УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЁМА, ХРАНЕНИЯ И ВЫДАЧИ ПРЕДМЕТОВ
DEVICE FOR RECEIVING, STORING AND DISPENSING OBJECTS

Область техники
Изобретение относится к устройствам, используемым для приема, хранения и выдачи предметов, подлежащих особой сохранности, например ключей, носителей информации, драгоценностей, и может быть использовано в системах контроля доступа объектов с повышенными требованиями к безопасности: предприятий ядерно-оружейного комплекса, АЭС и т.д.
Уровень техники
Известно «Устройство для хранения и выдачи предметов», патент РФ №2366789, МПК: E05G 1/00, G07F 11/60; заявка №2008100580/12, приоритет 29.05.2006, опубл. 10.09.2009, Патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики Имени Академика Е.И. Забабахина" (RU); авторы: Бабушкин Олег Викторович, Дегтев Александр Павлович, Шадрин Александр Викторович.
Устройство для хранения и выдачи предметов, содержащее блок управления, датчики положения, корпус с ячейками, в каждой из которых установлен контейнер для хранения предметов, электромагнит, якорем которого является планка, и подпружиненный шток, контейнер установлен в ячейке с возможностью фиксации и взаимодействует задней стенкой с одним концом подпружиненного штока, другой конец которого соединен с соответствующим датчиком положения, отличающееся тем, что каждая ячейка снабжена упором и подпружиненной шторкой, перекрывающей ячейку в положении «без контейнера», кроме того, каждая ячейка снабжена подпружиненным захватывающим рычагом, связанным с толкателем, и подпружиненным поворотным рычагом со штифтом, выполненным с возможностью размещения штифта в отверстии в верхней стенке корпуса контейнера в положении «хранение», планка расположена с возможностью в положении «без контейнера» взаимодействовать одним концом со шторкой, вторым - с упором, а при расфиксации - соответственно с захватывающим рычагом и поворотным рычагом, при этом каждый датчик подключен к блоку управления.
Существенные признаки, общие с признаками изобретения: устройство для хранения и выдачи предметов, содержащее блок управления, датчики положения, корпус с ячейками, в каждой из которых установлен контейнер для хранения предметов, электромагнит, контейнер установлен в ячейке с возможностью фиксации, каждая ячейка снабжена подпружиненной шторкой, перекрывающей ячейку в положении «без контейнера», подпружиненным поворотным рычагом со штифтом, выполненным с возможностью размещения штифта в отверстии в верхней стенке корпуса контейнера в положении «хранение», каждый датчик подключен к блоку управления.
К недостаткам данного устройства следует отнести: необходимость формирования ниш под ячейками, в которые должны перемещаться шторки, что усложняет конструкцию и удорожает устройство; расположение оси подпружиненных поворотных рычагов позади ячейки, что увеличивает глубину устройства; расположение датчиков позади ячеек, что также увеличивает глубину устройства; взаимодействие контейнеров с датчиками через подпружиненный шток, что увеличивает глубину и приводит к конструктивному усложнению и удорожанию устройства; наличие индивидуальных для каждой ячейки осей в подвесе якоря электромагнита, выполненного в виде подпружиненной планки, и захватывающего рычага, что усложняет и удорожает устройство. Данная подпружиненная планка является элементом, управляющим блокировкой и разблокировкой ячейки (блокиратором) для шторки и, кроме того, кулисой для преобразования движения захватывающего рычага во вращательное движение подпружиненного поворотного рычага со штифтом (с выступающим элементом). Для реализации данных функций подпружиненной планке требуется сложный подвес, что также усложняет и удорожает устройство.
Таким образом, недостатками приведенного устройства является большое количество элементов, особенности их взаимного расположения и взаимодействия, что приводит к снижению надежности, а также большой трудоемкости и высокой себестоимости изготовления, и, следовательно, делает устройство слишком дорогим для широкого внедрения. Кроме того, устройство имеет значительные габариты и вес.
В качестве прототипа было выбрано устройство под названием «Устройство для хранения и выдачи предметов», описанное в патенте РФ №2614198, МПК G07F 11/60, заявка №2015141035, приоритет 25.09.2015, опубликовано: 23.03.2017, патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики Имени Академика Е.И. Забабахина" (RU); автор: А.В. Шадрин.
Устройство для хранения и выдачи предметов, содержащее корпус с ячейками, в каждой из которых установлен контейнер для хранения предметов, блок управления, датчики наличия контейнера, подключенные к блоку управления, электромагнит и светодиодный индикатор, подключенные к блоку управления, блокиратор, контейнер установлен в ячейке с возможностью фиксации и взаимодействия задней частью с выталкивающим элементом, каждая ячейка снабжена подпружиненной шторкой, перекрывающей ячейку в положении «без контейнера», кнопкой для изъятия контейнера, подпружиненным захватывающим рычагом, подпружиненным поворотным рычагом с выступающим элементом, выполненным с возможностью размещения выступающего элемента в отверстии в верхней стенке контейнера в положении «хранение», отличающееся тем, что блок управления включает контроллер и модуль ввода-вывода, модуль ввода-вывода выполнен в виде печатной платы и расположен над ячейками вдоль задней стенки корпуса, каждый электромагнит и светодиодный индикатор размещены на печатной плате, закрепленной на боковой стенке ячейки, каждая печатная плата, закрепленная на боковой стенке ячейки, выполнена с отверстиями, каждый электромагнит, датчик наличия контейнера и светодиодный индикатор подключены к модулю ввода-вывода посредством печатных проводников, выполненных на печатной плате, закрепленной на боковой стенке ячейки, каждый электромагнит снабжен тягой, соединенной с блокиратором, каждый блокиратор свободно закреплен на валу, проходящем над всем рядом ячеек, над каждой ячейкой на этом валу закреплен толкатель, выполненный с возможностью взаимодействия с блокиратором, каждый выталкивающий элемент выполнен в виде пружины, каждая подпружиненная шторка выполнена с возможностью перемещения в пространство над ячейкой, каждый подпружиненный поворотный рычаг снабжен кулисой, выполненной с возможностью зацепления с подпружиненным захватывающим рычагом, снабженным кнопкой для изъятия контейнера, подпружиненный захватывающий рычаг и подпружиненная шторка расположены на одной оси, подпружиненные поворотные рычаги с выступающими элементами расположены на общей оси, размещенной над ячейками, вал и оси размещены в отверстиях печатных плат, закрепленных на боковых стенках ячеек.
Существенные признаки прототипа, общие с признаками изобретения: устройство для хранения и выдачи предметов, содержащее корпус с ячейками, в каждой из которых установлен контейнер для хранения предметов, блок управления, датчики наличия контейнера, электромагнит, блокиратор, контейнер установлен в ячейке с возможностью фиксации и взаимодействия задней частью с выталкивающим элементом, каждая ячейка снабжена подпружиненной шторкой, перекрывающей ячейку в положении «без контейнера», подпружиненным поворотным рычагом с выступающим элементом, выполненным с возможностью размещения выступающего элемента в отверстии в верхней стенке контейнера в положении «хранение», каждый выталкивающий элемент выполнен в виде пружины, каждая подпружиненная шторка выполнена с возможностью перемещения в пространство над ячейкой, каждый подпружиненный поворотный рычаг снабжен кулисой.
Недостатки такого устройства заключаются в следующем. Во-первых, для извлечения контейнера необходимо нажать кнопку на лицевой панели устройства. При этом на кулису действует значительное усилие вследствие того, что на контейнер воздействует выталкивающая пружина, создавая трение фиксирующего элемента с поверхностью отверстия в верхней стенке контейнера. Большой усилие на кулисе снижает надежность ее работы, а трение фиксирующего элемента с поверхностью отверстия приводит к усиленному износу контейнера и фиксирующего элемента. Кроме того, создаются значительные нагрузки на все элементы кинематической цепи, участвующие в передаче усилия от кнопки на фиксирующий рычаг, снижая их срок службы. Во-вторых, отверстия для кнопок в лицевой панели изготавливаются фрезерованием либо лазерной резкой, поскольку требуется форма, близкая к прямоугольнику. Кнопки также изготавливаются фрезерованием либо лазерной резкой, что требует применения относительно сложного оборудованием. Необходимость их изготовления увеличивает трудозатраты и стоимость устройства. Кроме того, лазерная резка не обеспечивает необходимой чистоты кромки и требует дополнительной обработки, что дополнительно увеличивает трудоемкость изготовления и себестоимость устройства. В третьих, при извлечении контейнера пользователю приходится нажимать на относительно небольшую по размеру кнопку, что может быть неудобным при наличии, например, длинных ногтей.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении надежности, снижении трудоемкости изготовления, повышении удобства использования устройства.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении нагрузок на элементы кинематики и контейнер для хранения предметов, уменьшении количества и упрощении сложных в изготовлении деталей, извлечении контейнера путем нажатия на его торец, имеющий значительно большую площадь, чем кнопка.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен общий вид устройства для хранения и выдачи предметов;
на фиг. 2 изображена ячейка с установленным контейнером без подачи напряжения на электромагнит;
на фиг. 3 изображена ячейка при подаче напряжения на электромагнит и нажатии на торец контейнера;
на фиг. 4 изображена ячейка без контейнера без подачи напряжения на электромагнит;
на фиг. 5 изображена ячейка без контейнера при подаче напряжения на электромагнит;
на фиг. 6 изображена кулиса в отверстии в блокираторе, когда заклинивания не происходит;
на фиг. 7 изображена кулиса в отверстии в блокираторе, когда заклинивание происходит.
Осуществление изобретения
Устройство для хранения и выдачи предметов (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с замковым устройством (на чертеже не показано) с замком 2, блока управления (на чертеже не показан), блоков 3 с рядами ячеек 4 для установки контейнеров 5. На фиг. 2 показаны ячейка 4 с установленным контейнером 5 и относящиеся к ней конструктивные элементы. Каждая ячейка 4 снабжена рычагом 6, установленным на оси 7. Рычаг 6 снабжен фиксатором 8, выполненным с возможностью размещения в отверстии 9 в верхней стенке контейнера 5, и планкой 10. Планка 10 обеспечивает при продвижении контейнера 5 вглубь ячейки поворот рычага 6 по часовой стрелке и выход фиксатора 8 из отверстия 9 в контейнере 5. Для выталкивания контейнера 5 из ячейки 4 служит пружина 11. Контроль наличия контейнера 5 в ячейке 4 осуществляется с помощью датчика 12. Рычаг 6 снабжен кулисой 13.
Электромагнит 14 снабжен якорем 15 с пружиной 16. На якоре 15 закреплен толкатель 17 с пазом 18 (фиг. 5), взаимодействующий с блокиратором 19, снабженным коромыслом 20. Блокиратор 19 может вращаться вокруг вала 21. Возле блокиратора 19 на валу 21 закреплен толкатель 22, проходящий через паз 18 и взаимодействующий с якорем 15 электромагнита 14 через толкатель 17.
Как показано на фиг. 4, при отсутствии в ячейке 4 контейнера 5 блокиратор 19 препятствует повороту шторки 23 вокруг оси 24, исключая несанкционированную установку контейнера 5 в ячейку 4, а также попадание в ячейку 4 посторонних предметов.
Шторка 23 снабжена кулачком 25 (фиг. 2, 3, 4, 5), выполненным с возможностью воздействия на коромысло 20 блокиратора 19 при повороте шторки 23 вследствие извлечения контейнера 5, если кулиса 13 не вышла из зацепления с блокиратором 19. Коромысло 20 блокиратора 19 также служит для смещения центра тяжести блокиратора 19 в сторону лицевой панели 26, чтобы под действием силы тяжести блокиратор 19 поворачивался по часовой стрелке, и для взаимодействия с кулачком 25. Кулиса 13 выполнена в виде стержня и вставлена в отверстие 27 в блокираторе 19. Соотношение диаметра кулисы 13, диаметра отверстия 27 в блокираторе 19 и толщины блокиратора 19 в зоне отверстия 27 определяет угол, на который повернется блокиратор 19 при втягивании якоря 15 электромагнита 14. Угол должен быть достаточным для того, чтобы блокиратор 19 не препятствовал повороту шторки 23. В то же время угол должен быть не слишком большим, чтобы при втягивании якоря 15 электромагнита 14 блокиратор 19 не касался толкателя 17 и происходило одновременное касание кулисой 13 противоположных кромок отверстия 27 в блокираторе 19. Блокиратор 19 с отверстием 27 обеспечивает удержание кулисы 13 при извлечении контейнера 5.
По сравнению с прототипом в предлагаемом изобретении упрощаются сложные в изготовлении детали, и уменьшается их количество. Из конструкции исключены подпружиненные захватывающие рычаги и кнопки. Не требуется выполнять отверстия для кнопок в лицевой панели. Изготовление лицевой панели без отверстий для кнопок позволяет обойтись менее сложным оборудованием. Упрощается конструкция кулисы и ее крепления, снижается трудоемкость ее изготовления и установки. Таким образом, обеспечено упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления всего устройства.
Устройство для хранения и выдачи предметов работает следующим образом.
Если пенал 5 находится в ячейке 4 (фиг. 2), то поворот блокиратора 19 против часовой стрелки в зависимости от конструктивного исполнения ограничивается одним из двух факторов: упором коромысла 20 в крышку 28 блока, либо максимальным углом поворота кулисы 13 в отверстии 27.
Если пенал 5 не находится в ячейке 4 (фиг. 4), то поворот блокиратора 19 против часовой стрелки в зависимости от конструктивного исполнения ограничивается одним из трех факторов: упором коромысла 20 в крышку блока 28, упором блокиратора 19 в шторку 23, либо максимальным углом поворота кулисы 13 в отверстии 27.
Процессы извлечения и установки контейнера 5 иллюстрируют фиг. 2-5.
В режиме «хранение» (фиг. 2) шторка 23 повернута контейнером 5 по часовой стрелке. Напряжение на электромагните 14 отсутствует, якорь 15 электромагнита 14 под действием пружины 16 через толкатель 17 воздействует на блокиратор 19 и удерживает его в положении, при котором кулиса 13 параллельна оси отверстия 27 в блокираторе 19, как показано на фиг. 6. При таком положении кулисы 13 нет одновременного касания кулисой 13 противоположных кромок отверстия 27 в стенке блокиратора 19, поэтому заклинивание кулисы 13 невозможно. При нажатии на торец контейнера 5 (фиг. 3) он воздействует на планку 10 и поворачивает рычаг 6 по часовой стрелке. Фиксатор 8 выходит из отверстия 9 в верхней стенке контейнера 5, а кулиса 13 перемещается вправо и продвигается в отверстии 27. При прекращении давления на торец контейнера 5 пружина 11 выталкивает контейнер 5, он перестает воздействовать на планку 10, рычаг 6 поворачивается против часовой стрелки, а кулиса 13 перемещается влево, поскольку нет одновременного касания кулисой 13 противоположных кромок отверстия 27 (фиг. 6) и заклинивания кулисы 13 в отверстии 27 не происходит. Пружина 11 выдвигает контейнер 5 (фиг. 2) до попадания фиксатора 8 в отверстие 9, т.е. извлечение контейнера 5 невозможно.
Извлечение контейнера 5 происходит следующим образом. Если после идентификации пользователя управляющий компьютер установил право пользователя на получение контейнера 5, он дает команду блоку управления. Блок управления подает напряжение на электромагнит 14 (фиг. 3) соответствующей ячейки 4. Электромагнит 14 втягивает якорь 15, а толкатель 17 перестает воздействовать на блокиратор 19. Блокиратор 19 поворачивается по часовой стрелке до касания кулисой 13 противоположных кромок отверстия 27 (фиг. 7).
Нажимают на торец контейнера 5 (фиг. 3), контейнер 5 воздействует на планку 10 и поворачивает рычаг 6 по часовой стрелке. Извлечение контейнера 5 путем нажатия на его торец, имеющий значительно большую площадь, чем кнопка в прототипе, повышает удобство использования. Фиксатор 8 без трения выходит из отверстия 9 (фиг. 2) в верхней стенке контейнера 5, а кулиса 13 (фиг. 3) перемещается вправо и продвигается в отверстии 27. Исключение трения фиксатора 8 о стенку отверстия 9 позволяет решить задачу повышения надежности устройства вследствие уменьшения износа фиксатора 8 и стенки отверстия 9 в контейнере 5, а также снижения нагрузок на элементы кинематики.
Затем прекращают давление на торец контейнера 5. Пружина 11 выталкивает контейнер 5, он перестает воздействовать на планку 10 и рычаг 6 поворачивается против часовой стрелки, а кулиса 13 перемещается влево. Поскольку кулиса 13 касалась противоположных кромок отверстия 27, произойдет заклинивание кулисы 13 в отверстии 27 (фиг. 7). Смещение кулисы 13 (фиг. 3) влево будет незначительным и фиксатор 8 останется вне отверстия 9 в верхней стенке контейнера 5. Пружина 11 частично выдвигает контейнер 5 из ячейки 4 и его можно полностью извлечь. При извлечении контейнера 5 он перестает воздействовать на датчик 12. По сигналу с датчика 12 блок управления снимает напряжение с электромагнита 14 и якорь 15 через толкатель 17 воздействует на блокиратор 19, поворачивая его против часовой стрелки. Происходит расклинивание кулисы 13, она перестает удерживать рычаг 6 и он поворачивается против часовой стрелки. Если усилия пружины 16 электромагнита 14 не хватает для расклинивания кулисы 13, то при извлечении контейнера 5 шторка 23 поворачивается против часовой стрелки и кулачком 25 подталкивает коромысло 20 (фиг. 3), что вызывает поворот блокиратора 19 против часовой стрелки и расклинивание кулисы 13. Это позволяет повысить надежность срабатывания устройства при извлечении контейнера 5.
Блокиратор 19 не препятствует повороту шторки 23 против часовой стрелки, поскольку шторка 23, нажимая на блокиратор 19, поворачивает его по часовой стрелке, преодолевая небольшое давление пружины 16 электромагнита 14.
После полного извлечения контейнера 5 шторка 23 (фиг. 4) устанавливается в вертикальное положение, а блокиратор 19 занимает положение, при котором шторка 23 заблокирована и не позволяет несанкционированно установить контейнер 5 в ячейку 4.
Установка контейнера 5 происходит следующим образом. Если после идентификации пользователя управляющий компьютер установил право пользователя на установку контейнера 5, он дает команду блоку управления. Блок управления подает напряжение на электромагнит 14 (фиг. 5) соответствующей ячейки 4. Электромагнит 14 втягивает якорь 15. Толкатель 17 перестает воздействовать на блокиратор 19. Блокиратор 19 поворачивается по часовой стрелке и дает возможность шторке 23 поворачиваться по часовой стрелке, т.е. не блокирует шторку 23.
Торцом контейнера 5 нажимают на шторку 23 и продвигают контейнер 5 в ячейку 4. При продвижении контейнера 5 вглубь ячейки 4 срабатывает датчик 12 и по его сигналу блок управления снимает напряжение с электромагнита 14. Пружина 16 выдвигает якорь 15, толкатель 22 поворачивает блокиратор 19 до упора в шторку 23. Кулиса 13 не касается противоположных кромок отверстия 27 и свободно перемещается в нем. При дальнейшем продвижении контейнера 5 вглубь ячейки 4 фиксатор 8 попадает в отверстие 9 в верхней стенке контейнера 5 и контейнер 5 фиксируется в ячейке 4.
При дальнейшем продвижении контейнера 5 вглубь ячейки 4 кулиса 13 не заклинивается в отверстии 27 и при прекращении давления на торец контейнера 5 пружина 11 выдвигает контейнер 5 только до попадания фиксатора 8 в отверстие 9, т.е. извлечение контейнера 5 невозможно.
Принцип заклинивания описан в книге «Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 3. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977, С. 270».
При отказе электроники извлечение контейнеров 5 из ячеек 4 или установка в ячейки 4 обеспечивается поворотом вала 21 по часовой стрелке путем поворота ключа в замке 2. При повороте вала 21 во всех ячейках 4 якоря 15 электромагнитов 14 будут задвинуты толкателями 22 внутрь электромагнитов 14. Это эквивалентно срабатыванию электромагнитов 14 при подаче напряжения. После этого можно извлекать пеналы 5 из ячеек 4 беспрепятственно. Установка контейнеров 5 в ячейки 4 также возможна, поскольку блокираторы 19 повернуты по часовой стрелке и не препятствуют повороту шторок 23. Для фиксации пенала 5 в ячейке 4 достаточно продвинуть пенал 5 в ячейку 4 до попадания фиксатора 8 в отверстие 9 в верхней части пенала 5.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «Новизна». Новые признаки не были выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Промышленная применимость
Предлагаемое устройство может быть использовано в системе контроля доступа. Был изготовлен и испытан макет описанного устройства. Были подтверждены работоспособность, надежность, снижение трудоемкости изготовления, повышение удобства использования. Устройство может быть реализовано из известных на сегодняшний день материалов известными способами, что подтверждает его промышленную применимость.