基于慧鱼模型的纸币分离整理机创新设计

□宋玉梅 庞海文 李志龙 王影淑

近年来，国内大部分地区都采用无人售票公交车，由乘客自行投币，投币种类不仅只限于一元硬币及纸币，还有其它面额纸币，种类较多，目前对于纸币分离大部分都是人工操作，在进行分类、整理、计数方面耗费很多人力和财力。除此而外，现在银行、综合市场等也面临相同问题。

一、市场上现有纸币分离机的特点和功能

市场上现有的纸币分离机，虽能实现纸币识别和分类的功能，但大都结构特别复杂、程序多，需经过很多工序才能实现功能，而且制造过程复杂、成本高、价格昂贵，不适合在社会上推广使用。

二、纸币分离机设计思路

纸币分离整理机是基于慧鱼产品的创新设计，这个作品是利用95%以上的慧鱼件进行组装完成的。慧鱼创意组合模型1964年诞生于德国，是技术含量很高的智趣拼装模型，其涵盖了机械、电子、气动、新能源和机器人技术等学科，学习者可以利用慧鱼模型实现任何生产过程的还原[1]。根据慧鱼的特点，利用慧鱼元件进行创新设计了一台纸币分离整理机。它可以实现短时间内对一元及其它面额纸币进行识别、分离、计数、整理，这样不仅节省了人力、财力，而且大大提高了纸币分离、整理的效率。

纸币分离整理机采用了模块化的设计思路，它分为6个功能模块：纸币展开模块、纸币识别模块、纸币分离模块、纸币计数模块、纸币收集模块、纸币整理模块。作品的整体装配图如图1所示。

图1 纸币分离整理机整体装配图

三、主要机构工作原理

(一)纸币逐张展开机构工作原理。把一沓面额混乱的纸币整齐放到进钞口托盘上，托盘设计有一定弧度，以利于纸币实现逐张分离。两组摩擦轮速度比为3/4。当纸币放到进钞口托盘上时，第一张纸币与第一个摩擦滚轮接触，在摩擦力的作用下，纸币向前运动，当纸币前进2/3时与第二个加速摩擦轮接触，使纸币实现单张展开。

(二)纸币面额识别机构工作原理。主要用于区分一元及其它面额的纸币。由于不同面值的纸币长度国家有明确限定，所以利用光敏识别装置，通过对一元及以上面额的纸币遮光时间的测量，最终确定一个合适的时间值(一元纸币整张通过光敏识别装置的时间)，当非一元纸币通过时，时间会大于设定的时间，“0”信号立即传递给曲柄滑块机构，使之产生动作，将非一元纸币推出传送带，进入位于传送带中间的收集箱中；当通过的是一元纸币时，“1”信号会让系统自动进行加一计数，并让一元纸币随传送带一直到达末端的接收箱。

(三)纸币分离机构工作原理。此机构用于非一元纸币的剔除。在本装置中，若程序中接收的信号是“1”则曲柄滑块机构不工作，若接收信号是“0”，通过延时命令控制曲柄滑块机构延时运动，当纸币传送到分离机构正前方时，进行剔除工作。

(四)一元纸币储存机构工作原理。一元纸币储存机构分为两个工位，以方便操作人员对纸币进行整理。当识别部分程序计数达到10时(可调)，表示此收集箱中已装满一元纸币，此时信号传递到储存机构，电机带动蜗轮蜗杆传动机构转动使收集箱在5.48s时间旋转180°，实现工位转换，另一个空的收集箱已经准备好接收一元纸币了。

四、程序说明

可以使用编程软件ROBO Pro来控制装配了慧鱼控制器的机器人。它的优点是内部自带若干能实现简单功能的基本模块，编程时，若要实现某一基本功能只要直接调用而不需要书写代码。程序采用流程图的表现形式，理解起来更为直观[2]。

纸币分离整理机应用ROBO Pro软件进行编程，整个程序有五部分组成：主程序、出钞部分程序、分离部分程序、识别部分程序、满10RMB工位转换程序。下面就依次做以简单介绍。

(一)主程序。当接口板按下开始键，系统开始工作。主程序包括了出钞部分、识别部分、满10RMB工位转换3个子程序。

(二)出钞部分程序。此程序主要用于控制2个摩擦轮电机的旋转方向和转速，实现纸币的单张展开。

(三)分离部分程序。利用纸币通过光敏传感器的遮光时间来决定是否启动纸币的分离装置。该程序利用时间延时来设置纸币从识别装置到分离装置所用的时间和分离装置运动一个周期花费的时间。

(四)识别部分程序。它嵌套了一个分离部分的子程序。利用不同面值纸币通过光敏传感器时遮光的时间不同，最终确定一个合适的时间值0.295秒(一元纸币整张通过光敏识别装置的时间)，当非一元纸币通过时，时间会大于这个时间，“0”信号立即传递给曲柄滑块机构，使之产生动作，将非一元纸币推出传送带，进入位于传送带中间的收集箱中；当通过的是一元纸币时，“1”信号会让系统自动进行加一计数，并让一元纸币随传送带运动，一直到达末端的接收箱。当出钞口已无纸币送出时，延时3分钟，程序自动结束，所有部件停止工作。

(五)满10RMB工位转换部分程序。当一元纸币收集满10张时，一元纸币收集箱处红灯亮，出钞口2个电机停，识别处灯灭，传送带电机M1停。此时蜗轮蜗杆处电机M4转动，并使收集箱正好转动180°，完成收集箱2工位互换。

五、系统工作流程

按下慧鱼编程接口板按钮，系统开始工作——进钞部位：一沓纸币从进钞口进入——两个摩擦轮使纸币实现逐张分离展开——光敏传感器进行识别判断。

(一)有钱通过时，识别纸币面额。第一，对一元纸币进行+1计数——沿传送带运动到末端，并进入收集箱——满10张时，蜗轮蜗杆机构使收集箱转换工位——从识别判断处循环。第二，对非一元纸币进行分离操作——在传送带中段位置被曲柄滑块机构推入收集箱——从识别判断处循环。

(二)当3分钟无钱送入时，程序自动停止。

六、慧鱼模型纸币分离作品的创新点

慧鱼模型纸币分离机作品可实现一摞纸币的逐张分离、纸币面值的识别、分类、计数、整理五项功能；利用两个摩擦滚轮，可对一沓纸币进行逐张快速展开；利用光敏传感器对纸币面值进行识别；通过曲柄滑块机构，把非一元面值的纸币高效剔除；收集箱采用了可转位设计，把蜗杆蜗轮结构应用于此，可实现钱币的有效收集、整理；当进钞口不再有钱币放入时，能自动定时关机；结构简单，安装方便，环环相扣，整体控制，时效性高。

七、结语

慧鱼模型纸币分离机作品现在虽只能实现剔除非一元纸币和对一元纸币的分离、计数、收集、整理等功能，但由此及彼，只需在此基础上添加一些简单构件，就可以制造出用于各种面值纸币识别的多功能机器，因此应用前景非常广泛。