JP4720765B2 - 電動工具制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電動工具制御システムに関するものである。

従来、工場内では、ねじ締め等の様々な作業がモータを具備した電動工具を用いて行われており、これらの電動工具とセンター装置とをネットワークを介して接続して互いに通信を行い、電動工具のモータの回転数やトルク等の作業情報をセンター装置へ送信して、センター装置によって電動工具の監視、制御を行う電動工具制御システムがある。（例えば、特許文献１参照）。

また、これらの電動工具は、作業時以外はホルダーにて保持されているのが一般的である。（例えば、特許文献２，３参照）。
特開２０００−３３４６７０号公報 特開２００３−１４５４５２号公報 実開平６−３１９７８号公報

しかしながら、上記従来の電動工具制御システムでは、電動工具からセンター装置へ情報を送信するタイミングを作業者の操作によって行った場合、送信忘れが発生し易く、センター装置では各電動工具の作業情報を確実に収集することができなかった。

また、電動工具からセンター装置へ情報を送信するタイミングをセンター装置からの指示で行った場合、電動工具を使用しているときにセンター装置と電動工具との通信を行うことがあり、使用中の電動工具から発生するノイズ等の影響によって送信動作が失敗することがあった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、センター装置と電動工具との間の通信をネットワーク経由で確実に行うことができる電動工具制御システムを提供することにある。

請求項１の発明は、ホルダーに保持された電動工具と、ネットワークを介してホルダーに接続されたセンター装置とで構成され、電動工具は、モータと、モータを駆動する駆動部と、モータの駆動状態を検出する駆動状態検出部と、電動工具の識別情報および検出されたモータの駆動状態を格納する記憶部と、ホルダーとの間で通信を行う第１の通信部と、少なくとも駆動部、駆動状態検出部、記憶部、第１の通信部の各動作を監視制御する第１の制御部とを備え、センター装置は、ネットワークを介してホルダーとの間で通信を行う第２の通信部と、少なくとも第２の通信部の動作を監視制御する第２の制御部とを備え、ホルダーは、電動工具を保持する保持部と、保持部に保持された電動工具との間で通信を行うとともに、ネットワークを介してセンター装置との間で通信を行うことで、電動工具とセンター装置との通信を中継する中継部とを備え、ホルダーに保持されている電動工具の第１の制御部は、前回保持されたときから今回保持されたときまでに検出されたモータの駆動状態を、電動工具の識別情報とともに第１の送信部からホルダー、ネットワークを介してセンター装置へ送信することを特徴とする。

この発明によれば、電動工具をホルダーに保持させているときに電動工具とセンター装置との間の通信が行われるので、作業情報の送信忘れがなく、さらには電動工具が使用されていないときに通信を行うので、電動工具のノイズ等による通信失敗を抑制でき、電動工具とセンター装置との間の通信をネットワークを介して確実に行うことができる。さらに、センター装置において、電動工具の駆動状態を管理でき、例えば作業量、精度、バラツキ等の検証が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記電動工具の駆動状態検出部は、モータのトルクを検出し、前記センター装置の第２の制御部は、モータの最大トルク設定値を第２の通信部から電動工具へ送信し、電動工具の第１の制御部は、センター装置から受信した最大トルク設定値を記憶部に格納して、駆動部によるモータ駆動時に検出したモータのトルクが最大トルク設定値を超えた場合、モータを停止させることを特徴とする。

この発明によれば、作業に応じたトルク設定を行うことができ、そのトルク管理も可能となる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記電動工具は、モータによって駆動される出力部を電動工具本体の一端に収納し、電動工具本体の他端からグリップ部を突設させたＴ型形状、または電動工具本体の一端に出力部を収納し、他端にグリップ部を構成するＩ型に形成され、前記ホルダーの保持部は、電動工具本体の一端を保持することを特徴とする。

この発明によれば、グリップ部を握った状態で、握り直すことなく、電動工具をホルダーに保持させることができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記電動工具の駆動状態検出部は、モータの駆動時間を検出することを特徴とする。

この発明によれば、センター装置が、電動工具の使用時間を管理でき、修理の時期等の把握が容易となる。

以上説明したように、本発明では、センター装置と電動工具との間の通信をネットワーク経由で確実に行うことができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の電動工具制御システムは図１〜図３に示され、工場内において、作業者が複数の電動工具１ａ〜１ｎを用いてネジ締めを行い、製品を組み立てており、作業に用いられていない電動工具１ａ〜１ｎは、ホルダー３ａ〜３ｎに保持されている。そして、ホルダー３に保持された電動工具１ａ〜１ｎと、ネットワーク４を介してホルダー３ａ〜３ｎに接続されたセンター装置２とが、ホルダー３ａ〜３ｎの中継機能を介して互いに通信を行う。なお、ネットワーク４は有線通信及び無線通信のどちらの通信方式であってもよい。

電動工具１（電動工具１ａ〜１ｎを指す）は、電動工具本体１１と、電動工具本体１１から突設されるグリップ部１２とでＴ型形状に構成され、制御部１０１（第１の制御部）と、モータ１０２と、駆動部１０３と、電池１０４と、操作部１０５と、トルクセンサ１０６と、回転数センサ１０７と、通信部１０８（第１の通信部）と、記憶部１０９と、報知部１１０と、タイマー部１１１と、出力部１１２とを備え、制御部１０１は、上記各部の動作を監視、制御している。

モータ１０２と出力部１１２とは電動工具本体１１内に収納され、モータ１０２は、小型高トルクの直流モータで構成されて出力部１１２を駆動することでネジ締めを行う。出力部１１２は、図３に示すように、モータ１０２の回転軸に接続された減速器１１２ａと、減速器１１２ａを介してモータ出力を伝達されて回転する出力軸１１２ｂと、出力軸１１２ｂに図示しないチャック機構を介して接続され、モータ出力によって回転することでネジ締めを行う先端工具１１２ｃとで構成される。なお、電池１４はグリップ部１２の先端に取り付けられ、操作部１０５は、グリップ部１２を握った状態で操作し易い箇所、例えばグリップ部１２の根元付近に配置される。また、制御部１０１、駆動部１０３、トルクセンサ１０６、回転数センサ１０７、通信部１０８、記憶部１０９、報知部１１０、タイマー部１１１は、電動工具本体１１およびグリップ部１２内に適宜収納される。

そして、操作部１０５は、正転・逆転の切換スイッチ１０５ａと、モータ１０２の回転数調整用のトリガースイッチ１０５ｂとで構成されており、切換スイッチ１０５ａによってモータ１０２に印加される電圧の極性を反転させてモータ１０２の回転方向を切り換え、制御部１０１は、作業者によるトリガースイッチ１０５ｂの操作量（即ち引き込み量）に応じた回転速度でモータ１０２が運転されるように、スイッチング素子を具備した駆動部１０３のスイッチング動作を制御して、電池１０４からモータ１０２への電力供給を調整している。また、電池１０４には充電可能な二次電池が用いられている。

さらに、モータ１０２の駆動状態を検出するため、トルクセンサ１０６、回転数センサ１０７によってモータ１０２のトルク、回転数が各々検出され、タイマー部１１１によってモータ１０２の駆動時間が計時されており、これらの検出結果、計時結果は制御部１０１へ出力されて、電動工具１の識別番号や、電池１０４の識別番号とともに記憶部１０９に格納される。ここで、モータ１０２の駆動時間は記憶部１０９内で累積された累積駆動時間として格納されている。なお、上記回転数は、モータ出力を伝達される先端工具１１２ｃの回転数であってもよい。

通信部１０８は、送信内容を赤外線信号に変換して赤外線発光部Ｐ１から送信する赤外線送信部１０８ａと、赤外線受光部Ｑ１を介して赤外線信号を受信する赤外線受信部１０８ｂとを備え、ホルダー３との間で赤外線通信を行うことで、ホルダー３、ネットワーク４を介してセンター装置２と通信を行う。

記憶部１０９は、制御部１０１によって情報の書き込み、書き換え、消去が行われて各種情報を格納しており、報知部１１０は、ブザー音等の音声出力や、ＬＥＤ等の点灯・点滅による報知動作を行う。

次に、センター装置２は、制御部２０１（第２の制御部）と、ホルダー３、ネットワーク４を介して電動工具１と通信を行う通信部２０２（第２の通信部）と、各情報を格納する記憶部２０３と、作業回数カウンタ２０４とを備え、制御部２０１は、上記各部の動作を監視、制御している。

次に、ホルダー３（ホルダー３ａ〜３ｎを指す）は、一端に開口部３１ａを設けた筒状のホルダー本体３１を備え、電動工具１の電動工具本体１１の出力部１１２を、ホルダー本体３１の開口部３１ａから挿入し、ホルダー本体３１の底面に設けた保持部３２が、電動工具本体１１の出力部１１２近傍に嵌合することで、ホルダー３が電動工具１を保持する。ホルダー本体３１の底面には凹部３３が形成されており、保持した電動工具１の先端工具１１２ｃが凹部３３に挿通する。このとき、電動工具１は、上記のようにグリップ部１２を電動工具本体１１から突設したＴ型形状に構成されているので、グリップ部１２を握った状態で、握り直すことなく、電動工具本体１１をホルダー本体３１の開口部３１ａから容易に挿入できる。なお、電動工具本体の一端に出力部を収納し、他端にグリップ部を構成するＩ型の電動工具であっても、同様にホルダー３への保持を容易に行うことができる。

そして、ホルダー本体３１には、電動工具１とセンター装置４との間の通信を中継するための中継部３４が設けられており、中継部３４は、保持した電動工具１の赤外線受光部Ｑ１に対向した赤外線発光部Ｐ２を具備する赤外線送信部３４ａと、保持した電動工具１の赤外線発光部Ｐ１に対向した赤外線受光部Ｑ２を具備する赤外線受信部３４ｂと、ネットワーク４を介してセンター装置２と通信を行う通信部３４ｃとで構成される。電動工具１の赤外線送信部１０８ａから送信された赤外線信号は、ホルダー３の赤外線受信部３４ｂで受信されて、通信部３４ｃからネットワーク４を介してセンター装置２へ送信される。また、センター装置２からネットワーク４を介して送信された信号は、ホルダー３の通信部３４ｃで受信されて、赤外線送信部３４ａから赤外線信号として送信され、電動工具１の赤外線受信部１０８ｂで受信される。すなわち、ホルダー３は、電動工具１を保持するとともに、保持した電動工具１とセンター装置２との間の通信を中継する機能も有している。なお、電動工具１とホルダー３との間の通信は赤外線通信に限定されるものではなく、接続端子を介して通信を行う有線通信や、アンテナを介して通信を行う無線通信であってもよい。

また、ホルダー本体３１内には、電動工具１を保持しているときに、電動工具本体１１によってアクチュエータ３５ａが付勢されて接点がオンするマイクロスイッチ３５が配置されており、このマイクロスイッチ３５の接点オン・オフ信号は、通信部３４ｃからネットワーク４を介してセンター装置２へ送信される。センター装置２では、この接点オン・オフ信号によってホルダー３に電動工具１が保持されているか否かを検知できる。

以下、ホルダー３の中継機能を利用した電動工具１とセンター装置２との通信動作について説明する。まず、図４のフローチャートに示すように、電動工具１の制御部１０１は、モータ１０２を駆動してネジ締め作業が行われている間、モータ１０２の駆動状態（トルクセンサ１０６および回転数センサ１０７で検出したモータ１０２のトルクおよび回転数、タイマー部１１１で計時したモータ１０２の駆動時間）を作業情報として記憶部１０９に順次格納する（ステップＳ１）。

そして、ネジ締め作業が終了して、電動工具１をホルダー３に保持させると（ステップＳ２）、ホルダー本体３１に設けたマイクロスイッチ３５がオンして、センター装置２へ接点オン信号が送信される。接点オン信号を受信したセンター装置２の制御部２０１は、ホルダー３に電動工具１が置かれたことを検知し（ステップＳ３）、ネットワーク４、ホルダー３を介して電動工具１へ情報要求信号を送信する（ステップＳ４）。電動工具１は、電動工具１の識別番号や、電池１０４の識別番号とともに、まだ送信していないモータ１０２の回転数、トルク、累積駆動時間の作業情報（すなわち、前回保持されたときから今回保持されたときまでに検出されたモータ１０２の回転数、トルク、累積駆動時間）を記憶部１０９から読み出し、送信する（ステップＳ５）。この作業情報を受信したセンター装置２は、電動工具１へ受信完了信号を送信し（ステップＳ６）、受信完了信号を受信した電動工具１は、報知部１１０によって送信完了の報知動作を行う（ステップＳ７）。

そして、センター装置２の記憶部２０３には、各電動工具１から送信されたモータ１０２の回転数、トルク、累積駆動時間等の各情報、および電池１０４の識別番号が、各電動工具１の識別情報に対応して蓄積され、電動工具１毎に作業の量、精度、バラツキの検証が可能となる。

例えば、センター装置２では、制御部２０１が、作業情報中の回転数およびトルクの変化等に基づいて１本のネジに対する締め付け作業の開始と終了を判断した上で、１本のネジを締め付ける作業中のモータ１０２のトルクが設定範囲内か否かを判定し、設定範囲内であれば作業が正常に完了したと判定して、作業回数カウンタ２０４をカウントアップして締め付け本数に１を加算しており、各電動工具１で締め付け完了したネジの本数を管理できる。さらに、制御部２０１は、作業情報中の累積駆動時間に基づいて、電動工具１の使用時間を管理でき、修理の時期等の把握が容易となる。

このように、電動工具１からセンター装置２への作業情報の送信動作は、電動工具１をホルダー３に保持させているときに電動工具１とセンター装置２との間の通信が自動で行われるので、作業情報の送信忘れがなく、さらには電動工具１が使用されていないときに通信を行うので、電動工具１のノイズ等による通信失敗を抑制でき、電動工具１とセンター装置２との間の通信を確実に行うことができる。

なお、電動工具１によって行われる作業内容はネジ締めに限定されず、モータを用いた他の作業内容であってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の電動工具制御システムは図１〜図３に示され、実施形態１の作業情報送信動作に付加して、以下の設定情報送信動作を行う。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

センター装置２の記憶部２０３には、電動工具１毎にモータ１０２の駆動に関する設定情報を格納しており、制御部２０１は通信部２０２から電動工具１毎に設定情報を送信する。この設定情報は、各電動工具１の識別番号や、作業時におけるモータ１０２の最大トルク設定値、最大回転数設定値等で構成され、電動工具１の制御部１０１は、受け取った設定情報に基づいて、駆動部１０３を制御してモータ１０２を駆動する。

以下、設定情報を利用した電動工具制御システムの動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。まず、電動工具１をホルダー３に保持させると（ステップＳ１１）、ホルダー本体３１に設けたマイクロスイッチ３５がオンして、センター装置２へ接点オン信号が送信される。接点オン信号を受信したセンター装置２の制御部２０１は、ホルダー３に電動工具１が置かれたことを検知し（ステップＳ１２）、ネットワーク４、ホルダー３を介して電動工具１へ設定情報を送信する（ステップＳ１３）。電動工具１では、制御部１０１が、受信した設定情報を記憶部１０９に格納するとともに（ステップＳ１４）、この格納した設定情報を通信部１０８からセンター装置２へ返信する（ステップＳ１５）。センター装置２では、制御部２０１が、ステップＳ１３で電動工具１へ送信した設定情報とステップＳ１５で電動工具１から返信された設定情報とを比較し（ステップＳ１６）、両設定情報が一致しなければ送信失敗と判定して、ステップＳ１３に戻って設定情報の再送信を行う。両設定情報が一致すれば、送信した設定情報が電動工具１で正常に受信、格納されており、送信成功と判定して設定処理は終了する。

そして、設定情報を正常に受信した電動工具１を用いて作業者がネジ締め作業を行い、ネジ締め作業が開始されると、制御部１０１は、記憶部１０９に格納されている設定情報（最大回転数設定値、最大トルク設定値）に基づいてモータ１０２の回転制御を行う。具体的には、回転数センサ１０７で検出したモータ１０２の回転数が最大回転数設定値を超えないように駆動部１０３を制御してネジ締めを行い、作業者によるトリガースイッチ１０５ｂの操作量が大きい場合でも、モータ１０２の最大回転数を制限することでモータパワーを抑えており、樹脂などの柔らかい部材であっても傷付けることなくネジ締め作業を行うことができる。そして、トルクセンサ１０６で検出したモータ１０２のトルクが最大トルク設定値に達した時点で締め付け完了と判定し、駆動部１０３を制御してモータ１０２の回転を停止させることで、ネジやナット等を一定の力で締め付けることができる。すなわち、作業に応じたトルク設定を行うことができ、そのトルク管理も可能となる（ステップＳ１７）。

このように、電動工具１では、センター装置２から送信された設定情報に基づいてモータ１０２の回転制御が為されるので、作業者の資質によることなく、センター装置２で一元的に管理される設定情報に基づいて狙い通りの作業が行われる。

制御部１０１では、モータ１０２の駆動状態（モータ１０２の回転数、トルク、駆動時間）を作業情報として記憶部１０９に順次格納し、次に電動工具１をホルダー３に保持させたときには、実施形態１と同様に、作業情報をセンター装置２へ送信する。

なお、センター装置２から電動工具１への設定情報の送信は、ホルダー３が電動工具１を保持する毎に行う必要はなく、設定情報の更新時や、一定期間毎に行えばよい。

実施形態１の電動工具制御システムのブロック構成を示す図である。 同上の概略構成を示す図である。 同上のホルダーに保持された電動工具を示す図である。 同上のフローチャートを示す図である。 実施形態２の電動工具制御システムのフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 電動工具
１０１ 制御部
１０２ モータ
１０３ 駆動部
１０６ トルクセンサ
１０７ 回転数センサ
１０８ 通信部
１０９ 記憶部
１１１ タイマー部
２ センター装置
２０１ 制御部
２０２ 通信部
３ ホルダー
３４ 中継部
４ ネットワーク

Claims (4)

1. ホルダーに保持された電動工具と、ネットワークを介してホルダーに接続されたセンター装置とで構成され、
   電動工具は、モータと、モータを駆動する駆動部と、モータの駆動状態を検出する駆動状態検出部と、電動工具の識別情報および検出されたモータの駆動状態を格納する記憶部と、ホルダーとの間で通信を行う第１の通信部と、少なくとも駆動部、駆動状態検出部、記憶部、第１の通信部の各動作を監視制御する第１の制御部とを備え、
   センター装置は、ネットワークを介してホルダーとの間で通信を行う第２の通信部と、少なくとも第２の通信部の動作を監視制御する第２の制御部とを備え、
   ホルダーは、電動工具を保持する保持部と、保持部に保持された電動工具との間で通信を行うとともに、ネットワークを介してセンター装置との間で通信を行うことで、電動工具とセンター装置との通信を中継する中継部とを備え、
   ホルダーに保持されている電動工具の第１の制御部は、前回保持されたときから今回保持されたときまでに検出されたモータの駆動状態を、電動工具の識別情報とともに第１の送信部からホルダー、ネットワークを介してセンター装置へ送信する
   ことを特徴とする電動工具制御システム。
2. 前記電動工具の駆動状態検出部は、モータのトルクを検出し、
   前記センター装置の第２の制御部は、モータの最大トルク設定値を第２の通信部から電動工具へ送信し、
   電動工具の第１の制御部は、センター装置から受信した最大トルク設定値を記憶部に格納して、駆動部によるモータ駆動時に検出したモータのトルクが最大トルク設定値を超えた場合、モータを停止させる
   ことを特徴とする請求項１記載の電動工具制御システム。
3. 前記電動工具は、モータによって駆動される出力部を電動工具本体の一端に収納し、電動工具本体の他端からグリップ部を突設させたＴ型形状、または電動工具本体の一端に出力部を収納し、他端にグリップ部を構成するＩ型に形成され、前記ホルダーの保持部は、電動工具本体の一端を保持することを特徴とする請求項１または２記載の電動工具制御システム。
4. 前記電動工具の駆動状態検出部は、モータの駆動時間を検出することを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の電動工具制御システム。

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