基于機械臂的全自動智能坐便器測試系統

陳琇琇

（安徽省產品質量監督檢驗研究院，安徽 合肥 230601）

0 引言

在眾多的智能化家居種類中，智能坐便器的出現給衛浴領域帶來了重大突破，智能坐便器與傳統坐便器的區別在于其功能的多樣性，例如，馬桶坐墊加熱、便后清洗、婦洗清潔、自動烘干、便后除臭以及智能人體感應等，這些功能的出現很大程度地提升了人們的使用體驗，也提高了人們的使用舒適性，智能坐便器的出現滿足了人們的日常生活需求，未來的市場發展空間也非常廣闊。

1 行業的發展和問題

隨著智能坐便產品的廣泛普及與應用，產品質量不斷出現問題，各個生產單位的技術研發與質量控制水平差異明顯。中潔網與上海市質量監督檢驗技術研究院曾經聯合舉辦了2018年沸騰杯智能座便性能測評的質量分析大會，我國一共有39家智能座便生產企業推出61款智能坐便參加了該次分析會，通過測評分析發現，智能坐便器最主要的問題都集中表現在舒適性能方面，有12.7%的即熱式智能坐便器在水溫穩定性能方面存在較大波動，還有14.8%的智能坐便器存在臀部清洗力度不足的問題[1]。產品的舒適性能直接關系用戶的實際體驗，而且這也是未來市場的主要發展趨勢，具有十分廣闊的發展前景。

2 課題研究內容的目標

測試環節是保證產品質量的重要環節。通過有效測試可以發現產品自身存在的缺陷以及質量問題，可以在一定程度上促進生產技術的提升，以此來保證產品的生產質量，提升企業的市場競爭能力。目前智能坐便器的測試主要以人工測試為主，人工測試有利也有弊，利處在于其可以根據人們的使用習慣，定向地進行整改與創新，弊處在于人工測試的過程中，不可避免地會產生一些人為操作誤差，進而影響坐便器最終的出廠質量，并且人工質量測試需要測試人員在極短的時間內快速給出一些精確的數據。所以，要想進一步提升人工智能座便器的質量，就需要在測試環節中科學地使用全自動智能座便器測試系統，以此來保證產品的質量。

3 系統構架

該課題是對基于機械臂的全自動智能坐便器測試系統進行設計，主要是對智能蓋板舒適性能的精準測試進行分析。測試人員在控制界面發布控制指令，然后通過I/O口控制機械臂，根據測試標準進行相應的測試過程，控制器可以采集測試過程中各個傳感器發送的信號并對其進行處理，處理后的測試結果傳送到屏幕上，同時觸控端還能夠對測試進行全方面監控，能夠及時發現并反饋出現的問題以及異常情況[2]。

4 系統的實現

系統方案是由3個部分組成，其中主要包括HMI觸摸控制面板、PLC控制器、具備各種傳感器的機械臂等。

4.1 全智能測試系統實現要求

全智能測試系統的實現必須要滿足以下3點要求。1）操作簡單且智能化，在測試人員發出第一操作指令時，系統必須可以實現自動啟動，以此來完成對應的整個測試流程。2）測試數據傳輸速度要快，測試人員發出的指令或者智能傳感器偵查的數據，能夠在第一時間傳輸到指定的子設備中，并且子設備處于隨時待命狀態。3）智能機械臂模擬人類手臂操作，并且在測試運動過程中的靈活性、目標測試精準性以及運動操作的速度性要達標[3]。

4.2 智能系統控制部分實現

智能化測試系統選取了屏幕觸摸控制方式，此種方式可以簡化測試人員的操作，而且測試結果體現得更為直觀。智能化測試系統搭載了KTP900觸摸屏幕，以及S7-1200系列的PLC智能模塊所組成，PLC與HML兩者之間的傳輸由自動化總線標準來完成，此種自動化總線標準的特點為靈活性較強、性能效率較高，而且這兩個特點剛好滿足了全自動智能測試系統的運作所需。與此同時，此系統也預留了多個備用接口來滿足多個設備的連接所用，方便為智能測試系統的二次設備升級所用。

4.3 系統測試動作的部分實現

該測試的動作主要是有六軸機械臂來完成的，關節6個自由度的合作配合，使機械臂能夠實現空間姿態的靈活轉變以及對空間位置的精確控制。在該課題的研究測試系統過程中，PLC的控制器通過I/O接口與機械臂進行通信，進而完成檢測動作。機械臂的第6周上還配置了溫度傳感器以及壓力傳感器和流量傳感器等，各種物理量傳感器對水溫清潔力以及流量和風速等蓋板的使用性能進行測試，系統具體的傳感器控制過程原理如圖1所示。傳感器能夠捕獲模擬量的數據，并將其實時反饋到PLC控制器上，進而完成實時監控測試系統過程的目的。同時為了進一步提高系統的測試效率，該系統還將小型的桌面式機械手作為輔助引入其中，主要是為了控制遙控器的開關按鈕等工作內容。

該次測試的系統傳感器，當實驗人員發出指令后，各個物理量傳感器便開始工作，測試得出的物理信號會通過內部的模擬量處理電路，將其轉換成模擬量電信號，電壓或者電流等持續變化的電信號會被DQ收集，然后經過放大過濾整流，與AD進行單元轉換，以后模擬的信號會被再次轉換成數字信號，然后控制器單元會對接收到的數字信號進行處理和分析后，將其以超高的速度傳送到顯示區，最終完成實時監控與觀察測試數據的目的。

4.4 系統界面參數設計

該測試系統已經通過國家級智能坐便器質量檢測標準，測試人員可以按照標準來選擇自動測試的項目，以此來對產品進行測試，該系統的測試界面已經滿足了3種要求。1）該系統顯示界面可以根據不同的測試標準來改變不同的測試規格，測試的過程有連貫自動測試與多項測試項目依次循環測試2種測試模式，同時也可以設定每個項目測試的次數。2）每個測試項目都有屬于自己的控制頁面，使測試人員能夠更加直觀地對各項目數據進行測試。方便測試人員對測試項目進行管理。3）在測試過程中，系統可以對測試項目進行實時的數據監控與檢測，如果在測試過程中出現異?；蛘吖收?，系統會在第一時間將測試異常數據反饋到控制界面上供測試人員瀏覽[4]。

根據實踐操作得出結論，在進行水溫響應特性項目時，系統輸出在最高檔、清洗水溫在3 s內，并且升溫至35 ℃時，當測試人員主動觸碰水溫響應特性測試顯示模塊時，系統會在第一時間做出測試動作。如果目標檢測項目處在正常運行時，水溫達到一個限定溫度區域內，此時數值就會以曲線圖的形式顯示在操控屏幕內供測試人員瀏覽。如果目標檢測產品出現異常，并且水溫超過標定額度時，操控界面上的數值就會馬上變成紅色，并標記異常所處位置且伴有系統警報提醒。與此同時，智能測試系統還設計了劣質產品與正常產品的參數對比功能，該功能在遇到劣質產品時，會向服務終端發送異常數據，以此來提醒檢測人員。

圖1 系統傳感器控制過程原理示意圖

5 系統實際使用的效果

該測試系統的測試人員通過控制界面發布命令，能夠使控制器、機械臂、傳感器聯動自動測試。目前，基于機械臂的全自動智能坐便器已經在各個車間和實驗室進行了全面的運行測試，主要是為了能夠驗證產品的各項性能。在試驗與試用期前，通過測試人員的實時反饋，對測試系統與人工測試進行了對比，具體見表1。通過表1可知，該系統能夠有效節約人力成本，同時還大大提高了測試效果與精確度，而且由于性能趨于穩定、定位準確、便于操作以及智能化水平較高等優點，得到了測試人員的廣泛認可。

表1 測試系統與人工測試對比

6 結語

該次測試系統符合智能坐便器的標準，而且還將機械手和傳感器等與自動化測試系統進行結合，大大節省了人力測試的成本以及準確度，有效保證了測試結果的一致性，降低了出現誤差的概率。而且，該系統還能夠更快地進行數據分析，并能夠對測試過程進行實時監測，具備智能提醒等功能，在大大提高產品檢測準確率的同時，也嚴格把控了產品的質量。與傳統的人力測試相比，全自動測試系統更具優勢，更加符合未來的發展需求。