硬币自动分类器的研制_黄敏

第26卷第6期2013年11月

文章编号：1002－6673（2013）06－043－03

Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProducts

机电产品开发与创新

·产品与市场Nov．,2013·

硬币自动分类器的研制

黄敏1，朱晓林1,2，沈颖1，童俊炜1，吴海东1

（1.福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350002；2.福建省制造业数字化设计工程研究中心，福建福州350002）

摘要：通过对硬币自动分类原理进行研究，发现不同面值的硬币在直径和重量上的细微差别可以作为区分

它们的依据。据此设计了硬币自动分类器，并加工出实物模型。实验表明，该硬币自动分类器能实现硬币分类和整理收纳的功能。

关键词：硬币；分类器；区分效率中图分类号：TH-39

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2013.06.016

DevelopmentofAutomaticCoinsSorter

HUANGMin1，ZHUXiao-Lin1,2，SHENYing1，TONGJun-Wei1，WUHai-Dong1

（1.CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,FuzhouUniversity,FuzhouFujian350002,China；

2.FujianProvincialEngineeringResearchCenterofDigitalDesignforManufacture,FuzhouFujian350002,China）

Abstract：Accordingtotheprincipleofautomaticclassificationforthecoins,thispaperfindsthatdifferentdenominationsofcoinscouldbedistinguishedbythedifferentnuancesindiameterandweight.Thenitdesignstheautomaticcoinssorterandmachinesthemock-ups.Theexperimentsshowthattheclassifiercanachievethefunctionsofautomaticcoinssortingandorganizing.Keywords：coins；sorter；distinctionandefficiency

0引言

硬币自动分类器是用于自动区分各种面值硬币，并加以整理和收集，且能快速方便取出所需面值硬币的装置。有了这样一个装置，我们只需将平时积累的硬币直接扔进去，它便能实现自动分类。分类好的硬币存放在储存盒中便于今后取用，这将对硬币做一个很好的整理和收纳。同时，增加了小面积家居环境（如：学生宿舍）的整洁性以及日常生活的便利性。

国内有部分人研究同类产品，如一些硬币清分机等，大都没有得到广泛的推广和应用到家庭生活中。主要原因有：价格比较高，不经济；或是技术较为复杂，不易实现等。创想源于生活，也要回归于生活、方便生活。根据这个理念，经过一年多的研究与开发，我们制作出一种机构简单、成本较低的硬币分类器，以解决生活中硬币杂乱放置，不易取用的问题，大大方便了那些

修稿日期：2013－09－16

基金项目：2012年度福建省大学生创新创业训练计划项目（FJ1210386007）

作者简介：黄敏（1989-），女，福建龙岩人，在读本科生。研究方向：产品创新设计；通讯作者：朱晓林（1976-），男，福建福州人，硕士，高级实验师。研究方向：机械制造及其自动化。

大量使用硬币场合的用户。

1工作原理与工作流程

本项目研制的硬币自动分类器，其工作原理主要是根据硬币面值不同具有不同的直径大小以及微小的重量差异来区分。该硬币自动分类器的总体结构如图1所示。其基本工作流程如下：

收取区1

硬币

进给区

传送区

区分区1区分区2

传送区

传送区

收取区3

收取区2

区分区3

图1总体结构图

Fig.1Overallstructure

将硬币放入接收区中，通过区分区1实现硬币的第一次区分（区分出壹元硬币）；其余硬币进入区分区2，在刮板的作用下，实现第二次区分（区分出伍角和壹角硬币）；为了防止第二次区分不彻底（因为壹角和伍角硬币的直径相差较小），特设置了区分区3，以便进一步过滤出伍角硬币，实现第三次区分。至此，三种硬币都实现了区分并输送到各自的收取区。

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2主体结构设计

2.1进给区

进给区主要包括接收硬币的漏斗装置以及防止硬币卡住的扰动机构。漏斗的前挡板起到防止许多硬币一起从滑槽落下，保证只能单层硬币下落的作用；同时，也能控制大量硬币一同落下时因速度过大，造成不经区分区1就直接冲滑到收取区1的状况。为了解决硬币可能卡在挡板处的问题，项目组除了对前挡板设置一定的角度外，还加上了防卡扰动机构。该机构采用一根橡胶棒，在电机的带动下，依靠摩擦力拨动硬币，确保硬币有序落下而不会卡在漏斗中。

取区设计成抽屉样式。

3加工及试验

3.1材料的选择

由于该硬币自动分类器主要是依靠硬币自身的重量滑落到收取区中，所以对于材料的平面度以及刚度都有所要求。

（1）材料类型的选择。从产品功能实现以及加工制作工艺等方面考虑，项目组选择普通的镀锌薄钢板（俗称白铁皮）做为材料。该材料可以在满足性能要求的基础上，给我们的加工带来最大的便利性。

（2）材料厚度的选择。在第一次加工过程中，选择材料的厚度为0.5mm，用高温焊接后造成了转盘的弯曲变形，平面度不好，影响了试验效果。在加工师傅的建议下，第二次加工把整体厚度提高到0.8mm，同时变换焊接位置，减少了加工过程对转盘的影响，保证了工件的平面度与刚度，达到良好的试验效果。尤其在第二区分区中，通过刮板对转盘上的硬币进行刮扫，要求刮板与转盘要能够尽量接触，这就对转盘的平面度提出了一定的要求，因此我们要尽量提高厚度，增加产品的可靠性。

2.2区分区

要实现硬币的自动分类，最主要的工作就是对硬币进行区分。其基本原理是以硬币的大小不同及重量的差异为区分依据。目前，市面上流通的第四套人民币三种不同面值硬币的直径和重量如表1所示。

表1不同面值硬币直径和重量

Tab.1Differentdenominationsofcoins'diameterandweight

硬币面值壹角伍角壹元

硬币重量（g）

硬币直径（mm）

硬币厚度（mm）

3.23.86.1

1920.525

1.671.651.85

3.2滑槽坡度的确定

项目组首先选定滑槽坡度为15°，加工出成品，进行试验。具体试验方法如下：取75个硬币（每种币值各

为了自动区分硬币，区分区中设置了许多不同孔径的高精度孔，以实现稍小于孔尺寸的硬币由孔落下，而大于孔径的硬币得到区分。孔的大小控制在一定范围内，孔的大小影响硬币的区分精度和区分效率。

（1）第一区分区。与接收区漏斗相连着的滑槽上分布着许多直径为23mm的孔。通过设置滑槽的角度来控制硬币下滑的速度，壹元硬币会直接通过滑槽到达收取区

25个），在水平状态下，放置好该分类器，进行分类。

结果发现，在15°坡度下，硬币在滑槽上停滞不下。于是项目组又采用加垫高度的方法寻找最合适的角度，最后发现在坡度为24.7°左右，硬币下落效果较为明显。若在滑槽底部加上了震动马达，则流畅性更好。

3.3孔径的确定和孔的布置

（1）孔径的确定。以第一区分区上的孔为例，项目组在试验板上钻出一系列孔径不一且呈递增趋势的孔，孔径分别为：21mm、21.5mm、21.8mm、22mm、23mm。通过试验，项目组发现孔径为23mm时硬币区分效率最高，能高效地将壹元硬币与其它两种硬币区分开来。用同样的方法，项目组确定出第二区分区与第三区分区的孔径为：19.8mm。

（2）孔的布置。取75个硬币（每种币值各25个），对孔的不同布置方式进行试验，试验结果如表2所示。通过试验，项目组发现孔的不规则布置能提高硬币区分效率。

1，实现第一次区分。而伍角和壹角硬币则会由滑槽上

的孔漏下到达区分区2，以便进行第二次区分。

（2）第二区分区。从第一区分区落到第二区分区上的硬币包含伍角和壹角硬币。转盘上错布着直径为

19.8mm的孔，在刮板的旋转作用下，硬币在转盘上做

圆周运动，壹角硬币由于小于孔径而落到转盘下面的收取区2。而伍角硬币在刮板作用下从转盘缺口通过第二滑槽进入收取区3。

（3）第三区分区。为了防止第二次区分不彻底，在第二滑槽上同样设置了许多直径为

5

6

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3.4电动机的确定

电动机主要用于第一区分区的防卡扰动机构和第二

4

3

19.8mm的孔，构成区分区3，

以便进一步过滤出伍角硬币，实现第三次区分。

2

1

区分区的刮板装置中。由于硬币的重量较轻，所需转矩比较小，速度也比较低，因此选择小型直流减速电动机。通过查阅相关资料，并根据以往经验，项目组最终确定电动机型号为ALONGGA25-370。

2.3收取区

为了方便取用，我们将收

图2三维结构图

Fig.2Threedimensional

structure

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表2孔的布置试验

Tab.2Theexperimentoftheholesdistribution

布置方式规则布置不规则离散布置

区分正确率（错分误分个数）

验，相信会取得更好的效果。

4结束语

通过对硬币自动分类器的研制，实现了硬币自动分类功

图3实物模型

85.3%（11个错分误分）94.6%（4个错分误分）

3.5加工方式的选择

（1）打孔方法。由于该硬币自动分类器中孔数比较多，而且不论是在滑槽，还是在转盘，孔径都要求精确到

能，且具有较高的区分效率和稳定性，达到了预期目标。但

Fig.3Themock-ups

由于研制时间有限，使得该硬币自动分类器在造型和功能上还存在不足。今后，项目组将对产品结构进行优化，缩小产品体积。此外，还将增加计数等功能，使其能应用于公交公司、银行、商店、学校等更多场合。充分解放人的劳动力，更方便人们的生活。参考文献：

[1]叶仲和，蓝兆辉，M.R.Smith.机械原理（英文版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

0.1mm，为保证加工精度，项目组采用激光切割，使误

差控制在允许范围之内。

（2）连接方法。该硬币自动分类器由接收区、区分区、收取区等几个主要功能部件组成，涉及到钣金件的加工。由于材料的厚度并不是很厚，且对平面度要求较高，于是项目组采用氩弧焊来连接各个部件。

3.6试验小结

通过采用白铁皮材料进行加工、试验，基本上定出该硬币自动分类器的关键尺寸，且能达到94.6%的较好区分效率。但是，由于加工工艺原因，易造成第二区分区圆盘平面度不好，对伍角硬币的扫出造成一定的影响。下一步将采用平面度更好的亚克力板进行加工、试（上接第47页）

[2]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]甘永立.几何量公差与检测（第九版）[M].上海：上海科学技术出版社，2010.

[4]林建榕.工程材料及成形技术[M].北京：高等教育出版社，2007.[5]肖丽英.YB50全自动硬币计数、包卷机的研制[J].包装工程，2003，3.

（2）在操作时间上：由原来的半小时左右，缩短到现在的2分钟。

（3）在安全生产上：排除了工作人员上下保温箱的危险，增加了碰调的安全系数，确保员工的安全以及采油生产的安全。

（4）在劳动强度上：从碰调的整个操作过程看，劳动

图5光杆上行距离就是防冲距

图6操作结束手动泵挂在光杆上

强度大大降低。

（5）提高效率增加产量：因为时间缩短，步骤减少，也就是增加了采油时间，当然也就提高了原油产量。

（6）操作方便灵活：如发现产量变化，或憋泵不启，以及其他的漏、堵、粘现象，可随时碰调。

（7）操作人员无特殊要求：原来操作最少需要2~3名男员工

，

现在只需1人，男女员工皆可单独操作。动，亦符合当今的环保理念。另：本车辆的电动驱动机构已被国家知识产权局授予实用新型专利（专利号：

Fig.5Flushdistancemeans

roduppingFig.6Manualpumphanging

therod

3对比结论

（1）在操作步骤上：由原来的20多个动作，简化为现在的5~6个动作。

（上接第49页）传动机构为三级传动，可将电动机输出的转速大幅降低，输出扭矩大，特别适宜驱动重型车辆的运动。

（4）本车辆的电动驱动机构除电动机外露外，其余运动部分均被封闭在机构里，且机构里注入了油液，防爆效果好。如电动机选用防爆电机，本机构亦可用于矿用车辆或矿用牵引机械。

总之，本电动驱动机构简化了液压系统，降低了机器噪音，减轻了设备的维护维修工作，提高了行车制动的安全性，降速比大，输出力矩大，由于采用电动驱

[1**********]2.8）。

参考文献：

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