钥匙存放装置
技术领域
本发明涉及用于对钥匙进行安全处理以防止盗窃钥匙的钥匙存放装置。
背景技术
在专业人员比如巡回或巡逻的看护者或保安人员需要进入受限制区域的情况下，需要某种访问控制。这种访问控制可能涉及物理钥匙、键盘上的代码等。物理钥匙的情况与对接收护理的人进行探视的看护者密切相关，因为大多数人仍然使用利用常规物理钥匙操作的门。对于每天要探视若干人的看护者而言，关于对钥匙的安全处理的管理非常麻烦，并且安全性始终是问题。此外，越来越普遍的需求是能够将受控制的访问暂时地提供给私人，例如熟人在旅行期间提供浇花或照顾动物的帮助时或者在客户已经租用了在有限时间内对一私人住所的访问权限时。
该问题的解决方案是钥匙存放装置：该钥匙存放装置将物理钥匙以电子的方式锁定，直到被授权人员以电子的方式对自身进行身份识别并被允许取回钥匙为止。
在现有技术中已经提出了对钥匙存放装置的若干尝试。然而，尽管这些尝试是起作用的，但是这些尝试先前已经使用了可能会随着时间而劣化并且可能受到外力干扰的传统的锁定机构——比如弹簧或螺线管。
因此，本发明的目的是提供具有更高的耐久性的钥匙存放装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明的上述和其他目的通过如由权利要求1所限定的钥匙存放装置全部或部分地实现。根据该方面，上述目的通过包括具有敞开的近端端部以及远端端部的管状壳体的钥匙存放装置来实现。
滑动托架能够插入到壳体的近端端部中。滑动托架包括用于待被存放的钥匙的隔室，并且滑动托架能够在打开位置与关闭位置之间移位，在打开位置中，滑动托架的大部分位于壳体的外部并且隔室是可进入以取回钥匙的，在关闭位置中，滑动托架的大部分位于壳体内部并且隔室是不可进入的。
锁定机构布置在管状壳体内。锁定机构具有锁定状态，在该锁定状态下，滑动托架被保持锁定在滑动托架的关闭位置并且被防止移位至滑动托架的打开位置。锁定机构还具有解锁状态，在该解锁状态下，滑动托架可以移位至滑动托架的打开位置。
锁定机构包括活塞和卡持构件，该活塞和该卡持构件两者能够在锁定机构的锁定状态下的各自的第一位置与锁定机构的解锁状态下的各自的第二位置之间移动。
电动马达被联接成用于引起锁定机构的活塞的运动。控制单元适于通过致动马达而使锁定机构从锁定机构的解锁状态切换至锁定机构的锁定状态，并且由此引起活塞从活塞的第二位置至活塞的第一位置的运动，其中，活塞的运动又引起卡持构件从卡持构件的第二位置至卡持构件的第一位置的运动。
此外，控制单元还适于基于外部输入允许通过致动马达而使锁定机构从锁定机构的锁定状态切换至锁定机构的解锁状态，并且由此引起活塞从活塞的第一位置至活塞的第二位置的运动，其中，活塞的运动又允许卡持构件从卡持构件的第一位置至卡持构件的第二位置的运动。
通过使用这种创新的锁定机构，提供了具有更高的耐久性的钥匙存放装置。锁定机构不包括用于将活塞和/或卡持构件朝向该活塞和/或该卡持构件各自的第一位置或第二位置偏置或推动的任何弹簧或磁体。弹簧或磁体可能会随着时间而劣化，并且卡持构件是例如比突出的锁闩(deadbolt)更坚固的结构。
根据实施方式，活塞能够沿滑动托架的轴向方向移动并且包括倾斜边缘，其中，当活塞朝向活塞的第一位置移动时，活塞将卡持构件朝向卡持构件的第一位置推动成与滑动托架接合，由此将滑动托架保持锁定在滑动托架的关闭位置中。
该实施方式的优点在于，倾斜边缘将在即使卡持构件稍微脱离位置的情况下也将卡持构件卡持，从而得到更好的误差余量。倾斜边缘的替代方案可以是被制成将卡持构件卡持并保持就位或者将活塞和卡持构件连接的凹槽。
根据实施方式，当滑动托架从滑动托架的关闭位置移动至滑动托架的打开位置时，滑动托架将卡持构件朝向卡持构件的第二位置推动。
该实施方式的优点在于，该实施方式不需要任何附加的部件或偏置。该实施方式也意味着卡持构件仅在卡持构件绝对需要处于第二位置时才处于第二位置，这可以加快锁定或解锁过程。
根据实施方式，卡持构件是球状件或筒状件。
该实施方式的优点在于，球状件和筒状件可以滚动并且具有与其周围较小的接触表面，这减小了摩擦力。
根据实施方式，电动马达包括驱动轴，该驱动轴操作性地连接至螺杆，该螺杆与螺母接合，该螺母与活塞接触，其中，驱动轴在马达致动时旋转并且引起螺杆的旋转，该螺杆驱动螺母以将活塞在活塞的第一与第二位置之间推动。
该实施方式的优点在于，该解决方案易于与旋转的驱动轴结合。当然，存在本领域技术人员可以替换螺杆和螺母的许多等同部件，例如嵌齿(cog)，这将被解释为在本发明的范围内。电动马达、驱动轴、螺杆、螺母和锁定机构的尺寸和速度都需要权衡，以实现较快的锁定和解锁速度。
根据实施方式，卡持构件能够沿横向于滑动托架的轴向方向的方向移动。
该实施方式的优点在于，该实施方式在锁定状态与解锁状态之间具有更大的误差余量，这是由于卡持构件即使在活塞没有完全伸出时也可以处于最佳的锁定位置。
根据实施方式，滑动托架的远端端部包括具有至少两个插脚的叉状延伸部，其中，所述至少两个插脚中的至少第一插脚包括用于与锁定机构的卡持构件接合的钩状部分。
该实施方式的优点在于，钩状部分允许与卡持构件更稳定的接合，并且插脚赋予结构更好的稳定性。明显的插脚的替代方案可以是从滑动托架的远端端部延伸的空心筒状部，该空心筒状部具有与其中有一个钩状部在附图中示出的两插脚式实施方式类似的径向横截面。
根据实施方式，所述至少两个插脚中的至少第二插脚用作用于钩状部分的接合的反向支部。
该实施方式的优点在于，该反向支部增加了滑动托架的远端端部的结构完整性，这有利于钥匙存放装置的安全性。替代方案是使管状壳体包括反向支部，然而将反向支部布置在滑动托架中的益处在于反向支部可以独立于管状壳体的宽度而起作用。滑动托架并且特别是滑动托架的远端端部优选地由坚固的、弹性的材料制成。
根据实施方式，第二壳体在管状壳体的远端端部处设置在管状壳体的外部，第二壳体包含控制单元。
该实施方式的优点在于，第二壳体可以是未授权人员可进入的，这使得更容易允许对电子部件中的一些电子部件进行维护并且允许更稳定的无线传输。
根据实施方式，第二壳体还包含用于向控制单元和电动马达供电的一个或多个电池。
该实施方式的优点在于，电池允许在无需担心有线电源的可用性的情况下安置装置。通过将电池安置在第二壳体中，可以在不必解锁管状壳体的情况下更换电池。常规电池的替代方案可以是储存太阳能的蓄电池。
根据实施方式，第二壳体包括用于启用控制单元以致动马达的按钮。该实施方式的优点在于，该实施方式节省了能量消耗并且迫使用户在锁定/解锁存放装置时要靠近存放装置，这增加了安全性。
根据实施方式，第二壳体包括至少一个LED，所述至少一个LED提供对钥匙存放装置的状态的视觉反馈。
该实施方式的优点在于，该实施方式改善了使用钥匙存放装置的用户体验并且为担心钥匙没有被正确锁定的用户提供安慰。产生不同的、明显的信号的至少一个LED的示例是以特定顺序闪烁的一种光或是三种光：红色、绿色和蓝色；红色、绿色和蓝色可以根据本领域已知的技术而组合成任何期望的颜色。与特定的明显的信号相关的不同种类的反馈的示例为：通知装置准备接收输入、通知需要更换电池、通知已经建立无线连接、通知锁定机构处于锁定状态或解锁状态、以及警告出现故障。
根据实施方式，第二壳体还包含用于接收对控制单元的外部输入的无线通信单元。
该实施方式的优点在于，该实施方式允许对用户的无线认证，这在智能电话普遍时是非常方便的。通过将无线通信单元安置在第二壳体中，该无线通信单元不会被制成管状壳体的更耐久性材料屏蔽。无线通信的示例包括：蓝牙、低功耗蓝牙(BLE)、近场通信(NFC)、射频识别(RFID)、LTE以及Wi-Fi；但是，在本发明的范围内的其他无线通信当然也是可能的。
根据实施方式，电动马达是步进马达。
该实施方式的优点在于该实施方式易于校准和控制。
根据实施方式，电动马达是DC马达。
该实施方式的优点在于该实施方式是灵活的。
根据实施方式，管状壳体由坚固的金属制成，并且管状壳体被设计成将钥匙安全地保护在隔室中、同时抵御通过使用外力来窃取钥匙的尝试。
该实施方式的优点在于，该实施方式保持钥匙安全并且通过仅要求管状壳体由坚固的金属制成而使重量和成本最小化。坚固的金属的示例为：铝、钢和钛；但是在本发明的范围内的其他坚固的金属当然也是可能的。管状壳体优选地在外部的天气条件下使用也是安全的。
根据实施方式，管状壳体的远端端部还包括锁定单元，该锁定单元包括锁定机构、电动马达以及检测活塞的位置的第一传感器。
该实施方式的优点在于，锁定单元简化了存放装置的组装，并且传感器可以用来监测锁定机构的磨损并且允许持续的校准，由此确保耐久性能。传感器还可以用来监测活塞是处于锁定位置还是解锁位置。另一优点在于，通过将锁定机构安置在管状壳体的远端端部处，锁定机构尽可能远离管状壳体的易受损的敞开的近端端部。传感器的示例包括光学传感器和电容传感器。
根据实施方式，锁定单元还包括检测滑动托架的位置的第二传感器。
该实施方式的优点在于，传感器可以用来监测锁定机构的磨损并且允许持续的校准，由此确保耐久性能。传感器还可以用来监测电动马达是否在电动马达的预期载荷下工作，以确保没有外部干扰。传感器的示例包括光学传感器和电容传感器。
根据实施方式，控制单元适于通过下述方式防止锁定机构的运动：除非第二传感器指示滑动托架处于关闭位置，否则不致动电动马达。
该实施方式的优点在于，该实施方式防止锁定机构在锁定机构的部件不对准时移动，从而使磨损减少并由此使锁定机构更加耐用。
根据实施方式，所述滑动托架的近端端部包括旋转手柄，该旋转手柄使锁舌旋转成与管状壳体中的缝接合以及与管状壳体中的缝脱开接合。
该实施方式的优点在于，该实施方式迫使滑动托架被完全插入并且为用户提供对锁定的触觉感受。旋转手柄的替代方案是：驱动齿轮单元以旋转锁舌的杆或按钮。
根据实施方式，电动马达通过控制单元使用编码通信来被控制。
该实施方式的优点在于，该实施方式防止对电动马达的未经授权的操纵。编码通信的一个示例是加密通信。
根据实施方式，编码通信包括通过串行通信接口的加密数据的传输。
该实施方式的优点在于，该实施方式是安全的、无损的、快速且简单的。
根据实施方式，锁定机构在活塞位于与电动马达的最大距离的5％至15％之内时处于解锁状态，并且锁定机构在活塞位于与马达的最大距离的85％至95％之内时处于锁定状态。
该实施方式的优点在于，该实施方式允许锁定机构从来不必在极限值下操作，由此留出了误差余量并且增加了锁定机构的耐久性。
本发明的其他目的、特征以及优点将从下面的详细公开、从所附权利要求以及从附图中显现。值得注意的是，本发明涉及特征的所有可能的组合。
应当强调的是，术语“包括/包含”当在本说明书中使用时用于指明所陈述的特征、整体、步骤或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、部件或其组合的存在或添加。除非本文另外明确定义，否则权利要求中使用的所有术语将根据其在技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则所有对“一/一种/该[元件、装置、部件、器件、步骤等]”的引用将公开地解释为是指元件、装置、部件、器件、步骤等的至少一个实例。
附图说明
通过示例的方式，现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的钥匙存放装置的等距视图。
图2示出了同一钥匙存放装置的分解等距视图。
图3a示出了钥匙存放装置的具有锁定机构的暴露截面视图的前视图。
图3b示出了处于锁定状态的锁定机构。
图3c示出了处于解锁状态的锁定机构。
图4a示出了钥匙存放装置的侧视图。
图4b示出了钥匙存放装置的后视图。
图5a示出了在滑动托架处于其中隔室是可进入的打开位置情况下的钥匙存放装置的前视图。
图5b示出了处于解锁位置的锁定机构以及处于打开位置的滑动托架。
图6示出了钥匙存放装置的一些主要部件的布置。
图7示出了本发明可以实行的示例性环境。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述。然而，本发明可以以很多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式，使得本公开将是透彻和完整的并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在附图中图示的特定实施方式的详细描述中使用的术语不意在限制本发明。在附图中，相同的标记指代相同的元件。
图1和图2示出了根据本发明的一个实施方式的钥匙存放装置1。钥匙存放装置1包括由钢制成的管状壳体8，该管状壳体8保护在滑动托架2的隔室4的内部存放的钥匙。旋钮22安置在滑动托架2的近端端部16处，该旋钮22使锁舌23旋转到滑动托架2中的缝24中，该锁舌23确保滑动托架2正确地定位在管状壳体8中。第二壳体9位于管状壳体8的远端端部15处，该第二壳体9包含对电动步进马达28(图6)进行控制的控制单元35(图6)。控制单元35的示例包括呈例如一个或更多个CPU和/或DSP形式的处理单元，该处理单元被编程为通过执行计算机程序的程序指令来执行该处理单元的功能。替代性地，控制单元35可以被实现为FPGA、ASIC等。第二壳体还包含用于控制单元35的存储器41(图6)，其中，该存储器可以使用用于计算机可读存储器比如ROM、RAM、SRAM、DRAM、CMOS、FLASH、DDR、EEPROM储存器、闪存、硬盘驱动器、光学储存器或其任何组合的任何通常已知技术来实现。第二壳体还包含无线通信单元36(图6)，该无线通信单元36用于发送和接收例如解锁钥匙存放装置1的授权或关于装置1的活动的通知。
第二壳体9还包括按钮30，该按钮30激活用于控制单元35(图6)的电源——在此情况下为电池31(图6)。按钮30是透明的，并且配装有发光二极管(LED)19(图6)，该发光二极管19提供用户反馈。反馈的示例包括：电源是否启动、用户授权是否成功、锁定机构是处于锁定状态还是解锁状态以及是否出现故障。
图2示出了钥匙存放装置1的分解图。示出了上面提到的锁舌23和缝24。示出了供钥匙存放的隔室4，隔室4大到足以容纳一个或更多个钥匙。在滑动托架2的远端端部17处，叉状的延伸部分包括两个插脚18a、18b，其中，插脚中的第一插脚18a包括用于与卡持构件7接合的钩状部分3(图3a至图3c)。插脚中的第二插脚18b用作用于钩状部分的接合的反向支部(counterstay)。为了使这种接合和反向支部有效，两个插脚18a、18b优选地由坚固且有弹性的材料制成。滑动托架2的除了可能的超出隔室4的近端端部16之外的全部优选地由坚固的材料制成，以防止未授权而进入隔室4。
锁定单元20布置在管状壳体8的远端端部15处并且通过螺钉10而被附接。锁定单元20可以布置在管状壳体8中的任何位置处，然而，通过将锁定单元20布置成远离管状壳体8的敞开的近端端部14，提高了安全性。锁定单元20可以通过与技术人员已知的螺钉10等同的很多不同的紧固器件——比如钉子、粘合剂和插头——而被附接。锁定单元20包括电动马达28和锁定机构12，该锁定机构12包括活塞5以及呈球状件的形式的卡持构件7。
锁定单元20还可以包括：电路板25，该电路板25可以包括电动马达28；第一传感器33，该第一传感器33用于检测活塞5的位置以确定钥匙存放装置1是否被锁定；以及第二传感器34，该第二传感器34用于检测滑动托架2的位置以确定滑动托架2是处于打开位置还是关闭位置。
由铝或钢制成的安装支承件21被使用螺钉而紧固至管状壳体8。安装支承件21用来将钥匙存放装置1牢固地紧固至一牢固表面——比如壁或门。安装支承件21还可以成形为在门的铰链侧周围延伸并且紧固在门的内侧上。这具有下述优点：紧固器件在门关闭时被保护在门的内侧。其他安装示例包括将管状壳体安装在壁内，其中，滑动托架2和第二壳体9延伸超出该壁，以便滑动托架2和第二壳体9保持可触及。
图3a至图3c分别示出了处于锁定状态(图3b)和解锁状态(图3c)的锁定机构12。在该实施方式中，电路板25包括用于检测活塞5的位置的光学传感器33和用于检测滑动托架2的位置的限位开关34。当电动马达28被启用时，电动马达28使驱动轴32旋转。在驱动轴32上布置有螺杆11，该螺杆11连同驱动轴32一起旋转，该螺杆11又使布置在螺杆11上的螺母13旋转。当螺母13旋转时，螺母13根据旋转的方向而向上或向下移动，从而推动活塞5并且使活塞5在活塞5的第一位置(图3b)与第二位置(图3c)之间移动。活塞5在所示的第一位置(图3b)中没有位于活塞5与电动马达28的最大距离处，然而，由于球状件7被防止进一步移动到锁定单元20中，因此该所示的第一位置仍然是锁定的第一位置。球状件7通过活塞5、主要利用活塞5的倾斜边缘6而被在球状件7的第一位置(图3b)与第二位置(图3c)之间推动。球状件7由不锈钢制成，并且优选地以较小的摩擦力在球状件7的第一位置与第二位置之间移动。
在球状件7的第一位置中(图3b)，球状件7与滑动托架2的钩状部分3接合，从而防止滑动托架2能够在管状壳体8内移位。球状件7抵接活塞5的侧部，以确保球状件7的一部分从锁定单元20突出成远到足以充分接合滑动托架2的钩状部分3。球状件7的尺寸、锁定单元20的尺寸和钩状部分3的尺寸需要被仔细地控制成实现球状件7与钩状部分3之间的充分接合、同时仍允许活塞7和滑动托架2的不受阻碍的运动。电动马达28、驱动轴32、螺杆11、螺母13和锁定机构12的尺寸和速度都需要被权衡，以实现较快的锁定和解锁速度。
在球状件7的第二位置(图3c)中，球状件7不再抵接活塞5的侧部并且可以进一步移动到锁定单元20中，直到球状件7被倾斜边缘6阻止为止。在该位置中，球状件7不再防止滑动托架2移位并且钥匙存放装置1被解锁。如果球状件7没有自动地进一步移动到锁定单元20中，则球状件7会被滑动托架的钩状部分3推动。
图4a至图4b以不同的立体图示出了钥匙存放装置1。管状壳体8在管状壳体8的所有侧部处都由相同的坚固的金属制成，以防止任何一个侧部成为安全风险。管状壳体8的前侧部还可以包括支承结构以进一步增强金属。安装支承件21也需要由坚固的金属制成，并且安装支承件21牢固地紧固至管状壳体8并牢固地紧固至管状壳体8所被紧固至的牢固表面，以防止某人偷走整个钥匙存放装置并随后利用重型机械砸开钥匙存放装置。钥匙存放装置1优选地在户外使用是安全的，从而意味着壳体8、9需要是防水的，并且电子器件和移动部件需要承受高温和低温。
图5a至图5b示出了在滑动托架2处于其中隔室4是可进入的打开位置时的钥匙存放装置。图5a示出了可打开以用于钥匙存放和取回的隔室4。图5b示出了在滑动托架2已经被移位时的锁定机构12。为了防止球状件7从锁定单元20移出，可以使用锁定单元20、管状壳体8和球状件7的特定尺寸。
图6示出了根据本发明的可能的部件的各种分组的示意图。出于安全原因，锁定单元20可以优选地布置在管状壳体8内。第二壳体9可以优选地布置在管状壳体8的外部。这样的优点在于，这允许出于安全原因而将对未授权访问不敏感的部件布置在壳体中，并且这简化了对破损或磨损的部件——比如电池31——的替换。这还允许无线通信单元36不被管状壳体8的坚固的金属屏蔽，这提高了性能。
然而，控制单元35仍然需要能够利用电动马达28传递控制信号26，出于安全原因，该电动马达28需要位于管状壳体8中。因此，在控制单元35与电动马达28之间存在通信接口27、27’。可能的通信接口27、27’的示例是无线发送器/接收器和电线。通信26也将需要被编码，以防止对电动马达28的未授权控制。编码的示例是加密。在电动马达28为步进马达并且通信接口27、27’为串行线连接的情况下，步进马达28可以适于仅接受具有特定的脉冲频率和脉冲长度且仅在特定电线上的通信26。
一旦电动马达28已经接收并接受了来自控制单元35的通信控制信号26，电动马达28可以使驱动轴32旋转，驱动轴32使螺杆11旋转，螺杆11使螺母13旋转，螺母13推动活塞5，活塞5最终将球状件7在第一位置与第二位置之间推动。通信接口27、27’还可以可选地适于从分别用于检测活塞5的位置和滑动托架2的位置的传感器33、34接收信息，并且将该信息发送26至控制单元35。然后，控制单元35可以使用该信息来对电动马达28进行轻微调节或防止电动马达28移动。
图7示出了本发明可以实行的示例性环境。在所示出的环境中，很多不同的使用情况是可能的，并且在其他环境的情况下的很多其他使用情况也是可能的。一个示例是，钥匙存放装置1的无线通信单元36可以适于从便携式通信装置39——比如移动电话或钥匙卡——接收29授权信息，该授权信息被发送至解锁钥匙存放装置1的控制单元35。用户可能需要在无线通信单元36将能够接受授权信息之前按下按钮30。可以将授权信息本地存放在便携式通信装置39上，并且能够从针对不同钥匙存放装置1的若干不同授权信息集的列表选择授权信息。便携式通信装置39还可以从服务器37接收授权信息，该服务器37从安全数据库38检索信息。便携式通信装置39可能需要呈现授权——比如用户名和密码，以访问用于钥匙存放装置的授权信息。钥匙存放装置1的通信单元36还可以将信息——比如锁定或解锁过程已经成功或失败的通知——发送29至便携式通信装置39。钥匙存放装置1的通信单元36还可以将信息——比如状态更新和安全警报——发送29至服务器37。服务器37可以将该信息传达至若干不同的便携式通信装置39，并且服务器37可以将该信息存放在安全数据库38中。授权信息可以是在钥匙存放装置1的第一次安装时生成的加密钥匙并且经由与服务器37通信以及可选地与便携式通信装置39通信而被储存在安全数据库38中。
受益于前面的描述和相关联的附图中呈现的教示，本发明所属领域的技术人员将想到本文中阐述的本发明的很多修改和其他实施方式。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的特定实施方式，并且改型和其他实施方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前面的描述和相关联的附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施方式，应当理解的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，元件和/或功能的不同组合可以由替代实施方式提供。在此方面，例如，如可以在附属权利要求中的一些附属权利要求中所阐述的，也可以想到与上面明确描述的元件和/或功能的不同的元件和/或功能的组合。在本文中描述了优点、益处或问题的解决方案的情况下，应当理解的是，这样的优点、益处和/或解决方案可以能够适用于一些示例实施方式，但不一定适用于所有示例实施方式。因此，本文中所描述的任何优点、益处或解决方案不应当被认为对于所有实施方式或本文中要求保护的实施方式是关键的、必需的或必要的。尽管本文采用了特定的术语，但是这些特定的术语仅以一般和描述性的意义被使用而不是出于限制的目的。
