全自動硬幣清分機

摘 要：對于硬幣分類問題，本文根據一元、五角、一角硬幣直徑的不同使硬幣從三個不同的滑道滑出。通過程序控制的步進電機的間歇轉動和推進器的配合將硬幣筒內固定數量的硬幣推出，實現硬幣的整理和計數，并且旋轉儲存器中放有塑料包裝硬幣，直接對落下的硬幣包裝。故該裝置可以高效地實現硬幣的分類、整理、計數和包裝功能。該裝置實現機電一體化，機械部分結構簡單，電氣部分實現速度可控，操作智能簡便，便于使用。

關鍵詞： 硬幣清分機；步進電機；推進器；間歇運動；機電一體化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.193

1 設計方案（見圖1）

（1）將散亂的硬幣放在硬幣分類裝置的漏斗上，硬幣在重力的作用下沿滑道下滑。不同的硬幣由于直徑尺寸不同，滑落到不同的分層，從而實現硬幣的分類。將滑道的架子做成高低，角度可調，以便進行調試和應對不同情況。（2）其中一元硬幣滑入硬幣整理裝置的硬幣筒1內。硬幣筒高為80mm，正好是40個一元硬幣的高度，從而達到計數的功能。當硬幣筒1內的硬幣落滿后，旋轉儲存裝置下的步進電機轉過90°，硬幣又落入到新的空硬幣筒2內，實現裝置連續工作。

（3）此時開啟推進器，將硬幣筒1內塑料包裝桶內硬幣整摞推出，包裝桶的高度為80mm，為40個硬幣的高度，因此實現硬幣的計數和包裝。（4）利用支架將各個部分連接成一個整體，便于攜帶和整理。

2 部件說明

2.1 滑道部分

硬幣分類功能主要由滑道完成。

（1）漏斗：可儲存未分類的大量的不同面額的硬幣，由亞克力板制成。（2）滑板：滑道由亞克力板拼裝組成。滑道上多個圓孔可區分不同直徑的硬幣，第一層滑板圓孔直徑居于1元和5角硬幣直徑之間，第二層圓孔直徑居于5角和1角硬幣之間，滑板傾斜放置，硬幣由于重力在滑板上通過不同圓孔時掉入相應的滑板上，完成硬幣分類。（3）側肋板：與漏斗滑板相固連，防止硬幣從兩側滑出。

2.2 圓筒部分

硬幣整理、計數和包裝的功能主要由圓筒完成。

（1）旋轉儲存器：底部連有步進電機，步進電機帶動其間歇性轉動。底部上由四個未封閉的小圓筒組成，小圓筒內裝有塑料硬幣包裝桶。由于旋轉儲存器底部安裝電機，故根據裝置強度要求，此部分用不銹鋼材料制成。小圓筒上方加高作為緩沖側壁，其可防止落下來的硬幣從圓筒上方飛出，圓筒內部可以儲存從滑道滑下的硬幣。圓筒側面為加高擋板，設計目的是：在電機旋轉過程中擋住在滑道內滑出的硬幣。（2）外壁：協助旋轉儲存器中的未封閉的小圓筒完成硬幣儲存工作，并有效防止硬幣外流。材料是賽鋼。（3）底座：主要起支撐作用，內部大空間可以容下電動機等部件，材料是賽鋼。（4）塑料硬幣包裝桶.尺寸為：直徑25mm 高：80mm。

2.3 推進器部分

推進器由24V直流電源驅動，推程100mm，額定推速29mm/s。控制開關可以控制推進器正推、反推及停止，調速旋鈕可以調節推進的推速，控制快慢。推進器推桿有一個直徑8mm的孔，推桿上用兩個螺母連接了一個長140mm的硬幣推出桿。推進桿與螺旋儲存器的底面間隙1mm。為了補償由于推出桿運動及螺母松動帶來的誤差，我們在推出桿底套了一個彈性塑膠。這樣既可以補償相對位移，又不會產生很大的摩擦力。

2.4 支架部分

由于滑道的傾角和高度需通過實驗得到，因此滑道部分支架的傾角和高度設計成可調型。根據裝置支撐強度需求，支架部分由鑄鐵制成。其中，支架長為700mm，寬為370mm。

2.5 電氣部分

由于本裝置利用周期性的圓盤轉動來實現硬幣的收集整理，即每隔一段時間一個硬幣筒裝滿后即由下一個硬幣筒接收硬幣。步進電機的角位移可控性為本裝置功能的實現提供了可能。步進電機是一種把電脈沖信號轉換成機械角位移的控制電機，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載影響。步進電機放在底座內，通過剛性聯軸器與圓盤連接。單片機控制步進電機，由單片機編程控制實現脈沖發生器與脈沖分配器的功能。改變單片機的程序代碼即可實現步進電機轉速轉向可控，即可進一步控制圓盤的轉速。后期還可以添加采樣裝置引入反饋，通過紅外線等技術判斷硬幣筒是否裝滿硬幣從而相應地控制圓盤的轉速。

3 創新點與應用推廣

3.1 創新點

（1）節能環保——在硬幣分類上我們利用不同類型硬幣尺寸不同，利用重力勢能對硬幣分類。相比利用電機電磁使硬幣旋轉分離的硬幣分類機，實現了能源節約。（2）機械可調性——滑道的高度和角度具有可調性，可以根據實際需要適當調整，所以裝置的適應性強。（3）電氣可控性——步進電機的控制器可編程操作，可以控制圓盤的轉速與旋轉周期；推進器的控制器亦可實現轉速與轉向的無差調節。（4）靈活性——裝置各部分拆裝方便，便于檢查和更換 （5）功能多樣性——實現了硬幣分類、整理的自動化，功能強大，比市面上一般的硬幣分類機多了整理等功能。（6）機電一體化——以機械設計為主，采用機電一體化技術，高效、便利、個性化地實現硬幣的分類、計數和包裝。

3.2 應用與推廣

（1）該硬幣清分機可應用到銀行、公交、大型超市等需要將大量硬幣進行分類、整理和計數的場所。（2）該硬幣清分機將硬幣以整摞的形式推出，便于與包裝機配合進行包裝，市場潛力大。（3）由于該裝置滑道角度、高度的可調性，使其適應性大大提高，而且若要對外國硬幣進行分類整理，只需改變滑道的圓孔直徑，方便簡單，便與推廣。

參考文獻：

[1]成大先主編.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]何青，李斌.理論力學 [M].北京：中國[M].北京：高等教育出版社，2010.