带准确定位的双排振动型散乱纸币整理收集装置的制作方法

本发明涉及一种散乱纸币整理收集装置。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，在当今社会中，各种自动化装置在降低工作者劳动强度，提高生产效率方面发挥了巨大的作用。在公交系统、银行等单位，钱币清点类自动化装置的应用已相当广泛。然而，通过调研我们发现，由于散乱纸币在整理时存在诸多不确定因素，纸币整理的自动化装置几乎处于空白。工作人员往往要把大量散乱的纸币先手工整理成整齐的一沓，再进行自动化清点，这一过程繁琐不堪，工作效率难以提高。因此，需要设计具有效率高、结构简洁、价格低廉的散乱纸币的自动整理收集装置，以减轻工作人员工作的负担。

本发明之前也由第一发明人等发明了一个振动型散乱纸币整理装置，但前期发明存在自由度过多，不易控制的缺点，本发明精减了自由度；再者，前期发明只是单排，本发明采用双排并行的整理装置，提高了一次性的处理量；最重要的，前期发明取纸币时，必须等机器停下来在出口处取出，不够方便，效率不高。而本发明为了避免这个不足，提高效率，方便操作人员操作，加上了专门的纸币收集装置，而且纸币整理装置不必停下来，可以连续不断地送入待处理的纸币。但带来需要克服的技术问题是，必须考虑如何准确定位整理容器的出口点，即，容器经过振动、摆动后，仍能让纸币在一个空间位置固定的出口点出纸，保证码齐的纸币准确落入纸币收集装置，这样才能使码齐的纸币不被破坏而弄乱。以上因素，使得本发明较前一发明在结构、控制上有了很大不同。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种效率高、结构简单、操作性好、成本低的带准确定位的双排振动型散乱纸币整理收集装置。

本发明的技术解决方案是：

一种带准确定位的双排振动型散乱纸币整理收集装置，其特征是：包括对散乱纸币进行整理的纸币整理装置，纸币整理装置后设置进行纸币收集的大转盘式收集装置；所述纸币整理装置包括左右支撑架，左右支撑架与可在左右支撑架上上下滑动的容器装载平台支撑机构配合，容器装载平台支撑机构与上下振动机构连接；容器装载平台上放置纸币整理容器，纸币整理容器设有纸币滑出口；容器装载平台通过细滑轨固定块与细滑轨连接，细滑轨上装可在滑轨上前后滑动的小滑块，小滑块与固定在纸币整理容器上的导轨连接块连接；纸币整理容器与容器前后振动装置连接；容器装载平台与使纸币整理容器前后摆动的前后摆动装置连接；

所述大转盘式收集装置包括转盘支架，转盘支架上装转盘驱动机构，转盘驱动机构与包括大转盘的转盘机构连接；大转盘上装纸币收集机构。

所述容器装载平台支撑机构包括底座支撑架，底座支撑架上设有与左右支撑架滑动配合的大滑块，底座支撑架与主横梁连接，主横梁与容器装载平台连接。

所述上下振动机构包括装在容器装载平台支撑机构下方的上下振动机构大电机，上下振动机构大电机与曲柄滑块机构连接；

在纸币整理容器壳体上设置细绳，使落入容器的纸币在细绳（9）的约束下，整齐地落在容器内部的底面；细绳按左右对称、上下两排一根根固连在主壳体上，下层两相邻钢丝绳之间的水平距离为53mm，下层钢丝绳距容器底部高度为65mm，上层两相邻钢丝绳之间的水平距离亦为53mm，上下两层钢丝绳每一根之间水平相距27mm，上下两层高度差为21mm。

所述容器前后振动装置包括固定在主横梁上的前后振动电机，前后振动电机与曲柄滑块机构连接，曲柄滑块机构与纸币整理容器连接。

所述前后摆动装置包括前后摆动电机，前后摆动电机通过转动机构与纸币整理容器连接；前后摆动电机固定在两底座支撑架的其中一个上面；对称分布的两个底座支撑架与搭载容器的平台构成转动副；所述转动副，是由前后摆动电机通过联轴器、轴法兰和连接块带动搭载容器的平台摆动；搭载容器的平台上搭载有细滑轨固定块，其上固定细滑轨，搭载容器的平台上固定有前后振动电机，所述电机通过小连轴盘带动前后振动连杆，所述连杆又带动纸币整理容器，它们构成曲柄滑块机构。

所述纸币整理容器包括左右两个平行排列的容器，左右两个容器连接成一体；左右两个容器的两内壁均互呈22°夹角；容器侧壁设置镂空减重孔，并在容器侧壁贴有光滑硬帖膜；左右两个容器的前端设有纸币滑出口。

所述转盘机构包括伺服电机，伺服电机通过电机固定座直接固定在转盘支架上；伺服电机的电机轴、单膜片联轴器和传动轴依次相连，而传动轴直径大的一端与大转盘通过螺栓直接连接；转盘底座的外环与转盘支架的铝型条相固定，转盘底座的内环与大转盘相固定。

所述纸币收集机构包括多套收集装置；每套收集装置包括纸币收集盒、纸币收集盒垫板、铰链、振动电机、弹簧固定座、弹簧；纸币收集盒垫板通过铰链与大转盘的上部铰接，纸币收集盒和振动电机分别用亚克力胶和结构胶粘接在纸币收集盒垫板上，纸币收集盒垫板再与弹簧固定座相连，进而固定弹簧。

在转盘支架上设置纸币检测机构，纸币检测机构包括长度为200毫米的铝型支架、l型支架、纸币收纳量探测传感器；纸币收纳量探测传感器直接用l型支架固定，用于检测纸币收集情况；纸币收纳量探测传感器为激光对射式传感器，一端发射信号，另一端接收信号，若纸币收集盒内纸币达到纸币收集盒内壁高度的2/3时，接受端无法收到信号；

在底座支架上设有探测前后摆动角度的前后摆动角度感应装置；在容器装载平台支撑机构下方设置探测上下振动高度的上下振动高度感应装置；在纸币整理容器下方设置探测纸币整理容器前后振动的前后振动定位感应装置。

所述的带准确定位的双排振动型散乱纸币整理收集装置，工作方法（或控制方法）：

将待整理纸币从纸币整理容器上方倒入容器内，此时整理纸币整容器处于初始状态，此后便准备接受角度旋转信号，首先向后摆动，即准备旋转一精确角度；

控制器提供控制信号，使双排容器下面的前后摆动机构中的前后摆动电机开始转动，带动容器整体逆时针方向向后，并摆动至一定角度，角度由前后摆动角度感应装置测定；

随后控制器发送信号，容器下方的上下振动大电机带动曲柄滑块机构开始工作，使得纸币整理容器与内部纸币上下振动一定时间；当曲柄滑块机构运动到一定高度，上下振动高度感应装置检测到有遮光时，上下振动大电机停止工作，使机构停止在一定高度；

在前述动作后，控制器发出信号使前后振动机构中前后振动电机开始转动，设置固定时间函数使其与小连轴盘、前后振动连杆组成的曲柄滑块机构带双排容器沿细滑轨前后运动一定时间，待纸币在容器内进行充分振动处理；前后振动定位感应装置向上探测有反射电波接受时前后振动电机停止转动；

纸币初入双排容器时处于散乱状态，在容器内部进过一系列的振动后会在纸币整理容器底部排列整齐，而后前后摆动机构工作使容器顺时针方向向前摆动一定角度，当前后摆动角度感应装置探测达到一定角度时前后摆动机构停止运动，从而实现纸币出口处的精确定位，保证了纸币在惯性的作用下从纸币出口处下准确落入下方的纸币收集盒内；

前后摆动机构工作使纸币整理容器恢复水平位置以进行下一轮的纸币整理工作；

容器内的纸币落入纸币收集盒之前，纸币收纳量探测传感器将对纸币收集盒内的存放空间进行检测；检测为空时，纸币落入纸币收集盒后，振动电机产生振动,对落入纸币收集盒内的纸币再次进行细微的整理，最大化保证纸币叠放的整齐度；

若纸币收集盒内部存储空间经检测显示已满，即纸币收集盒内纸币高度达到纸币收集盒内壁高度的2/3时，则表示纸币收集盒已经装满了，不能继续收集，伺服电机带动转盘机构旋转90度，让下一组空的纸币收集盒置于纸币整理容器的纸币出口处前方的下方，准备接纳纸币；

操作人员此刻可以将刚才已满纸币收集盒中的纸币取出；若操作人员忘记取出，导致所有纸币收集盒都收集满，纸币收纳量探测传感器探测到所有纸币收集盒是满的，所有装置将全部暂停运行；等待操作人员取出纸币后恢复，整个装置又进一入下一轮运作，如此反复。

本发明装置可将散乱纸币整理成整齐的一沓，从而实现整理的效果。本装置的前提条件是单张纸币不能有折叠、褶皱，卷曲等现象，必须本身基本平整，象扑克那样散乱地堆叠在一起。

本发明可应对目前公交系统、银行等单位经常面临大量散乱纸币需要处理的问题。本发明采用双排并行的结构、多自由度运动的处理方式、多排旋转收集等特色技术，实现对散乱纸币高效快速的自动化整理收集。

本发明具备以下性能：效率高、结构简单、操作性好、自动化程度高、成本低。

本装置的纸币整理部分通过采用双排并行的方式在保证高成功率的前提下大大提高纸币处理的效率；在机电配合下通过不同自由度的机械运动快速整理纸币；通过在关键部位设置的感应装置实现运动的精确控制。本装置的大转盘式收集装置可实现对20元及其以下纸币的收集。

在纸币进入整理容器后通过相应的感应装置实现对三个自由度运动的精细定位，通过对散乱纸币的振动、摆动，让纸币在双排容器内实现整理码齐。随后，容器倾斜，纸币在重力作用下滑出容器。

大转盘式收集装置位于纸币整理容器出口处前方的下方，而在纸币整理容器的出口处装有感应装置。通过感应装置，纸币整理容器在倾斜时能够实现精确定位，使得纸币在滑出容器后，能够准确落入纸币收集盒中。

大转盘式收集装置采用多排安放，配合感应装置每组纸币收集盒可以实现对纸币的定量收集，以方便最后人工的收取。

经本装置的整理收集后，人们只需要将整理好的纸币放入纸币清分机内即可完成对散乱纸币的高效快速处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是纸币整理装置整体图。

图2是图1的另一视角示意图。

图3是纸币整理容器示意图。

图4是图3中双排容器横截面示意图。

图5是图2的俯视图。

图6是容器前后振动、前后摆动装置示意图。

图7是上下振动机构示意图。

图8是纸币整理装置整体运动状态图。

图9是大转盘式收集装置俯视图。

图10是大转盘式收集装置侧视图。

图11是纸币收集机构示意图。

图12是图11的另一视角示意图。

图13是纸币检测机构示意图。

图14是转盘机构示意图。

图15是转盘驱动机构示意图。

图16是纸币整理装置与收集装置布局图。

图17是纸币整理容器初始状态图.

图18是纸币整理容器摆动一定角度和上下振动图。

图19是容器前后振动图。

图20是纸币从整理容器自动倒入收集装置的收集盒示意图。

图21是传感器检测收集的纸币高度示意图。

图22是纸币收集盒振动装置图。

图23是纸币在钢丝绳约束下顺容器主轴方向掉落示意图。

具体实施方式

一种带准确定位的双排振动型散乱纸币整理收集装置，包括对散乱纸币进行整理的纸币整理装置，纸币整理装置后设置进行纸币收集的大转盘式收集装置。

纸币整理装置，如图1、图2所示，其中包括:前后摆动机构（1）、上下振动机构（2）、前后振动机构（3）、纸币整理容器（4）、前后摆动角度感应装置（5）、上下振动高度感应装置（6）、前后振动定位感应装置（7）。整个装置由底部的大底板上固定上下振动大电机（27）、大连轴盘（28）、上下振动连杆（29）和主横梁（18）组成的上下振动机构（2）；大底板上再通过三角固定铝型材（31）连接上下振动大滑块及起支撑作用的铝型材（30）并和大滑块（26）进行装配连接，方便上部的机构进行上下运动；两个大滑块（26）和底座支撑架（25）固定，左边的底座支撑架（25）上固定有前后摆动电机可使纸币整理容器（4）随搭载容器的平台（21）实现前后摆动。右边的底座支架（25）上固定有前后摆动角度感应装置（5），其配以光电传感器可精确控制纸币整理容器的前后摆动角度。搭载容器的平台（21）通过细滑轨固定块（22-1）使纸币整理容器（4）可在细滑轨(22-2)上前后运动，从而实现容器的前后振动。

如图3为纸币整理容器，其中包括：双排容器固定链接块（可加配重）*2（8）、纸币整理细绳*2组（9）、容器侧壁镂空减重孔（10）、后档块*2（11）、容器外侧壁（12）、前挡块*2（13）、纸币滑出口（14）、与导轨的链接块*4（15）、出钞口侧挡块*2（16）、安放需整理的纸币（17）。注：容器内壁贴有0.2mm厚的pet薄膜。容器通过容器固定链接块（8）、后档块（11）、前挡块（13）、与导轨链接块（15）的固定连接最后与小滑块(22-3)和细滑轨(22-2)组成纸币整理容器机构。

本装置通过上下振动、前后振动、前后摆动多种组合运动，使落入容器的纸币在细绳（9）的约束下，整齐地落在容器内部的底面。具体原理如下：细绳（9）按左右对称、上下两排一根根固连在主壳体上（如图3所示），下层两相邻钢丝绳之间的水平距离为53mm，下层钢丝绳距容器（4）底部高度为65mm，上层两相邻钢丝绳之间的水平距离亦为53mm，上下两层钢丝绳每一根之间水平相距27mm，上下两层高度差为21mm。该设计可使纸币在整个机构组合运动下，顺着主容器的主轴方向掉到主容器底面上（如图23所示），便于实现纸币掉下后整齐叠加，同时，钢丝绳离底面的距离也影响着整理效果（若太高，纸币在掉落的过程中会改变自身状态，掉落到底面时变得散乱；若太低，纸币易卡在细绳与底面之间），而且，两相邻钢丝绳之间的距离也是按整理效率最大化设计的（若距离过大，则起不到使纸币掉落的整齐性效果；若距离过小，纸币掉落速度降低，从而降低了整理效率）。

纸币整理容器（4）两内壁互呈22°夹角，可让纸币因重力作用向容器下部移动，亦可防止纸币因夹角过小而导致的竖贴在内壁两侧（若倾角过大，则纸币在底部不能整齐重叠；若倾角过小，则放币口会过窄，影响投币效率，且会使整理空间变小，降低整理效率）；依据20元纸币（本装置用来处理20元及其以下面额的纸币）的尺寸（长145mm，宽70mm），该容器的底面宽度设计为76mm（若过窄，会出现大量纸币竖起来的情况；若过宽，则纸币平躺方向不能保持一致，变得散乱无序），高为201mm（若过高，纸币掉落的距离会加大，在掉落的过程中会改变自身状态，掉落到底面会变得散乱；若过短，纸币最后不会平躺在底面，达不到整理效果），长为600mm（此长度根据布线的距离所确定，若过大，则会使机构过于臃肿；若过小，则会使每次的整理量降低，影响效率），取币口长为100mm（此长度设定便于纸币在一定的滑行下沿出口方向进入下方的纸币收集盒（36））。

本装置采用容器侧壁镂空减重孔（10）可明显减小容器的重量，但是需要帖上光滑硬帖膜（0.2mm厚的pet薄膜），防止纸币卡在所述孔中以及防止纸币从所述孔中漏出去。所述的光滑硬帖膜厚度为0.2mm、长580mm、宽120mm的pet薄膜，每个带孔内侧壁帖上一张。

如图6为容器前后振动、前后摆动的装置图，其中包括：主横梁（18）、前后振动电机（19）、前后摆动电机（20）、搭载容器的平台（21）、细滑轨固定块（22-1）、细滑轨（22-2）、小滑块（22-3）、小连轴盘（23-1）、前后振动连杆（23-2）、前后摆角光电传感器(24-1)、前后摆角光电传感器(24-2)、前后摆角光电传感器（24-3）、前后摆角光电传感器（24-4）、底座支撑架（25）、大滑块（26）。

前后摆动电机(20)固定在两底座支撑架（25）的其中一个上面。对称分布的两个底座支撑架（25）与搭载容器的平台（21-2）构成转动副。所述转动副，是由前后摆动电机(20)通过联轴器、轴法兰和连接块（21-1）带动搭载容器的平台（21-2）摆动（即有限角度的转动）。搭载容器的平台（21-2）上搭载有细滑轨固定块（22-1），其上固定细滑轨（22-2），搭载容器的平台（21-2）上固定有前后振动电机（19），所述电机通过小连轴盘（23-1）带动前后振动连杆（23-2），所述连杆又带动纸币整理容器，它们构成曲柄滑块机构，使纸币整理容器沿细滑轨进行前后运动，只要电机转速足够快，可使容器形成前后振动。

两底座支撑架（25）可通过轴法兰、联轴器和链接块等结构与搭载容器的平台（21）连接，平台上搭载有细滑轨固定块（22-1），其上固定细滑轨（22-2），以及平台上固定有前后振动电机（19）其与小连轴盘（23-1）、前后振动连杆（23-2）组成控制纸币整理装置沿细滑轨进行前后运动的前后振动机构（3）。

如图7为上下振动机构图，其中包括：上下振动大电机（27）、大连轴盘（28）、上下振动连杆（29）、上下振动大滑块及起支撑作用的铝型材（30）、三角固定铝型材（31）。上下振动大电机（27）通过轴于大连轴盘（28）连接，再通过上下振动连杆（29）与主横梁（18）、大滑块（26）、上下振动大滑块及起支撑作用的铝型材（30）组成上下振动机构（3）。

上下振动大电机（27）通过联轴器带动大连轴盘（28）转动，所述大连轴盘通过上下振动连杆（29）带动主横梁（18）和大滑块（26）在立柱（30）的导轨上形成上下振动。大滑块与所述导轨形成移动副。

大转盘式收集装置，如图9、10所示，其中包括:纸币检测机构（32）、纸币收集机构（33）、转盘驱动机构（34）、转盘机构（35）。整个装置以下部的铝型支架为支撑，铝型支架以直角件（52）与铝型条（46）相连接，转盘底座（47）的外环与铝型条（46）相固定，而内环与大转盘（45）相固定。（内环与大转盘一起旋转,外环与铝型条（46）相连从而支撑整个装置。转盘机构（35）如图13)。

如图11纸币收集机构，其中包括:纸币收集盒（36）、纸币收集盒垫板（37）、铰链（38）、振动电机（39）、弹簧固定座（40）、弹簧（41）。

大转盘（45）的上部与纸币收集盒垫板（37）通过铰链（38）相互铰接，纸币收集盒（36）和振动电机（39）分别用亚克力胶和结构胶粘接在纸币收集盒垫板（37）上，纸币收集盒垫板（37）再与弹簧固定座（40）相连，进而固定弹簧（41）。

如图13为纸币检测机构，纸币检测机构包括：长度为200毫米的铝型支架（42）、l型支架（43）、纸币收纳量探测传感器(44)。

纸币检测机构（32）中，纸币收纳量探测传感器(44)直接用l型支架（43）固定，用于检测纸币收集情况（纸币收纳量探测传感器（44）为激光对射式传感器，一端发射信号，另一端接收信号。若纸币收集盒（36）内纸币达到纸币收集盒（36）内壁高度的2/3时，接受端无法收到信号）。

如图14为转盘机构，其中包括：大转盘（45）、铝型条（46）、转盘底座（47）。

如图15为转盘驱动机构，其中包括：长度为300毫米的铝型支架（48）、电机固定座（49）、单膜片联轴器（50）、传动轴（51)、直角件（52）、伺服电机（53）。

伺服电机（53）通过电机固定座（49）直接固定在铝型支架上。电机轴、单膜片联轴器（50）和传动轴（51）依次相连，而传动轴（51）直径大的一端与大转盘（45)则通过螺栓直接连接。

整体装置的控制方法（工作方法）

本装置的最大特点（不同于前一类似装置）是其能纸币出口进行准确定位，保证整理整齐的纸币能准确地落入纸币收集盒，有关控制方法（工作方法）陈述如下：

1、将待整理纸币从纸币整理容器上方（沿-y方向）倒入容器内，如图16，此时整理纸币整容器处于初始状态（初始状态：容器在一定高度一定水平位置）。此后便准备接受角度旋转信号，首先向后摆动，即准备旋转一精确角度，如图17。

2、控制器提供控制信号，使双排容器下面的前后摆动机构（1）中的前后摆动电机（20）开始转动，带动容器整体向后（逆时针方向）并摆动至一定角度（角度由前后摆角光电传感器(24-1、2、3、4)测定。）。如图18。

3、随后控制器发送信号，容器下方的一个曲柄滑块机构（由上下振动大电机（27）、大连轴盘（28）、上下振动连杆（29）和主横梁（18）组成）开始运作，使得纸币整理容器（4）与内部纸币上下振动一定时间。当曲柄滑块机构运动到一定高度，上下振动高度感应装置（6）检测到有遮光时，上下振动大电机（27）停止运作，使机构停止在一定高度（y方向确定）。如图18。

4、在前述动作后，控制器发出信号使前后振动机构（3）中前后振动电机（19）开始转动，设置固定时间函数使其与小连轴盘（23-1）、前后振动连杆（23-2）组成的曲柄滑块机构带双排容器沿细滑轨前后运动一定时间，待纸币在容器内进行充分振动处理。下方的前后振动定位感应装置（7）向上探测有反射电波接受时前后振动电机（19）停止转动。如图19所示，实现前后x方向的定位。注：往前的方向在图19中有指示。

5、纸币初入双排容器时处于散乱状态，在容器内部进过一系列的振动后会在纸币整理容器（4）底部排列整齐，而后前后摆动机构（1）运作使容器向前摆动一定角度（顺时针方向）当达到一定角度时（角度由前后摆角光电传感器(24-1、2、3、4)测定）前后摆动机构（1）停止运动，从而实现纸币出口处的精确定位，保证了纸币在惯性的作用下从纸币出口处（+x方向）下准确落入下方的纸币收集盒（36）内。如图20所示（一个表达两装置相互位置关系的图）。

6、前后摆动机构（1）运作使纸币整理容器（4）恢复水平位置以进行下一轮的纸币整理工作。（恢复至图16的状态）

7、容器内的纸币落入纸币收集盒（36）之前，纸币收纳量探测传感器（44）将对纸币收集盒（36）内的存放空间进行检测。检测为空时，纸币落入纸币收集盒（36）后，振动电机（39）产生振动,对落入纸币收集盒（36）内的纸币再次进行细微的整理（因为纸币从整理装置的容器倒入收集盒后，因纸币速度不同，会造成纸币一定的不整齐，因此在纸币收集盒（36）上再进行稍许的振动，以保证将纸币码齐）,最大化保证纸币叠放的整齐度，如图22。

8、若纸币收集盒（36）内部存储空间经检测显示已满（纸币收集盒（36）内纸币高度达到纸币收集盒（36）内壁高度的2/3，则表示纸币收集盒（36）已经装满了）即不能继续收集时，伺服电机（53）带动转盘机构（35）旋转90度，让下一组空的纸币收集盒（36）置于纸币整理容器（4）的纸币出口处前方的下方，准备接纳纸币。实际实现中，因纸币收集盒（36）采用微小振动收集纸币，纸币收纳量探测传感器（44）将不是简单对出现遮挡就立即判断已满，而是持续出现遮挡信号才判断已满。

9、操作人员此刻可以将刚才已满纸币收集盒（36）中的纸币取出。若操作人员忘记取出，导致所有纸币收集盒(36)都收集满，纸币收纳量探测传感器（44）探测到纸币收集盒（36）是满的。即不满足上述要求时（纸币收集盒（36）内纸币高度达到或者超过纸币收集盒（36）内壁高度的2/3），所有装置将全部暂停运行。等待操作人员取出纸币后恢复，整个装置又进一入下一轮运作，如此反复。