基于慧鱼模型的纸币清分机设计

谢立秋,刘 刚

（山东劳动职业技术学院机制工艺系,济南 250300）

0 引言

现今社会各种面额纸币较多且混杂在一起的地方，比如：公交公司、超市等等对于纸币的整理和分类有较大需求，但是目前纸币分类主要依赖人工，成本高且效率低。针对大量零散纸币清点需要设计一款纸币分类及计数装置，该装置可以自动把多面额的纸币进行有序地整理，并根据不同的面值进行纸币分类。降低劳动强度，提高工作效率。[1]针对这一主旨我们根据各面值纸币长度不同，我们利用光电管做出判断，将纸币长度转化成脉冲信号的次数来实现不同面值纸币的识别，然后通过转塔转动实现分仓处理，同时对所识别过的钱币总额利用计算器进行加和计算。

慧鱼创意组合模型（ fi schertechnik）又称“工程积木”、“智慧魔方”于1964 年诞生于德国，是一种技术含量很高的智趣拼接模型，涵盖了机械、电子、光学、气动、机器人技术等多个学科，加深了学习者对机械原理的认知，培养了学习者综合不同学科知识并加以创新的能力，在动手搭接模型的过程中使自己的创新想法得以实现[2]。

1 设计方案

在选择了这一课题后，最初的问题是怎样进行对不同纸币的识别和如何做到分拣。经过实验，我们选择了光电管通过纸币遮光开始计时，到纸币通过遮光结束计时，时间过程通过点动开关转换成脉冲计数的方法，对钱币长度的识别从而做出判断，然后经过传输和转塔转动实现分仓整理，最后进行总额计算。

1.1 识别装置的选用

开始选用了光敏和颜色识别器等装置进行实验。发现光敏宽度较大，且不能实现毫米的精度；颜色识别器不可行因为钱币有正反之分，而且色差很大没有固定的采集点，并且钱币在使用过程中会老旧，因此识别时，颜色识别器的模拟量跟普通颜色相差很大。最后我们采用光电管和脉冲次数结合，当钱币匀速通过光电管遮光时脉冲开始计数，钱币通过后遮光结束脉冲计数停止，在计数开始到计数结束期间，电动马达带动4齿凸轮对点动开关进行按压，将匀速通过的纸长度转换成点动开关的按压次数，进而将钱币的长度转化成脉冲的次数，从而驱动其他的装置进行分拣工作。目前，针对市面上常用的纸币我们共分了6种，分别是1元=130脉冲、5元135脉冲、10元140脉冲、20元145脉冲、50元150脉冲、100元155脉冲。

1.2 分拣计数装置的选用

采用转塔转动实现分仓。转塔下装有六个限位开关，转塔转动时触碰到相应的点动开关，接收由上一步识别装置的脉冲次数，并停止等待相应的钱币运送进仓位。

计数装置是采用光电管和光敏原件进行钱币的计数，但是考虑到光电管的程序与慧鱼不一致，需要加很多其他原件会使结构更加复杂体积增大，因此我们采用了现有计算器加和统计法，利用慧鱼的气缸按键来实现计算器的加和计算。一共设计出5个子程序，分别是1“0”的按压；2“1”的按压；3“2”的按压；4“5”的按压；5“+”的按压。这样6种面额的纸币的统计，只需拖动相应的子程序，控制气缸的运动即可实现加和运算了。

2 主要创新点

（1）采用光电管和脉冲计数结合测距实现钱币长度的识别，结构简单组合实现识别精度1mm。

（2）通过转塔实现钱币分仓整理，结构新颖原理明确并有效节省空间。

（3）通过电磁阀和气缸组合成按键手指对钱币进行总额加和，减少其它元件的购买和程序的开发，减少制造成本节省时间。

（4）一种机器实现分拣和统计总额两种功能。

3 脉冲次数计算

由此可知与齿轮2同轴的辊子的转速为2r/s。

又因为辊子的直径为16mm，因此可以求辊子外圆的线速度，即钱币通过光电开关的速度：

所以，钱币的运动速度为100mm/s，每个脉冲量也记录了钱币走过的长度，把纸币的长度转化为脉冲的次数为1mm/plus，因此，每种钱的长度通过脉冲次数的不同实现了对钱币的识别。

4 结语

本文设计的慧鱼成品，可实现不同面值人民币的的分拣、计数，其分拣速度约可达到35 张/min 的高速分拣。该装置结构紧凑、二次开发性强、效率高、耗电低、清洁环保，相较于长期由国外进口品牌占据的纸币清分机价格具有价格低廉、分拣速度快、维护便利等特点。综上所述，该装置有理论和实用价值，具有较好的市场推广前景。[2]后续的二次开发研究，可从增加纸币整理、验伪和包扎等方面入手，将其完善其进一步，最终实现任意面值人民币的真假分拣包装，从而提高纸币处理的工作效率，减轻人工压力。

[1]郭旭.纸币分离整理装置设计[A].北京力学会.北京力学会第二十三届学术年会会议论文集[C].北京力学会,2017:2.

[2]陈晟,张海军.应用PLC实现对慧鱼机器人的控制[J].农业技术装备,2008(02):59-60.

[3]陈泽坤,马新玲.多捻轮式六通道纸币分拣装置设计[J].实验室研究与探索,2017,36(08):87-90.