基于慧魚模型的紙幣分離整理機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

□宋玉梅 龐海文 李志龍 王影淑

近年來，國內(nèi)大部分地區(qū)都采用無人售票公交車，由乘客自行投幣，投幣種類不僅只限于一元硬幣及紙幣，還有其它面額紙幣，種類較多，目前對于紙幣分離大部分都是人工操作，在進(jìn)行分類、整理、計(jì)數(shù)方面耗費(fèi)很多人力和財(cái)力。除此而外，現(xiàn)在銀行、綜合市場等也面臨相同問題。

一、市場上現(xiàn)有紙幣分離機(jī)的特點(diǎn)和功能

市場上現(xiàn)有的紙幣分離機(jī)，雖能實(shí)現(xiàn)紙幣識(shí)別和分類的功能，但大都結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜、程序多，需經(jīng)過很多工序才能實(shí)現(xiàn)功能，而且制造過程復(fù)雜、成本高、價(jià)格昂貴，不適合在社會(huì)上推廣使用。

二、紙幣分離機(jī)設(shè)計(jì)思路

紙幣分離整理機(jī)是基于慧魚產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，這個(gè)作品是利用95%以上的慧魚件進(jìn)行組裝完成的?；埕~創(chuàng)意組合模型1964年誕生于德國，是技術(shù)含量很高的智趣拼裝模型，其涵蓋了機(jī)械、電子、氣動(dòng)、新能源和機(jī)器人技術(shù)等學(xué)科，學(xué)習(xí)者可以利用慧魚模型實(shí)現(xiàn)任何生產(chǎn)過程的還原[1]。根據(jù)慧魚的特點(diǎn)，利用慧魚元件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一臺(tái)紙幣分離整理機(jī)。它可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)對一元及其它面額紙幣進(jìn)行識(shí)別、分離、計(jì)數(shù)、整理，這樣不僅節(jié)省了人力、財(cái)力，而且大大提高了紙幣分離、整理的效率。

紙幣分離整理機(jī)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，它分為6個(gè)功能模塊：紙幣展開模塊、紙幣識(shí)別模塊、紙幣分離模塊、紙幣計(jì)數(shù)模塊、紙幣收集模塊、紙幣整理模塊。作品的整體裝配圖如圖1所示。

圖1 紙幣分離整理機(jī)整體裝配圖

三、主要機(jī)構(gòu)工作原理

(一)紙幣逐張展開機(jī)構(gòu)工作原理。把一沓面額混亂的紙幣整齊放到進(jìn)鈔口托盤上，托盤設(shè)計(jì)有一定弧度，以利于紙幣實(shí)現(xiàn)逐張分離。兩組摩擦輪速度比為3/4。當(dāng)紙幣放到進(jìn)鈔口托盤上時(shí)，第一張紙幣與第一個(gè)摩擦滾輪接觸，在摩擦力的作用下，紙幣向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)紙幣前進(jìn)2/3時(shí)與第二個(gè)加速摩擦輪接觸，使紙幣實(shí)現(xiàn)單張展開。

(二)紙幣面額識(shí)別機(jī)構(gòu)工作原理。主要用于區(qū)分一元及其它面額的紙幣。由于不同面值的紙幣長度國家有明確限定，所以利用光敏識(shí)別裝置，通過對一元及以上面額的紙幣遮光時(shí)間的測量，最終確定一個(gè)合適的時(shí)間值(一元紙幣整張通過光敏識(shí)別裝置的時(shí)間)，當(dāng)非一元紙幣通過時(shí)，時(shí)間會(huì)大于設(shè)定的時(shí)間，“0”信號(hào)立即傳遞給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使之產(chǎn)生動(dòng)作，將非一元紙幣推出傳送帶，進(jìn)入位于傳送帶中間的收集箱中；當(dāng)通過的是一元紙幣時(shí)，“1”信號(hào)會(huì)讓系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，并讓一元紙幣隨傳送帶一直到達(dá)末端的接收箱。

(三)紙幣分離機(jī)構(gòu)工作原理。此機(jī)構(gòu)用于非一元紙幣的剔除。在本裝置中，若程序中接收的信號(hào)是“1”則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)不工作，若接收信號(hào)是“0”，通過延時(shí)命令控制曲柄滑塊機(jī)構(gòu)延時(shí)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)紙幣傳送到分離機(jī)構(gòu)正前方時(shí)，進(jìn)行剔除工作。

(四)一元紙幣儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)工作原理。一元紙幣儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)工位，以方便操作人員對紙幣進(jìn)行整理。當(dāng)識(shí)別部分程序計(jì)數(shù)達(dá)到10時(shí)(可調(diào))，表示此收集箱中已裝滿一元紙幣，此時(shí)信號(hào)傳遞到儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)，電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)使收集箱在5.48s時(shí)間旋轉(zhuǎn)180°，實(shí)現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換，另一個(gè)空的收集箱已經(jīng)準(zhǔn)備好接收一元紙幣了。

四、程序說明

可以使用編程軟件ROBO Pro來控制裝配了慧魚控制器的機(jī)器人。它的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部自帶若干能實(shí)現(xiàn)簡單功能的基本模塊，編程時(shí)，若要實(shí)現(xiàn)某一基本功能只要直接調(diào)用而不需要書寫代碼。程序采用流程圖的表現(xiàn)形式，理解起來更為直觀[2]。

紙幣分離整理機(jī)應(yīng)用ROBO Pro軟件進(jìn)行編程，整個(gè)程序有五部分組成：主程序、出鈔部分程序、分離部分程序、識(shí)別部分程序、滿10RMB工位轉(zhuǎn)換程序。下面就依次做以簡單介紹。

(一)主程序。當(dāng)接口板按下開始鍵，系統(tǒng)開始工作。主程序包括了出鈔部分、識(shí)別部分、滿10RMB工位轉(zhuǎn)換3個(gè)子程序。

(二)出鈔部分程序。此程序主要用于控制2個(gè)摩擦輪電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)紙幣的單張展開。

(三)分離部分程序。利用紙幣通過光敏傳感器的遮光時(shí)間來決定是否啟動(dòng)紙幣的分離裝置。該程序利用時(shí)間延時(shí)來設(shè)置紙幣從識(shí)別裝置到分離裝置所用的時(shí)間和分離裝置運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期花費(fèi)的時(shí)間。

(四)識(shí)別部分程序。它嵌套了一個(gè)分離部分的子程序。利用不同面值紙幣通過光敏傳感器時(shí)遮光的時(shí)間不同，最終確定一個(gè)合適的時(shí)間值0.295秒(一元紙幣整張通過光敏識(shí)別裝置的時(shí)間)，當(dāng)非一元紙幣通過時(shí)，時(shí)間會(huì)大于這個(gè)時(shí)間，“0”信號(hào)立即傳遞給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使之產(chǎn)生動(dòng)作，將非一元紙幣推出傳送帶，進(jìn)入位于傳送帶中間的收集箱中；當(dāng)通過的是一元紙幣時(shí)，“1”信號(hào)會(huì)讓系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，并讓一元紙幣隨傳送帶運(yùn)動(dòng)，一直到達(dá)末端的接收箱。當(dāng)出鈔口已無紙幣送出時(shí)，延時(shí)3分鐘，程序自動(dòng)結(jié)束，所有部件停止工作。

(五)滿10RMB工位轉(zhuǎn)換部分程序。當(dāng)一元紙幣收集滿10張時(shí)，一元紙幣收集箱處紅燈亮，出鈔口2個(gè)電機(jī)停，識(shí)別處燈滅，傳送帶電機(jī)M1停。此時(shí)蝸輪蝸桿處電機(jī)M4轉(zhuǎn)動(dòng)，并使收集箱正好轉(zhuǎn)動(dòng)180°，完成收集箱2工位互換。

五、系統(tǒng)工作流程

按下慧魚編程接口板按鈕，系統(tǒng)開始工作——進(jìn)鈔部位：一沓紙幣從進(jìn)鈔口進(jìn)入——兩個(gè)摩擦輪使紙幣實(shí)現(xiàn)逐張分離展開——光敏傳感器進(jìn)行識(shí)別判斷。

(一)有錢通過時(shí)，識(shí)別紙幣面額。第一，對一元紙幣進(jìn)行+1計(jì)數(shù)——沿傳送帶運(yùn)動(dòng)到末端，并進(jìn)入收集箱——滿10張時(shí)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使收集箱轉(zhuǎn)換工位——從識(shí)別判斷處循環(huán)。第二，對非一元紙幣進(jìn)行分離操作——在傳送帶中段位置被曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推入收集箱——從識(shí)別判斷處循環(huán)。

(二)當(dāng)3分鐘無錢送入時(shí)，程序自動(dòng)停止。

六、慧魚模型紙幣分離作品的創(chuàng)新點(diǎn)

慧魚模型紙幣分離機(jī)作品可實(shí)現(xiàn)一摞紙幣的逐張分離、紙幣面值的識(shí)別、分類、計(jì)數(shù)、整理五項(xiàng)功能；利用兩個(gè)摩擦滾輪，可對一沓紙幣進(jìn)行逐張快速展開；利用光敏傳感器對紙幣面值進(jìn)行識(shí)別；通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，把非一元面值的紙幣高效剔除；收集箱采用了可轉(zhuǎn)位設(shè)計(jì)，把蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)應(yīng)用于此，可實(shí)現(xiàn)錢幣的有效收集、整理；當(dāng)進(jìn)鈔口不再有錢幣放入時(shí)，能自動(dòng)定時(shí)關(guān)機(jī)；結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，環(huán)環(huán)相扣，整體控制，時(shí)效性高。

七、結(jié)語

慧魚模型紙幣分離機(jī)作品現(xiàn)在雖只能實(shí)現(xiàn)剔除非一元紙幣和對一元紙幣的分離、計(jì)數(shù)、收集、整理等功能，但由此及彼，只需在此基礎(chǔ)上添加一些簡單構(gòu)件，就可以制造出用于各種面值紙幣識(shí)別的多功能機(jī)器，因此應(yīng)用前景非常廣泛。