智能锁寿命耐久性控制系统设计与实现

吴 傲 王贤瑞 李海鹏

（公安部第三研究所，上海200031）

近些年伴随着互联网信息技术的蓬勃发展，国内智能锁在技术以及生产工艺方面得到了极大的提升，市场对智能门锁的检测需求的激发，智能锁由于其特殊的便捷性、实用性和安全性在安防领域得到了广泛的应用，为适应智能锁行业发展。本文依照《GA374-2019 电子防盗锁标准》及《GA701-2007 指纹防盗锁通用技术条件》设计了智能锁寿命耐久性机械手臂控制系统。

1 机械手臂设计

由于现代工业科技不断成熟，机器手技术不断推进，在许多重要的生产领域中逐步出现了机器人代替工人去工作。机械手臂采用硬铝合金材料制成，为空心管件结构，这样既可保证手臂有较高的刚度，也可降低手臂的重量，减小电机的负载。控制系统由PLC/PC设定与控制伺服电机的动作时序，并兼有计时、计数功能，由机械手臂的感应开关来检测各个工作点的状态，真正实现全自动判断被测智能门锁的好坏，从而作出相应的处理。机械手臂不仅可以完成空间里的各种工作，而且还能模仿人体手臂动作，利用机械手臂的灵敏的反应能力和复杂环境长时间的工作能力，突破了人力工作的极限，又保证了过程的完整性和准确性，从而提高了检测效率，减少人力成本，随着现代工业技术的不断完善，机械手臂的应用技术成为代替人工作业的完美替代者，使得机械手臂对于锁具寿命检测的研究有很大的意义。

图1 机械手臂结构图

2 控制系统整体方案设计

智能门锁通常采用生物识别系统进行判别用户信息，主要包括指纹识别、人脸识别、虹膜识别等主要的生物特征，通常用户会将指纹或者人脸等相关的生物特征录入到智能锁存储器内，利用识别技术进行判断，比对成功即可开锁。

智能门锁寿命耐久性机械手臂控制系统主要是对目前市场上流通的电子密码门锁，指纹电子门锁，刷卡智能门锁研发设计的一体化寿命测试系统，该系统在工作时采用六轴机器手臂操作，代替人工操作整个过程，智能门锁寿命耐久性试验机是用于模拟门锁试验或验证智能门锁产品在特定的环境模拟下能否适于使用、有效完成其功能的时间、有效使用次数、及检测出其老化疲劳值的试验机，通过对智能型门锁的耐久性进行测试，以此来完成对智能锁具的质量检测。

图2 智能门锁生物识别开锁

依据电子防盗锁耐久性性能要求，进行10000 次锁具启、闭操作，研制一整套智能锁耐疲劳测试系统，智能门锁寿命耐久性测试系统采用智能的六轴机器人作为驱动模块模拟还原实际开关门、开锁场景，机械手臂整个结构为空间关节型，具有多个自由度，能对被测电子锁实现精确定位。整个工作工程是通过在计算机上设定好机械手臂的运动轨迹，将运动轨迹下载到机械手臂控制系统的计算机内，通过触摸屏实现PLC对伺服电机动作的控制，从而实现对智能门锁的启、闭操作。

3 机械手臂开锁过程

图中不仅对指纹锁、刷卡门锁和密码锁进行机械手臂检测操作，还可以对机械锁进行钥匙开启检测。设计的运动过程如图3 所示，以指纹锁开锁为例，根据机械手臂控制系统的操作要求，机械手臂的运动轨迹为：

（1）利用对应的指纹锁锁具夹具，将指纹锁安装到控制平台上；此时机械手处于零点位置。（2）当系统在停止状态时并且机械手臂在零点位置时，点动触摸屏上的开启开关，则机械手臂开启运动。（3）当机械手触碰到门把手时，此时该控制系统处于暂停状态，5s 后，机械手臂向上提动门把手至设定的角度时锁舌伸出，门把手转动的角度会锁的种类不同而变化，通常会提前测量转动角度，机械手臂回到原点。（4）机械手重新开始下一步动作，向上推开外壳滑盖，此时改指纹锁内部通过内置电池对锁内部回路供电，机械手下降，按压指纹键，高弹性硅胶指纹膜代替手指解锁指纹。（5）计算机收到机械手按压指纹键传递的信号，机械手再次按压门把手至把手初始位置，然后推开门，机械手臂向前伸出距离为20mm。（6）机械手回缩20mm，门关上。

该机械手完成对指纹锁的启、闭一次的完整过程。

图3 机械手臂的开锁过程

在实际的检测中，每个送检的锁具的大小和外形各有不同就需要对机械手臂的轨迹，以及如何找到最佳受力点做出有效的判定。程序的设定通常根据锁具的性能和外形尺寸，来确定六轴转动角度和移动的位移来确定的，不同的锁具对应着不同的机械手臂运行的不同轨迹路线。为了测试相应的锁具，在固定式触摸屏上选择手动模式，用相对应的夹具将所测试的锁具固定在测试位置上，利用可移动式小型触摸屏控制面板对机械手进行位置定位。根据测试锁具的类别与型号进行手动初始定位，对机械手臂的大臂，小臂及手指指定到相应的位置，并对该位置进行原点分配，让机械手臂记住该位置，从而当选择自动模式时，设置好最佳的手臂移动速度，手臂可以自动到达该点，完成局部动作。

4 结论

智能锁寿命耐久性控制系统与普通锁具检测系统相比有以下几个优势：（1）操作步骤简单：检测人员可以通过现场触摸屏操作，也可以远程利用电脑进行程序编写，减少人工投入，极大地方便了检测人员。（2）动作迅速，定位准确：利用六轴机械手臂作为驱动模块极大地减少了故障率，减少检测周期，提高了实验效果。（3）功能多样：不仅可以对多种智能门锁进行检测，而且还可以根据锁具开锁方式进行优化更新，体现该智能门锁检测系统的价值。

智能锁寿命耐久性控制系统可以对已有智能门锁进行耐久性检测，确保智能门锁的寿命有更高提升，保证了写字楼、商场以及居住地起到有效的保护作用，规范了智能门锁市场，具有实际应用价值。