大量纸币自动整理与振动摆动式收集装置的工作方法与流程

大量纸币自动整理与振动摆动式收集装置的工作方法
1.本技术是申请号202010370330.5、申请日2020.05.06、名称“带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置及工作方法”的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种纸币整理装置及工作方法。


背景技术：

3.在加油站、公交公司以及银行等一些特定场合，会出现零散现金汇集的过程，汇集后需要人工整理、校对，尤其是在金融机具行业中，回收得到的纸币数量极大且非常杂乱；由此可见：在人工清算钱币的环节，对于代替人工将纸币整理整齐的装备有很大需求。尽管一些自动化装置如清分机、点钞机、扎把机等在减轻劳动强度以及提高生产效率等方面发挥了巨大的作用，但由于送达现金中心的纸币是未经整理的散乱状态，这是清分机等装置无法直接处理的，因此它们的功能并不完善，不能对杂乱的纸币加以整理。此外，随着工业4.0的提出，机器智能化、无人化将成为趋势。目前国内还没有一个能够全自动地批量整理杂乱纸币的机器。
4.本发明之前也由同样专利权人的开发小组发明了“散乱纸币的自动整理装置”和“带准确定位的双排振动型散乱纸币整理收集装置及其控制方法”等专利，但前期发明存在自由度过多，结构不能大，造成处理纸币的量有限的缺点。根据本小组企业调研，目前押钞中心、银行等单位存在需要处理大量纸币的情形，由于市面上并无纸币整理装置，仍然采取的是人工方式。而研制的机器如果不能明显超过人工的速度，其推向市场将存在困难。本发明应此需求，对之前的发明进行了重大改进，力求精简结构，同时大大提高纸币整理量。首先，仅保留了一个方向上的振动自由度；其次，为提高处理量，采用四排（即四槽道）的整理装置，大大提高了一次性的处理量；再者，由于纸币量大，为防止一次性整理能力不足，采用双层整理结构；为方便收集纸币，设计了一层独特的纸币收集机构，可使纸币整理完方便取走，提高了实用性。本发明以模型实验为基础，通过相互作用力和特殊设计的纸币整理容器实现对纸币的快速整理，采取整理层、过渡层和收集层共三层机构，可以通过传感器的辅助，自动、快速地将散乱的纸币整理为整齐的一摞，具有结构简单、成本低廉、安全可靠等优点，能够极大地提高工作效率。本发明的装置能够一次性处理最多达3000张纸币，远远高于本开发小组以往专利一次性只能处理最多300张纸币的速度。
5.综上所述，如何设计一种具有效率高、结构简洁、价格低廉、自动化程度高等特点的纸币快速整理装置是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种能将散乱的纸币整理整齐的带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置及工作方法。
7.本发明的技术解决方案是：
一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置，其特征是：包括第一层整理机构、第二层过渡机构、收集机构；所述第一层整理机构设置在固定机架上，在槽道内壁安装光电传感器，整理机构的主体为第一层整理容器，第一层整理容器首端通过连杆连接带有第一偏心盘的第一电机，整理容器中包括带有第一舵机可旋转的扇形散钞板和分钞板；第一滑轨通过固定件固定在机架上，安装角度为与水平线呈10
°
；第一偏心盘、第一连杆、第一滑轨与第一层整理容器滑块条构成曲柄滑块机构，由第一电机带动，使第一层整理容器沿滑轨方向做直线往复运动，即前后振动；第一层整理容器有四个槽道，槽道的表面凹凸不平；扇形散钞板固定在轴上，可由第一舵机间接带动其定期转动一定角度，防止纸币堆积在槽道口不动；分钞板的间隔设置大于一百元人民币宽度，远小于一百元人民币长度，这样的间隔设置可以限制纸币只能顺着进入槽道，而不能横着进入，达到理顺纸币的效果；扇形散钞板藏于两块分钞板之间，定期转动一定角度可以使其“露头”，当纸币堆积在槽道口形成平衡时，扇形散钞板的“露头”可以拨动纸币，打破纸币的平衡，从而防止纸币在槽道口堆积，进而加快纸币进入槽道的速度；所述第二层过渡机构固定在机架上，位于第一层整理机构下方，主体为第二层整理容器，第二层整理容器为四道沟槽结构，每个槽宽度与100元人民币匹配；容器底部每隔一定距离贴有一片光强传感器，光强传感器与控制器通信；第二层整理容器首端通过第二连杆连接带有第二偏心盘18的第二电机，第二滑轨通过固定件安装在机架上，安装角度为与水平线呈10
°
；第二层过渡机构末端固定有带有第二舵机的前压钞板和后压钞板；其中第二连杆、第二偏心盘、第二滑轨与第二层整理容器滑块条构成曲柄滑块机构，由第二电机带动，使第二层整理容器沿第二滑轨方向做直线往复运动；所述第三层收集机构固定在第二机架上，其主体为收集机构箱体，整个收集机构按运动关系分为a、b、c三部分；a部分包括：固定于第二机架上的固定滑块，第二机架；b部分包括：铝板搭的槽，第三滑轨，丝杆；c部分包括：第三舵机，角度控制板，红外传感器，螺母，滑块；第三电机和第三舵机固定在c部分上，第四电机固定在a部分上；整体运动分为一、二、三共三部分，运动一：第四电机带动凸轮转动，凸轮顶着固定在铝板搭的槽底部的钢制凹槽，最终的运动效果即为整个收集槽中b、c两部分被凸轮拖着上下振动；在这组运动中：钢制凹糟与铝板搭的槽组成的整体视为凸轮滑块机构中的滑块；根据第三滑轨以及固定滑块的约束所起到的作用，将其整体视为凸轮滑块机构中的导轨；b、c两部分整体相对于a部分进行竖直方向的振动，其中收集机构箱体相对于固定于第二机架上的固定滑块运动，固定滑块不动，第三滑轨相对固定滑块运动；运动二：第三电机带动丝杆转动，在第三滑轨以及滑块的约束作用下，固定在螺母上的c部分相对于b部分可根据程序上下移动；运动三：第三舵机带动角度控制板转动一定角度。
8.第二层整理容器的每个槽宽度为80mm；容器底部每隔10cm贴有一片光强传感器。
9.分钞板的间隔设置为80mm。
10.一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的工作方法，其特征是：包括下列步骤：s1：批量纸币整理为同一方向排列：大批量的纸币被投入底部为四槽道结构的第
一层整理机构；当光电传感器判断第一层整理容器的纸币厚度超过一个阈值时，第一层整理机构沿第一滑轨方向做往复运动；在第一层整理容器的往复运动带动下杂乱的纸币在其中相对地前后振动，在重力和惯性的作用下，纸币将撞击扇形散钞板，并在分钞板和槽道的约束下变为顺沿槽道方向，扇形散钞板的定期旋转可使堆积的纸币受到搅动而松弛，大大加快纸币受振动撞击而进入槽道的速度；此时被整理为顺沿槽道方向的纸币可通过分钞板进入第二层过渡机构2，而其他方向的纸币则会继续振动撞击分钞板，直至变为顺沿槽道方向才可通过分钞板；第一层整理容器槽道的表面凹凸不平，使得纸币更易倾斜落入槽道中；上述过程实现了第一层整理机构粗略地将散乱纸币整理为同一方向排列；s2：批量同向纸币整理为一摞：通过分钞板和扇形散钞板限制并整理的纸币将在重力作用下进入第二层整理容器对应的槽道；前压钞板和后压钞板挡在第二层整理结构末端；当贴在第二层整理容器下部的光强传感器检测到纸币堆积时，控制器发出pwm控制第二层过渡机构的第二电机旋转，第二层整理机构沿第二滑轨方向做直线往复运动，产生的振动可使进入第二层整理机构内的纸币在重力作用下沿着容器底部运动，在运动的过程中不同的纸币顺着槽道方向相互穿插重叠，在第二层整理机构的末端因前压钞板挡住纸币使其不断撞击可形成较为整齐的一摞；s3：批量纸币收集 ：在重力及惯性的作用下，被吐出的成摞且较整齐的纸币将滑落至第三层收集机构的收集槽并叠在角度控制板上；当任意红外传感器检测到有纸币进入收集槽时，第二层过渡机构末端槽道关闭，使纸币暂时不吐出，防止钞票继续落入收集容器中；接着使用第三舵机控制角度控制板上扬20
°
，可使叠得不够整齐的一摞纸币慢慢竖起来后趋于竖直，随后第四电机带动凸轮开始旋转，使收集槽在固定滑块和第三滑轨的约束作用下，进行竖直方向的振动，收集槽中纸币在振动中被整理整齐，最后角度控制板下摆20
°
，第三电机带动丝杆旋转，从而使固定在丝杆螺母上的角度控制板下降相应高度，之后纸币便整齐地躺在角度控制板上；当想要取走已整理好纸币时，按动开关，使第三电机带动丝杆旋转，从而使固定在丝杆螺母上的角度控制板承载着纸币上升，工作人员在出口处依次取出一沓一沓整齐纸币；s4：该批纸币处理完毕，步进电机控制收集槽上升，准备下一批纸币的处理。
11.本发明解决了人工处理效率低下，当前清分机、点钞机和扎把机等装置无法直接处理杂乱纸币的问题；散钞板的定期旋转可使堆积的纸币受到搅动而松弛，可大大加快纸币受振动撞击而进入槽道的速度，是本发明的一大优势。目前国内外鲜有能够批量整理纸币的装置。
12.本发明利用容器的振动，使纸币撞击分钞板并在分钞板的约束下整理为竖向；设计了散钞板定期旋转可使堆积的纸币受到搅动而松弛，防止纸币发生长时间堆积影响效率，这是应对大量纸币的有效措施，可大大加快纸币受振动撞击而进入槽道的速度，是本发明的一大优势。有关结构简单、精妙。
13.本发明的最突出特点是利用双层往复振动容器，将批量纸币整理整齐。因为是整理批量纸币，纸币量大，仅设计单层整理容器易发生纸币堆叠拥堵现象，且一次性难以十分整齐，故设计成双层。上一层的设计有意让纸币大致整理整齐后即快速排出，防止在本层拥堵；第二层（下层）整理容器既可以缓解上一层易拥堵的弊端，又可以将上一层零乱掉下来的纸币进一步整理整齐，提高了整个装置工作的可靠性以及纸币整理整齐的成功率。目前
国内外没有相关装置。
14.本发明的另一特色是收集机构，因为如果直接让纸币从第二层整理容器的沟槽里滑出，纸币会在纵向上叠成一长串排出，还是未能叠成一摞一摞，也不利于收集。因此设计了一个带振动、接纳板带摆动的收集机构，可使整理好的纸币能一摞一摞的积累，然后被收集装置整理整齐，彻底达到将纸币整理整齐的效果。本发明的“带振动式收集机构”即后面所述的第三层收集机构3。这是本发明的一大特点与创新，目前国内外没有相关装置。
15.本发明因自由度少，整体刚性好，运作稳定；本发明成本低，结构简单，利于控制实现。对于需要快速处理大量纸币的单位或相关装置生产企业来说具有较好的推广价值。
16.根据有关单位反映，当前处理大量纸币主要集中在百元、五十元等大钞，而且钞票基本上是平整的（即很少有折叠、褶皱、团块型的疑难纸币），应对所述疑难纸币已不太必要，且成本太高，已无可推广性。所以本发明主要应对基本平整的纸币(纸币宽度不超过一百元人民币即可)。百元纸币的宽度为75mm，因此本发明设计的槽道宽度为80mm，所述疑难纸币不属于本发明要应对的对象。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
18.图1 为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的整体图。
19.图2为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的处理方法流程图。
20.图3为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的第一层整理机构三维结构图。
21.图4为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的第二层过渡机构三维结构图。
22.图5为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的第二层过渡机构容器本身运动原理示意图。
23.图6为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的第二层过渡机构容器内部纸币整理前后状态示意图。
24.图7为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的定时吐出机构侧向原理示意图。
25.图8 为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的定时吐出机构正向原理示意图。
26.图9为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的第三层收集机构正面三维结构图。
27.图10为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的第三层收集机构背面三维结构图。
28.图11为本发明的一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的纸币进入收纳装置及整理原理示意图。
具体实施方式
29.一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置，其特征是：包括第一层整理机构1、第二层过渡机构2、收集机构3；所述第一层整理机构1设置在固定机架4上，在槽道内壁安装光电传感器5，整理机构的主体为第一层整理容器6，第一层整理容器首端通过连杆7连接带有第一偏心盘8的第一电机9，整理容器6中包括带有第一舵机10可旋转的扇形散钞板11和分钞板12；第一滑轨13通过固定件固定在机架4上，安装角度为与水平线呈10
°
；第一偏心盘8、第一连杆7、第一滑轨13与第一层整理容器滑块条14构成曲柄滑块机构，由第一电机9带动，使第一层整理容器6沿滑轨方向做直线往复运动，即前后振动；第一层整理容器有四个槽道，槽道的表面凹凸不平；扇形散钞板固定在轴上，可由第一舵机间接带动其定期转动一定角度，防止纸币堆积在槽道口不动；分钞板的间隔设置大于一百元人民币宽度，远小于一百元人民币长度，这样的间隔设置可以限制纸币只能顺着进入槽道，而不能横着进入，达到理顺纸币的效果；扇形散钞板11藏于两块分钞板之间，定期转动一定角度可以使其“露头”，当纸币堆积在槽道口形成平衡时，扇形散钞板的“露头”可以拨动纸币，打破纸币的平衡，从而防止纸币在槽道口堆积，进而加快纸币进入槽道的速度；所述第二层过渡机构2固定在机架4上，位于第一层整理机构1下方，主体为第二层整理容器15，第二层整理容器15为四道沟槽结构，每个槽宽度与100元人民币匹配；容器底部每隔一定距离贴有一片光强传感器16，光强传感器16与控制器通信；第二层整理容器首端通过第二连杆17连接带有第二偏心盘18的第二电机19，第二滑轨20通过固定件安装在机架上，安装角度为与水平线呈10
°
；第二层过渡机构2末端固定有带有第二舵机21的前压钞板22和后压钞板23；其中第二连杆17、第二偏心盘18、第二滑轨20与第二层整理容器滑块条24构成曲柄滑块机构，由第二电机19带动，使第二层整理容器15沿第二滑轨方向做直线往复运动；所述第三层收集机构3固定在第二机架32上，其主体为收集机构箱体25，整个收集机构按运动关系分为a、b、c三部分；a部分包括：固定于第二机架32上的固定滑块33（零件33本身是个滑块，但在此处固定在机架上，故将其叫做固定滑块） ，第二机架32；b部分包括：铝板搭的槽31，第三滑轨34，丝杆35；c部分包括：第三舵机27，角度控制板28，红外传感器30，螺母38，滑块37；第三电机26和第三舵机27固定在c部分上，第四电机29固定在a部分上；整体运动分为一、二、三共三部分，运动一：第四电机29带动凸轮36转动，凸轮36顶着固定在铝板搭的槽31底部的钢制凹槽39（钢制凹槽与凸轮之间通过固体润滑剂润滑），最终的运动效果即为整个收集槽中b、c两部分被凸轮36拖着上下振动；在这组运动中：钢制凹糟39与铝板搭的槽31组成的整体（也可理解成b、c两部分）视为凸轮滑块机构中的滑块；根据第三滑轨34以及固定滑块33的约束所起到的作用，将其整体视为凸轮滑块机构中的导轨；b、c两部分整体相对于a部分进行竖直方向的振动，其中收集机构箱体25相对于固定于第二机架32上的固定滑块33运动，与传统机构不一样的是，本发明中的固定滑块33不动，第三滑轨34相对固定滑块33运动；运动二：第三电机26带动丝杆35转动，在第三滑轨34以及滑块37的约束作用下，固定在螺母38上的c部分相对于b部分可根据程序上下移动；运动三：第三舵机27带
动角度控制板28转动一定角度。该第三层收集机构总体上也是采用振动式的，以利于纸币进入收集槽后被整理整齐，这是本发明的一大特点与创新。本发明的“带振动式收集机构”即第三层收集机构3。
30.第二层整理容器的每个槽宽度为80mm；比宽度为75mm1的100元人民币略大；容器底部每隔10cm贴有一片光强传感器。
31.分钞板的间隔设置为80mm。（略大于一百元人民币宽度，远小于一百元人民币长度；一百元人民币尺寸：长155mm，宽77mm）一种带振动式收集机构的三层四槽道批量纸币快速自动整理装置的工作方法，其特征是：包括下列步骤：s1：批量纸币整理为同一方向排列：大批量的纸币被投入底部为四槽道结构的第一层整理机构1；当光电传感器5判断第一层整理容器6的纸币厚度超过一个阈值时，第一层整理机构1沿第一滑轨方向做往复运动；在第一层整理容器6的往复运动带动下杂乱的纸币在其中相对地前后振动，在重力和惯性的作用下，纸币将撞击扇形散钞板11，并在分钞板12和槽道的约束下变为顺沿槽道方向，扇形散钞板11的定期旋转可使堆积的纸币受到搅动而松弛，大大加快纸币受振动撞击而进入槽道的速度；此时被整理为顺沿槽道方向的纸币可通过分钞板12进入第二层过渡机构2，而其他方向的纸币则会继续振动撞击分钞板12，直至变为顺沿槽道方向才可通过分钞板12；第一层整理容器槽道的表面凹凸不平，使得纸币更易倾斜落入槽道中；因此可以减轻挤压、叠压的问题，并且槽道亦可以在振动中约束纸币的方向，在一定程度上能够促进纸币的整理。上述过程实现了第一层整理机构1粗略地将散乱纸币整理为同一方向排列；s2：批量同向纸币整理为一摞：通过分钞板12和扇形散钞板11限制并整理的纸币将在重力作用下进入第二层整理容器15对应的槽道；前压钞板22和后压钞板23挡在第二层整理结构2末端；当贴在第二层整理容器15下部的光强传感器16检测到纸币堆积时，控制器发出pwm控制第二层过渡机构2的第二电机19旋转，第二层整理机构2沿第二滑轨20方向做直线往复运动，产生的振动可使进入第二层整理机构2内的纸币在重力作用下沿着容器底部运动，在运动的过程中不同的纸币顺着槽道方向相互穿插重叠，在第二层整理机构2的末端因前压钞板23挡住纸币使其不断撞击可形成较为整齐的一摞；s3：批量纸币收集 ：在重力及惯性的作用下，被吐出的成摞且较整齐的纸币将滑落至第三层收集机构3的收集槽并叠在角度控制板28上；当任意红外传感器30检测到有纸币进入收集槽时，第二层过渡机构2末端槽道关闭，使纸币暂时不吐出，防止钞票继续落入收集容器中；接着使用第三舵机27控制角度控制板28上扬20
°
（注：当纸币积累到一定数量时，角度控制板的转动以及收集槽的振动作用将明显下降，这一点决定了收集槽能够设计的最大合理深度），可使叠得不够整齐的一摞纸币慢慢竖起来后趋于竖直，随后第四电机29带动凸轮36开始旋转，使收集槽在固定滑块33和第三滑轨34的约束作用下，进行竖直方向的振动，收集槽中纸币在振动中被整理整齐，最后角度控制板28下摆20
°
，第三电机26带动丝杆35旋转，从而使固定在丝杆螺母38上的角度控制板28下降相应高度（注：为提高单个收集槽收集纸币数量，故在允许条件下，将其尽可能设计的深，所以此时角度控制板28下降相应高度正是为继续接受纸币做准备），之后纸币便整齐地躺在角度控制板28上；这样设计的目的是让滑入收集槽的一摞纸币能够非常可靠地被整理整齐，而且允许较多纸币叠在角度
控制板上，增加纸币整理与叠放量；当想要取走已整理好纸币时，按动开关，使第三电机26带动丝杆35旋转，从而使固定在丝杆螺母38上的角度控制板28承载着纸币上升，工作人员在出口处依次取出一沓一沓整齐纸币；另外，为了在不影响整个机构其他部分工作的情况下取走纸币，我们可以备用一个收集槽，两者交替使用，亦可节约较多时间，可提高工作效率效果，提高本发明的实用性。
32.s4：该批纸币处理完毕，步进电机控制收集槽上升，准备下一批纸币的处理。
33.工作原理：首先，纸币通过第一层整理容器6的振动，撞击扇形散钞板11，在分钞板12的约束下整理为同一方向、较为整齐的纸币；其次，通过前压钞板22挡住第二层整理容器15的末端，使其暂时槽道关闭，使纸币暂时不滑出，可使纸币在振动以及重力作用下相互穿插，形成较为整理的一摞；最后，在重力作用下，被吐出的纸币将滑落至收集器的收集槽并叠在角度控制板28上；当角度控制板28上有一定数量的纸币时，第二层过渡机构2末端槽道关闭，使纸币暂时不滑出，防止钞票继续落入收集容器中；接着角度控制板28上扬旋转20
°
，使杂乱的纸币倒向同一方向，随后带有凸轮36的直流电机29开始旋转，使收集槽振动，被挤压的纸币可以在收集槽的制约下被整理整齐，最后角度控制板28逆时针转回20
°
，收集槽下降，此时纸币已整齐地躺在角度控制板28上。
34.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。