一种智能散币分装机的制作方法

本发明涉及一种货币分捡设备，特别是一种智能散币分装机。

背景技术：

当今社会，人们每天都要和钱币打交道，钱币的存在形式就有两种：纸币和硬币，而且纸币和硬币都因为不同面值有着不同的大小尺寸，甚至硬币还存在重量不同的情况，这就给清理钱币的相关人员带来了诸多不便。

目前，如公交公司、大小商贸和银行等对钱币分类、清点、整理等基本上都是靠人工手动操作，每天都需要耗费大量人力进行钱币的分类、清点和整理，因人力成本高且效率低下，无形中大大增加了这些公司与企业的成本、降低了利润、也拖低了效率。

如何能自动对混杂在一起的各种纸币和硬币进行分类、清点、整理，从而在减少成本的情况下增加效率，设计准确、可靠、实用，从而设计一种全自动的分捡机器具有很现实的需要，此类机器具有广阔而实用的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可自动对各种纸币和硬币进行分类、清点、整理的智能散币分装机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明由包括机架1、硬币分离机构2、硬币区分机构3和硬币包封装置6，所述硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22、硬币滑道23、转盘底座24和推力轴承25，在推力轴承25一端连接离心转盘21中心，另一端连接转盘底座24的动力装置，离心转盘21安装在圆筒22底部，圆筒22侧壁上设有挡板和硬币排出口220；在硬币区分机构3上设有与不同硬币大小相配合筛分口，筛分口由小至大排列设置；机架1内顶部设有硬币分离机构2，硬币分离机构2的分离出口端的硬币滑道23设置硬币区分机构3，硬币区分机构3的另一端连接硬币包封装置6。

本发明也可由包括机架1、硬币分离机构2、纸币分离机构4和纸币包封装置5，所述硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22、硬币滑道23、转盘底座24和推力轴承25，推力轴承25一端连接离心转盘21中心，另一端连接转盘底座24的动力装置，离心转盘21安装在圆筒22底部，圆筒22侧壁上设有挡板和硬币排出口220；机架1内设有硬币分离机构2，在纸币分离机构4一端连接硬币分离机构2的离心转盘21，另一端固定连接机架1，纸币包封装置5安装在靠近机架1纸币分离机构4的一侧，纸币分离机构4工作时，控制离心转盘21与圆筒22分离。

本发明也可由包括机架1、硬币分离机构2、硬币区分机构3、纸币分离机构4、纸币包封装置5和硬币包封装置6，所述机架1内上端设有硬币分离机构2，硬币分离机构2侧面连接硬币区分机构3，底部连接纸币分离机构4，硬币分离机构2和硬币区分机构3的另一端分别连接纸币包封装置5和硬币包封装置6，硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22、硬币滑道23、转盘底座24和推力轴承25，推力轴承25一端连接离心转盘21中心，另一端连接转盘底座24的动力装置，离心转盘21安装在圆筒22底部，圆筒22侧壁上设有挡板和硬币排出口220；机架1内顶部设有硬币分离机构2，硬币区分机构3一端连接硬币分离机构2的硬币滑道23，另一端连接硬币包封装置6，所述硬币区分机构3上设有开口；纸币分离机构4连接硬币分离机构2的底部，另一端固定连接机架1，纸币包封装置5安装在靠近机架1纸币分离机构4的一侧，纸币分离机构4工作时，控制离心转盘21与圆筒22分离。

所述硬币区分机构3的滑道底部开口大小依次设置为一角和五角大小的硬币排出口，滑道的末端为一元的硬币排出口。

所述硬币区分机构3的开口处设有收集计数装置302相互配合，收集计数装置302的另一端连接硬币包封装置6，收集计数装置302中间位置设置有对射传感器，对射传感器与单片机相连，通过硬币掉落遮挡两个对射传感器，产生脉冲信号，传输给单片机显示数字。

所述纸币分离机构4包括滑块41、连杆42、转盘底座24、动力装置，滑块41一端通过连杆42与转盘底座24连接，另一端连接动力装置，连杆42两端均为活动连接。

所述连杆42可分为第一连杆421、第二连杆422、第三连杆423，第二连杆422两端分别与第一连杆421和第三连杆423活动连接，第二连杆422中间端固定连接机架1，使第二连杆422绕中间端旋转活动。

所述纸币包封装置5包括纸币收集区51、机械手52、颜色传感器53和纸币分装盒54，纸币收集区51一侧设有机械手52，所述机械手52上设有吸盘，一端设有颜色传感器53，颜色传感器53与纸币分装盒54连接，机械手52可以上下左右灵活运动，吸附纸币收集区51中的纸币，转动通过颜色传感器53，放入相对应的纸币分装盒54中。

所述硬币包封装置6包括硬币管61、硬币管工作台62、封盖机构63和动力装置；所述硬币管工作台62设有配合硬币管61的硬币管槽，硬币管61安装在硬币管工作台62上，硬币管工作台62一端连接封盖机构63，另一端连接动力装置，动力装置带动硬币管工作台62上有硬币管61的硬币管槽，运动到封盖机构63处，封盖机构63控制硬币管61的硬币管盖关闭并封装。

所述硬币管61上设有可活动的硬币管盖。

所述动力装置包括直流减速电机、步进电机、直流电机。

本发明的有益效果是：它通过综合运用机械机构和电子控制系统，只须将杂乱无章的钱币包括纸币和硬币倒入产品进币口，打开电源、选定模式后，只需按下启动开关，经过一系列的机械电子动作，就可区分好的不同面值的纸币以及包封了不同面值的硬币，实现了机电一体化，实现了真正意义上的全自动。它主要是应用于公交公司、大小商贸企业和银行等对钱币进行分类、清点、整理。

本发明实现了自动化，且机器运行平稳，过程中所产生的噪音小，适合在金融行业以及民用企业里进行推广；本发明将多种功能结合，其中独特的硬币包装是一大亮点，将链条与步进电机结合，实现了指定硬币数量的包封；本发明看似各模块独立工作，实际是分工合作，环环相扣、互相反馈信号，使得该产品实现了方便、快捷的运作模式。

1综合运用离心转盘、连杆机构、链条、丝杆等机构实现纸硬币分离、纸币区分归类、硬币区分归类、硬币计数和硬币收集包装等功能；

2实现了机电一体化，本发明将机械和电子有机结合，用电子控制机械机构运动，机械机构同时反馈情况给电子控制系统，使用本发明，只需要将混乱的钱币倒入装置，按下启动按钮就等最后直接取出已经分类好的各类钱币；

3该装置结构紧凑，响应速度快，功能完备，突破了传统的钱币区分方法，做到了“服务社会——高效、便利、个性化”。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明的硬币分离机构示意图；

图5是本发明的硬币分离机构示意图；

图6是本发明的纸币分离机构示意图；

图7是本发明的纸币分离机构示意图；

图8是本发明的纸币包封装置示意图；

图9是本发明的硬币包封装置示意图。

图中：1-机架、2-硬币分离机构、3-硬币区分机构、4-纸币分离机构、5-纸币包封装置、6-硬币包封装置、21-离心转盘、22-圆筒、23-硬币滑道、24-转盘底座、25-推力轴承、220-硬币排出口、302-收集计数装置、41-滑块、42-连杆、421-第一连杆、422-第二连杆、423-第三连杆、51-纸币收集区、52机械手、53-颜色传感器、54纸币分装盒、61-硬币管、62-硬币管工作台、63-封盖机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，参阅图1至图2，本发明由包括机架1、硬币分离机构2、硬币区分机构3和硬币包封装置6，所述硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22和推力轴承25，在推力轴承25一端连接离心转盘21中心，另一端连接动力装置，离心转盘21安装在圆筒22底部，圆筒22侧壁上设有挡板和硬币排出口；在硬币区分机构3上设有与不同硬币大小相配合筛分口，筛分口由小至大排列设置；机架1内顶部设有硬币分离机构2，硬币分离机构2的分离出口端设置硬币区分机构3，硬币区分机构3的另一端连接硬币包封装置6。硬币由硬币分离机构2旋转分离后，进入硬币区分机构3进行筛分后，再由硬币包封装置6进行封装。

实施例2，参阅图1至图2，本发明也可由包括机架1、硬币分离机构2、纸币分离机构4和纸币包封装置5，所述硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22和推力轴承25构成，推力轴承25一端连接离心转盘21中心，另一端连接动力装置，离心转盘21安装在圆筒22底部，圆筒22侧壁上设有挡板和硬币排出口；机架1内设有硬币分离机构2，在纸币分离机构4一端连接硬币分离机构2的离心转盘21，另一端固定连接机架1，纸币包封装置5安装在靠近机架1纸币分离机构4的一侧，纸币分离机构4工作时，控制离心转盘21与圆筒22分离。纸币由硬币分离机构2旋转对散币进行分散，再由纸币分离机构4进行分类后，再由纸币包封装置5进行分类包装。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例3，参阅图1至图2，本发明还可由包括机架1、硬币分离机构2、硬币区分机构3、纸币分离机构4、纸币包封装置5和硬币包封装置6构成，所述硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22和推力轴承25，推力轴承25一端连接离心转盘21中心，另一端连接动力装置，离心转盘21安装在圆筒22底部，圆筒22侧壁上设有挡板和硬币排出口；机架1内顶部设有硬币分离机构2，硬币区分机构3一端连接硬币分离机构2的侧壁，另一端连接硬币包封装置6，所述硬币区分机构3上设有开口；纸币分离机构4连接硬币分离机构2的底部，另一端固定连接机架1，纸币包封装置5安装在靠近机架1纸币分离机构4的一侧，纸币分离机构4工作时，控制离心转盘21与圆筒22分离。

硬币由硬币分离机构2放置分离后，进入硬币区分机构3进行筛分后，再由硬币包封装置6进行封装。纸币由硬币分离机构2旋转对散币进行分散，再由纸币分离机构4进行分类后，再由纸币包封装置5进行分类包装。其余同本发明的其它任一实施例或2个以上实施例的组合。

实施例4，参阅图1至图2，本发明所述硬币区分机构3的滑道底部开口大小依次设置为一角和五角大小的硬币排出口，滑道的末端为一元的硬币排出口。从滑道滑下的一个个硬币依次进入硬币区分机构，根据一角和五角的不同直径分别在区分硬币的滑槽上开两个不同大小的开口，从硬币滑下的方向依次是一角、五角的开口，因此最前面是最小的硬币即一角从开口掉下进入漏斗，中间是五角硬币掉下，最后只剩一元的硬币从末端掉下，三种硬币在指定的开口掉下进入各自的计数装置。

实施例5，参阅图1至图2，本发明所述硬币区分机构3的开口处设有收集计数装置302相互配合，收集计数装置302的另一端连接硬币包封装置6，收集计数装置302中间位置设置有对射传感器，对射传感器与单片机相连，通过硬币掉落遮挡两个对射传感器，产生脉冲信号，传输给单片机显示数字。计数装置利用改装的红外对射传感器，传感器与单片机相连，没有硬币掉下即对射传感器无遮挡时单片机接收信号为低电平，当有硬币掉下会挡住两个对射的红外线，传感器输出信号为高电平，因为硬币是一个个下来，所以每掉一个硬币，信号由低电平变为高电平再变为低电平，即为一次脉冲，掉几个硬币就有几次脉冲，最后的脉冲数即为硬币个数，通过单片机将硬币个数即脉冲数显示在对应的数码管上。

从计数装置掉下的硬币立即进入收集包封装置。固定在齿轮链条上的收集硬币的管子由零开始收集掉下的硬币，到收集五十枚硬币时，步进电机立即转动一定角度使链条移动一定距离，从而使得装满硬币的管子移开，新的空管子代替前一个包满的管子进行收集，在管子移开的同时将管子盖子盖下锁住完成封装，最后我们就得到了一管一管已经封装好的各类面值的50枚硬币。

实施例6，参阅图1至图2，本发明所述纸币分离机构4包括滑块41、连杆42、转盘底座24、动力装置，滑块41一端通过连杆42与转盘底座24连接，另一端连接动力装置，连杆42两端均为活动连接。硬币分离机构可由置于推力轴承上的离心转盘、薄壁圆筒、滑道、底座、定位在底座上的推力轴承，以及带动转盘旋转的直流减速电机组成，通过直流电机带动转盘旋转，利用离心力将转盘上的硬币从转盘切线方向的开口一个个甩出，进入滑道。

纸币分离机构的核心机构为连杆机构，通过步进电机转动移动丝杆上的滑块，滑块向右移动推动单根连杆移动，从而拉动双根连杆向下运动，使得转盘倾倒将纸币倒下实现分离，纸币立即掉入以传送带为底的纸币收集区。

实施例7，参阅图1至图2，本发明所述连杆42可分为第一连杆421、第二连杆422、第三连杆423，第二连杆422两端分别与第一连杆421和第三连杆423活动连接，第二连杆422中间端固定连接机架1，使第二连杆422绕中间端旋转活动。

实施例8，参阅图1至图2，本发明所述纸币包封装置5包括纸币收集区51、机械手52、颜色传感器53和纸币分装盒54，纸币收集区51一侧设有机械手52，所述机械手52上设有吸盘，一端设有颜色传感器53，颜色传感器53与纸币分装盒54连接。

纸币区分收集机构的核心机构为机械手，掉入纸币收集区的不同面值的纸币会在同步带的带动下往一个方向移动到达纸币聚集区，在此区域的纸币会一张张被微型气泵带动的吸盘吸住，吸住之后通过一个简单的机械臂将其移动到颜色传感器上，利用不同面值纸币颜色不同的原理、采用色彩识别将其识别为对应面值的纸币，再通过机械臂将其移动到不同面值的盒子上方，最后气泵停止吸气，将纸币放入指定的盒子。

实施例9，参阅图1至图2，本发明所述硬币包封装置6包括硬币管61、硬币管工作台62、封盖机构63和动力装置；所述硬币管工作台62设有配合硬币管61的硬币管槽，硬币管61安装在硬币管工作台62上，硬币管工作台62一端连接封盖机构63，另一端连接动力装置。所述硬币管61上设有可活动的硬币管盖。

实施例10，参阅图1至图2，本发明的硬币分离机构部分的机械结构的设计与制作

1推力轴承的选择

因为要保证受硬币压力的转盘转动时的平面度，设计中选择推力轴承，选用德国INA轴承2913，外径95mm，内径60mm，厚度26mm。

2转盘的设计

根据预算整体尺寸设计转盘尺寸：直径186mm，圆心出开孔直径6mm，厚度4mm，采用亚克力材料，利用激光切割制作。

3圆筒的设计

在误差范围内，为了使转盘不与圆筒壁摩擦，设计圆筒内径稍大于转盘外径，并在安装转盘上平面的切线方向设计一个硬币甩出口，因为结构特殊所以采用了3D打印技术，材料为ABS树脂。

4联轴器的选择

因为工作扭矩不是很大，由电机输出轴直径6mm和转盘输入轴直径6mm选择型号为LX-14的梅花联轴器。

实施例11，参阅图1至图2，本发明的硬币区分机构的设计与制作

1查阅资料

查资料得现在流通的第五套人民币：

1角硬币：材质为不锈钢，色泽为钢白色。圆形，直径19毫米，厚度1.67mm，重量3.20g；

5角硬币：材质为钢芯镀铜合金，色泽为金黄色。圆形，直径20.5毫米，厚度1.65mm，重量3.80g；

1元硬币：材质为钢芯镀镍，色泽为镍白色。圆形，直径25mm，厚度1.85mm，重量6.1g。

2初步设计。

硬币区分机构设计为一个特殊的滑槽，滑槽内高度比一元硬币直径稍大，以确保硬币能顺利地滚下。

3设计图纸。

均为亚克力材料，采用激光切割制作。

硬币区分机构设计工程图

实施例11，参阅图1至图2，本发明的硬币包封机构的设计。

1链条的选择

根据尺寸选择合适链条，带耳弯板，弯板上开有两个孔，便于装夹固定硬币收集管的座子，型号为08B。

3链轮的选择

节约空间，在满足需要的条件小尽可能的减小配合链条的链轮尺寸，也就是减少齿数，最后选配合08B链条的15齿的链轮；

3硬币收集管的设计

硬币收集管下端内径为所收集硬币的对应直径，为了使硬币掉下精准、确保百分之百进入收集管，所以上端开口内径设计比硬币直径大，总体呈圆柱梯台形状，采用3D打印技术打印成型，材料为ABS树脂，设计三维图。

硬币收集管

纸币分离机构离心转盘倾倒机构的设计；

纸币分离机构运用四杆机构设计，机构运动简图；

纸币倾倒四杆机构运动简图；

用作图法设计四杆机构：

在此四杆机构中，构件6为转盘支架，要实现离心转盘的倾倒就要使构件6实现摆动，已知离心转盘开始处于水平面位置，即构件6水平，经过试验得出转盘倾角为50°时转盘上的纸币可以全部倒下，所以FE与水平线夹角为50°时转盘即可倾倒纸币。又知FE=100mm，因此已知E、F位置，构件4、5、6实际为一双摇杆机构，在四杆机构中，活动铰链D、E的轨迹为圆弧，故C、F应分别为其圆心。因此分别作D和E两点各极限位置间连线的垂直平分线，两线交点即为固定铰链C的位置，双摇杆机构就完成了设计，从而从图中求得各构件之间的比例FE:DE:CD=20:25:18，因为FE=100mm，所以求出：ED=125mm，CD=90mm；试设计BC=80mm，C距杆1竖直高度为100mm，求出AB=160mm，滑块2向右移动90mm以实现转盘倾倒。

为减小安装误差将连杆设计为直径为6mm的丝杆，配合杆端轴承组成铰链。设计为丝杆以便实现安装过程中各杆的微调，确保按照设计运动。

实施例11，参阅图1至图2，本发明的纸币区分机构设计

纸币区分机构主要设计机械臂。

机械手的机械臂2与4均采用亚克力材料，3、5均为电机，电机5固定在滑块6上，通过移动滑轨7上的滑块来实现整个机械手臂在垂直方向的移动，吸盘在水平面上的移动依靠电机3和5输出轴的转动实现，机械手平面。为实现快速移动，移动滑块的丝杆导程选为14，直径为8mm。机械臂在竖直方向移动距离为100mm，导轨长度选150mm。

实施例11，参阅图1至图2，本发明的电控元器件的选择与设计纸硬币分离机构中电机的的选择设计

1电动机类型的选择

按照工作要求和条件，选用直流减速电机，电压12V.

2电机容量的选择

根据工作转盘所需功率Pw=F*v/1000=12w

确定从电机传送至工作转盘之间的总效率为y=y1*y2 其中y1、y2分别为联轴器和推力轴承的效率，查机械手册y1=0.99，y2=0.96 求得y=0.9504所以Pd=Pw/y=12.626w；

3电动机转速的选择

根据转盘能甩出硬币但对甩出硬币的初速度又有限制的情况，加上实验检验400r/min的转速效果较好，较稳定，所以选择转速为400r/min；

4电机型号的确定

根据电动机类型、容量和转速，选择电动机型号为XD-37BG555的直流减速电；纸币分离机构和纸币收集机构中电机的选择因为对运动距离有严格要求，也就是对丝杆旋转角度有精度要求，因此选择步进电机，根据要求可直接选用12V步进电机，型号为L42BYGH34-1334A，静力矩为2.2kg*cm。

计数装置设计

计数装置由对射传感器改装，将探头装入漏斗上设计的缺口，刚好组成一个完整的硬币漏斗，所计数硬币数目由数码管显示；传感器原理图。

微型气泵的选择

因为吸盘每次只吸送一张纸币，根据要求选择微型气泵型号为320-02PM，额定电压为12V，压力范围400-650mmhg，经过多次反复测验，气泵吸力均远大于纸币重力。

金属传感器的选择

因为硬币均为金属，查阅资料，选择金属传感器型号为M18 NPN，参数如下：

外形：直径18毫米圆柱体

检测距离：0-20毫米mm

检测物体：金属/铁/铜/不锈钢

工作电压：DC6V-36V以内

输出电流：200毫安mA)

外壳材料：金属/铜

控制系统的设计

因为本作品电控方面的I/O口要求比较多，查资料选用高性能、低功耗的嵌入式控制系统STM32单片机。

本发明的创新点主要有以下几点：

1综合运用离心转盘、连杆机构、链条、丝杆等机构实现纸硬币分离、纸币区分归类、硬币区分归类、硬币计数和硬币收集包装等功能；

2实现了机电一体化，本发明将机械和电子有机结合，用电子控制机械机构运动，机械机构同时反馈情况给电子控制系统，使用本发明，只需要将混乱的钱币倒入装置，按下启动按钮就等最后直接取出已经分类好的各类钱币；

3该装置结构紧凑，响应速度快，功能完备，突破了传统的钱币区分方法，做到了“服务社会——高效、便利、个性化”。

上述说明对本发明的设计过程和工作原理进行了详细的阐述，现在本发明已经完成了设计、制造、装配以及调试，在整个设计制造过程中我们有着一定的优特点，其有益效果主要有以下几点：

1) 本发明实现了自动化，且机器运行平稳，过程中所产生的噪音小，适合在金融行业以及民用企业里进行推广；本发明响应时间短，当金属传感器检测到没有硬币掉入滑槽时，立即自动启动纸币倾倒动作，响应快速。

2) 本发明将多种功能结合，其中独特的硬币包装是一大亮点，将链条与步进电机结合，实现了指定硬币数量的包封；经过测试平均每分钟可以区分硬币大约六百枚，吞吐量大。

3) 本发明看似各模块独立工作，实际是分工合作，环环相扣、互相反馈信号，使得该产品实现了方便、快捷的运作模式。本发明总共四个操作按键，分别是混币模式启动按钮、纯硬币模式启动按钮、急停按钮和复位按钮，满足各个方面的需求。

4产品设计有外壳，安全性能高。

我们对有关钱币分类、清点、整理的相关行业做过调查，所以本发明主要针对公交公司、大小商贸和银行等场所设计。目前以上场合的钱币分类大部分靠人工手动操作，人力成本高且效率低下。本发明的主要功能是对混杂在一起的各种纸币和硬币进行分类、清点、整理，从而在减少成本的情况下增加效率，设计准确、可靠、实用，以前人工的清点工作全有全自动的机器代替。将本作品投入以上行业或以上相关行业，减少了人力成本，低碳环保，所以具有广阔而实用的应用前景。

本发明所述动力装置可采用包括直流减速电机、步进电机、直流电机等作为动力装置。

本发明的保护范围，不仅局限于上述任意实施例所示技术方案的内容，只要是通过采用包括机架1、硬币分离机构2、硬币区分机构3和硬币包封装置6，以及硬币分离机构2包括离心转盘21、圆筒22和推力轴承25的工作原理均本发明的保护范围之内。