一種硬幣自動分類機(jī)的設(shè)計(jì)

李曉++王炳堯++孫淵

【摘 要】手工清分硬幣工作量大，效率較低，因此硬幣分類和清點(diǎn)自動化成為社會需求，本研究提出一種硬幣自動分類機(jī)，由振動機(jī)構(gòu)、螺旋導(dǎo)軌、分類板、計(jì)數(shù)器組成，可以較快地將壹圓、伍角和壹角混合的硬幣進(jìn)行豎直整齊排列，有序地進(jìn)入到壹圓、伍角和壹角收納裝置，并完成計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了硬幣的工作。

【關(guān)鍵詞】硬幣分類；豎直整齊排列；分類；清點(diǎn)

1.引言

目前在世界范圍內(nèi)，硬幣以其成本低，流通次數(shù)多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢將占領(lǐng)小面額貨幣市場是大勢所趨。在我國現(xiàn)有市場上流通的硬幣為壹圓、伍角和壹角，使用的場合多數(shù)在零售業(yè)，服務(wù)業(yè)以及銀行業(yè)。傳統(tǒng)的硬幣分離需要人手動分類，這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且加大了企業(yè)經(jīng)營成本。基于硬幣的某些性質(zhì)（材料和尺寸）也創(chuàng)新出一些新的分類方法，但各式各樣的分類方法并未應(yīng)用于市場。因此，對于硬幣的自動分類和清點(diǎn)工作在市場上仍處于一種缺口狀態(tài)。例如，目前公交公司對硬幣的分類和清點(diǎn)主要采用人工分揀而實(shí)現(xiàn)的，公交公司內(nèi)需要專門的工作人員進(jìn)行對投幣箱內(nèi)硬幣的分類和清點(diǎn)，員工的工作量大，重復(fù)性的分揀動作會引起員工的骨骼肌肉累積性創(chuàng)傷。鑒于此需要，研究設(shè)計(jì)了一種硬幣自動分類機(jī)，實(shí)現(xiàn)硬幣的自動分揀和自動清點(diǎn)，減輕了員工的工作量和工作強(qiáng)度，可在公交公司、銀行、菜市場等硬幣流通較大的場所推廣使用。

2.硬幣自動分類機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬幣自動分類機(jī)主要由豎直整齊排列部分和分類清點(diǎn)部分組成，其中豎直整齊排列部分主要是通過振動盤和可變導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)硬幣有序豎直排列，再通過滑軌和分離槽將不同的硬幣分離；最后利用計(jì)數(shù)器硬幣的清點(diǎn)工作。

2.1 豎直整齊排列機(jī)構(gòu)

由振動機(jī)1帶動容器2內(nèi)的硬幣4持續(xù)震動，使得硬幣進(jìn)入螺旋導(dǎo)軌5不斷爬升和滾動，見圖1所示，螺旋導(dǎo)軌設(shè)置在容器內(nèi)壁，螺旋導(dǎo)軌的入口端位于容器底部，螺旋導(dǎo)軌上設(shè)置有擋片3，擋片與螺旋導(dǎo)軌之間形成一僅用于通過單枚硬幣的空間，若有多個(gè)堆疊在一起硬幣經(jīng)過螺旋導(dǎo)軌上的擋片位置處時(shí)，由于擋片與螺旋導(dǎo)軌之間預(yù)留的空間僅夠一枚硬幣通過，因此在擋片的作用下疊在緊貼螺旋導(dǎo)軌的硬幣上的硬幣會被打落下來并掉落至振動機(jī)的容器底部，重新排隊(duì)以進(jìn)入螺旋導(dǎo)軌，使得硬幣形成豎直排列的隊(duì)伍單列地有序排列，并持續(xù)進(jìn)入到分類板7內(nèi)部。

2.2分類清點(diǎn)機(jī)構(gòu)

分類板內(nèi)有三條具有一定傾斜角度的軌道，即壹圓滑軌10、伍角滑軌12和壹角13，見圖2所示，豎直排列的硬幣由于慣性繼續(xù)滾動下滑落入分類板中，硬幣首先無差別的落入壹圓滑軌上，壹圓滑軌上設(shè)有伍角開口槽，伍角開口槽長度略大于伍角硬幣的直徑，且壹圓滑軌存在兩邊不對稱的傾角斜面，便于壹圓硬幣滾動。當(dāng)豎直整齊排列的硬幣經(jīng)過伍角開口槽，壹元硬幣卡在槽中，下一個(gè)硬幣滾來后，推動卡在槽中的壹元硬幣繼續(xù)滾動，直至沿壹圓滑軌進(jìn)入壹圓收納盒21，壹圓計(jì)數(shù)器20計(jì)數(shù)；如果是伍角或壹角硬幣則從伍角開口槽11落入伍角滑軌內(nèi)，伍角滑軌設(shè)有壹角開口槽14，壹角開口槽長度略大于壹角硬幣的直徑，且伍角滑軌存在兩邊不對稱的傾角斜面，便于伍角硬幣滾動。當(dāng)硬幣在伍角滑軌中滑行一段距離后，卡在壹角開口槽中。因?yàn)槲褰呛鸵唤堑挠矌胖睆较嗖畈淮螅栽谝冀情_口槽下方加一彈簧片15，如果是伍角硬幣卡在壹角開口槽中，并且承載于彈簧片上，被卡著的伍角硬幣就會被下一硬幣推動，沿伍角滑軌順勢滾動，直至沿伍角滑軌進(jìn)入伍角硬幣收納盒19，伍角計(jì)數(shù)器18計(jì)數(shù)；若壹角硬幣滾過，壹角硬幣將承載于彈簧片上，當(dāng)下一個(gè)硬幣滾過后，將其壓下，落入壹角滑軌中，直至進(jìn)入壹角收納盒17，壹角計(jì)數(shù)器16計(jì)數(shù)。壹圓、伍角和壹角的數(shù)量在控制面板8上實(shí)時(shí)顯示。綜上，最終實(shí)現(xiàn)壹園、伍角、壹角這三種硬幣的分類及清點(diǎn)。

圖1 豎直整齊排列結(jié)構(gòu) 圖2 分類清點(diǎn)機(jī)構(gòu)

1.振動機(jī) 2.容器 3.擋片 4.硬幣 5.螺旋導(dǎo)軌 6.外部導(dǎo)軌 7.分類板 8.控制面板 9.收納裝置 10. 壹圓滑軌 11.伍角開口槽 12.伍角滑軌 13.壹角滑軌 14.壹角開口槽 15.彈簧片 16.壹角計(jì)數(shù)器 17.壹角收納盒 18.伍角計(jì)數(shù)器 19.伍角收納盒 20.壹圓計(jì)數(shù)器 21.壹圓收納盒

3. 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由單片機(jī)和計(jì)數(shù)器等組成，可以調(diào)節(jié)振動頻率，實(shí)現(xiàn)對硬幣的豎直排列的速度和硬幣分類速度，控制面板上的顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示出壹圓硬幣的數(shù)量、伍角硬幣的數(shù)量和壹角硬幣的數(shù)量。在收納盒與分離軌道間，加入了一個(gè)光電計(jì)數(shù)器，該裝置是利用光電元件制成的自動計(jì)數(shù)裝置，其工作原理是從光源發(fā)出的一束平行光照射在光電元件上，每當(dāng)這束光被遮擋一次時(shí)，光電元件的工作狀態(tài)就改變一次，通過放大器可使計(jì)數(shù)器記下被遮擋的次數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示所記錄的數(shù)字，完成計(jì)算和清點(diǎn)任務(wù)。

4.結(jié)論

本機(jī)構(gòu)可以代替人工分離硬幣并實(shí)現(xiàn)清點(diǎn)和計(jì)數(shù)功能，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作平穩(wěn)可靠，硬幣間相互摩擦小，不易損傷硬幣，可以自動地實(shí)現(xiàn)對批量硬幣的有序豎直排列、分類和清點(diǎn)工作，減輕了員工的工作量、減少了重復(fù)性分揀動作。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張永宇，陸寧主.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，2009，11.

[4]孫恒，陳作模.機(jī)械原理[M].第7版.北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：

李曉：（1994.12—）男，上海電機(jī)學(xué)院，本科生，機(jī)械電子工程專業(yè)。

王炳堯：（1995.12—）男，上海電機(jī)學(xué)院，本科生，機(jī)械電子工程專業(yè)。

孫淵：（1969.8—）女，上海電機(jī)學(xué)院，教授，博士，研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化。

基金項(xiàng)目：

本項(xiàng)目是上海市大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目NO.A1-5701-16-011-03-24的研究成果。