例如可以包括加、减、乘、除四则运算等，逻辑运算例如可以包括与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作。例如，运算器可以根据参数信号的信号特征值计算扎丝类别，并根据扎丝类别计算驱动停止条件。

控制器是整个控制单元的指挥控制中心，其可以包括指令寄存器、指令译码器和操作控制器等。控制器可以依序从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器中，通过指令译码确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。例如，控制器可以从存储器中读取驱动停止判断指令至指令寄存器，通过指令译码后确定该驱动停止判断指令为：判断参数信号是否满足驱动停止条件；在参数信号满足驱动停止条件时，可以向动力机构发出停止驱动控制信号。

在本说明书的实施方案中，根据参数信号的信号特征值确定扎丝类别可以包括：根据参数信号在驱动开始后指定时段内的部分的信号特征值确定扎丝类别；即可以将参数信号在驱动开始后指定时段内的部分的信号特征值，与第一信号特征阈值进行比较，获得比较结果。

例如，在本说明书一些实施方案中，以扎丝类别可以分为单股扎丝和双股扎丝两类，负载电流的信号特征值为电流斜率值为例，可以将负载电流在驱动开始后指定时段内，各相邻采样点间的电流斜率值分别与设定的电流斜率阈值进行比较。若各相邻采样点间的电流斜率值大于设定的电流斜率阈值的个数，大于一个设定的数量值，则可以将扎丝工况识别为双股扎丝；否则可以将扎丝工况识别为单股扎丝。或者，若各相邻采样点间的电流斜率值大于设定的电流斜率阈值的个数，在电流斜率阈值总数中的占比，大于一个设定的占比值，则可以将扎丝工况识别为双股扎丝；否则可以将扎丝工况识别为单股扎丝。

比如，在如图6所示的示例性实施方案中，在驱动开始后指定时段T2内有9个电流采样点。若各相邻采样点间的电流斜率值

大于设定的电流斜率阈值k_thd的个数，大于一个设定的数量值(例如3)，则可以将扎丝工况识别为双股扎丝；否则，可以将扎丝工况识别为单股扎丝。或者，若各相邻采样点间的电流斜率值

大于设定的电流斜率阈值k_thd的个数，在电流斜率阈值总数(8个电流斜率阈值)中的占比大于一个设定的占比值(例如0.5)，则可以将扎丝工况识别为双股扎丝；否则，可以将扎丝工况识别为单股扎丝。

在本说明书一些实施方案中，比较方式可并不局限于将各相邻采样点间的电流斜率值分别与设定的电流斜率阈值进行比较，还可以是将各相邻采样点的电流斜率值的均值(或中位值等)与设定的电流斜率阈值进行比较，并根据比较结果识别扎丝类别。

应当说明的是，本说明书的实施方案中选择电流斜率值作为负载电流的信号特征值仅是举例说明。在本说明书其他的一些实施例中，负载电流的信号特征值也可以选择为各相邻采样点的电流增量值或电流值等。本说明书对此不作限定，具体可以根据需要选择。不仅如此，在本说明书其他的一些实施例中，扎丝类别还可以按照其他维度划分，比如扎丝类别还可以分为粗扎丝和细扎丝两类。

为便利理解，以上是以两类扎丝类别为例进行描述的。但是，这并不意味着本申请只限于两类扎丝类别工况的识别。在本说明书其他的一些实施例中，根据需要扎丝类别还可以有更多种。例如，以扎丝股数为维度，扎丝类别可以分为单股、双股、三股、四股等。再如，以扎丝粗细(直径)为维度，扎丝类别可以为分为：第一类(0，1mm)、第二类[1mm，2mm)、第三类[2mm，3mm)、第四类[3mm，4mm]等。在扎丝类别为三个或三个以上时，扎丝类别的识别原理可以参照上文有关于两类扎丝类别识别的部分，在此不再赘述。

在不同的扎丝工况下，扎丝达到合适的绞紧程度的时机是不同的。例如，从图5所示的负载电流变化曲线可以看出，双股扎丝在T3时间时即可以达到一个合适的绞紧程度；而单股扎丝则需要在T4时间时才可以达到一个合适的绞紧程度。因此，为了使得捆扎设备可以根据扎丝工况自适应调整绞紧程度，可以预先为不同的扎丝工况设置不同的驱动停止条件。

例如，在本说明书一些实施例中，可以预先设置扎丝类别与驱动停止条件的对应关系表，例如下表1所示：

表1

如此，当识别出扎丝类别后，根据识别出的扎丝类别的类别标识，查找对应关系表，即可以匹配到对应的驱动停止条件。比如，识别出的扎丝类别为双股，对应的类别标识为2，则根据该类别标识2可以匹配到驱动停止条件2。

在本说明书一些实施例中，驱动停止条件可以为针对驱动时间的约束条件。相应的，当负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的持续时间，达到该扎丝类别对应的持续时间阈值时，可以控制动力机构停止驱动。例如，在图7所示的示例性实施方案中，当扎丝类别为单股扎丝时，驱动时间的约束条件可以为：负载电流在驱动开始后指定时段之后持续60ms；当扎丝类别为双股扎丝时，驱动时间的约束条件可以为：负载电流在驱动开始后指定时段之后持续40ms。

在本说明书另一些实施例中，驱动停止条件可以为针对负载电流的信号特征值的约束条件。相应的，当负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的信号特征值，达到扎丝类别对应的第二信号特征阈值，可以控制动力机构停止驱动。

例如，在图8所示的示例性实施方案中，当扎丝类别为单股扎丝时，负载电流的信号特征值的约束条件可以为：负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的电流值达到40A；当扎丝类别为双股扎丝时，负载电流的信号特征值的约束条件可以为：负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的电流值达到60A。

例如，在图9所示的示例性实施方案中，当扎丝类别为单股扎丝时，负载电流的信号特征值的约束条件可以为：负载电流在驱动开始后指定时段之后部分中，出现相邻两个采集点之间的电流斜率值达到10A/ms；当扎丝类别为双股扎丝时，负载电流的信号特征值的约束条件可以为：负载电流在驱动开始后指定时段之后部分中，出现相邻两个采集点之间的电流斜率值达到15A/ms。

在本说明书另一些实施例中，在绞紧机构的绞扭过程中，当负载电流急剧上升时，表明负载电流已接近扎丝断裂对应的极限值。因此，负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的信号特征值发生突变，也可以作为驱动停止条件。其中，发生突变是负载电流出现急剧上升，具体可以通过各相邻采样点间电流斜率值的增量(或变化率)确定。对于不同的扎丝类别，判断发生突变的条件可以不同。例如，在一示例性实施方案中，当扎丝类别为单股扎丝时，电流斜率值的增量可以为一个相对低的值(例如3A/ms)；而当扎丝类别为双股扎丝时，电流斜率值的增量或变化率可以为一个相对高的值(例如5A/ms)。

相比于负载电流的信号特征值，驱动时间更不易受到外界干扰，因此，驱动停止条件为驱动时间的约束条件可以更有利提高驱动停止控制的稳定性和有效性。

在本说明书另一些实施例中，驱动停止条件也可以为驱动时间的约束条件与负载电流的信号特征值的约束条件的结合，当满足其中之一时，即可以控制动力机构停止驱动。如此，可以防止因某一个驱动停止条件判断失效而造成扎丝断裂，从而进一步提高驱动停止控制的稳定性和有效性。例如，在本说明书一实施例中，上述的结合可以是：负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的信号特征值达到扎丝类别对应的第二信号特征阈值；或者，负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的持续时间，达到扎丝类别对应的持续时间阈值。再如，在本说明书另一实施例中，上述的结合还可以是：负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的信号特征值发生突变；或者，负载电流在驱动开始后指定时段之后部分的持续时间，达到扎丝类别对应的持续时间阈值。

为了描述的方便，以上描述捆扎设备时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个硬件中实现。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的装置或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施方案而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种捆扎设备，其特征在于，包括：

绞紧机构，用于对缠绕于被捆扎物上的扎丝执行绞紧动作；

动力机构，用于驱动所述绞紧机构；

信号采集单元，用于采集反应所述动力机构的负载变化的参数信号；

控制单元，用于根据所述参数信号的信号特征值确定扎丝类别，根据所述扎丝类别确定驱动停止条件，并在所述参数信号满足所述驱动停止条件时，控制所述动力机构停止驱动。

2.如权利要求1所述的捆扎设备，其特征在于，所述控制单元包括：

通信接口，用于接收所述参数信号；

运算器，用于根据所述参数信号的信号特征值确定扎丝类别，并根据所述扎丝类别确定驱动停止条件；

控制器，用于在所述参数信号满足所述驱动停止条件时，控制所述动力机构停止驱动。

3.如权利要求2所述的捆扎设备，其特征在于，所述根据所述参数信号的信号特征值确定扎丝类别，包括：

将所述参数信号的信号特征值与第一信号特征阈值进行比较，获得比较结果；

根据比较结果确定扎丝类别。

4.如权利要求2所述的捆扎设备，其特征在于，所述参数信号满足所述驱动停止条件，包括：

所述参数信号的持续时间，达到所述扎丝类别对应的持续时间阈值。

5.如权利要求2所述的捆扎设备，其特征在于，所述参数信号满足所述驱动停止条件，包括：

所述参数信号的信号特征值，达到所述扎丝类别对应的第二信号特征阈值。

6.如权利要求2所述的捆扎设备，其特征在于，所述参数信号满足所述驱动停止条件，包括：

所述参数信号的信号特征值发生突变。

7.如权利要求2所述的捆扎设备，其特征在于，所述参数信号满足所述驱动停止条件，包括：

所述参数信号的信号特征值，达到所述扎丝类别对应的第二信号特征阈值；或者，所述参数信号的持续时间，达到所述扎丝类别对应的持续时间阈值。

8.如权利要求2所述的捆扎设备，其特征在于，所述参数信号满足所述驱动停止条件，包括：

所述参数信号的信号特征值发生突变；或者，所述参数信号的持续时间，达到所述扎丝类别对应的持续时间阈值。

9.如权利要求1和5-8任意一项所述的捆扎设备，其特征在于，所述信号特征值为以下中的任意一项：

信号斜率值；

信号增量值；

信号幅值。

10.如权利要求1所述的捆扎设备，其特征在于，所述参数信号包括负载电流。

11.如权利要求1所述的捆扎设备，其特征在于，所述扎丝类别包括扎丝股数类别。

12.如权利要求1所述的捆扎设备，其特征在于，所述扎丝类别包括扎丝粗细类别。

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