Дверная электромеханическая накладка на запирающее устройство
DOOR ELECTROMECHANICAL LATCH FOR LOCKING DEVICE

Изобретение относиться к дверной фурнитуре, предназначенной для открытия или закрытия запирающих устройств дверей.
Под запирающими устройствами понимаются устройства или механизмы, ограничивающие доступ в помещение, такие как замок, задвижка, защелка и др.
На сегодняшний день для открытия этих устройств необходим физический непосредственный контакт человека, т.е. для открытия двери необходимо открыть замок поворотом ключа, повернуть ручку задвижки и т.д.
В настоящее время появилась возможность осуществлять открытие и закрытие запирающих устройств без физического контакта человека с дверной фурнитурой или замком, управлять и контролировать доступ в помещение, не имея физической возможности доступа к устройству или помещению.
В патентной заявке US 2015/0181014 А1 описана система управления дверным запирающим устройством с помощью портативного электронного устройства, в которой ручка запирающего устройства может приводиться в действие дистанционно с помощью зашифрованного радиосигнала, при успешной расшифровке кода мотор приводит в действие зубчатую передачу, которая вращает шпиндель, связанный с засовом.
Наиболее близкой к предложенной накладке является накладка, входящая в состав замка Lockitron, которая может использоваться на старом замке при условии совместимости ручки старого замка и исполнительного механизма Lockitron. Накладка содержит корпус, в котором расположены мотор-редуктор и шестерни для вращения внешнего кольца, которое содержит ряд выступов, по которым граничные контакты определяют положение кольца. Внутреннее кольцо может свободно поворачиваться на 90 градусов внутри внешнего кольца. Если внешнее кольцо поворачивается более чем на эти 90 градусов, внутреннее поворачивается вместе с ним. Это позволяет открывать и закрывать замок вручную. Резиновая вставка внутри внутреннего кольца надевается на ручку замка. В корпусе выполнен отсек под элементы питания. Два граничных контакта совпадают с выступами на внутреннем кольце, а другие два граничных контакта отслеживают выступы на внешнем кольце. В корпусе также расположен модуль беспроводной приема и передачи радиосигналов на электронное устройство пользователя (Lockitron: самый умный в мире дверной замок, 3 октября 2012, https://habr.сom/post/153399/; Lockitron Motorized Door Lock Body, https://digitalmeans.co.uk/shop/lockitron_motorized_door_lock body; Lockitron Hardware Hookup Guide https://leam.sparkfun.com/tutorials/lockitron-hardware-hookup-guide/all; Special Edition Teardown: Lockitron Bolt with Paul Gerhardt, https://www.fictiv.com/blog/posts/special-edition-teardown-lockitron-bolt-with-paul-gerhardt).
Известное устройство имеет следующие недостатки. В нем используются механические микропереключатели для определения положения ручки, при этом ручка вращается между двух переключателе, которые определяют начальное и конечное положение ручки - 0 и 90 градусов (открыто/закрыто). Недостаток такой конструкции заключается в том, что угол поворота жестко фиксирован и привязан к расположению микропереключателей, и сделать угол поворота более 90 градусов нет возможности, также нет возможности сделать несколько оборотов ручки, поэтому устройство может работать только с задвижкой и не может работать с замком, требующим 2-3 оборота ключа.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании накладки с возможностью управления запорным устройством, требующим поворота ручки более чем на 90 градусов или более одного оборота ключа.
Техническая проблема решается дверной накладкой на запирающее устройство, содержащей корпус, установленную на нем ручку, расположенный в корпусе мотор-редуктор, кинематически связанный с ним и соединенный с ручкой механизм вращения с контактами для регистрации поворота ручки, микроконтроллер, соединенный с мотор-редуктором с возможностью его включения и выключения, и соединенное с микроконтроллером устройство приема и передачи радиосигналов, при этом накладка отличается тем, что ручка выполнена с центральным отверстием под стержень запирающего устройства и с периферийной дугообразной канавкой, механизм вращения включает установленные соосно с ручкой зубчатое колесо, соединенное с ним с возможностью совместного поворота контактное кольцо и крышку с двумя пружинными контактами, соединенными с микроконтроллером, зубчатое колесо связано с мотором-редуктором и имеет выступ, расположенный в дугообразной канавке ручки с возможностью перемещения ней при повороте ручки на 180° и с возможностью взаимодействия с торцами канавки и поворота ручки при повороте зубчатого колеса мотором-редуктором, контактное кольцо выполнено с проводящими внутренним кольцом и внешними секторами, которые соединены с микроконтроллером и с которыми взаимодействуют соответствующие пружинные контакты, расположенные на крышке, причем все внешние секторы имеют различное сопротивление между каждым сектором и внутренним кольцом, а накладка снабжена датчиком положения ручки, соединенным с микроконтроллером.
Возможен вариант выполнения накладки, в котором внешние секторы расположены на контактном кольце в виде четырех групп секторов, расположенных со сдвигом 90° между группами.
Кроме того, мотор-редуктор преимущественно включает электромотор, редуктор и червяк, кинематически связанный с зубчатым колесом.
Кроме того, микроконтроллер и устройство приема и передачи сигналов могут быть расположены на плате управления, расположенной в корпусе.
Кроме того, на ручке может быть установлен постоянный магнит, а датчик положения ручки выполнен с возможностью регистрации магнитного поля, излучаемого магнитом.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид накладки.
На фиг. 2 - этапы замены фурнитуры запирающего устройства на накладку.
На фиг. 3 - элементы накладки.
На фиг. 4 - зубчатое колесо.
На фиг. 5 - ручка накладки.
На фиг. 6 - ручка и зубчатое колесо до открытия запирающего устройства.
На фиг. 7 - то же, после открытия запирающего устройства.
На фиг. 8 - контактное кольцо.
На фиг. 9 - ручка и зубчатое колесо после поворота зубчатого колеса на 180°.
На фиг. 10 - ручка и бесконтактный датчик на плате управления.
Дверная электромеханическая накладка (фиг. 1) на запирающее устройство включает корпус 1, в котором размещены все элементы накладки, а также элементы питания или аккумуляторы, расположенные под крышкой 2 батарейного отсека. Накладка имеет ручку 3 для возможности открытия запирающих устройств в ручном режиме.
Накладка устанавливается непосредственно на дверь. При этом владелец может заменить обычную фурнитуру двери на электромеханическую накладку. Крепление накладки осуществляется через крепежные отверстия в корпусе самонарезающимися винтами, либо с помощью клейкой ленты, расположенной на задней стенке накладки, либо использовав оба варианта. Сама накладка располагается внутри помещения.
Накладка соединяется с запирающим устройством прутком квадратного сечения, либо использовав переходники под конкретный механизм, и передает усилие на приводной элемент (для замка это будет ключ, для задвижки квадрат и т.д.) На фиг. 2 показан пример замены фурнитуры, в качестве запирающего механизма в данном случае показана дверная задвижка. Как видно из фиг. 2, 3, в данном случае приводным элементом является стержень квадратного сечения. При повороте стержня вокруг оси задвижка либо убирается в дверь, либо выдвигается, закрывая доступ.
Далее электромеханическая накладка будет описана на примере использования ее совместно с задвижкой.
В корпусе 1 расположена плата 4 управления (фиг.3), которая представляет собой сборочную единицу, включающую в себя электронные компоненты, основным из которых является микроконтроллер для управления мотор-редуктором 5 накладки, а также устройство приема и передачи радиосигнала от мобильного персонального компьютерного устройства (телефона, планшета, ноутбука, нетбука и т.д.) пользователя замка. Принимая сигнал, микроконтроллер, расположенный на плате 4 управления, анализирует его и выполняет необходимые операции, главной из которых является подача или прекращение подачи напряжения на мотор-редуктор 5.
Мотор-редуктор 5 также является сборочной единицей, включающей в себя электромотор, редуктор и червяк. Мотор-редуктор 5 служит для передачи крутящего момента через червячный редуктор, образованный червяком мотор-редуктора и зубчатым колесом 6, на ручку 3 накладки.
Передача крутящего момента осуществляется с помощью бобышки 7 (выступа) (фиг. 4), расположенной на зубчатом колесе 6, при этом бобышка 7 зубчатого колеса 6 свободно передвигается в поле канавки 8 ручки 3 накладки, передача крутящего момента начинается, когда бобышка 7 упрется в торец канавки 8 ручки 3.
Центральное квадратное углубление 9 в ручке 3 предназначено для установки стержня квадратного сечения (привод задвижки) или с помощью переходников адаптируется под другие виды приводных элементов запирающих устройств.
Предложенная накладка имеет возможность ручного открытия, обусловленную следующим алгоритмом работы ее механизма и электронных элементов
На фиг. 6 изображено положение бобышки 7 зубчатого колеса 6 относительно канавки 8 ручки 3. Точка 10 на ручке 3 служит ориентиром и дает возможность понять, закрыта или открыта в данный момент задвижка.
Для открытия необходимо повернуть ручку 3 по часовой стрелке, при этом свободное поле канавки 8 (фиг. 5) дает возможность открыть замок вручную. В случае же дистанционного открытия включается мотор-редуктор 5 и через червячный редуктор поворачивает ручку 3 за счет упора бобышки 7 в торец канавки 8 ручки 3, а вместе с ней и стержень квадратного сечения задвижки, против часовой стрелки.
На фиг. 7 изображено положение элементов после открытия задвижки. Как видно из рисунка, поворот осуществляется на 180°, что достаточно для открытия задвижки. Для отслеживания положения ручки 3 и контроля поворота зубчатого колеса 6 служит контактное кольцо 11, которое установлено на зубчатом колесе 6 и поворачивается вместе с ним. На контактном кольце 11 расположены электронные компоненты, контактные дорожки и контактные площадки (секторы 12) группами, расположенными через 90° (фиг. 8). Каждый сектор 12 характеризуется своим значением электрическим сопротивлением, которое измеряется между внутренним кольцом 13 (дорожкой) контактного кольца 11 и внешним секторами 12. Замер сопротивления происходит с помощью скользящих пружинных контактов 14, установленных в крышке 15. Крышка 15 и соответственно контакты 14 являются неподвижными относительно зубчатого колеса 6.
При установке крышки 15 пружинные контакты 14 прижимаются к дорожкам контактного кольца 11 и измеряют электрическое сопротивление, передавая значения на микроконтроллер управления мотор-редуктора 5. Таким образом, каждый сектор 12 контактного кольца 11 имеет свое значение, которое сопоставляется микроконтроллером с градусами поворота ручки 3. Например, сектор 12' имеет сопротивление 1 Ом, в градусах поворота это равно 0°, а сектор 12'' имеет значение 17 Ом=180° поворота ручки. Микроконтроллер всегда отслеживает положение зубчатого колеса 6 относительно ручки 3 накладки. Если поступила команда для открытия, микроконтроллер измеряет текущие значения сопротивления, сопоставляет с градусами поворота и подает команду для включение мотор-редуктора 5, который будет работать до тех пор, пока микроконтроллер не получит нужное значение сопротивления, соответствующее нужному количеству градусов поворота. При этом количество оборотов ручки 3, которое можно отслеживать, фактически неограниченно. Это достигается программой микроконтроллера. При повороте ручки 3 более чем на 360° резко меняется сопротивление, к примеру, сектор 12''' имеет значение 32 Ом а сектор 12' - 1 Ом, этот скачок регистрирует микроконтроллер, число таких скачков равно числу оборотов ручки 3. Таким образом обеспечивается использование накладки для замков, требующих 2-3 оборота ключа.
После того, как зубчатое колесо 6 повернулось на 180° (фиг. 9), оно автоматически возвращается в исходную точку (фиг. 6), при этом свободное поле канавки 8 ручки 3, будет находиться в нижнем положении для того, чтобы владелец мог закрыть дверь в ручном режиме (фиг. 9).
Таким образом, алгоритм работы накладки можно разбить на 2 такта:
1 - рабочий ход (поворот ручки 3)
2 - холостой ход (возврат ручки 3 в исходную точку)
Также стоить отметить что плата 4 управления накладки отслеживает не только положение зубчатого колеса 6 относительно ручки 3, но и наоборот, положение ручки 3 относительно зубчатого колеса 6. Это реализовано для того, чтобы в случае закрытия замка в автоматическом режиме и открытия его в ручном режиме (к примеру) плата 4 управления могла распознать, что задвижка открыта (при этом положение зубчатого колеса 6 не менялось), и микроконтроллер должен подать команду на закрытие. В этом случае зубчатое колесо 6 повернет ручку 3 в повторном направлении - в направлении закрытия.
Для отслеживания положения ручки 3 применяется бесконтактный датчик 16, установленный на плате 4 управления (фиг. 10). Датчик 16 регистрирует магнитное поле, которое излучает постоянный магнит 17, установленный в ручку 3 накладки, и соответственно перемещается вместе с ней. Так как ручка 3 накладки имеет 2 положения (открыто или закрыто), то с помощью датчика 16 всегда можно отследить состояние задвижки (открыта или закрыта).
Если датчик 16 регистрирует наличие магнитного поля, то он передает сигнал в микроконтроллер, и система «понимает» что замок открыт.Если датчик 16 не регистрирует магнитное поле, то система «понимает» что замок открыт.
Стоить отметить, что понятия «закрыт» и «открыт» в данном случае носят условный характер, т.к. система управления накладкой адаптивная. Владелец накладки может самостоятельно при первом включении накладки задать положение ручки 3, которое будет соответствовать положению открыто и закрыто. Также владелец накладки может установить ее не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной, именно для этого на контактном кольце 11 предусмотрены четыре группы секторов 12 через 90°.
Кроме этого владелец может установить число и направление вращения ручки 3 накладки, для этого необходимо запрограммировать накладку следующим образом.
Необходимо открыть задвижку, установить накладку на дверь, нажать на сервисную кнопку, расположенную под крышкой 2 батарейного отсека, и дождаться подтверждения световой индикацией, расположенной на корпусе 1. После этого закрыть задвижку в ручном режиме, и еще раз нажать сервисную кнопку.
Крышка 18 корпуса 1 (фиг. 4) крепится на самоклеющейся прокладке 19.
Для удобства пользования в накладке присутствует, как было отмечено выше, световая 2-х цветная индикация, показывающая состояние задвижки, для индикации программирования, работы замка и оповещения о низком заряде батареи или аккумулятора. Световые индикаторы соединены с микроконтроллером платы управления.
К программированию и настройкам накладки может иметь доступ только один человек - владелец. Для смены владельца необходимо иметь доступ к помещению, т.к. для подтверждения смены владельца необходимо нажать на сервисную кнопку, текущий владелец должен будет подтвердить смену, сама же накладка устанавливается внутри помещения, что делает ее недосягаемой для злоумышленников.
Предлагаемая накладка имеет ряд преимуществ перед накладкой замка Lockitron (Lockitron Bolt).
1. Модель накладки Lockitron Bolt комплектуется и совместима только со своим запирающем устройством. В данном случае это задвижка, устанавливаемая в дверь, и цилиндровый механизм с накладкой, устанавливаемый снаружи помещения.
Предложенная накладка является более универсальной и может быть совместима с любым типом задвижек и замков и от разных производителей. Это достигнуто за счет применения квадратного углубления в центре ручки 3.
Как следствие из этого можно отметить следующее:
- предложенное устройство не требует замены уже установленного запирающего устройства,
- не требуется квалифицированная работа, при врезке запирающего устройства в дверь сам пользователь может установить устройство,
- за счет отсутствия дополнительных элементов фурнитуры, замка, задвижки и т.д. себестоимости устройства ниже.
2. Применение в накладке малогабаритного мотор редуктора 5 и червячной передачи делает возможным повысить крутящий момент и снизить габариты устройства.
3. Алгоритм работы предложенной накладки полностью отличен от алгоритма работы Lockitron Bolt. В предложенной накладке используется электроника (контактное кольцо 11, соединенное с микроконтроллером) для определения и управления ручкой 3 накладки, в то время как в Lockitron Bolt применяются механические микропереключатели. Это обеспечивает наиболее важное преимущество - возможность предложенного устройства в отличие от аналога делать несколько оборотов, вследствие чего оно может использоваться не только для задвижки с углом поворота 90 градусов, но и задвижки с углом поворота 180 градусов, а также для управления замком, где требуется 2-4 оборота ключа, тем самым устройство может охватывать более широкий спектр задач. Это достигнуто путем применения электронной системы управления ручкой 3 накладки.