基于机械臂的全自动智能坐便器测试系统

陈琇琇

（安徽省产品质量监督检验研究院，安徽 合肥 230601）

0 引言

在众多的智能化家居种类中，智能坐便器的出现给卫浴领域带来了重大突破，智能坐便器与传统坐便器的区别在于其功能的多样性，例如，马桶坐垫加热、便后清洗、妇洗清洁、自动烘干、便后除臭以及智能人体感应等，这些功能的出现很大程度地提升了人们的使用体验，也提高了人们的使用舒适性，智能坐便器的出现满足了人们的日常生活需求，未来的市场发展空间也非常广阔。

1 行业的发展和问题

随着智能坐便产品的广泛普及与应用，产品质量不断出现问题，各个生产单位的技术研发与质量控制水平差异明显。中洁网与上海市质量监督检验技术研究院曾经联合举办了2018年沸腾杯智能座便性能测评的质量分析大会，我国一共有39家智能座便生产企业推出61款智能坐便参加了该次分析会，通过测评分析发现，智能坐便器最主要的问题都集中表现在舒适性能方面，有12.7%的即热式智能坐便器在水温稳定性能方面存在较大波动，还有14.8%的智能坐便器存在臀部清洗力度不足的问题[1]。产品的舒适性能直接关系用户的实际体验，而且这也是未来市场的主要发展趋势，具有十分广阔的发展前景。

2 课题研究内容的目标

测试环节是保证产品质量的重要环节。通过有效测试可以发现产品自身存在的缺陷以及质量问题，可以在一定程度上促进生产技术的提升，以此来保证产品的生产质量，提升企业的市场竞争能力。目前智能坐便器的测试主要以人工测试为主，人工测试有利也有弊，利处在于其可以根据人们的使用习惯，定向地进行整改与创新，弊处在于人工测试的过程中，不可避免地会产生一些人为操作误差，进而影响坐便器最终的出厂质量，并且人工质量测试需要测试人员在极短的时间内快速给出一些精确的数据。所以，要想进一步提升人工智能座便器的质量，就需要在测试环节中科学地使用全自动智能座便器测试系统，以此来保证产品的质量。

3 系统构架

该课题是对基于机械臂的全自动智能坐便器测试系统进行设计，主要是对智能盖板舒适性能的精准测试进行分析。测试人员在控制界面发布控制指令，然后通过I/O口控制机械臂，根据测试标准进行相应的测试过程，控制器可以采集测试过程中各个传感器发送的信号并对其进行处理，处理后的测试结果传送到屏幕上，同时触控端还能够对测试进行全方面监控，能够及时发现并反馈出现的问题以及异常情况[2]。

4 系统的实现

系统方案是由3个部分组成，其中主要包括HMI触摸控制面板、PLC控制器、具备各种传感器的机械臂等。

4.1 全智能测试系统实现要求

全智能测试系统的实现必须要满足以下3点要求。1）操作简单且智能化，在测试人员发出第一操作指令时，系统必须可以实现自动启动，以此来完成对应的整个测试流程。2）测试数据传输速度要快，测试人员发出的指令或者智能传感器侦查的数据，能够在第一时间传输到指定的子设备中，并且子设备处于随时待命状态。3）智能机械臂模拟人类手臂操作，并且在测试运动过程中的灵活性、目标测试精准性以及运动操作的速度性要达标[3]。

4.2 智能系统控制部分实现

智能化测试系统选取了屏幕触摸控制方式，此种方式可以简化测试人员的操作，而且测试结果体现得更为直观。智能化测试系统搭载了KTP900触摸屏幕，以及S7-1200系列的PLC智能模块所组成，PLC与HML两者之间的传输由自动化总线标准来完成，此种自动化总线标准的特点为灵活性较强、性能效率较高，而且这两个特点刚好满足了全自动智能测试系统的运作所需。与此同时，此系统也预留了多个备用接口来满足多个设备的连接所用，方便为智能测试系统的二次设备升级所用。

4.3 系统测试动作的部分实现

该测试的动作主要是有六轴机械臂来完成的，关节6个自由度的合作配合，使机械臂能够实现空间姿态的灵活转变以及对空间位置的精确控制。在该课题的研究测试系统过程中，PLC的控制器通过I/O接口与机械臂进行通信，进而完成检测动作。机械臂的第6周上还配置了温度传感器以及压力传感器和流量传感器等，各种物理量传感器对水温清洁力以及流量和风速等盖板的使用性能进行测试，系统具体的传感器控制过程原理如图1所示。传感器能够捕获模拟量的数据，并将其实时反馈到PLC控制器上，进而完成实时监控测试系统过程的目的。同时为了进一步提高系统的测试效率，该系统还将小型的桌面式机械手作为辅助引入其中，主要是为了控制遥控器的开关按钮等工作内容。

该次测试的系统传感器，当实验人员发出指令后，各个物理量传感器便开始工作，测试得出的物理信号会通过内部的模拟量处理电路，将其转换成模拟量电信号，电压或者电流等持续变化的电信号会被DQ收集，然后经过放大过滤整流，与AD进行单元转换，以后模拟的信号会被再次转换成数字信号，然后控制器单元会对接收到的数字信号进行处理和分析后，将其以超高的速度传送到显示区，最终完成实时监控与观察测试数据的目的。

4.4 系统界面参数设计

该测试系统已经通过国家级智能坐便器质量检测标准，测试人员可以按照标准来选择自动测试的项目，以此来对产品进行测试，该系统的测试界面已经满足了3种要求。1）该系统显示界面可以根据不同的测试标准来改变不同的测试规格，测试的过程有连贯自动测试与多项测试项目依次循环测试2种测试模式，同时也可以设定每个项目测试的次数。2）每个测试项目都有属于自己的控制页面，使测试人员能够更加直观地对各项目数据进行测试。方便测试人员对测试项目进行管理。3）在测试过程中，系统可以对测试项目进行实时的数据监控与检测，如果在测试过程中出现异常或者故障，系统会在第一时间将测试异常数据反馈到控制界面上供测试人员浏览[4]。

根据实践操作得出结论，在进行水温响应特性项目时，系统输出在最高档、清洗水温在3 s内，并且升温至35 ℃时，当测试人员主动触碰水温响应特性测试显示模块时，系统会在第一时间做出测试动作。如果目标检测项目处在正常运行时，水温达到一个限定温度区域内，此时数值就会以曲线图的形式显示在操控屏幕内供测试人员浏览。如果目标检测产品出现异常，并且水温超过标定额度时，操控界面上的数值就会马上变成红色，并标记异常所处位置且伴有系统警报提醒。与此同时，智能测试系统还设计了劣质产品与正常产品的参数对比功能，该功能在遇到劣质产品时，会向服务终端发送异常数据，以此来提醒检测人员。

图1 系统传感器控制过程原理示意图

5 系统实际使用的效果

该测试系统的测试人员通过控制界面发布命令，能够使控制器、机械臂、传感器联动自动测试。目前，基于机械臂的全自动智能坐便器已经在各个车间和实验室进行了全面的运行测试，主要是为了能够验证产品的各项性能。在试验与试用期前，通过测试人员的实时反馈，对测试系统与人工测试进行了对比，具体见表1。通过表1可知，该系统能够有效节约人力成本，同时还大大提高了测试效果与精确度，而且由于性能趋于稳定、定位准确、便于操作以及智能化水平较高等优点，得到了测试人员的广泛认可。

表1 测试系统与人工测试对比

6 结语

该次测试系统符合智能坐便器的标准，而且还将机械手和传感器等与自动化测试系统进行结合，大大节省了人力测试的成本以及准确度，有效保证了测试结果的一致性，降低了出现误差的概率。而且，该系统还能够更快地进行数据分析，并能够对测试过程进行实时监测，具备智能提醒等功能，在大大提高产品检测准确率的同时，也严格把控了产品的质量。与传统的人力测试相比，全自动测试系统更具优势，更加符合未来的发展需求。