新型全自動硬幣分揀計數包裝機研制

王云亮，王曉磊，李曉丹

（遼寧工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州 121001）

新型全自動硬幣分揀計數包裝機研制

王云亮，王曉磊，李曉丹

（遼寧工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州 121001）

目前，市場上流通的大量硬幣主要依靠人工分揀、計數、包裝，這種方式費時費力、效率低，本文針對該問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、鉤子卷邊的包裝方式，實現了硬幣的高效分離、快速包裝，并研制成功了一款能同時對四種硬幣進行分揀、計數、包裝的機器。該機器主要由機械系統、控制系統組成。實驗證明該機器能高效準確的對硬幣進行分揀、計數、包裝，大大提高了工作效率。

硬幣分揀; 計數; 包裝; 單片機

硬幣具有不易磨損，有利于節約自然資源，發行成本低等優點，在世界范圍內被廣泛使用。隨著我國經濟的高速發展，貨幣流通越來越快，硬幣在流通中主要用來找零，乘坐公交車、地鐵等。每天都會有大量的硬幣在市場中流通，但大量硬幣的清分工作卻是難題。特別是公交系統和銀行工作人員需要對很多硬幣進行清點計數，處理一大堆硬幣是非常困難的工作，因為面對巨額的、雜亂無章的硬幣，需要很多工作人員經過長時間的清點，才可能完成，不僅費時費力、效率低，而且準確率得不到保障。目前，國內外硬幣清理分類裝置，要么設計原理簡單，清理分類效果差，要么結構復雜、價格昂貴、缺少實用價值。傳統的硬幣分揀裝置往往以旋轉式單次單一幣種的硬幣計數分類方式為主，經常出現卡幣現象，效率低。為此，研制了一款新型全自動分揀計數包裝機。該產品可以實現同時對四種硬幣的分揀、計數、包裝，大大降低了清點人員的勞動強度，提高了工作效率。

1 機械系統設計

總體方案圖如圖1所示，全自動硬幣分揀計數包裝機的機械系統主要由進料機構1、分揀機構2、存幣機構3、送紙機構4、包裝機構5部分組成。

（1）進料機構，如圖2所示，主要包括進幣料斗1、同步帶2。進幣料斗固定在進料機構的側板上，電機通過聯軸器與傳送帶相連。硬幣通過進幣料斗由傳送帶將硬幣傳送到分揀機構中。通過調節傳送帶的速度來調節硬幣落入分揀機構的數量。

（2）分揀機構，如圖3所示，主要包括限位盤1、撥盤2、分幣3、分幣盤4、內限位筒、外限位筒。電機帶動撥盤2轉動，限位板1保證硬幣單層持續不斷的4進行分幣。硬幣經由分幣盤下落進入下面的接幣漏斗3以實現硬幣的分揀。

（3）存幣機構，如圖4所示，主要包括存幣打包機構如圖5所示，硬幣經分揀機構由滑道落入存幣5桶中。檢測計數光電傳感器安裝在分幣桶上方，當硬幣通過時光電傳感器時被檢測到并將信號送給單片機，并將數量顯示在液晶屏上，從而實現計數功能。當達到打包數額時，步進電機4轉動90°，與運輸機械手3運送方向一致，推桿氣缸2帶動運輸機械手3夾緊硬幣，送入到打包機構1中。進入撥盤2外邊緣的撥爪，撥爪帶動硬幣沿著外限位桶6內壁旋轉，根據硬幣尺寸的不同通過撥盤下的分幣盤

圖1 總體方案圖

圖2 進料機構

圖3 分揀機構

圖4 存幣機構

圖5 進紙機構

圖6 包裝機構

（4）進紙機構，送紙機構如圖5所示。步進電機3帶動輥子1轉動，使包裝紙進入亞克力板2的夾縫中，步進電機3轉動指定步數氣缸5伸縮切刀4切斷包裝紙，從而完成精確送紙。

（5）包裝機構，包裝機構如圖6所示，運輸機械手將夾緊的硬幣送到位后，三個輥子夾緊，運輸機械手3松開，進紙機構開始進紙，直流電機6轉動，通過同步帶帶動，使其中兩個輥子轉動，第三個輥子從動，開始將硬幣包卷。延時2s后，帶動卷邊鉤子絲杠的步進電機4轉動，正反旋向的絲杠3開始轉動帶動卷邊爪進行上下運動從而實現卷邊。卷邊結束后直流電機6停止轉動，卷邊鉤子回到原來位置為下一次卷邊做準備，三個輥子松開，硬幣落入收集箱中，硬幣打包結束。

2 控制系統設計

總體控制方案框圖和控制流程如圖7和圖8所示。采用單片機作為控制器，通過直流電機驅動器控制直流電機轉速，四個傳感器進行計數并判斷，液晶屏顯示硬幣種類及個數，單片機通過小型繼電器控制驅動氣缸動作的電磁閥，單片機通過步進驅動器控制步進電機的轉動位置。

圖7 控制方案圖圖

圖8 控制流程圖

3 樣機測試及效果（圖9～12）

經過多次技術攻關，終于研制出了本設計方案的樣機。經過多次測試，該樣機能夠實現新版一角、舊版一角、五角、一元四種硬幣的一次性同時分揀、計數、包裝的功能，克服了傳統分幣裝置每次只能實現一種硬幣分揀計數的困難，極大的提高工作效率。

圖9 進料分揀機構實物圖

圖10 包裝存幣機構實物圖

圖11 進紙機構實物圖

圖12 總體實物圖

4 創新點

（1）巧妙的采用離心力+篩孔+傾斜式的組合分離方式，解決了傳統方式單次只能實現一種硬幣分揀計數的難題，實現硬幣的高效分離，使得硬幣分離過程中不會出現卡幣、分離不凈的狀況。

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

（3）整機的機械結構設計合理，有效的利用了空間，平均高度0.8米，高度適中，易于操作。

（4）采用單片機作為控制器，優點是性能穩定，性價比高。

5 結語

本產品是一款新型高效的硬幣分揀計數包裝機，在清理分類硬幣的時候不用停機便可以對硬幣進行計數包裝，保證了整個過程的連續性，極大地提高了工作效率。操作人員僅需將硬幣倒入進料機構中，機器便可包裝出以50個為一摞的各種硬幣。該產品適用于銀行、公交系統等需要整理大量硬幣的場所。本產品的應用，將大大降低這些場所工作人員的勞動強度，提高其工作效率。

[1]郭星, 陳亦仁,商云男，等. WBH1314型紙袋式硬幣清分包裝一體機的設計研發[J]. 包裝工程，2013(34):155-157.

[2]孫志禮，馬星國，黃秋波，閆玉濤.機械設計[M].北京：科學出版社，2008.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[S] .北京：機械工業出版社，2005.

[4]王伯平.互換性與測量技術基礎（第三版）[M].北京：機械工業出版社，2008.

[5]劉鴻文.材料力學（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[6]朱輝等.畫法幾何與機械制圖（第六版）[M].上海：上海科學技術出版，2007.

[7]張志義.機電傳動控制[M].北京：機械工業出版社，2015.10.

[8]張偉社.機械原理教程[M].西安：西北工業大學出版社，2013.8.

[9]韓志軍.單片機系統設計與應用實例[M].北京：機械工業出版社，2016.1.

[10]陳黎敏.傳感器技術[M]. 北京：機械工業出版社，2015.11.

[11]尹志強等.機電一體化系統設計課程設計指導書[M] .北京：機械工業出版社，2011.7.

TH16,TP24

A

1671-0711（2017）06（下）-0114-03

遼寧省高等學校科學技術研究項目（JL201615402）,遼寧省教育廳項目（L2015241）。