一种智能型清分机械及其控制方法与流程

本发明涉及纸币清分机械，尤其涉及一种智能型清分机械及其控制方法。
背景技术：
：机械手不仅是机械工业为进行输送、配送的理想物料搬运活动，而且越来越多地应用到工业流水线的智能化管理及分配，就国外而言，有针对大面额纸币的清点机器，虽然还不能进行分类收集，但硬币在识别速度和清点准确率方面已经非常成功。而在国内，目前对大面额纸币的清点机器已经越来越成熟。中国专利申请号：201710083359.3、名称为“一种两自由度并联机构振动筛”，公开了一种振动筛，能够将纸币与硬币清分，但还没有出现针对各种不同面额纸币的清分机械。技术实现要素：针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种智能型清分机械及其控制方法，能够实现纸币的分拣和分装。本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种智能型清分机械，包括机械手、四个分别存放不同面值的纸币箱、颜色传感器、led灯和控制系统，所述机械手包括基座组件、手臂组件和手爪组件。所述基座组件包括槽轮机构和标准舵机，所述槽轮机构包括主动拨盘和槽轮，标准舵机与主动拨盘连接，驱动主动拨盘旋转，主动拨盘上的圆柱销与槽轮上的滑槽点线接触，驱动槽轮旋转。所述手臂组件包括第一圆周舵机、第一丝杆、第一丝杆螺母、第二丝杆、第二丝杆螺母、第二圆周舵机和第三丝杆螺母；所述槽轮的中心设有轴承座，所述第一丝杆的一端通过角接触球轴承与轴承座连接，另一端与第一圆周舵机连接，所述第一丝杆螺母与第一丝杆螺纹连接；所述第三丝杆螺母与第一丝杆螺母的一侧面固定连接，所述第二丝杆的一端与第三丝杆螺母螺纹连接，另一端与第二圆周舵机连接，所述第二丝杆螺母与第二丝杆螺纹连接。所述手爪组件包括电磁阀、气缸、手指组件、第一摆杆、第二摆杆和柱状连接块；所述手指组件包括第一连杆和第二连杆，所述气缸与第二丝杆螺母固定连接，气缸通过电磁阀与储气罐连接，气缸活塞的端部设有柱状连接块，所述第一连杆和第二连杆的一端分别与气缸端部的两边铰接，所述第一摆杆的一端与柱状连接块铰接，第一摆杆的另一端与第一连杆的中心铰接，所述第二摆杆的一端与柱状连接块铰接，第二摆杆的另一端与第二连杆的中心铰接，所述第一连杆另一端分别设有电磁铁，第二连杆的另一端设有触须传感器。所述的机械手手爪组件机构的自由度为f＝3(n－1)－2pl－ph＝3×(6－1)－2×7－0＝1。控制电磁阀a进气，由电气动带动主动件气缸活塞移动，第一摆杆、第二摆杆摆动，第一连杆、第二连杆相对转动，手指开始张开，控制电磁阀b出气，手指开始合拢。四个分别存放不同面值的纸币箱上分别贴有与相应纸币对应的二维码，槽轮(2)的旋转分度角分别为0°、90°、180°、270°时的四个工位上分别设置一个纸币箱；所述控制系统与标准舵机、第一圆周舵机、第二圆周舵机、电磁阀、触须传感器23和颜色传感器电连接，控制系统通过控制标准舵机、第一圆周舵机、第二圆周舵机来控制机械手的位置，控制系统根据触须传感器23反馈的信号通过控制电磁阀来控制机械手的运动捡拾纸币，并控制机械手运动到颜色传感器处，颜色传感器将识别到的纸币颜色传输给控制系统，控制系统将纸币颜色与不同面值的纸币进行匹配，根据匹配结果控制机械手运动，将纸币送入到相应的纸币箱中，实现纸币的分拣。优选地，还设有取物口，所述取物口上设有四个与纸币箱上相同的二维码。优选地，所述控制系统包括arm7控制器和android手机，所述android手机上设有纸币清分软件，所述纸币清分软件与arm7控制器通过蓝牙连接，纸币清分软件控制机械手运动，实现纸币箱的分装。。优选地，四个所述纸币箱分别为a箱、b箱、c箱和d箱，分别存放100元、50元、20元和10元纸币，a箱、b箱、c箱和d箱能够被电磁铁吸住。优选地，所述第二丝杆的两端螺纹旋向相反且均为锯齿形，第二丝杆螺母与第三丝杆螺母的旋向相反。优选地，所述电磁阀为二位五通电磁阀，包括电磁阀a和电磁阀b，储气罐的一端连通电磁阀a的通气孔，电磁阀a与气缸的进气口连通，气缸的出气口与电磁阀b连通，电磁阀b的通气孔与储气罐连通。一种智能型清分机械的控制方法，包括分拣纸币方法，所述分拣纸币方法包括以下步骤：步骤一：三轴清零：arm7控制器控制第二圆周舵机运行，第二丝杆转动带动第二丝杆螺母移动，使得机械手手臂组件运动到纸币区上方；然后控制第一圆周舵机运行，第一丝杆转动带动第一丝杆螺母上下移动，使得手臂组件运动到纸币区内；步骤二：手臂组件运动到纸币区内后，触须传感器碰触到纸币，arm7控制器根据触须传感器反馈的信号，通过电磁阀来控制手爪组件动作，电磁阀a通电，手爪开始张开，电磁阀a断电，保持手指张开，电磁阀b通电，手爪开始合拢，手指组件拾取纸币，电磁阀b断电，保持手指合拢；步骤三：arm7控制器控制第二圆周舵机运行，第二丝杆转动带动第二丝杆螺母移动，使得手指组件运动到颜色传感器处，颜色传感器识别纸币颜色并传递信号到arm7控制器；步骤四：arm7控制器根据颜色传感器传递的信号，判别纸币的币值并控制标准舵机运行使得槽轮旋转相应角度，并控制第一圆周舵机和第二圆周舵机运动，使得手臂组件到达相应的纸币箱上方；步骤五：arm7控制器控制手指组件，电磁阀a通电，使得手指组件松开纸币，将纸币落入到对应的纸币箱内；步骤六：机械手复位到三轴清零位置。优选地，还包括分装纸币箱方法，所述分装纸币箱方法包括以下步骤：步骤一：将手机上的蓝牙与arm7控制器的蓝牙模块配对；步骤二：明确所需取出的纸币箱，手机上的纸币清分软件扫描取物口上对应的二维码，纸币清分软件解码并显示二维码对应的面值，点击纸币清分软件界面上的面值数字，并通过手机蓝牙串口传递信号给arm7控制器；步骤三：arm7控制器上的蓝牙模块接收根据纸币清分软件传递的信号控制机械手运动，将手爪组件运动到相应的纸币箱处，手指组件上的电磁铁磁吸相应的纸币箱；步骤四：arm7控制器控制机械手运动，将纸币箱送到取物口处，电磁铁断电，纸币箱进入取物口；步骤五：所述纸币清分软件扫描取出的纸币箱上的二维码，确认分装无误。优选地，采用树莓派arm7lpc2138的32位嵌入式微处理器作为机械手中央处理器，默认四路传感器输入端口、六路舵机输出端口和程序下载端口，在硬件连接时arm7控制器第一输入端口与颜色传感器电连接，第二输入端口与触须传感器电连接，第三输入端口与第一电子开关，第四输入端口安装第二电子开关。第一输出端口连接机械手的电磁阀a电路；第二输出端口与第一圆周舵机电连接；第三输出端口与第二圆周舵机电连接；第四输出端口与标准舵机电连接；第五输出端口p5连接机械手的电磁阀b电路，第六输出端口与led灯连接，程序下载端口与蓝牙模块电连接。本发明的有益效果：1)本发明的纸币清分装置的控制器与触须传感器、颜色传感器连接，通过控制器控制机械手的运动，能够实现机械手自动捡拾纸币、识别纸币的币值并将纸币送入到对应的纸币箱内。2)本发明通过将手机与控制器蓝牙配对，从而通过android操作系统控制嵌入式arm7硬件和软件，控制机械手将带有二维码的纸币箱进行分装。3)本发明结构简单、智能化程度高、准确率高、操作方便，易于推广使用。附图说明图1为本发明所述一种智能型清分机械的结构示意图。图2为本发明所述气缸与储气罐以及电磁阀的连接示意图。图3为本发明所述纸币清分软件的界面示意图。图4为本发明所述机械手分拣纸币方法程序框图。图5为本发明所述机械手分装纸币箱方法程序框图。其中：1.主动拨盘；2.槽轮；3.第一丝杆；4.第一丝杆螺母；5.第二丝杆；6.第二丝杆螺母；7.第二圆周舵机；8.二位五通电磁阀；8-1.电磁阀a；8-2.电磁阀b；9.取物口；10.储气罐；11.第一支座；12.第二支座；13.气缸；14.气缸活塞；15.第一连杆，16.电磁铁，17.第一摆杆，18.第二摆杆，19.第二连杆，20.柱状连接块；21.第三丝杆螺母；22.轴承座；23.触须传感器；24.颜色传感器；25.标准舵机；26.第一圆周舵机；a.100元纸币箱，b.50元纸币箱，c.20元纸币箱，d.10元纸币箱。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。如图1所示，本发明所述的一种智能型清分机械，包括机械手、四个分别存放不同面值的纸币箱、颜色传感器24、led灯和控制系统，所述机械手包括基座、手臂组件和手爪组件；所述基座组件包括槽轮机构和标准舵机25，所述槽轮机构包括主动拨盘1和槽轮2，主动拨盘1安装在第一支座11上，标准舵机25与主动拨盘1连接，驱动主动拨盘1旋转，主动拨盘1上的圆柱销与槽轮2上的滑槽点线接触，驱动槽轮2旋转。所述手臂组件包括第一圆周舵机26、第一丝杆3、第一丝杆螺母4、第二丝杆5、第二丝杆螺母6、第二圆周舵机7、第三丝杆螺母21；第一圆周舵机26和第二圆周舵机7均分别安装在第二支座12上，所述槽轮2的中心设有轴承座22，所述第一丝杆3的一端通过角接触球轴承与轴承座22连接，另一端与第一圆周舵机26连接，所述第一丝杆螺母4与第一丝杆3螺纹连接；所述第三丝杆螺母21与第一丝杆螺母4的一侧面固定连接。所述第二丝杆5的两端螺纹旋向相反且均为锯齿形，第二丝杆螺母6与第三丝杆螺母21的旋向相反，所述第二丝杆5的右侧段螺纹为右旋并与第三丝杆螺母21螺纹连接，导程为sh6，第二丝杆5的左侧端部与第二圆周舵机7连接，第二丝杆螺母6的左侧段为左旋，并与第二丝杆5螺纹连接，导程为sh5。第二丝杆螺母6的位移l与第二丝杆5的转角的关系为第二丝杆5旋转时，第二丝杆5与第二丝杆螺母6一起移动，移动的时间缩短，移距量大，同时，第二丝杆5两端的螺纹皆为锯齿形，第二丝杆5上的螺纹升角小于丝杆5材料的当量摩擦角，自锁性好，传动效率高。所述手爪组件包括电磁阀8、气缸13、手指组件、第一摆杆17、第二摆杆18和柱状连接块20；所述手指组件包括第一连杆15和第二连杆19，所述气缸13与第二丝杆螺母6固定连接。如图2所示，所述电磁阀8为二位五通电磁阀，包括电磁阀a8-1和电磁阀b8-2，储气罐10的一端连通电磁阀a8-1的通气孔，电磁阀a8-1与气缸13的进气口连通，气缸13的出气口与电磁阀b8-2连通，电磁阀b8-2的通气孔与储气罐10连通。气缸活塞14的端部设有柱状连接块20，所述第一连杆15和第二连杆19的一端分别与气缸13端部的两边铰接，所述第一摆杆17的一端与柱状连接块20铰接，第一摆杆17的另一端与第一连杆15的中心铰接，所述第二摆杆18的一端与柱状连接块20铰接，第二摆杆18的另一端与第二连杆19的中心铰接，所述第一连杆15另一端分别设有电磁铁16，第二连杆19的另一端设有触须传感器23。手爪组件的自由度f＝3(n－1)－2pl－ph＝3×(6－1)－2×7－0＝1。控制电磁阀a8-1进气，由电气动带动主动件气缸活塞14移动，第一摆杆17、第二摆杆18摆动，第一连杆15、第二连杆19相对转动，手指开始张开，控制电磁阀b8-2出气，手指开始合拢。四个分别存放不同面值的纸币箱分别为a箱、b箱、c箱和d箱，四个纸币箱分别贴有与相应纸币对应的二维码，分别存放100元、50元、20元和10元纸币，槽轮2的旋转分度角分别为0°、90°、180°、270°时的四个工位上分别设置一个纸币箱，还设有取物口9，所述取物口9上设有四个二维码。纸币箱能够被电磁铁16吸引，根据电磁原理，利用电磁铁的通电生磁、断电消磁的特性，用手指上的电磁铁16来磁吸箱子到指定的位置，实现摆杆与箱子的固定与分离。所述控制系统包括控制器和android手机，所述android手机上设有蓝牙和纸币清分软件，纸币清分软件界面如图3所示。控制器采用树莓派arm7lpc2138的32位嵌入式微处理器作为机械手中央处理器，默认四路传感器输入端口、六路舵机输出端口和程序下载端口，在硬件连接时arm7控制器第一输入端口与颜色传感器24电连接，第二输入端口与触须传感器23电连接，第三输入端口与第一电子开关e1，第四输入端口安装第二电子开关e2。第一输出端口p1连接机械手的电磁阀a8-1电路；第二输出端口p2与第一圆周舵机26电连接；第三输出端p3与第二圆周舵机7电连接；第四输出端口p4与标准舵机25电连接；第五输出端口p5连接机械手的电磁阀b8-2电路，第六输出端口p6与led灯连接，程序下载端口与蓝牙模块电连接。在软件编程时，机械手的目标、状态及动作由arm7主控板根据rscp控制协议，用c语言编程调用开源嵌入式硬件操作库函数指令，分别调用了arm的六个库函数指令，即voidforward()前进、voidbackward()后退、voidleft()左转、voidright()右转、voidstop()停止函数和voidturn()抓物体的函数，在pwm驱动控制中，通过改变占空比来控制舵机的转速，电枢电压“占空比”与平均电压的关系脉宽调制pwm实现方式是：通过调节占空比控制舵机正反转，50％为不转，大于或小于50％为顺时针转或逆时针转，在具体的实现中，本发明采用定频调宽法，通过对舵机控制函数写不同的脉冲即可实现控制舵机的速度及转向。为提高路径规划速度，在后退、左转、右转采用延时delay(3000)指令，为颜色传感器24检测延迟30秒时间，有效降低了计算量。本发明所述的一种智能型清分机械的控制方法，如图4所示，机械手分拣纸币包括以下步骤：步骤一：三轴清零：arm7控制器控制第二圆周舵机7运行，第二丝杆5转动带动第二丝杆螺母6移动，使得机械手手臂组件运动到纸币区上方；然后控制第一圆周舵机26运行，第一丝杆3转动带动第一丝杆螺母4上下移动，使得手臂组件运动到纸币区内；步骤二：手臂组件运动到纸币区内后，触须传感器23碰触到纸币，arm发出pwm脉宽信号，7lpc2138接收信号控制电磁阀8工作；arm7控制器控制手爪组件动作，电磁阀a8-1通电，手爪开始张开，电磁阀a8-1断电，保持手指张开，电磁阀b8-2通电，手爪开始合拢，手指组件拾取纸币，电磁阀b8-2断电，保持手指合拢；步骤三：arm7控制器控制第二圆周舵机7运行，第二丝杆5转动带动第二丝杆螺母6移动，使得手指组件运动到颜色传感器24处，颜色传感器24识别纸币颜色并传递信号到arm7控制器；步骤四：arm7控制器根据颜色传感器24传递的信号，判别纸币的币值并控制标准舵机25运行使得槽轮2旋转相应角度，并控制第一圆周舵机26和第二圆周舵机7运动，使得手臂组件到达相应的纸币箱上方；步骤五：arm7控制器控制手指组件，电磁阀a8-1通电，使得手指组件松开纸币，将纸币落入到对应的纸币箱内。步骤六：机械手复位。其中，颜色传感器识别纸币颜色的过程为：第一电子开关e1开，led平行光源照射在被测纸币上，反射的光线由颜色传感器24接收，颜色传感器24将接收到的光谱转换成电压信号，并送入arm7中进行数据处理。arm7将采集到的rgb数据转换成软件显示值，根据人民币纸币的颜色特征判断出纸币的面值，即信号端测得电压值，测量颜色件的关系如表1所示。表1.信号返回值与电压测量值关系颜色黄红绿蓝软件显示值1481121923476电压测量值0.1761.6551.3670.676面值/元201005010机械手抓取物体，通过颜色传感器24识别，当控制器i/o第一输入端口接收到颜色传感器24信号时，先识别判断出纸币的面值。若为黄色：标准舵机25顺时针转动-voidright()右转-舵机控制函数servo(4,150)、槽轮2转动到180°，机械手转20元箱子c处，标准舵机25停-voidstop()停止-舵机控制函数servo(4,90)；电磁阀28-1开-voidturn()，气缸13进气，气缸活塞14伸出，手指张开，20元分拣到箱子c里，电磁阀28-1关-voidturn()，停止进气。若为绿色：标准舵机25逆时针转动-voidleft()左转-舵机控制函数servo(4,10)、槽轮2转动到270°，机械手转到50元箱子b处，标准舵机25停-舵机控制函数servo(4,90)；电磁阀28-1开-voidturn()；气缸13进气，气缸活塞14伸出，手指张开，50元分拣到箱子b里，电磁阀28-1关-voidturn()，停止进气；若为蓝颜色：标准舵机25顺时针转动-voidright()右转-舵机控制函数servo(4,100)，槽轮2转动到90°，机械手转到10元箱子d处，标准舵机25停-舵机控制函数servo(4,90)；电磁阀a8-1开-voidturn()；气缸13进气，气缸活塞14伸出，手指张开，10元分拣到箱子d里，电磁阀a8-1关-voidturn()，停止进气；若为红色：第二圆周舵机7逆时针转动-voidbackward后退-舵机控制函数servo(3,10)，机械手右移到100元箱子a处，第二圆周舵机7停-voidstop()-舵机控制函数servo(3,90)，电磁阀a8-1开-voidturn()，气缸13进气，气缸活塞14伸出，手指张开，100元分拣到箱子d里，电磁阀a8-1关-voidturn()，停止进气；每分拣一次，机械手复位，电磁阀b8-2开-voidturn(),；气缸13排气，气缸活塞14缩回，手指合拢，电磁阀b8-2断电-voidturn()，停止排气。如图5所示，所述机械手分装纸币箱的方法包括以下步骤：步骤一：将手机上的蓝牙与arm7控制器的蓝牙模块配对；步骤二：明确所需取出的纸币箱，手机上的纸币清分软件扫描取物口9上对应的二维码，纸币清分软件解码并显示二维码对应的面值，点击纸币清分软件界面上的面值数字，通过手机蓝牙串口发送信号，由手机android操作系统控制嵌入式arm7硬件和软件；步骤三：arm7控制器上蓝牙模块接收纸币清分软件传递的信号控制机械手运动，将手爪组件运动到相应的纸币箱处，手指组件上的电磁铁16磁吸相应的纸币箱；步骤四：arm7控制器控制机械手运动，将纸币箱送到取物口9处，电磁铁16断电，纸币箱进入取物口9；步骤五：所述纸币清分软件扫描取出的纸币箱上的二维码，确认分装无误。其中蓝牙配对过程如下：s1：在手机上运行蓝牙串口助手；s2：等待蓝牙设备扫描；s3：第一次连接成功，手机退出蓝牙助手，arm7主控板重新打开电源；s4：重新打开蓝牙串口助手，选择键盘模式；s5：输入pin码：1234，等待连接成功；s6：按手机menu键，打开菜单；s7：在设定i/o模式中，配置成功，看到接受数据区出现连接成功字样。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。当前第1页12