智能鎖壽命耐久性控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

吳 傲 王賢瑞 李海鵬

（公安部第三研究所，上海200031）

近些年伴隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)智能鎖在技術(shù)以及生產(chǎn)工藝方面得到了極大的提升，市場對智能門鎖的檢測需求的激發(fā)，智能鎖由于其特殊的便捷性、實用性和安全性在安防領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為適應(yīng)智能鎖行業(yè)發(fā)展。本文依照《GA374-2019 電子防盜鎖標準》及《GA701-2007 指紋防盜鎖通用技術(shù)條件》設(shè)計了智能鎖壽命耐久性機械手臂控制系統(tǒng)。

1 機械手臂設(shè)計

由于現(xiàn)代工業(yè)科技不斷成熟，機器手技術(shù)不斷推進，在許多重要的生產(chǎn)領(lǐng)域中逐步出現(xiàn)了機器人代替工人去工作。機械手臂采用硬鋁合金材料制成，為空心管件結(jié)構(gòu)，這樣既可保證手臂有較高的剛度，也可降低手臂的重量，減小電機的負載?？刂葡到y(tǒng)由PLC/PC設(shè)定與控制伺服電機的動作時序，并兼有計時、計數(shù)功能，由機械手臂的感應(yīng)開關(guān)來檢測各個工作點的狀態(tài)，真正實現(xiàn)全自動判斷被測智能門鎖的好壞，從而作出相應(yīng)的處理。機械手臂不僅可以完成空間里的各種工作，而且還能模仿人體手臂動作，利用機械手臂的靈敏的反應(yīng)能力和復(fù)雜環(huán)境長時間的工作能力，突破了人力工作的極限，又保證了過程的完整性和準確性，從而提高了檢測效率，減少人力成本，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷完善，機械手臂的應(yīng)用技術(shù)成為代替人工作業(yè)的完美替代者，使得機械手臂對于鎖具壽命檢測的研究有很大的意義。

圖1 機械手臂結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計

智能門鎖通常采用生物識別系統(tǒng)進行判別用戶信息，主要包括指紋識別、人臉識別、虹膜識別等主要的生物特征，通常用戶會將指紋或者人臉等相關(guān)的生物特征錄入到智能鎖存儲器內(nèi)，利用識別技術(shù)進行判斷，比對成功即可開鎖。

智能門鎖壽命耐久性機械手臂控制系統(tǒng)主要是對目前市場上流通的電子密碼門鎖，指紋電子門鎖，刷卡智能門鎖研發(fā)設(shè)計的一體化壽命測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)在工作時采用六軸機器手臂操作，代替人工操作整個過程，智能門鎖壽命耐久性試驗機是用于模擬門鎖試驗或驗證智能門鎖產(chǎn)品在特定的環(huán)境模擬下能否適于使用、有效完成其功能的時間、有效使用次數(shù)、及檢測出其老化疲勞值的試驗機，通過對智能型門鎖的耐久性進行測試，以此來完成對智能鎖具的質(zhì)量檢測。

圖2 智能門鎖生物識別開鎖

依據(jù)電子防盜鎖耐久性性能要求，進行10000 次鎖具啟、閉操作，研制一整套智能鎖耐疲勞測試系統(tǒng)，智能門鎖壽命耐久性測試系統(tǒng)采用智能的六軸機器人作為驅(qū)動模塊模擬還原實際開關(guān)門、開鎖場景，機械手臂整個結(jié)構(gòu)為空間關(guān)節(jié)型，具有多個自由度，能對被測電子鎖實現(xiàn)精確定位。整個工作工程是通過在計算機上設(shè)定好機械手臂的運動軌跡，將運動軌跡下載到機械手臂控制系統(tǒng)的計算機內(nèi)，通過觸摸屏實現(xiàn)PLC對伺服電機動作的控制，從而實現(xiàn)對智能門鎖的啟、閉操作。

3 機械手臂開鎖過程

圖中不僅對指紋鎖、刷卡門鎖和密碼鎖進行機械手臂檢測操作，還可以對機械鎖進行鑰匙開啟檢測。設(shè)計的運動過程如圖3 所示，以指紋鎖開鎖為例，根據(jù)機械手臂控制系統(tǒng)的操作要求，機械手臂的運動軌跡為：

（1）利用對應(yīng)的指紋鎖鎖具夾具，將指紋鎖安裝到控制平臺上；此時機械手處于零點位置。（2）當系統(tǒng)在停止狀態(tài)時并且機械手臂在零點位置時，點動觸摸屏上的開啟開關(guān)，則機械手臂開啟運動。（3）當機械手觸碰到門把手時，此時該控制系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，5s 后，機械手臂向上提動門把手至設(shè)定的角度時鎖舌伸出，門把手轉(zhuǎn)動的角度會鎖的種類不同而變化，通常會提前測量轉(zhuǎn)動角度，機械手臂回到原點。（4）機械手重新開始下一步動作，向上推開外殼滑蓋，此時改指紋鎖內(nèi)部通過內(nèi)置電池對鎖內(nèi)部回路供電，機械手下降，按壓指紋鍵，高彈性硅膠指紋膜代替手指解鎖指紋。（5）計算機收到機械手按壓指紋鍵傳遞的信號，機械手再次按壓門把手至把手初始位置，然后推開門，機械手臂向前伸出距離為20mm。（6）機械手回縮20mm，門關(guān)上。

該機械手完成對指紋鎖的啟、閉一次的完整過程。

圖3 機械手臂的開鎖過程

在實際的檢測中，每個送檢的鎖具的大小和外形各有不同就需要對機械手臂的軌跡，以及如何找到最佳受力點做出有效的判定。程序的設(shè)定通常根據(jù)鎖具的性能和外形尺寸，來確定六軸轉(zhuǎn)動角度和移動的位移來確定的，不同的鎖具對應(yīng)著不同的機械手臂運行的不同軌跡路線。為了測試相應(yīng)的鎖具，在固定式觸摸屏上選擇手動模式，用相對應(yīng)的夾具將所測試的鎖具固定在測試位置上，利用可移動式小型觸摸屏控制面板對機械手進行位置定位。根據(jù)測試鎖具的類別與型號進行手動初始定位，對機械手臂的大臂，小臂及手指指定到相應(yīng)的位置，并對該位置進行原點分配，讓機械手臂記住該位置，從而當選擇自動模式時，設(shè)置好最佳的手臂移動速度，手臂可以自動到達該點，完成局部動作。

4 結(jié)論

智能鎖壽命耐久性控制系統(tǒng)與普通鎖具檢測系統(tǒng)相比有以下幾個優(yōu)勢：（1）操作步驟簡單：檢測人員可以通過現(xiàn)場觸摸屏操作，也可以遠程利用電腦進行程序編寫，減少人工投入，極大地方便了檢測人員。（2）動作迅速，定位準確：利用六軸機械手臂作為驅(qū)動模塊極大地減少了故障率，減少檢測周期，提高了實驗效果。（3）功能多樣：不僅可以對多種智能門鎖進行檢測，而且還可以根據(jù)鎖具開鎖方式進行優(yōu)化更新，體現(xiàn)該智能門鎖檢測系統(tǒng)的價值。

智能鎖壽命耐久性控制系統(tǒng)可以對已有智能門鎖進行耐久性檢測，確保智能門鎖的壽命有更高提升，保證了寫字樓、商場以及居住地起到有效的保護作用，規(guī)范了智能門鎖市場，具有實際應(yīng)用價值。