智能鎖壽命耐久性控制系統設計與實現

吳 傲 王賢瑞 李海鵬

（公安部第三研究所，上海200031）

近些年伴隨著互聯網信息技術的蓬勃發展，國內智能鎖在技術以及生產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，智能鎖由于其特殊的便捷性、實用性和安全性在安防領域得到了廣泛的應用，為適應智能鎖行業發展。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條件》設計了智能鎖壽命耐久性機械手臂控制系統。

1 機械手臂設計

由于現代工業科技不斷成熟，機器手技術不斷推進，在許多重要的生產領域中逐步出現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，為空心管件結構，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。控制系統由PLC/PC設定與控制伺服電機的動作時序，并兼有計時、計數功能，由機械手臂的感應開關來檢測各個工作點的狀態，真正實現全自動判斷被測智能門鎖的好壞，從而作出相應的處理。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能力和復雜環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，隨著現代工業技術的不斷完善，機械手臂的應用技術成為代替人工作業的完美替代者，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 機械手臂結構圖

2 控制系統整體方案設計

智能門鎖通常采用生物識別系統進行判別用戶信息，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的生物特征錄入到智能鎖存儲器內，利用識別技術進行判斷，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，刷卡智能門鎖研發設計的一體化壽命測試系統，該系統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品在特定的環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、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量檢測。

圖2 智能門鎖生物識別開鎖

依據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，智能門鎖壽命耐久性測試系統采用智能的六軸機器人作為驅動模塊模擬還原實際開關門、開鎖場景，機械手臂整個結構為空間關節型，具有多個自由度，能對被測電子鎖實現精確定位。整個工作工程是通過在計算機上設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的計算機內，通過觸摸屏實現PLC對伺服電機動作的控制，從而實現對智能門鎖的啟、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。設計的運動過程如圖3 所示，以指紋鎖開鎖為例，根據機械手臂控制系統的操作要求，機械手臂的運動軌跡為：

（1）利用對應的指紋鎖鎖具夾具，將指紋鎖安裝到控制平臺上；此時機械手處于零點位置。（2）當系統在停止狀態時并且機械手臂在零點位置時，點動觸摸屏上的開啟開關，則機械手臂開啟運動。（3）當機械手觸碰到門把手時，此時該控制系統處于暫停狀態，5s 后，機械手臂向上提動門把手至設定的角度時鎖舌伸出，門把手轉動的角度會鎖的種類不同而變化，通常會提前測量轉動角度，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，此時改指紋鎖內部通過內置電池對鎖內部回路供電，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。程序的設定通常根據鎖具的性能和外形尺寸，來確定六軸轉動角度和移動的位移來確定的，不同的鎖具對應著不同的機械手臂運行的不同軌跡路線。為了測試相應的鎖具，在固定式觸摸屏上選擇手動模式，用相對應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 結論

智能鎖壽命耐久性控制系統與普通鎖具檢測系統相比有以下幾個優勢：（1）操作步驟簡單：檢測人員可以通過現場觸摸屏操作，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，而且還可以根據鎖具開鎖方式進行優化更新，體現該智能門鎖檢測系統的價值。

智能鎖壽命耐久性控制系統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，規范了智能門鎖市場，具有實際應用價值。