一种硬币自动分类机的设计

李晓++王炳尧++孙渊

【摘 要】手工清分硬币工作量大，效率较低，因此硬币分类和清点自动化成为社会需求，本研究提出一种硬币自动分类机，由振动机构、螺旋导轨、分类板、计数器组成，可以较快地将壹圆、伍角和壹角混合的硬币进行竖直整齐排列，有序地进入到壹圆、伍角和壹角收纳装置，并完成计数，实现了硬币的工作。

【关键词】硬币分类；竖直整齐排列；分类；清点

1.引言

目前在世界范围内，硬币以其成本低，流通次数多、耐磨损、易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是大势所趋。在我国现有市场上流通的硬币为壹圆、伍角和壹角，使用的场合多数在零售业，服务业以及银行业。传统的硬币分离需要人手动分类，这不仅费时费力而且加大了企业经营成本。基于硬币的某些性质（材料和尺寸）也創新出一些新的分类方法，但各式各样的分类方法并未应用于市场。因此，对于硬币的自动分类和清点工作在市场上仍处于一种缺口状态。例如，目前公交公司对硬币的分类和清点主要采用人工分拣而实现的，公交公司内需要专门的工作人员进行对投币箱内硬币的分类和清点，员工的工作量大，重复性的分拣动作会引起员工的骨骼肌肉累积性创伤。鉴于此需要，研究设计了一种硬币自动分类机，实现硬币的自动分拣和自动清点，减轻了员工的工作量和工作强度，可在公交公司、银行、菜市场等硬币流通较大的场所推广使用。

2.硬币自动分类机的结构设计

硬币自动分类机主要由竖直整齐排列部分和分类清点部分组成，其中竖直整齐排列部分主要是通过振动盘和可变导轨实现硬币有序竖直排列，再通过滑轨和分离槽将不同的硬币分离；最后利用计数器硬币的清点工作。

2.1 竖直整齐排列机构

由振动机1带动容器2内的硬币4持续震动，使得硬币进入螺旋导轨5不断爬升和滚动，见图1所示，螺旋导轨设置在容器内壁，螺旋导轨的入口端位于容器底部，螺旋导轨上设置有挡片3，挡片与螺旋导轨之间形成一仅用于通过单枚硬币的空间，若有多个堆叠在一起硬币经过螺旋导轨上的挡片位置处时，由于挡片与螺旋导轨之间预留的空间仅够一枚硬币通过，因此在挡片的作用下叠在紧贴螺旋导轨的硬币上的硬币会被打落下来并掉落至振动机的容器底部，重新排队以进入螺旋导轨，使得硬币形成竖直排列的队伍单列地有序排列，并持续进入到分类板7内部。

2.2分类清点机构

分类板内有三条具有一定倾斜角度的轨道，即壹圆滑轨10、伍角滑轨12和壹角13，见图2所示，竖直排列的硬币由于惯性继续滚动下滑落入分类板中，硬币首先无差别的落入壹圆滑轨上，壹圆滑轨上设有伍角开口槽，伍角开口槽长度略大于伍角硬币的直径，且壹圆滑轨存在两边不对称的倾角斜面，便于壹圆硬币滚动。当竖直整齐排列的硬币经过伍角开口槽，壹元硬币卡在槽中，下一个硬币滚来后，推动卡在槽中的壹元硬币继续滚动，直至沿壹圆滑轨进入壹圆收纳盒21，壹圆计数器20计数；如果是伍角或壹角硬币则从伍角开口槽11落入伍角滑轨内，伍角滑轨设有壹角开口槽14，壹角开口槽长度略大于壹角硬币的直径，且伍角滑轨存在两边不对称的倾角斜面，便于伍角硬币滚动。当硬币在伍角滑轨中滑行一段距离后，卡在壹角开口槽中。因为五角和一角的硬币直径相差不大，所以在壹角开口槽下方加一弹簧片15，如果是伍角硬币卡在壹角开口槽中，并且承载于弹簧片上，被卡着的伍角硬币就会被下一硬币推动，沿伍角滑轨顺势滚动，直至沿伍角滑轨进入伍角硬币收纳盒19，伍角计数器18计数；若壹角硬币滚过，壹角硬币将承载于弹簧片上，当下一个硬币滚过后，将其压下，落入壹角滑轨中，直至进入壹角收纳盒17，壹角计数器16计数。壹圆、伍角和壹角的数量在控制面板8上实时显示。综上，最终实现壹园、伍角、壹角这三种硬币的分类及清点。

图1 竖直整齐排列结构 图2 分类清点机构

1.振动机 2.容器 3.挡片 4.硬币 5.螺旋导轨 6.外部导轨 7.分类板 8.控制面板 9.收纳装置 10. 壹圆滑轨 11.伍角开口槽 12.伍角滑轨 13.壹角滑轨 14.壹角开口槽 15.弹簧片 16.壹角计数器 17.壹角收纳盒 18.伍角计数器 19.伍角收纳盒 20.壹圆计数器 21.壹圆收纳盒

3. 控制系统

控制系统由单片机和计数器等组成，可以调节振动频率，实现对硬币的竖直排列的速度和硬币分类速度，控制面板上的显示屏可以实时显示出壹圆硬币的数量、伍角硬币的数量和壹角硬币的数量。在收纳盒与分离轨道间，加入了一个光电计数器，该装置是利用光电元件制成的自动计数装置，其工作原理是从光源发出的一束平行光照射在光电元件上，每当这束光被遮挡一次时，光电元件的工作状态就改变一次，通过放大器可使计数器记下被遮挡的次数，并通过数码管显示所记录的数字，完成计算和清点任务。

4.结论

本机构可以代替人工分离硬币并实现清点和计数功能，结构简单，使用方便，工作平稳可靠，硬币间相互摩擦小，不易损伤硬币，可以自动地实现对批量硬币的有序竖直排列、分类和清点工作，减轻了员工的工作量、减少了重复性分拣动作。

参考文献：

[1]林洪贵.基于分离盘的硬币清分机实例介绍[J].现代商贸工业，2007.

[2]杨林，冯冠平.智能化自动售货机钱币识别与分类系统的研究[J].仪表技术与传感器，1994.

[3]张永宇，陆宁主.机械设计基础[M].清华大学出版社，2009，11.

[4]孙恒，陈作模.机械原理[M].第7版.北京：高等教育出版社，2013.

作者简介：

李晓：（1994.12—）男，上海电机学院，本科生，机械电子工程专业。

王炳尧：（1995.12—）男，上海电机学院，本科生，机械电子工程专业。

孙渊：（1969.8—）女，上海电机学院，教授，博士，研究领域为机械设计及其自动化。

基金项目：

本项目是上海市大学生科创项目NO.A1-5701-16-011-03-24的研究成果。