李曉++王炳堯++孫淵

【摘 要】手工清分硬幣工作量大，效率較低，因此硬幣分類和清點自動化成為社會需求，本研究提出一種硬幣自動分類機，由振動機構、螺旋導軌、分類板、計數(shù)器組成，可以較快地將壹圓、伍角和壹角混合的硬幣進行豎直整齊排列，有序地進入到壹圓、伍角和壹角收納裝置，并完成計數(shù)，實現(xiàn)了硬幣的工作。

【關鍵詞】硬幣分類；豎直整齊排列；分類；清點

1.引言

目前在世界范圍內，硬幣以其成本低，流通次數(shù)多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢將占領小面額貨幣市場是大勢所趨。在我國現(xiàn)有市場上流通的硬幣為壹圓、伍角和壹角，使用的場合多數(shù)在零售業(yè)，服務業(yè)以及銀行業(yè)。傳統(tǒng)的硬幣分離需要人手動分類，這不僅費時費力而且加大了企業(yè)經營成本?；谟矌诺哪承┬再|（材料和尺寸）也創(chuàng)新出一些新的分類方法，但各式各樣的分類方法并未應用于市場。因此，對于硬幣的自動分類和清點工作在市場上仍處于一種缺口狀態(tài)。例如，目前公交公司對硬幣的分類和清點主要采用人工分揀而實現(xiàn)的，公交公司內需要專門的工作人員進行對投幣箱內硬幣的分類和清點，員工的工作量大，重復性的分揀動作會引起員工的骨骼肌肉累積性創(chuàng)傷。鑒于此需要，研究設計了一種硬幣自動分類機，實現(xiàn)硬幣的自動分揀和自動清點，減輕了員工的工作量和工作強度，可在公交公司、銀行、菜市場等硬幣流通較大的場所推廣使用。

2.硬幣自動分類機的結構設計

硬幣自動分類機主要由豎直整齊排列部分和分類清點部分組成，其中豎直整齊排列部分主要是通過振動盤和可變導軌實現(xiàn)硬幣有序豎直排列，再通過滑軌和分離槽將不同的硬幣分離；最后利用計數(shù)器硬幣的清點工作。

2.1 豎直整齊排列機構

由振動機1帶動容器2內的硬幣4持續(xù)震動，使得硬幣進入螺旋導軌5不斷爬升和滾動，見圖1所示，螺旋導軌設置在容器內壁，螺旋導軌的入口端位于容器底部，螺旋導軌上設置有擋片3，擋片與螺旋導軌之間形成一僅用于通過單枚硬幣的空間，若有多個堆疊在一起硬幣經過螺旋導軌上的擋片位置處時，由于擋片與螺旋導軌之間預留的空間僅夠一枚硬幣通過，因此在擋片的作用下疊在緊貼螺旋導軌的硬幣上的硬幣會被打落下來并掉落至振動機的容器底部，重新排隊以進入螺旋導軌，使得硬幣形成豎直排列的隊伍單列地有序排列，并持續(xù)進入到分類板7內部。

2.2分類清點機構

分類板內有三條具有一定傾斜角度的軌道，即壹圓滑軌10、伍角滑軌12和壹角13，見圖2所示，豎直排列的硬幣由于慣性繼續(xù)滾動下滑落入分類板中，硬幣首先無差別的落入壹圓滑軌上，壹圓滑軌上設有伍角開口槽，伍角開口槽長度略大于伍角硬幣的直徑，且壹圓滑軌存在兩邊不對稱的傾角斜面，便于壹圓硬幣滾動。當豎直整齊排列的硬幣經過伍角開口槽，壹元硬幣卡在槽中，下一個硬幣滾來后，推動卡在槽中的壹元硬幣繼續(xù)滾動，直至沿壹圓滑軌進入壹圓收納盒21，壹圓計數(shù)器20計數(shù)；如果是伍角或壹角硬幣則從伍角開口槽11落入伍角滑軌內，伍角滑軌設有壹角開口槽14，壹角開口槽長度略大于壹角硬幣的直徑，且伍角滑軌存在兩邊不對稱的傾角斜面，便于伍角硬幣滾動。當硬幣在伍角滑軌中滑行一段距離后，卡在壹角開口槽中。因為五角和一角的硬幣直徑相差不大，所以在壹角開口槽下方加一彈簧片15，如果是伍角硬幣卡在壹角開口槽中，并且承載于彈簧片上，被卡著的伍角硬幣就會被下一硬幣推動，沿伍角滑軌順勢滾動，直至沿伍角滑軌進入伍角硬幣收納盒19，伍角計數(shù)器18計數(shù)；若壹角硬幣滾過，壹角硬幣將承載于彈簧片上，當下一個硬幣滾過后，將其壓下，落入壹角滑軌中，直至進入壹角收納盒17，壹角計數(shù)器16計數(shù)。壹圓、伍角和壹角的數(shù)量在控制面板8上實時顯示。綜上，最終實現(xiàn)壹園、伍角、壹角這三種硬幣的分類及清點。

圖1 豎直整齊排列結構 圖2 分類清點機構

1.振動機 2.容器 3.擋片 4.硬幣 5.螺旋導軌 6.外部導軌 7.分類板 8.控制面板 9.收納裝置 10. 壹圓滑軌 11.伍角開口槽 12.伍角滑軌 13.壹角滑軌 14.壹角開口槽 15.彈簧片 16.壹角計數(shù)器 17.壹角收納盒 18.伍角計數(shù)器 19.伍角收納盒 20.壹圓計數(shù)器 21.壹圓收納盒

3. 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由單片機和計數(shù)器等組成，可以調節(jié)振動頻率，實現(xiàn)對硬幣的豎直排列的速度和硬幣分類速度，控制面板上的顯示屏可以實時顯示出壹圓硬幣的數(shù)量、伍角硬幣的數(shù)量和壹角硬幣的數(shù)量。在收納盒與分離軌道間，加入了一個光電計數(shù)器，該裝置是利用光電元件制成的自動計數(shù)裝置，其工作原理是從光源發(fā)出的一束平行光照射在光電元件上，每當這束光被遮擋一次時，光電元件的工作狀態(tài)就改變一次，通過放大器可使計數(shù)器記下被遮擋的次數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示所記錄的數(shù)字，完成計算和清點任務。

4.結論

本機構可以代替人工分離硬幣并實現(xiàn)清點和計數(shù)功能，結構簡單，使用方便，工作平穩(wěn)可靠，硬幣間相互摩擦小，不易損傷硬幣，可以自動地實現(xiàn)對批量硬幣的有序豎直排列、分類和清點工作，減輕了員工的工作量、減少了重復性分揀動作。

參考文獻：

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[3]張永宇，陸寧主.機械設計基礎[M].清華大學出版社，2009，11.

[4]孫恒，陳作模.機械原理[M].第7版.北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：

李曉：（1994.12—）男，上海電機學院，本科生，機械電子工程專業(yè)。

王炳堯：（1995.12—）男，上海電機學院，本科生，機械電子工程專業(yè)。

孫淵：（1969.8—）女，上海電機學院，教授，博士，研究領域為機械設計及其自動化。

基金項目：

本項目是上海市大學生科創(chuàng)項目NO.A1-5701-16-011-03-24的研究成果。