基于慧魚模型的紙幣清分機設計

謝立秋,劉 剛

（山東勞動職業技術學院機制工藝系,濟南 250300）

0 引言

現今社會各種面額紙幣較多且混雜在一起的地方，比如：公交公司、超市等等對于紙幣的整理和分類有較大需求，但是目前紙幣分類主要依賴人工，成本高且效率低。針對大量零散紙幣清點需要設計一款紙幣分類及計數裝置，該裝置可以自動把多面額的紙幣進行有序地整理，并根據不同的面值進行紙幣分類。降低勞動強度，提高工作效率。[1]針對這一主旨我們根據各面值紙幣長度不同，我們利用光電管做出判斷，將紙幣長度轉化成脈沖信號的次數來實現不同面值紙幣的識別，然后通過轉塔轉動實現分倉處理，同時對所識別過的錢幣總額利用計算器進行加和計算。

慧魚創意組合模型（ fi schertechnik）又稱“工程積木”、“智慧魔方”于1964 年誕生于德國，是一種技術含量很高的智趣拼接模型，涵蓋了機械、電子、光學、氣動、機器人技術等多個學科，加深了學習者對機械原理的認知，培養了學習者綜合不同學科知識并加以創新的能力，在動手搭接模型的過程中使自己的創新想法得以實現[2]。

1 設計方案

在選擇了這一課題后，最初的問題是怎樣進行對不同紙幣的識別和如何做到分揀。經過實驗，我們選擇了光電管通過紙幣遮光開始計時，到紙幣通過遮光結束計時，時間過程通過點動開關轉換成脈沖計數的方法，對錢幣長度的識別從而做出判斷，然后經過傳輸和轉塔轉動實現分倉整理，最后進行總額計算。

1.1 識別裝置的選用

開始選用了光敏和顏色識別器等裝置進行實驗。發現光敏寬度較大，且不能實現毫米的精度；顏色識別器不可行因為錢幣有正反之分，而且色差很大沒有固定的采集點，并且錢幣在使用過程中會老舊，因此識別時，顏色識別器的模擬量跟普通顏色相差很大。最后我們采用光電管和脈沖次數結合，當錢幣勻速通過光電管遮光時脈沖開始計數，錢幣通過后遮光結束脈沖計數停止，在計數開始到計數結束期間，電動馬達帶動4齒凸輪對點動開關進行按壓，將勻速通過的紙長度轉換成點動開關的按壓次數，進而將錢幣的長度轉化成脈沖的次數，從而驅動其他的裝置進行分揀工作。目前，針對市面上常用的紙幣我們共分了6種，分別是1元=130脈沖、5元135脈沖、10元140脈沖、20元145脈沖、50元150脈沖、100元155脈沖。

1.2 分揀計數裝置的選用

采用轉塔轉動實現分倉。轉塔下裝有六個限位開關，轉塔轉動時觸碰到相應的點動開關，接收由上一步識別裝置的脈沖次數，并停止等待相應的錢幣運送進倉位。

計數裝置是采用光電管和光敏原件進行錢幣的計數，但是考慮到光電管的程序與慧魚不一致，需要加很多其他原件會使結構更加復雜體積增大，因此我們采用了現有計算器加和統計法，利用慧魚的氣缸按鍵來實現計算器的加和計算。一共設計出5個子程序，分別是1“0”的按壓；2“1”的按壓；3“2”的按壓；4“5”的按壓；5“+”的按壓。這樣6種面額的紙幣的統計，只需拖動相應的子程序，控制氣缸的運動即可實現加和運算了。

2 主要創新點

（1）采用光電管和脈沖計數結合測距實現錢幣長度的識別，結構簡單組合實現識別精度1mm。

（2）通過轉塔實現錢幣分倉整理，結構新穎原理明確并有效節省空間。

（3）通過電磁閥和氣缸組合成按鍵手指對錢幣進行總額加和，減少其它元件的購買和程序的開發，減少制造成本節省時間。

（4）一種機器實現分揀和統計總額兩種功能。

3 脈沖次數計算

由此可知與齒輪2同軸的輥子的轉速為2r/s。

又因為輥子的直徑為16mm，因此可以求輥子外圓的線速度，即錢幣通過光電開關的速度：

所以，錢幣的運動速度為100mm/s，每個脈沖量也記錄了錢幣走過的長度，把紙幣的長度轉化為脈沖的次數為1mm/plus，因此，每種錢的長度通過脈沖次數的不同實現了對錢幣的識別。

4 結語

本文設計的慧魚成品，可實現不同面值人民幣的的分揀、計數，其分揀速度約可達到35 張/min 的高速分揀。該裝置結構緊湊、二次開發性強、效率高、耗電低、清潔環保，相較于長期由國外進口品牌占據的紙幣清分機價格具有價格低廉、分揀速度快、維護便利等特點。綜上所述，該裝置有理論和實用價值，具有較好的市場推廣前景。[2]后續的二次開發研究，可從增加紙幣整理、驗偽和包扎等方面入手，將其完善其進一步，最終實現任意面值人民幣的真假分揀包裝，從而提高紙幣處理的工作效率，減輕人工壓力。

[1]郭旭.紙幣分離整理裝置設計[A].北京力學會.北京力學會第二十三屆學術年會會議論文集[C].北京力學會,2017:2.

[2]陳晟,張海軍.應用PLC實現對慧魚機器人的控制[J].農業技術裝備,2008(02):59-60.

[3]陳澤坤,馬新玲.多捻輪式六通道紙幣分揀裝置設計[J].實驗室研究與探索,2017,36(08):87-90.