新型全自动硬币分拣计数包装机研制

王云亮，王晓磊，李晓丹

（辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001）

新型全自动硬币分拣计数包装机研制

王云亮，王晓磊，李晓丹

（辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001）

目前，市场上流通的大量硬币主要依靠人工分拣、计数、包装，这种方式费时费力、效率低，本文针对该问题提出了一种利用离心力、筛孔、倾斜角的组合分离方式和一种利用三棍子夹紧、配合旋转、钩子卷边的包装方式，实现了硬币的高效分离、快速包装，并研制成功了一款能同时对四种硬币进行分拣、计数、包装的机器。该机器主要由机械系统、控制系统组成。实验证明该机器能高效准确的对硬币进行分拣、计数、包装，大大提高了工作效率。

硬币分拣; 计数; 包装; 单片机

硬币具有不易磨损，有利于节约自然资源，发行成本低等优点，在世界范围内被广泛使用。随着我国经济的高速发展，货币流通越来越快，硬币在流通中主要用来找零，乘坐公交车、地铁等。每天都会有大量的硬币在市场中流通，但大量硬币的清分工作却是难题。特别是公交系统和银行工作人员需要对很多硬币进行清点计数，处理一大堆硬币是非常困难的工作，因为面对巨额的、杂乱无章的硬币，需要很多工作人员经过长时间的清点，才可能完成，不仅费时费力、效率低，而且准确率得不到保障。目前，国内外硬币清理分类装置，要么设计原理简单，清理分类效果差，要么结构复杂、价格昂贵、缺少实用价值。传统的硬币分拣装置往往以旋转式单次单一币种的硬币计数分类方式为主，经常出现卡币现象，效率低。为此，研制了一款新型全自动分拣计数包装机。该产品可以实现同时对四种硬币的分拣、计数、包装，大大降低了清点人员的劳动强度，提高了工作效率。

1 机械系统设计

总体方案图如图1所示，全自动硬币分拣计数包装机的机械系统主要由进料机构1、分拣机构2、存币机构3、送纸机构4、包装机构5部分组成。

（1）进料机构，如图2所示，主要包括进币料斗1、同步带2。进币料斗固定在进料机构的侧板上，电机通过联轴器与传送带相连。硬币通过进币料斗由传送带将硬币传送到分拣机构中。通过调节传送带的速度来调节硬币落入分拣机构的数量。

（2）分拣机构，如图3所示，主要包括限位盘1、拨盘2、分币3、分币盘4、内限位筒、外限位筒。电机带动拨盘2转动，限位板1保证硬币单层持续不断的4进行分币。硬币经由分币盘下落进入下面的接币漏斗3以实现硬币的分拣。

（3）存币机构，如图4所示，主要包括存币打包机构如图5所示，硬币经分拣机构由滑道落入存币5桶中。检测计数光电传感器安装在分币桶上方，当硬币通过时光电传感器时被检测到并将信号送给单片机，并将数量显示在液晶屏上，从而实现计数功能。当达到打包数额时，步进电机4转动90°，与运输机械手3运送方向一致，推杆气缸2带动运输机械手3夹紧硬币，送入到打包机构1中。进入拨盘2外边缘的拨爪，拨爪带动硬币沿着外限位桶6内壁旋转，根据硬币尺寸的不同通过拨盘下的分币盘

图1 总体方案图

图2 进料机构

图3 分拣机构

图4 存币机构

图5 进纸机构

图6 包装机构

（4）进纸机构，送纸机构如图5所示。步进电机3带动辊子1转动，使包装纸进入亚克力板2的夹缝中，步进电机3转动指定步数气缸5伸缩切刀4切断包装纸，从而完成精确送纸。

（5）包装机构，包装机构如图6所示，运输机械手将夹紧的硬币送到位后，三个辊子夹紧，运输机械手3松开，进纸机构开始进纸，直流电机6转动，通过同步带带动，使其中两个辊子转动，第三个辊子从动，开始将硬币包卷。延时2s后，带动卷边钩子丝杠的步进电机4转动，正反旋向的丝杠3开始转动带动卷边爪进行上下运动从而实现卷边。卷边结束后直流电机6停止转动，卷边钩子回到原来位置为下一次卷边做准备，三个辊子松开，硬币落入收集箱中，硬币打包结束。

2 控制系统设计

总体控制方案框图和控制流程如图7和图8所示。采用单片机作为控制器，通过直流电机驱动器控制直流电机转速，四个传感器进行计数并判断，液晶屏显示硬币种类及个数，单片机通过小型继电器控制驱动气缸动作的电磁阀，单片机通过步进驱动器控制步进电机的转动位置。

图7 控制方案图图

图8 控制流程图

3 样机测试及效果（图9～12）

经过多次技术攻关，终于研制出了本设计方案的样机。经过多次测试，该样机能够实现新版一角、旧版一角、五角、一元四种硬币的一次性同时分拣、计数、包装的功能，克服了传统分币装置每次只能实现一种硬币分拣计数的困难，极大的提高工作效率。

图9 进料分拣机构实物图

图10 包装存币机构实物图

图11 进纸机构实物图

图12 总体实物图

4 创新点

（1）巧妙的采用离心力+筛孔+倾斜式的组合分离方式，解决了传统方式单次只能实现一种硬币分拣计数的难题，实现硬币的高效分离，使得硬币分离过程中不会出现卡币、分离不净的状况。

（2）巧妙的采用了三棍子加紧、配合旋转、钩子卷边的包装方式，解决了包装过程中硬币脱离、包不紧、卷边粗糙等技术难题，使得硬币的包装成品紧凑、美观。

（3）整机的机械结构设计合理，有效的利用了空间，平均高度0.8米，高度适中，易于操作。

（4）采用单片机作为控制器，优点是性能稳定，性价比高。

5 结语

本产品是一款新型高效的硬币分拣计数包装机，在清理分类硬币的时候不用停机便可以对硬币进行计数包装，保证了整个过程的连续性，极大地提高了工作效率。操作人员仅需将硬币倒入进料机构中，机器便可包装出以50个为一摞的各种硬币。该产品适用于银行、公交系统等需要整理大量硬币的场所。本产品的应用，将大大降低这些场所工作人员的劳动强度，提高其工作效率。

[1]郭星, 陈亦仁,商云男，等. WBH1314型纸袋式硬币清分包装一体机的设计研发[J]. 包装工程，2013(34):155-157.

[2]孙志礼，马星国，黄秋波，闫玉涛.机械设计[M].北京：科学出版社，2008.

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[S] .北京：机械工业出版社，2005.

[4]王伯平.互换性与测量技术基础（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

[5]刘鸿文.材料力学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[6]朱辉等.画法几何与机械制图（第六版）[M].上海：上海科学技术出版，2007.

[7]张志义.机电传动控制[M].北京：机械工业出版社，2015.10.

[8]张伟社.机械原理教程[M].西安：西北工业大学出版社，2013.8.

[9]韩志军.单片机系统设计与应用实例[M].北京：机械工业出版社，2016.1.

[10]陈黎敏.传感器技术[M]. 北京：机械工业出版社，2015.11.

[11]尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书[M] .北京：机械工业出版社，2011.7.

TH16,TP24

A

1671-0711（2017）06（下）-0114-03

辽宁省高等学校科学技术研究项目（JL201615402）,辽宁省教育厅项目（L2015241）。