基于慧魚(yú)模型的紙幣清分機(jī)設(shè)計(jì)

謝立秋,劉 剛

（山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)制工藝系,濟(jì)南 250300）

0 引言

現(xiàn)今社會(huì)各種面額紙幣較多且混雜在一起的地方，比如：公交公司、超市等等對(duì)于紙幣的整理和分類有較大需求，但是目前紙幣分類主要依賴人工，成本高且效率低。針對(duì)大量零散紙幣清點(diǎn)需要設(shè)計(jì)一款紙幣分類及計(jì)數(shù)裝置，該裝置可以自動(dòng)把多面額的紙幣進(jìn)行有序地整理，并根據(jù)不同的面值進(jìn)行紙幣分類。降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。[1]針對(duì)這一主旨我們根據(jù)各面值紙幣長(zhǎng)度不同，我們利用光電管做出判斷，將紙幣長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)的次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同面值紙幣的識(shí)別，然后通過(guò)轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分倉(cāng)處理，同時(shí)對(duì)所識(shí)別過(guò)的錢幣總額利用計(jì)算器進(jìn)行加和計(jì)算。

慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型（ fi schertechnik）又稱“工程積木”、“智慧魔方”于1964 年誕生于德國(guó)，是一種技術(shù)含量很高的智趣拼接模型，涵蓋了機(jī)械、電子、光學(xué)、氣動(dòng)、機(jī)器人技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，加深了學(xué)習(xí)者對(duì)機(jī)械原理的認(rèn)知，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者綜合不同學(xué)科知識(shí)并加以創(chuàng)新的能力，在動(dòng)手搭接模型的過(guò)程中使自己的創(chuàng)新想法得以實(shí)現(xiàn)[2]。

1 設(shè)計(jì)方案

在選擇了這一課題后，最初的問(wèn)題是怎樣進(jìn)行對(duì)不同紙幣的識(shí)別和如何做到分揀。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們選擇了光電管通過(guò)紙幣遮光開(kāi)始計(jì)時(shí)，到紙幣通過(guò)遮光結(jié)束計(jì)時(shí)，時(shí)間過(guò)程通過(guò)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換成脈沖計(jì)數(shù)的方法，對(duì)錢幣長(zhǎng)度的識(shí)別從而做出判斷，然后經(jīng)過(guò)傳輸和轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分倉(cāng)整理，最后進(jìn)行總額計(jì)算。

1.1 識(shí)別裝置的選用

開(kāi)始選用了光敏和顏色識(shí)別器等裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)光敏寬度較大，且不能實(shí)現(xiàn)毫米的精度；顏色識(shí)別器不可行因?yàn)殄X幣有正反之分，而且色差很大沒(méi)有固定的采集點(diǎn)，并且錢幣在使用過(guò)程中會(huì)老舊，因此識(shí)別時(shí)，顏色識(shí)別器的模擬量跟普通顏色相差很大。最后我們采用光電管和脈沖次數(shù)結(jié)合，當(dāng)錢幣勻速通過(guò)光電管遮光時(shí)脈沖開(kāi)始計(jì)數(shù)，錢幣通過(guò)后遮光結(jié)束脈沖計(jì)數(shù)停止，在計(jì)數(shù)開(kāi)始到計(jì)數(shù)結(jié)束期間，電動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)4齒凸輪對(duì)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行按壓，將勻速通過(guò)的紙長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換成點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)的按壓次數(shù)，進(jìn)而將錢幣的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化成脈沖的次數(shù)，從而驅(qū)動(dòng)其他的裝置進(jìn)行分揀工作。目前，針對(duì)市面上常用的紙幣我們共分了6種，分別是1元=130脈沖、5元135脈沖、10元140脈沖、20元145脈沖、50元150脈沖、100元155脈沖。

1.2 分揀計(jì)數(shù)裝置的選用

采用轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分倉(cāng)。轉(zhuǎn)塔下裝有六個(gè)限位開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觸碰到相應(yīng)的點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，接收由上一步識(shí)別裝置的脈沖次數(shù)，并停止等待相應(yīng)的錢幣運(yùn)送進(jìn)倉(cāng)位。

計(jì)數(shù)裝置是采用光電管和光敏原件進(jìn)行錢幣的計(jì)數(shù)，但是考慮到光電管的程序與慧魚(yú)不一致，需要加很多其他原件會(huì)使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜體積增大，因此我們采用了現(xiàn)有計(jì)算器加和統(tǒng)計(jì)法，利用慧魚(yú)的氣缸按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的加和計(jì)算。一共設(shè)計(jì)出5個(gè)子程序，分別是1“0”的按壓；2“1”的按壓；3“2”的按壓；4“5”的按壓；5“+”的按壓。這樣6種面額的紙幣的統(tǒng)計(jì)，只需拖動(dòng)相應(yīng)的子程序，控制氣缸的運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)加和運(yùn)算了。

2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）采用光電管和脈沖計(jì)數(shù)結(jié)合測(cè)距實(shí)現(xiàn)錢幣長(zhǎng)度的識(shí)別，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單組合實(shí)現(xiàn)識(shí)別精度1mm。

（2）通過(guò)轉(zhuǎn)塔實(shí)現(xiàn)錢幣分倉(cāng)整理，結(jié)構(gòu)新穎原理明確并有效節(jié)省空間。

（3）通過(guò)電磁閥和氣缸組合成按鍵手指對(duì)錢幣進(jìn)行總額加和，減少其它元件的購(gòu)買和程序的開(kāi)發(fā)，減少制造成本節(jié)省時(shí)間。

（4）一種機(jī)器實(shí)現(xiàn)分揀和統(tǒng)計(jì)總額兩種功能。

3 脈沖次數(shù)計(jì)算

由此可知與齒輪2同軸的輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速為2r/s。

又因?yàn)檩佔(zhàn)拥闹睆綖?6mm，因此可以求輥?zhàn)油鈭A的線速度，即錢幣通過(guò)光電開(kāi)關(guān)的速度：

所以，錢幣的運(yùn)動(dòng)速度為100mm/s，每個(gè)脈沖量也記錄了錢幣走過(guò)的長(zhǎng)度，把紙幣的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化為脈沖的次數(shù)為1mm/plus，因此，每種錢的長(zhǎng)度通過(guò)脈沖次數(shù)的不同實(shí)現(xiàn)了對(duì)錢幣的識(shí)別。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的慧魚(yú)成品，可實(shí)現(xiàn)不同面值人民幣的的分揀、計(jì)數(shù)，其分揀速度約可達(dá)到35 張/min 的高速分揀。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、二次開(kāi)發(fā)性強(qiáng)、效率高、耗電低、清潔環(huán)保，相較于長(zhǎng)期由國(guó)外進(jìn)口品牌占據(jù)的紙幣清分機(jī)價(jià)格具有價(jià)格低廉、分揀速度快、維護(hù)便利等特點(diǎn)。綜上所述，該裝置有理論和實(shí)用價(jià)值，具有較好的市場(chǎng)推廣前景。[2]后續(xù)的二次開(kāi)發(fā)研究，可從增加紙幣整理、驗(yàn)偽和包扎等方面入手，將其完善其進(jìn)一步，最終實(shí)現(xiàn)任意面值人民幣的真假分揀包裝，從而提高紙幣處理的工作效率，減輕人工壓力。

[1]郭旭.紙幣分離整理裝置設(shè)計(jì)[A].北京力學(xué)會(huì).北京力學(xué)會(huì)第二十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集[C].北京力學(xué)會(huì),2017:2.

[2]陳晟,張海軍.應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)慧魚(yú)機(jī)器人的控制[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備,2008(02):59-60.

[3]陳澤坤,馬新玲.多捻輪式六通道紙幣分揀裝置設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2017,36(08):87-90.