新型全自動(dòng)硬幣分揀計(jì)數(shù)包裝機(jī)研制

王云亮，王曉磊，李曉丹

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

新型全自動(dòng)硬幣分揀計(jì)數(shù)包裝機(jī)研制

王云亮，王曉磊，李曉丹

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

目前，市場(chǎng)上流通的大量硬幣主要依靠人工分揀、計(jì)數(shù)、包裝，這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，本文針對(duì)該問(wèn)題提出了一種利用離心力、篩孔、傾斜角的組合分離方式和一種利用三棍子夾緊、配合旋轉(zhuǎn)、鉤子卷邊的包裝方式，實(shí)現(xiàn)了硬幣的高效分離、快速包裝，并研制成功了一款能同時(shí)對(duì)四種硬幣進(jìn)行分揀、計(jì)數(shù)、包裝的機(jī)器。該機(jī)器主要由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)證明該機(jī)器能高效準(zhǔn)確的對(duì)硬幣進(jìn)行分揀、計(jì)數(shù)、包裝，大大提高了工作效率。

硬幣分揀; 計(jì)數(shù); 包裝; 單片機(jī)

硬幣具有不易磨損，有利于節(jié)約自然資源，發(fā)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)被廣泛使用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，貨幣流通越來(lái)越快，硬幣在流通中主要用來(lái)找零，乘坐公交車(chē)、地鐵等。每天都會(huì)有大量的硬幣在市場(chǎng)中流通，但大量硬幣的清分工作卻是難題。特別是公交系統(tǒng)和銀行工作人員需要對(duì)很多硬幣進(jìn)行清點(diǎn)計(jì)數(shù)，處理一大堆硬幣是非常困難的工作，因?yàn)槊鎸?duì)巨額的、雜亂無(wú)章的硬幣，需要很多工作人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的清點(diǎn)，才可能完成，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，而且準(zhǔn)確率得不到保障。目前，國(guó)內(nèi)外硬幣清理分類(lèi)裝置，要么設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，清理分類(lèi)效果差，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、缺少實(shí)用價(jià)值。傳統(tǒng)的硬幣分揀裝置往往以旋轉(zhuǎn)式單次單一幣種的硬幣計(jì)數(shù)分類(lèi)方式為主，經(jīng)常出現(xiàn)卡幣現(xiàn)象，效率低。為此，研制了一款新型全自動(dòng)分揀計(jì)數(shù)包裝機(jī)。該產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)四種硬幣的分揀、計(jì)數(shù)、包裝，大大降低了清點(diǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

總體方案圖如圖1所示，全自動(dòng)硬幣分揀計(jì)數(shù)包裝機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)1、分揀機(jī)構(gòu)2、存幣機(jī)構(gòu)3、送紙機(jī)構(gòu)4、包裝機(jī)構(gòu)5部分組成。

（1）進(jìn)料機(jī)構(gòu)，如圖2所示，主要包括進(jìn)幣料斗1、同步帶2。進(jìn)幣料斗固定在進(jìn)料機(jī)構(gòu)的側(cè)板上，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與傳送帶相連。硬幣通過(guò)進(jìn)幣料斗由傳送帶將硬幣傳送到分揀機(jī)構(gòu)中。通過(guò)調(diào)節(jié)傳送帶的速度來(lái)調(diào)節(jié)硬幣落入分揀機(jī)構(gòu)的數(shù)量。

（2）分揀機(jī)構(gòu)，如圖3所示，主要包括限位盤(pán)1、撥盤(pán)2、分幣3、分幣盤(pán)4、內(nèi)限位筒、外限位筒。電機(jī)帶動(dòng)撥盤(pán)2轉(zhuǎn)動(dòng)，限位板1保證硬幣單層持續(xù)不斷的4進(jìn)行分幣。硬幣經(jīng)由分幣盤(pán)下落進(jìn)入下面的接幣漏斗3以實(shí)現(xiàn)硬幣的分揀。

（3）存幣機(jī)構(gòu)，如圖4所示，主要包括存幣打包機(jī)構(gòu)如圖5所示，硬幣經(jīng)分揀機(jī)構(gòu)由滑道落入存幣5桶中。檢測(cè)計(jì)數(shù)光電傳感器安裝在分幣桶上方，當(dāng)硬幣通過(guò)時(shí)光電傳感器時(shí)被檢測(cè)到并將信號(hào)送給單片機(jī)，并將數(shù)量顯示在液晶屏上，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。當(dāng)達(dá)到打包數(shù)額時(shí)，步進(jìn)電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)90°，與運(yùn)輸機(jī)械手3運(yùn)送方向一致，推桿氣缸2帶動(dòng)運(yùn)輸機(jī)械手3夾緊硬幣，送入到打包機(jī)構(gòu)1中。進(jìn)入撥盤(pán)2外邊緣的撥爪，撥爪帶動(dòng)硬幣沿著外限位桶6內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，根據(jù)硬幣尺寸的不同通過(guò)撥盤(pán)下的分幣盤(pán)

圖1 總體方案圖

圖2 進(jìn)料機(jī)構(gòu)

圖3 分揀機(jī)構(gòu)

圖4 存幣機(jī)構(gòu)

圖5 進(jìn)紙機(jī)構(gòu)

圖6 包裝機(jī)構(gòu)

（4）進(jìn)紙機(jī)構(gòu)，送紙機(jī)構(gòu)如圖5所示。步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)輥?zhàn)?轉(zhuǎn)動(dòng)，使包裝紙進(jìn)入亞克力板2的夾縫中，步進(jìn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)指定步數(shù)氣缸5伸縮切刀4切斷包裝紙，從而完成精確送紙。

（5）包裝機(jī)構(gòu)，包裝機(jī)構(gòu)如圖6所示，運(yùn)輸機(jī)械手將夾緊的硬幣送到位后，三個(gè)輥?zhàn)訆A緊，運(yùn)輸機(jī)械手3松開(kāi)，進(jìn)紙機(jī)構(gòu)開(kāi)始進(jìn)紙，直流電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)同步帶帶動(dòng)，使其中兩個(gè)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，第三個(gè)輥?zhàn)訌膭?dòng)，開(kāi)始將硬幣包卷。延時(shí)2s后，帶動(dòng)卷邊鉤子絲杠的步進(jìn)電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)，正反旋向的絲杠3開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)卷邊爪進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)卷邊。卷邊結(jié)束后直流電機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)，卷邊鉤子回到原來(lái)位置為下一次卷邊做準(zhǔn)備，三個(gè)輥?zhàn)铀砷_(kāi)，硬幣落入收集箱中，硬幣打包結(jié)束。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

總體控制方案框圖和控制流程如圖7和圖8所示。采用單片機(jī)作為控制器，通過(guò)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，四個(gè)傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)并判斷，液晶屏顯示硬幣種類(lèi)及個(gè)數(shù)，單片機(jī)通過(guò)小型繼電器控制驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作的電磁閥，單片機(jī)通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。

圖7 控制方案圖圖

圖8 控制流程圖

3 樣機(jī)測(cè)試及效果（圖9～12）

經(jīng)過(guò)多次技術(shù)攻關(guān)，終于研制出了本設(shè)計(jì)方案的樣機(jī)。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，該樣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)新版一角、舊版一角、五角、一元四種硬幣的一次性同時(shí)分揀、計(jì)數(shù)、包裝的功能，克服了傳統(tǒng)分幣裝置每次只能實(shí)現(xiàn)一種硬幣分揀計(jì)數(shù)的困難，極大的提高工作效率。

圖9 進(jìn)料分揀機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

圖10 包裝存幣機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

圖11 進(jìn)紙機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

圖12 總體實(shí)物圖

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）巧妙的采用離心力+篩孔+傾斜式的組合分離方式，解決了傳統(tǒng)方式單次只能實(shí)現(xiàn)一種硬幣分揀計(jì)數(shù)的難題，實(shí)現(xiàn)硬幣的高效分離，使得硬幣分離過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)卡幣、分離不凈的狀況。

（2）巧妙的采用了三棍子加緊、配合旋轉(zhuǎn)、鉤子卷邊的包裝方式，解決了包裝過(guò)程中硬幣脫離、包不緊、卷邊粗糙等技術(shù)難題，使得硬幣的包裝成品緊湊、美觀(guān)。

（3）整機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，有效的利用了空間，平均高度0.8米，高度適中，易于操作。

（4）采用單片機(jī)作為控制器，優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，性?xún)r(jià)比高。

5 結(jié)語(yǔ)

本產(chǎn)品是一款新型高效的硬幣分揀計(jì)數(shù)包裝機(jī)，在清理分類(lèi)硬幣的時(shí)候不用停機(jī)便可以對(duì)硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)包裝，保證了整個(gè)過(guò)程的連續(xù)性，極大地提高了工作效率。操作人員僅需將硬幣倒入進(jìn)料機(jī)構(gòu)中，機(jī)器便可包裝出以50個(gè)為一摞的各種硬幣。該產(chǎn)品適用于銀行、公交系統(tǒng)等需要整理大量硬幣的場(chǎng)所。本產(chǎn)品的應(yīng)用，將大大降低這些場(chǎng)所工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高其工作效率。

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TH16,TP24

A

1671-0711（2017）06（下）-0114-03

遼寧省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（JL201615402）,遼寧省教育廳項(xiàng)目（L2015241）。