基于慧魚模型的紙幣分離整理機創新設計

□宋玉梅 龐海文 李志龍 王影淑

近年來，國內大部分地區都采用無人售票公交車，由乘客自行投幣，投幣種類不僅只限于一元硬幣及紙幣，還有其它面額紙幣，種類較多，目前對于紙幣分離大部分都是人工操作，在進行分類、整理、計數方面耗費很多人力和財力。除此而外，現在銀行、綜合市場等也面臨相同問題。

一、市場上現有紙幣分離機的特點和功能

市場上現有的紙幣分離機，雖能實現紙幣識別和分類的功能，但大都結構特別復雜、程序多，需經過很多工序才能實現功能，而且制造過程復雜、成本高、價格昂貴，不適合在社會上推廣使用。

二、紙幣分離機設計思路

紙幣分離整理機是基于慧魚產品的創新設計，這個作品是利用95%以上的慧魚件進行組裝完成的。慧魚創意組合模型1964年誕生于德國，是技術含量很高的智趣拼裝模型，其涵蓋了機械、電子、氣動、新能源和機器人技術等學科，學習者可以利用慧魚模型實現任何生產過程的還原[1]。根據慧魚的特點，利用慧魚元件進行創新設計了一臺紙幣分離整理機。它可以實現短時間內對一元及其它面額紙幣進行識別、分離、計數、整理，這樣不僅節省了人力、財力，而且大大提高了紙幣分離、整理的效率。

紙幣分離整理機采用了模塊化的設計思路，它分為6個功能模塊：紙幣展開模塊、紙幣識別模塊、紙幣分離模塊、紙幣計數模塊、紙幣收集模塊、紙幣整理模塊。作品的整體裝配圖如圖1所示。

圖1 紙幣分離整理機整體裝配圖

三、主要機構工作原理

(一)紙幣逐張展開機構工作原理。把一沓面額混亂的紙幣整齊放到進鈔口托盤上，托盤設計有一定弧度，以利于紙幣實現逐張分離。兩組摩擦輪速度比為3/4。當紙幣放到進鈔口托盤上時，第一張紙幣與第一個摩擦滾輪接觸，在摩擦力的作用下，紙幣向前運動，當紙幣前進2/3時與第二個加速摩擦輪接觸，使紙幣實現單張展開。

(二)紙幣面額識別機構工作原理。主要用于區分一元及其它面額的紙幣。由于不同面值的紙幣長度國家有明確限定，所以利用光敏識別裝置，通過對一元及以上面額的紙幣遮光時間的測量，最終確定一個合適的時間值(一元紙幣整張通過光敏識別裝置的時間)，當非一元紙幣通過時，時間會大于設定的時間，“0”信號立即傳遞給曲柄滑塊機構，使之產生動作，將非一元紙幣推出傳送帶，進入位于傳送帶中間的收集箱中；當通過的是一元紙幣時，“1”信號會讓系統自動進行加一計數，并讓一元紙幣隨傳送帶一直到達末端的接收箱。

(三)紙幣分離機構工作原理。此機構用于非一元紙幣的剔除。在本裝置中，若程序中接收的信號是“1”則曲柄滑塊機構不工作，若接收信號是“0”，通過延時命令控制曲柄滑塊機構延時運動，當紙幣傳送到分離機構正前方時，進行剔除工作。

(四)一元紙幣儲存機構工作原理。一元紙幣儲存機構分為兩個工位，以方便操作人員對紙幣進行整理。當識別部分程序計數達到10時(可調)，表示此收集箱中已裝滿一元紙幣，此時信號傳遞到儲存機構，電機帶動蝸輪蝸桿傳動機構轉動使收集箱在5.48s時間旋轉180°，實現工位轉換，另一個空的收集箱已經準備好接收一元紙幣了。

四、程序說明

可以使用編程軟件ROBO Pro來控制裝配了慧魚控制器的機器人。它的優點是內部自帶若干能實現簡單功能的基本模塊，編程時，若要實現某一基本功能只要直接調用而不需要書寫代碼。程序采用流程圖的表現形式，理解起來更為直觀[2]。

紙幣分離整理機應用ROBO Pro軟件進行編程，整個程序有五部分組成：主程序、出鈔部分程序、分離部分程序、識別部分程序、滿10RMB工位轉換程序。下面就依次做以簡單介紹。

(一)主程序。當接口板按下開始鍵，系統開始工作。主程序包括了出鈔部分、識別部分、滿10RMB工位轉換3個子程序。

(二)出鈔部分程序。此程序主要用于控制2個摩擦輪電機的旋轉方向和轉速，實現紙幣的單張展開。

(三)分離部分程序。利用紙幣通過光敏傳感器的遮光時間來決定是否啟動紙幣的分離裝置。該程序利用時間延時來設置紙幣從識別裝置到分離裝置所用的時間和分離裝置運動一個周期花費的時間。

(四)識別部分程序。它嵌套了一個分離部分的子程序。利用不同面值紙幣通過光敏傳感器時遮光的時間不同，最終確定一個合適的時間值0.295秒(一元紙幣整張通過光敏識別裝置的時間)，當非一元紙幣通過時，時間會大于這個時間，“0”信號立即傳遞給曲柄滑塊機構，使之產生動作，將非一元紙幣推出傳送帶，進入位于傳送帶中間的收集箱中；當通過的是一元紙幣時，“1”信號會讓系統自動進行加一計數，并讓一元紙幣隨傳送帶運動，一直到達末端的接收箱。當出鈔口已無紙幣送出時，延時3分鐘，程序自動結束，所有部件停止工作。

(五)滿10RMB工位轉換部分程序。當一元紙幣收集滿10張時，一元紙幣收集箱處紅燈亮，出鈔口2個電機停，識別處燈滅，傳送帶電機M1停。此時蝸輪蝸桿處電機M4轉動，并使收集箱正好轉動180°，完成收集箱2工位互換。

五、系統工作流程

按下慧魚編程接口板按鈕，系統開始工作——進鈔部位：一沓紙幣從進鈔口進入——兩個摩擦輪使紙幣實現逐張分離展開——光敏傳感器進行識別判斷。

(一)有錢通過時，識別紙幣面額。第一，對一元紙幣進行+1計數——沿傳送帶運動到末端，并進入收集箱——滿10張時，蝸輪蝸桿機構使收集箱轉換工位——從識別判斷處循環。第二，對非一元紙幣進行分離操作——在傳送帶中段位置被曲柄滑塊機構推入收集箱——從識別判斷處循環。

(二)當3分鐘無錢送入時，程序自動停止。

六、慧魚模型紙幣分離作品的創新點

慧魚模型紙幣分離機作品可實現一摞紙幣的逐張分離、紙幣面值的識別、分類、計數、整理五項功能；利用兩個摩擦滾輪，可對一沓紙幣進行逐張快速展開；利用光敏傳感器對紙幣面值進行識別；通過曲柄滑塊機構，把非一元面值的紙幣高效剔除；收集箱采用了可轉位設計，把蝸桿蝸輪結構應用于此，可實現錢幣的有效收集、整理；當進鈔口不再有錢幣放入時，能自動定時關機；結構簡單，安裝方便，環環相扣，整體控制，時效性高。

七、結語

慧魚模型紙幣分離機作品現在雖只能實現剔除非一元紙幣和對一元紙幣的分離、計數、收集、整理等功能，但由此及彼，只需在此基礎上添加一些簡單構件，就可以制造出用于各種面值紙幣識別的多功能機器，因此應用前景非常廣泛。