CN105957221A - 一种主动式硬币清分机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式硬币清分机，包括用于安装各装置的机架，倾斜安装在机架上的斜坡滑槽装置，与斜坡滑槽装置出口端相连的分筛计数装置以及安装在斜坡滑槽装置下方用于拨动斜坡滑槽装置内硬币的硬币拨片装置。本发明所提供的主动式硬币清分机，利用具有一定倾斜度的滑槽和筛分通道自动实现大量硬币快速清分的目的，与现有的硬币清分机相比，设计简单，制造费用低，维护方便，能耗较低，清点效率高，方便使用。

Description

一种主动式硬币清分机

技术领域

本发明属于混合硬币清分技术领域，具体涉及一种主动式硬币清分机。

背景技术

硬币是日常货币组成中非常重要的一种形式，它具有不宜损坏、实用方便、流通寿命长等优点。实际生活中，很多行业和地点都会存在大量的硬币流通，如：公交车、超市、银行等。由于硬币具有不同面额，且经常混合使用和累积，在进行大量硬币分类及清点时，其清分过程非常繁琐，需要消耗大量的人力和物力。针对于上述问题，许多技术人员现已发明了一些硬币清点分类的装置来替代人工清分，一定程度上提高了清分效率。

目前市面上使用的硬币清分机大多为以下两类：一类是基于转盘机构。如专利号为“201420518157.9”的实用新型专利公开的一种新型硬币清分机。该新型硬币清分机采用叶轮下料的方式将送币漏斗内的硬币分个地将其翻转运送到送币盘上，送币盘在旋转的过程中将其上的硬币运送投放至与该硬币直径大小对应的分币孔中，硬币再经分币孔进入到滚道和接币盒中，完成硬币的清分过程。其使用过程中主要存在以下不足：一、能耗较大，就该设计而言需要在有电源插头的情况下才能使用；二、此类硬币清分机其机械设计复杂，制造费用较为昂贵，且维修成本高；三、采用快速旋转的清分大量硬币的方式无法避免较大的噪音，且硬币之间的摩擦较大。

另一类是基于漏缝机构。如专利号为“201220542561.0”的实用新型专利所公开的一种智能硬币清分设备。对于该智能硬币清分设备而言，当硬币放入上盛币斗时，设置在底板上的过滤孔可将外接带入的异物进行过滤分离，一方面异物通过过滤孔进入异物斗内，并可通过异物出口排出；另一方面硬币进入出币孔前会被识币传感器所检测，当硬币是假币，识币传感器检测到后将信息传递给中央处理器，中央处理器将信息进行处理后传递至驱动控制单元，驱动控制单元接受命令驱动控制异物斗进行小幅度转动，此时假币通过出币孔传输到异物斗上，并可通过异物出口排出；当硬币为真币时，硬币通过出币孔直接进入对应设置的硬币通道，以致最终被传送到下盛币斗上。虽然该设计集成硬币清分、鉴伪及清除异物等功能，但也存在以下不足：一、整个设计方案过于偏理论化，实际使用较困难；二、设计方案复杂，制造与维修耗费同样较高；三、通过小幅转动异物斗除去异物和假币的方式，不仅效率较低，且正确性不高。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种噪音较小、结构简单造价便宜、易于检修维修且能够长期使用、清分效率高的主动式硬币清分机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种主动式硬币清分机，包括用于安装各装置的机架，倾斜安装在机架上的斜坡滑槽装置，与斜坡滑槽装置出口端相连的分筛计数装置以及安装在斜坡滑槽装置下方用于拨动斜坡滑槽装置内硬币的硬币拨片装置。

优选地，所述斜坡滑槽装置包括呈V字型设置的两块滑壁，两块滑壁的底部相交处设有滑槽，滑槽在水平面和竖直面均倾斜设置，其中滑槽与水平面的夹角为α，滑槽与竖直面的夹角为β，滑槽的末端为斜坡滑槽装置的出口端，出口端上方设有防止硬币溢出的限位板。

优选地，所述硬币拨片装置包括安装在机架上的直线电机，直线电机的输出端上设有基座，基座上表面上设有拨杆单元；拨杆单元包括舵机、驱动杆、从动杆和支撑杆，舵机固定安装在基座上表面，舵机的输出端与驱动杆的一端相连，驱动杆的另一端与从动杆铰接，支撑杆的一端与基座铰接，另一端与从动杆的中部铰接，从动杆的上端设有拨片。

优选地，所述基座上表面倾斜设置，使得拨片的运动轨迹与滑槽位于同一平面。

优选地，所述滑槽底部开设有用于拨片通过的拨币缝隙，拨币缝隙的宽度小于所清分硬币的最小厚度。

优选地，所述分筛计数装置包括与滑槽末端相连的筛分通道，筛分通道与滑槽位于同一平面，筛分通道侧壁沿着硬币运动方向设有开口宽度从小到大递增的出币口，每个出币口的起始处均设有光电传感器，每个出币口的末端均设有挡板，筛分通道下方设有收集槽。

优选地，所述光电传感器与处理模块电连接，处理模块与显示模块相连。

优选地，所述机架包括底板和安装在底板上的支撑柱，支撑柱与斜坡滑槽装置相连，用于支撑固定斜坡滑槽装置。

本发明的有益效果是：本发明所提供的主动式硬币清分机，利用具有一定倾斜度的滑槽和筛分通道自动实现大量硬币快速清分的目的，与现有的硬币清分机相比，具有以下优点：

(1)、设计简单，制造费用低，维护方便。

(2)、电能只供光电计数及直线电机往复运动，能耗较低。

(3)、整个清点过程，硬币的运动方式都为滚动，清点效率高。

(4)、尺寸较小，重量较轻，方便使用。

附图说明

图1是本发明主动式硬币清分机的立体结构示意图；

图2是本发明主动式硬币清分机的主视图；

图3是本发明主动式硬币清分机的俯视图；

图4是本发明主动式硬币清分机的侧视图；

图5是本发明硬币拨片装置的结构示意图；

图6是本发明控制系统的示意图。

附图标记说明：1、机架；11、底板；12、支撑柱；2、斜坡滑槽装置；21、第一滑壁；22、第二滑壁；23、滑槽；24、限位板；25、拨币缝隙；3、硬币拨片装置；31、直线电机；32、基座；33、舵机；34、驱动杆；35、从动杆；36、支撑杆；37、拨片；38、基座平面；4、分筛计数装置；41、筛分通道；42、第一出币口；43、第二出币口；44、第三出币口；45、光电传感器；46、挡板；47、收集槽；51、单片机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明的主动式硬币清分机，包括机架1、斜坡滑槽装置2、硬币拨片装置3和分筛计数装置4。机架1主要用于安装各装置，斜坡滑槽装置2倾斜安装在机架1上，分筛计数装置4与斜坡滑槽装置2出口端连通，斜坡滑槽装置2用于整理硬币，使硬币能够逐个从斜坡滑槽装置2的出口端进入分筛计数装置4，分筛计数装置4用于将不同面额的硬币进行分类筛选，并且统计各种面额硬币的数目。硬币拨片装置3安装在斜坡滑槽装置2下方，用于拨动斜坡滑槽装置2内的硬币，控制硬币的滚动速度进行限流和防止卡死。

如图1和图2所示，斜坡滑槽装置2包括呈V字型设置的第一滑壁21和第二滑壁22，所述第一滑壁21和第二滑壁22相对于竖直面对称，第一滑壁21和第二滑壁22的底部相交处设有滑槽23，滑槽23在水平面和竖直面均倾斜设置。在本发明中，假设单个滑槽23以及其所对应的分筛计数装置每秒钟清点硬币的数量为N个；所需分离硬币的种类为n种；所分离硬币的直径集合为{d₁,d₂,d₃......d_max}；所分离硬币的厚度集合为{h₁,h₂,h₃......h_n}。其中滑槽与水平面的夹角为α，滑槽与竖直面的夹角为β，滑槽的宽度为b，则b的数值满足h_max<b<2*h_min(h_max指清分的硬币中最大的厚度，即h_max＝{h₁,h₂,..,h_n}_max；h_min为清分硬币中最小的厚度，即h_min＝{h₁,h₂,..,h_n}_min)，即只能充分允许一个硬币在其中滚动，滑槽23的末端为斜坡滑槽装置2的出口端。

如图2所示，机架1包括水平设置的底板11以及安装在底板11上的六根支撑柱12，底板11作为整个硬币清分机的基座，六根支撑柱两两一组分为三组，这三组支撑柱横截面相同仅仅长度不同，三组支撑柱根据高矮顺序依次垂直于底板11固定放置，最短的一组支撑柱支撑斜坡滑槽装置2滑壁的下端两侧，其次的一组支撑斜坡滑槽装置2滑壁的中部位置的两侧，最长的一组支撑柱支撑斜坡滑槽装置2滑壁的上端两侧，以此支撑着与水平面向下倾斜α的斜坡滑槽装置2，使得滑壁和滑槽均与水平面具有α的夹角。具体的，呈V字型设置的第一滑壁21和第二滑壁22中第一滑壁21与支撑柱的夹角为γ₀，(0°<γ₀<90°)，由于滑槽23在竖直面均倾斜设置，滑槽23与第一滑壁21和第二滑壁22的夹角不相同，其中滑槽23与第一滑壁21夹角为γ₁，与第二滑壁22夹角为γ₂(其中γ₁、γ₂满足：γ₁<γ₂且γ₁+γ₂＝360°-2γ₀)，所以滑槽在空间中与横截面垂直的竖直平面的偏角β＝γ₁-γ₂。

如图5所示，硬币拨片装置3包括安装在机架1上的直线电机31，直线电机31的输出端上设有基座32，基座32在直线电机31的带动下作往复运动，基座32上表面上设有拨杆单元。拨杆单元包括舵机33、驱动杆34、从动杆35和支撑杆36，舵机33固定安装在基座32上表面，舵机33的输出端与驱动杆34的一端相连，驱动杆34的另一端与从动杆35铰接，支撑杆36的一端与基座32铰接，另一端与从动杆35的中部铰接，从动杆35的上端设有拨片37。

如图4所示，基座32的上表面，既基座平面38倾斜设置，其与水平面的夹角也为β，从而使得拨杆单元与滑槽23位于同一平面，保证了拨片37的运动轨迹与滑槽23位于同一平面。同时，在滑槽底面的开有一条宽度为a细长的拨币缝隙25(其中满足a<h_min，即拨币缝隙25宽度小于清分硬币的最小厚度)供拨片37伸入进行拨动硬币，从而使滑壁上的硬币更易于进入到滑槽，从而在滑槽内部逐个滚动，从滑槽最下端的出口滚入到筛分轨道，滑槽出口端上方设有限位板24，限位板24的左右两侧分别与第一滑壁21和第二滑壁22固定连接，用于防止第一滑壁21和第二滑壁22上未滑入滑槽23的硬币溢出的滑落到地面。

硬币拨片装置3的拨币过程为：直线电机31带动着基座32作往复运动，使从动杆35上端的拨片37运动轨迹沿着滑槽的拨币缝隙25，同时基座32上舵机33带动驱动杆34作一定角度转动，带动整个拨杆单元运动，因此从动杆35上的拨片37能够从拨币缝隙25中伸入和退出。

如图2和图3所示，分筛计数装置4包括与滑槽23末端相连的筛分通道41，筛分通道41与滑槽23位于同一平面，筛分通道41侧壁沿着硬币运动方向设有开口宽度从小到大递增的出币口，出币口位于筛分通道41朝下的一侧。每个出币口的起始处均设有光电传感器。

由于筛分通道出币口根据不同面额硬币的直径设计，即设有n个不同尺寸的出币口由小至大依次设置合适高度，所设置的合适高度应满足在对于开口仅允许单种面额的硬币从开口中掉落，即硬币在轨道中根据不同面额在不同出币口处依次被分筛出来，在不同出币口的末端以及筛分通道末端设置挡板46，筛分通道41下方设有收集槽47，收集槽47被挡板46分隔为与每个出币口一一对应的n个槽口，使得不同面额的硬币各自进入不同的槽口，且在不同出币口起始处放置光电传感器，即每个出币口起始处的光电传感器依次分别计得进入轨道的总硬币数、轨道中除去最小尺寸硬币之后的硬币总数和轨道中除去最小尺寸与第二小尺寸之后总数，依次类推。

如图6所示，本发明的主动式硬币清分机还包括控制系统，控制系统包括处理模块，用处理模块控制舵机让拨片能够在直线电机运动至滑槽上端伸入即一次周期中拨币开始，直线电机带动基座运动到滑槽底端时拨片退出，从而在实现将硬币拨入滑槽也不影响硬币在滑槽内部滚动同时对于滑槽内的硬币启到了限流的作用。

处理模块与光电传感器相连，硬币的计算过程可通过处理模块计算得出，处理模块与显示模块相连，处理模块计算处理后输出最终数据并显示到显示模块上，从而达到分离和清点硬币的功能。

假设初始时，整个滑槽内从上到下均已连续不断地填充满了直径为d_max的同一规格硬币，其中d_max＝{d₁,d₂,..,d_n}_max，且整个滑槽内所有硬币均从静止开始沿着滑槽作纯滚动，以滑槽最上端硬币为研究对象，由动力学中的功率方程可得：

mv_ca_c+J_cωε＝mgv_csinα (1)

式中，v_c为任意时刻滑槽最上端硬币质心速度，a_c为滑槽最上端硬币质心加速度，m为硬币质量，J_c为硬币相对于过质心c的转动惯量，ω为硬币的角速度，ε为硬币的角加速度，ε＝2a_c/d_max。

将J_c、ω和ε的表达式代入式(1)，消去v_c和m后，即可算出任意时刻硬币质心加速度进一步可以算得硬币从滑槽顶端滚至底端所用时间最后通过引入清分效率影响系数k，即可得到每秒钟清分硬币数和滑槽倾角α的简化估算模型，即

其中L为斜板滑槽装置的长度、g为重力加速度、k为清分效率影响系数，由于实际清分效率的精确估算非常难，所以通过在上述简化估算模型中引入清分效率影响系数k来综合考虑硬币下落受到斜面和自身之间的碰撞、斜面和滑槽侧面摩擦力及落入滑槽时各硬币之间存在间隙等因素对清分效率的影响。

现阶段在我国市面上流通最为频繁的硬币只有三种面值，分别为1角、5角和1元面值，且三种面值的硬币又分为新旧两版，从而导致两版三种面值的硬币出现了四种尺寸规格，依次为：直径为19mm、厚度为1.67mm的新版1角硬币，直径为22.5mm、厚度为2.4mm的旧版1角硬币，直径尺寸均为20.5mm、厚度为1.65mm的新版及旧版5角硬币，直径均为25mm，厚度为1.85mm的新版及旧版1元硬币。在本实施例中的主动式硬币清分机针对于上述三种硬币设计。

本实施例中主动式硬币清分机的设计参数指标如下：单个滑槽23以及其所对应的分筛计数装置每秒钟清点硬币的数量N＝3个(由实际实验中得到清分效率影响系数k＝5)；斜板滑槽装置的长度为0.3m，所需分离硬币的种类：n＝3种；所分离硬币的直径分别为：d₁＝19mm、d₂＝20.5mm、d₃＝25mm；所分离硬币的厚度分别为：h₁＝1.67mm、h₂＝1.65mm、h₃＝1.85mm。

则滑槽与水平面的夹角为取整结果为8°。

第一滑壁21与支撑柱的夹角为γ₀＝45°，滑槽23与第一滑壁21夹角为γ₁＝125°，与第二滑壁22夹角为γ₂＝135°，滑槽在空间中与竖直平面的偏角β＝γ₁-γ₂＝10°。滑槽宽度为b＝3mm，滑槽23的拨币缝隙25的宽度为a＝1mm。

在本实施例中，根据中国新版硬币的规格尺寸筛分通道41设有三个不同尺寸的出币口，开口高度为20mm的第一出币口42，开口高度为23mm的第二出币口43，开口高度为28mm的第三出币口44，每个出币口设置合适长度，进入筛分通道41的硬币根据不同面额在不同出币口处依次被分筛出来，首先1角的硬币在20mm的第一出币口42处落下，5角硬币在23mm的第二出币口43处落下，最后1块硬币在28mm的第三出币口44处落下。

本实施例中的光电传感器采用红外光电传感器45，第一出币口42起始处的红外光电传感器45计得进入筛分通道41的总硬币数，第二出币口43起始处的红外光电传感器45计得进入第二出币口43的硬币数，第三出币口44起始处的红外光电传感器45计得进入第三出币口44的硬币数，总硬币数减去进入第二出币口43的硬币数即为1角硬币的数量，进入第二出币口43的硬币数减去进入第三出币口44的硬币数即为5角硬币的数量，总硬币数减去1角硬币的数量和5角硬币的数量可计算出1块硬币的数量。

如图3所示，处理模块包括安装在收集槽47上的单片机51，电路采用STM32F103C8最小系统板作为主控板，自制的电机驱动与舵机驱动板作直线电机驱动与舵机驱动。显示模块为1.44寸液晶屏彩屏模块，另有摇臂拨动开关用于控制电路通断。电源模块可使用220V交流电，也可使用12V可充电锂电池，以适应不同工作情景。

需要说明的是，为了增加硬币清分机的工作效率，滑槽23的数量可以不仅限于一组，每增加一组滑槽23，只需要同步增设相对应的滑壁、拨杆单元和筛分通道，即可进一步提高清分效率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种主动式硬币清分机，其特征在于：包括用于安装各装置的机架(1)，倾斜安装在机架(1)上的斜坡滑槽装置(2)，与斜坡滑槽装置(2)出口端相连的分筛计数装置(4)以及安装在斜坡滑槽装置(2)下方用于拨动斜坡滑槽装置(2)内硬币的硬币拨片装置(3)。

2.根据权利要求1所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述斜坡滑槽装置(2)包括呈V字型设置的两块滑壁，两块滑壁的底部相交处设有滑槽(23)，滑槽(23)在水平面和竖直面均倾斜设置，滑槽(23)的末端为斜坡滑槽装置(2)的出口端，出口端上方设有防止硬币溢出的限位板(24)。

3.根据权利要求2所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述硬币拨片装置(3)包括安装在机架(1)上的直线电机(31)，直线电机(31)的输出端上设有基座(32)，基座(32)上表面上设有拨杆单元；拨杆单元包括舵机(33)、驱动杆(34)、从动杆(35)和支撑杆(36)，舵机(33)固定安装在基座(32)上表面，舵机(33)的输出端与驱动杆(34)的一端相连，驱动杆(34)的另一端与从动杆(35)铰接，支撑杆(36)的一端与基座(32)铰接，另一端与从动杆(35)的中部铰接，从动杆(35)的上端设有拨片(37)。

4.根据权利要求3所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述基座(32)上表面倾斜设置，使得拨片(37)的运动轨迹与滑槽(23)位于同一平面。

5.根据权利要求3所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述滑槽(23)底部开设有用于拨片(37)通过的拨币缝隙(25)，拨币缝隙(25)的宽度小于所清分硬币的最小厚度。

6.根据权利要求2所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述分筛计数装置(4)包括与滑槽(23)末端相连的筛分通道(41)，筛分通道(41)与滑槽(23)位于同一平面，筛分通道(41)侧壁沿着硬币运动方向设有开口宽度从小到大递增的出币口，每个出币口的起始处均设有光电传感器，每个出币口的末端均设有挡板，筛分通道(41)下方设有收集槽(47)。

7.根据权利要求6所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述光电传感器与处理模块电连接，处理模块与显示模块相连。

8.根据权利要求1所述的主动式硬币清分机，其特征在于：所述机架(1)包括底板(11)和安装在底板(11)上的支撑柱，支撑柱与斜坡滑槽装置(2)相连，用于支撑固定斜坡滑槽装置(2)。