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硬币自动分选清点机械设计【6张图纸】【优秀】

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关键词：: 硬币自动分选清点盘点机械设计图纸优秀优良

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硬币自动分选清点机械设计

49页 19000字数+说明书+外文翻译+开题报告+6张CAD图纸

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摘要Ⅰ

ABSTRACTⅡ

1.绪论1

2. 硬币分选清点机构的方案设计5

2.1总体方案的确定5

2.2几种机构方案的比较及最终方案的确定5

2.3驱动系统性能分析与方案设计9

2.4控制系统的方案设计9

3. 各部件技术设计及参数选择11

3.1电磁振动给料机的设计11

3.1.1概述11

3.1.2电振机工作原理及物料输送原理12

3.1.3运动学参数的选择和计算20

3.1.4动力学参数选择及计算23

3.1.5电振机电磁参数计算27

3.1.6振动料斗参数选择及设计要点28

3.2纵向热封器的设计及参数选择29

3.2.1概述29

3.2.2纵封器的设计31

3.2.3塑料材料及热封温度的选择32

3.3热封切断机械手的设计33

3.3.1概述33

3.3.2机械手设计及参数计算35

3.4推杆包装机构37

3.4.1齿轮的选择及计算37

3.4.2电动机的选择37

3.4.3齿轮的设计准则38

3.4.4齿轮传动的强度计算38

3.4.5丝杠螺母参数的选择42

4.结论43

致谢44

参考文献45

摘要

　　　硬币自动分选清点机是一种集自动分选、清点和包装于一体的小型机械。本设计式为了使硬币的处理更加便捷，解决现今社会硬币逐步增大的流通量，以及硬币的处理不便的问题。经对市场产品的调查研究发现，现今已有的硬币分选机构基本都不具备包装功能。在此次的设计中，针对这个缺陷，设计出了以一个螺旋料槽扭动式电磁振动给料机、一个直线料槽往复式电磁振动给料机、三个纵封包装机、一个推杆机构和三个机械手，以及电子计数器结合而成的硬币自动分选清点机构。硬币自动分选清点机利用电磁振动给料机的振动以对硬币进行定向、排列与分选。螺旋料槽扭动式电磁振动给料机在本设计中承担的主要是硬币的定向与排列，直线料槽往复式电磁振动给料机主要运用于硬币的分选，纵封包装机、机械手与推杆机构组成了一个可纵封与横封的包装机构，电子计数器则用于硬币的清点。根据对电磁振动给料机、纵封包装机以及机械手电磁铁的选用和吸力参数设计，对机械手夹紧力参数的设计和对推杆机构的参数设计及强度校核，符合所设计机械的工作要求，通过这些局部设计计算，证明了硬币自动分选清点机的设计理论是可行的。以它的实用性，将比其他的硬币分选机构有更高的效率。

　　　关键词：硬币清点，自动分选，机械手，电磁振动给料机

　　　随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视。

　　　机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用[5]。

　　　通过对本次设计题目的深刻理解，对设计机构各个部分的深入分析，对现市面上已出现的硬币分选机的认识，本次设计将采用一个电磁振动供料机，一个三道的直线振动滑道，一个热封包装机和一个上下料机械手组合而成。　　　　2、硬币分选清点机构的方案设计

　　　2.1 总体方案的确定

　　　通过对各种资料的综合总结，以及对现在市场上或正在研发的硬币分选清点机构的研究，依据现有成熟设备以及为了独具匠心而选定以振动原理进行硬币分选，并通过机械手和包装机进行包装。本设计通过两个电磁振动送料器、三个纵封包装机、一个包装推杆机构、三个带有热电阻的包装机械手和三个电子计数器组合而成，再通过程序控制，以达到分选清点及包装的目的。

　　　2.2 几种机构方案的比较及最终方案的确定

　　　由于机械传动、机构的多样性，以及各自的优缺点，下面提出两种硬币分选清点机构的整体方案，加以比较，并确定最终的总体方案。

　　　方案一：

　　　1．硬币分检机的工作原理

　　　本设计利用各种硬币的小同直径设计一种硬币分检机。

　　　目前我国新版人民币有三种圆形硬币，其直径依次为：一元硬币25mm；5角硬币22．5ram；l角硬币20．5mm。首先设计一长方体形的机体l，该机体l的顶上有一进币口2，机体l内装有多个抽屉，本实施例有三个抽屉(图1)。除最下面抽屉6的底板上没有圆孔外，上部各抽屉的底板上都有多个圆孔，各抽屉底板上圆孔的直径从上到下依次减少(图2)，最上面抽屉4的底板上圆孔的直径最大，最下面抽屉6底板上没有圆孔，中间抽屉5的底板上圆孔的直径小，能使最小的硬币通过该圆孑L落到抽屉6中。分检时把混合在一起的三种硬币从进币口2投入机体l中，这时混合的各种硬币将堆积到最上面的抽屉4的底板上，让硬币不断的通过这块底板，由于底板上的孔径取为两种硬币之间，因此当混合的硬币通过平板后，两种硬币由于直径不同而被分开。例如，最上面抽屉4底板上圆孔的直径为24mm，则混合硬币中只有直径最大的一元硬币不能通过直径为24mm的圆孔，只能留在最上面的抽屉4中，而其它的两种硬币直径较小，则会通过上述直径为24ram的圆孔，落到下边的抽屉5中，抽屉5底板上的圆孔直径为22mm，可把5角硬币截留在抽屉5中，最小的l角硬币通过该圆孔落到抽屉6中，这样各种硬币即可依次按其直径大小分别被截留在各层抽屉中而被分开。

　　　由于要分检硬币，必须使硬币和抽屉的底板之间产生相对运动，使小于规定孔径的硬币有透过圆孔下落的机会。要实现这一相对运动，可以采用不同结构形式的机器带动【5—6】或人工操作多种形式。

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内容简介：: 硬币自动分选清点机械设计附录外文翻译（中文）反馈控制电磁振动给料器（应用双自由度比例加积分加微分控制器的非线性元）Tomoharu DOI*，Koji YOSHIDA*，Yutaka TAMAI* *，Katsuaki KONO*，Kazufumi NAITO*and Toshiro ONO*电磁式振动给料机是一种用于自动称重机的传输设备。现有的送料器是由前馈控制，所谓的“发射角控制” ，无法使突然出现的干扰无效。在这项研究中，我们考虑采用一种反馈控制这种馈线系统。首先，我们给出对于振动部分和电磁力部分模型的两个细节。其次，反馈控制系统是为电磁振动给料器构建的，我们提出一个运用非线性元件两自由度比例加积分加微分（ PID控制器）控制器。下一步，我们还采用反馈控制的馈线与标准槽。最后，我们考虑一种方法兼容多种槽调整的非线性因素。在一些实验结果的基础上，我们证实了双自由度PID控制比传统的角发射控制更加有效。关键词：振动控制，喂料机，非线性控制，电磁作动器，双自由度PID控制，建模1、绪论对于各种食品制造业的包装过程，自动秤是一个非常重要的设备。自动秤发展于1973年，后来得到改进，从而成为高度精确和有效的。电磁振动给料器在这篇文章中被认为是一个重要的用于系统地传输材料给称重单位的传输设备。然而，在发射角控制（前馈控制）被用于给料器至今，仍未得到进一步的完善。在这项研究中，我们提出一个运用非线性元件的两自由度的PID控制器的反馈控制系统构建于电磁振动给料器下。首先，我们给予振动部分和电磁力部分模型的细节。下一步，我们还采用对于给料器标准槽的反馈控制。然后，我们考虑一个方法兼容各种槽调整的非线性因素的两自由度PID控制器。在一些实验结果的基础上，我们证实了双自由度PID控制比传统的角发射控制更加有效。2、电磁振动给料器2.1给料器的概要及其传输原理图1.显示的是一个给料器。术语“料槽”是指用于运输的钢板形状的管道。料槽可以很容易地改变，以配合运输对象。料槽是靠平行板弹簧和位于料槽底下的电磁线圈支持的。板弹簧和线圈是固定在基座上的。该基座是由三根螺旋弹簧支承着的。所有部件，除了料槽，被称为“直属零件”和所有设定的部分，包括料槽，被称为“送料器”。料槽连接到基座的钢板弹簧，因此，这一系统基本上相当于一个质量弹簧系统的共振频率。如果在共振频率下被驱动，送料器将做共振运动。共振现象是高效率的，因为少量的电源作为输入可以造成大位移量的出现。图1 电磁振动送料器图2 输送过程图2所示为运输物料的过程。阴影箭头表示料槽振动时物料的移动方向。图2（i）表明送料器处于平衡位置。最初，当电流流向电磁铁线圈（以下简称“线圈” ），由电磁力的作用料槽向左移动到更低的位置（见灰色箭头），就如图2（ii）所示的那样。在此期间，料槽内输送的物料向重力方向移动（见白箭）。当关闭电源开关，板弹簧和料槽将推进运输对象向右上方移动（见灰色箭头），如图2（iii）所示。在这种方式下，被输送的物料缓慢前行。送料器将在共振频率的驱动下重复图2（ii）和（iii）中的步骤。2.2 振动机械因素的模型图3所示为送料器振动因素的模型。这一模型中术语的坐标轴，使用的变量和参数被列表1中。模型的一个关键要素是料槽的移动方向是被固定了的。然后，下面的线性动态模型，四阶可得出的详细模型的振动。 M ，K是对称矩阵（符号*显示对称元素）如下所示：因此，本模型（1）是有用的设计振动因素。模型（1）对应的特征频率符合实验模态分析的结果。图3 振动因素模型图4 电磁线圈模型送料器的主振弹簧是由一些板弹簧组成的。该模型没有考虑非线性特性的弹簧元（1）（2），这改变了共振频率按照振幅变化的共振。表1 模型中用到的参数表2 料槽的特性2.3 电磁驱动要素我们采用的电磁悬浮（3）模型技术就如图4中模型显示的那样。在图4中e，i和R分别表示线圈的电压，线圈电流和线圈电阻。线圈和料槽之间的电感z被表达的功能为。其结果是，电磁力F可表示为（2）线圈和电流之间的关系可以表达为（3）Q、和为线圈决定的常数。使用公式（1）、（2）、（3）可以在计算机上构建一个仿真的送料器。此外，状态空间模型可以由公式（1）、（2）、（3）得出一个线性均衡器。3.实验控制系统的结构3.1 反馈系统的结构图5显示的是一个反馈系统的结构。反馈系统的操作变量（以下简称“振幅能量”为AP，AP是个无纲量）是一个存在发射角控制的变量（以下简称“FAC”，它的详情稍后给出）。测量变量，控制变量，命令变量假定振幅为料槽与线圈表面的距离（以下简称“间隙振幅”为）z。由FAC、激励系统和振动因素组成的部分被称为控制系统。图5显示的结构来实现取消和干扰，以改善其跟踪特性的命令变量的两自由度PID控制器。这种结构成为一个现有FAC系统的内置结构，它描述了两自由度PID控制器的一般结构（5）（6）。因此，如果操纵变量如图5所示，当由于反馈控制器而使系统变得不稳定时将会关闭，这结构将符合当前的常规系统。因此，这种结构已成为故障安全系统。图5 反馈系统结构图6 实验系统3.2 送料器和料槽在实验中的使用图6显示了设立的实验系统。这个实验送料器可运输约10公斤的最高质量，但是送料器通常由约0.1公斤的质量驱动。这个送料器的共振频率f是40Hz。当送料器运输最大质量是，共振频率的变化约4%。然而，因为运输0.5千克或更多是罕见的，我们忽视了由共振的运输物料质量变化引起的共振频率的变化。关于料槽形状和类型，根据运输物料的不同有100多个品种的料槽。对于我们的实验，运用到了五种特别类型的料槽。这些料槽的参数列在表2中，并在图7中给出了料槽的形状。在下面，料槽B是所谓的“标准料槽”。由于料槽E的质量是最大的，我们改变组合钢板弹簧等要素的共振频率的支线为40赫兹。图7 料槽的形状图8 在FAC中电流电压的循环曲线3.3 送料器驱动部分在现有送料器系统中，FAC常用作驱动系统。图8显示的是FAC的操作纲要。曲线图8分别指出了交流源，线圈电压和线圈电流。FAC是一个利用交流源过境时间（ZAT：零跨越时间）的重复控制方法。从ZAT延迟时间L后，经处理进入线圈的电流开始进行。L是从（常量）和AP（操纵量）中获得的，并表达如下：（4）这里是交流电流入的时间。当AP变大时，延迟时间L与函数F将变短。FAC会在此基础上运作的延迟时间如下：（i）由延迟时间L和线圈电流作用后，交流源的电压将直接激起线圈的电压。（ii）在高峰期过后，该线圈电流开始下降。（iii）当线圈电流变为0A时，交流电源将关闭。在共振期间，像（i）（iii）这类非线性处理的方案将被多次重复执行。在FAC中，线圈电流靠AP而增加并且变大以致于振幅变大。AP决定了一个共振周期的输入功率。共振期符合更新期间的操纵变量。因此，在控制实验中的取样时间变为0.025秒。取决于FAC驱动硬件的AP采取的整数值从0到127（7位）。3.4 间隙振幅测量部分因为加速度传感器对环境变化的低敏感度和易于维护，所以用来测量测量变量。加速度传感器和金属配件被安装在实验送料器的料槽固定部分。如果要取得一个标准的价值差距测量，将光学位移传感器安装在实验送料器中。然而，位移信号的光学传感器不是用于反馈控制对加速度传感器信号测量精度的研究中的。3.4.1 从加速度到间隙振幅的变化由于送料器驱动是由发射角控制的，加速度传感器的输出信号a（t）的加速度传感器，可以假定为是一个正弦波的振幅和共振频率。从这个假设，间隙z（t）是由整合加速的a（t）的两倍获得的。因此，间隙可由料槽位移和送料器的几何关系表达如下：（5）换言之，差距环z（t）是不通过整合输出信号a（t）的两倍得到的，但乘以输出信号为常数，因为它可以假设为一个输出信号正弦波。从间隙z（t）中获得的方法也是被制定了的。当是由公式（5）计算的间隙z（t）的最大和最小值计算得出的，有可能会直接受到噪声造成的影响。首先，在图9中阴影部分的可通过用加速度传感器获得的输出信号a（t）算出。其次，的获得基于。如果输出信号为一个正弦波，则变为，变为如下所示：因此，可以由通过加速度a（t）算出的对进行测量。图9 振幅的测量曲线图10 与的关系可由下列步骤计算出：(i) 为了使正弦波将集中在0V，一个补偿（-1.397V）被删除。（ii）一个绝对值波是通过步骤（i）中的绝对值正弦波产生的。（iii）梯形规则的一体化算法应用于步骤（ii）中的绝对波和最后的计算。间隔时间为0.25毫秒一体化和采样时间的加速度传感器也是0.25毫秒。共振周期1/f的整合时间为25毫秒，区域是由这一周期计算出的。我们考虑获得由VS转换为光学位移传感器输出值的表达式。图10所示为光学传感器算出的和由加速度传感器计算出的的关系。在图10中和的关系显示它在12.6VS边界时开关。这种开关特性被认为是由于一套钢板弹簧引起的非线性（1）（2）。因此，转化率的表达逼近两直线，改变边界的表达式如下：3.4.2 输送物料造成的噪声当固体物质运输时，运送物体料槽产生一个冲击力。因此，加速度受到冲击力的影响，并且噪声随着加速度传感器输出信号的出现而出现。当料槽和输送物料被替代时，噪声的频率也随之变化。然而，有人证实了实验的频率为0.5 kHz或更多，即使是进行更换。0.5Hz或更多的噪声被三阶数字低通滤波器Hz过滤掉，并且运用低通滤波器的预处理可以计算出。在我们的实验中，下面的过滤器被使用。当噪声被通过原来的加速度传感器输出影响的数字滤波器删除时，为图11所示。图11 数字低通滤波器的影响图12 在测量过程中的信号流出3.4.3 在测量过程中的数据处理图12所示为在测量过程中简要的数据处理。首先，由加速度传感器产生的输出信号是在4KHz下采样，噪声是被数字滤波器删除的。是通过滤波信号计算出来的，是通过公式（6）中共振周期1/f的关系得到的。图13所示为安装在运用FAC，68AP的标准料槽的的有效力是通过数据处理获得的。驱动测试期间，50g的测试片（质量0.5g的木栏一块；直径8mm；长15mm。）被放到料槽上四次。测量使用光学传感器和那些从删除噪声后计算出的所获得的值将得到相似的输出。然而，在中间图像的测量结果中，测试片造成了噪声的出现，就是通过噪声的一个最大和最小值得出的。因此，确认获得的位移加速度传感器，并显示了类似的测量性能的光学传感器。从得的数据处理方法的成效通过结果而被证明了。图13 检测方法的比较图14 和AP的关系3.5 控制部分控制器的结构类似于双自由度PID控制器。PID控制器（以下称为“反馈控制器”）负责取消干扰，命令变量过滤器负责在命令变量的跟踪特性中进行改进。命令变量过滤器被在图5中所示的“变换参考AP”的块所显示出来。3.5.1 反馈控制器数字反馈控制器的功能可表达为如下：（7）其中是错误，是采样时间，是比例增益，是整合的时间和是分化时间。在控制实验中，这些参数的粗值是通过灵敏度估算方法获得的，通过调整假设=12.0，=0.1，=0.25。3.5.2 命令变量过滤器基于命令变量，命令变量滤波器可计算出稳态振幅能量。衍生控制器参照图5的参考值（命令）工作以改善对于命令变量的跟踪特性。在这项研究中，我们采用一种非线性函数f（r）能够命令变量过滤器，但比例控制器通常用作命令变量过滤器。体系的稳定性不是问题，因为这一非线性因素通过命令变量产生一个独特的输出。非线性因素在反馈系统中也是独立的。图14所示为通过利用标准料槽所做实验获得的命令变量和AP之间的关系。基于这些结果获得命令变量过滤器的具体情况如下：（8）改善其跟踪性能命令变量的衍生控制器，假定是一个近似分化根据一阶传递函数如下：（9）衍生控制器和命令变量过滤器（8）在采样时间实现在离散时间中获得，并命令变量过滤器得到如下：和作为相反的一对离散系数是必要的，关系如下：，参数为=6.0和=0.1是用于控制实验。4.标准料槽控制实验4.1 输送物料的质量变化当输送物料的质量变化时，通过料槽的实验验证了干扰取消的表现。当得命令变量假定为0.2mm，重200g的测试片扔到空料槽中时，如图15所示的时间行为。短虚线表示的是FAC，实线表示的是反馈控制。当输送物料下放时（通过输送和测试片的质量在料槽上减小，测试片从料槽上掉下），利用FAC，减少后的将恢复。另一方面，用反馈控制，在测试片从料槽上掉下后，将在8秒内恢复。因此，反馈控制可以取消的干扰从而突然增加了运输物体的质量。图15 输送木塞的结果图16 2-d.o.f控制器的每步骤结果4.2 关于命令变量的跟踪特性命令变量跟踪特性的改进被确认是通过一个使用标准料槽的阶跃响应实验实现的。图16显示了实验的结果。虚线表明了利用FAC控制的结果，实线显示了使用反馈控制的结果。当命令变量增加时，振动和稳态偏差的结果是被FAC监视的。另一方面，利用反馈控制的结果显示改善了跟踪特性，并消除了稳态偏差。特别是，针对反馈控制在1.0mm显示良好的跟踪响应，因为PID参数的调整在1.0mm。然而，送料器变化的特点主要取决于。因此，当G有一个其他值时，结果会比G去1.0mm时的结果还坏。5.不同料槽的控制实验5.1 分组料槽被提到的料槽种类已经超过了100种。因此，调整PID参数为个别槽增加花费。所以，我们认为这种方法可以控制几种料槽使用相同的PID参数。在这项研究中，我们考虑的一种方法，这种方法是基于在表2中提到的5种料槽的实验结果调整命令变量过滤器。图17所示为5种料槽的AP和的关系（见表2）。我们进行了以下自动实验：（i）送料器通过AP每0.2秒增加一次从0增加到127来驱动，接着再从127到0每0.2秒减小一次来驱动。（ii）在这个过程中，AP和被自动测量。实验结果自动绘制在图17内。这个实验花费了大约50秒，因为这个关系可以很容易的从各种料槽中得到。图17 和AP的关系图18 料槽组G每步骤结果图17显示的料槽C、D和标准料槽B也有相似的关系。料槽A是最轻的，振动和其他料槽相比要好，还有振幅范围也更宽。换句话说，料槽E是最重的，要求更大的AP和相对要小的振幅范围。通过这些结果，基于AP和的关系，料槽的形状和参数可以被组合在一起。5.2 料槽组命令变量的跟踪特性通过AP和，将由相似关系的料槽B、C和D组合在一起就成了料槽组G。我们用反馈控制器的相同的PID参数的料槽组G的反馈控制进行试验。图18显示了实验步骤的反应。如图18所示的是与料槽B、C和D相符合的输出结果，因此，在这组中AP和的关系相似。所以，使用相同的PID控制参数和相同的命令变量过滤器是有可能的。从结果中我们认为，如果AP和的关系相似，相同的PID参数和相同的命令变量过滤器可用作控制系统。因此，如果我们组合料槽时考虑到AP和的关系，这些数量的控制器和时间需要PID参数的调整可以降低。5.3 命令变量过滤器的调整据证实，对于命令变量的跟踪特性可以通过调节命令变量过滤器来改善。在我们的实验中，基于标准料槽的命令变量过滤器被称为标准过滤器。此外，基于AP和关系的可以单独调节的命令变量过滤器像料槽E那样被称为“个别调整过滤器”，可表示如下：（11）图19 和每步骤结果的比较图19所示为运用一个标准过滤器和一个个别调节过滤器实验的步骤结果。当命令变量0.65mm， 0.75mm， 0.85mm和0.95mm，瞬态反应是不同的方面的差异，命令变量过滤器。如果运用一个标准过滤器，结果是无效的，然而，它是改进个别调整滤波器但所得到的结果不稳定。当命令变量0.95mm或以上，良好的跟踪特性表明无论单独调整滤波器。我们认为，原因是整体增益反馈控制器因为如图17所示不同的关系中显示了一些偏差范围其中大于0.9mm。由于AP和G的关系不同使当分组困难时，一个命令变量过滤器的调节时有效的。因此，如果命令变量过滤器为料槽A调整，被认为可使对于命令变量的跟踪特性改进。6.结论在这项研究中，我们做出了关于送料器反馈控制的努力和实验。结论总结如下：（1）包含FAC驱动的两自由度PID控制系统的结构被认为是合理的。（2）反馈控制系统和FAC控制系统的性能是相当的。（3）通过实验我们证实了AP和关系相似的料槽组可以由相同的PID参数和相同的命令变量过滤器控制。（4）通过实验证实了当AP和的关系不同时，命令变量过滤器的调节是有效的。参考文献（1） Konishi, S，Sakaguchi, K., Amijima, S., Matsuoka, T., Okano, I. and Morinaka, H., Non-Linear Phenomenon Observed on Resonance Curve for Vibratory Feeder-Electromagnetic Type, Proc. APVC 95, (1995), pp. 258-263.（2） Konishi, S., Sakaguchi, K., Amijima, S., Matsuoka, T., Okano, I. and Morinaka, H., Analysis of Non-Linear Resonance Phenomenon for Vibratory Feeder, Proc. APVC 97, (1997), pp. 854-859.（3） The Institute of Electrical Engineers of Japan(ed)，Magnetic Levitation and Magnetic Bearing,(in Japanese),(1993),p.30, Corona Publishing Co., Ltd.（4） Doi, T., Yoshida, K., Tamai, Y., Kono, K., Naito, K. and Ono, T., Feedback Control for the Vibratory Feeder of Electromagnetic Type, Proc. ICAM 98, (1998), pp. 849-854.（5） Suda, N., PID control, (in Japanese), (1992), Asakura Publishing Co., Ltd.（6） Araki, M. and Taguchi, H., Two-Degrees-of-Freedom PID Controller, Journal of the Institute of Systems, Control and Information, Vol. 42, No. 1 (1998), pp. I8-25.14大连大学Dalian University本科生毕业设计（论文）题目：硬币自动分选清点机械设计学院：机械工程学院专业、班级：机械设计制造及其自动化机英051班学生姓名：常宏坤指导教师：陈殿华评阅教师：张仲伟硬币自动分选清点机械设计总计：毕业论文 59 页表格 4 表插图 40 幅指导教师：陈殿华评阅人：张仲伟完成日期：2009-5硬币自动分选清点机械设计摘要硬币自动分选清点机是一种集自动分选、清点和包装于一体的小型机械。本设计式为了使硬币的处理更加便捷，解决现今社会硬币逐步增大的流通量，以及硬币的处理不便的问题。经对市场产品的调查研究发现，现今已有的硬币分选机构基本都不具备包装功能。在此次的设计中，针对这个缺陷，设计出了以一个螺旋料槽扭动式电磁振动给料机、一个直线料槽往复式电磁振动给料机、三个纵封包装机、一个推杆机构和三个机械手，以及电子计数器结合而成的硬币自动分选清点机构。硬币自动分选清点机利用电磁振动给料机的振动以对硬币进行定向、排列与分选。螺旋料槽扭动式电磁振动给料机在本设计中承担的主要是硬币的定向与排列，直线料槽往复式电磁振动给料机主要运用于硬币的分选，纵封包装机、机械手与推杆机构组成了一个可纵封与横封的包装机构，电子计数器则用于硬币的清点。根据对电磁振动给料机、纵封包装机以及机械手电磁铁的选用和吸力参数设计，对机械手夹紧力参数的设计和对推杆机构的参数设计及强度校核，符合所设计机械的工作要求，通过这些局部设计计算，证明了硬币自动分选清点机的设计理论是可行的。以它的实用性，将比其他的硬币分选机构有更高的效率。关键词：硬币清点，自动分选，机械手，电磁振动给料机ABSTRACTAutomatic coin counting and sorting machine is a small machine having functions with automatically sorting, counting and packaging. The design wants to make the coin processing convenient, and solves the increasing circulation of coins in present-day society and the inconvenient coin processing. Through a research to the products with the coin sorting machines, we found the existing coin sorting machines almost have no the function of package nowadays. In the design, with the shortcoming, a coin counting and sorting machine is designed with a twisting spiral electromagnetic vibratory feeder, an electromagnetic reciprocating linear vibration feeder, three vertical sealing packing machines, a putter machine and three robots grouping together. The coin counting and sorting machine use the electromagnetic vibratory feeder to direct, arrange and sort for coins. The a twisting spiral electromagnetic vibratory feeder is used to direct and arrange, the electromagnetic reciprocating linear vibration feeder is used to sort coins, a machine which group with the vertical sealing packing machine, the robot and the putter machine can finish the vertical seal and horizontal seal, and the digital counter is used to count coins. The parameter design including the selection of electromagnet and electromagnetic suction of the electromagnetic vibratory feeder, the vertical sealing packing machine and the robot, the clamping force of the industrial robot and the putter machine and the strength check satisfy the job requirement. Through these designs and calculating, it is confirmed that the design theory of the automatic coin counting and sorting machine is right. With its practicality, the machine will have a higher practicality than others. Key Words: Coin counting，Automatic sorting，Robot，Electromagnetic vibratory feederII目录摘要ABSTRACT1.绪论12. 硬币分选清点机构的方案设计52.1总体方案的确定52.2几种机构方案的比较及最终方案的确定52.3驱动系统性能分析与方案设计92.4控制系统的方案设计93. 各部件技术设计及参数选择113.1电磁振动给料机的设计113.1.1概述113.1.2电振机工作原理及物料输送原理123.1.3运动学参数的选择和计算203.1.4动力学参数选择及计算233.1.5电振机电磁参数计算273.1.6振动料斗参数选择及设计要点283.2纵向热封器的设计及参数选择293.2.1概述293.2.2纵封器的设计313.2.3塑料材料及热封温度的选择323.3热封切断机械手的设计333.3.1概述333.3.2机械手设计及参数计算353.4推杆包装机构373.4.1齿轮的选择及计算373.4.2电动机的选择373.4.3齿轮的设计准则383.4.4齿轮传动的强度计算383.4.5丝杠螺母参数的选择424.结论43致谢44参考文献45大连大学本科毕业论文(设计)开题报告论文题目：硬币自动分选清点机械设计学院：机械工程学院专业、班级：机械设计制造及其自动化机英051学生姓名：常宏坤指导教师（职称）：陈殿华（教授） 2009年 3月 5日填毕业论文(设计)开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文(设计)的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1论文(设计)题目及研究领域；2论文(设计)工作的理论意义和应用价值；3目前研究的概况和发展趋势。二、论文(设计)研究的内容1重点解决的问题；2拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)；3本论文(设计)预期取得的成果。三、论文(设计)工作安排1拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数)；2论文(设计)进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺，较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1开题报告应在毕业论文(设计)工作开始后的前四周内完成；2开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文(设计)工作，否则不允许参加答辩；4开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5开题报告的内容，要求打印并装订成册(部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印)。一、选题依据1论文(设计)题目硬币自动分选清点机械设计2研究领域机械制造及其自动化机电一体化3论文(设计)工作的理论意义和应用价值本课题来源于流通市场实际需要。针对自动售货机、公交车收款机等硬币流通的现状，开发设计适合实际、高效可靠的硬币自动清点包装机械，以适应市场的需求。在日常生活中，由人工清点硬币，包装硬币是一项非常烦琐的工作，效率低，速度慢，造成了人力资源的巨大浪费。硬币伴随着人们的衣食住行，在社会中大量的流通，超市、公交公司等地方是硬币大量集中的地点，每天都会有数以万计的硬币，如果由人工清点，将会造成巨大的人力资源浪费，因此用机械清点并包装硬币将是以后的发展趋势。近年来，随着科学家们在各个领域的突破，计算机、工业机器人和机械设备等的结合并应用于日常生活中，为人们的生活提供了极大的便利。硬币是人们生活中不可或缺的东西，每天数以亿计的硬币需要分选清点，为了解决这一生活生产中的难题，近年来越来越多的人开始关注这方面的问题，也有研究所开始着手设计制造硬币自动分选机构，现已有多种硬币自动分选机构，但还不广泛，这些机构也未在社会上广泛使用。随着工业生产自动化的发展，这种由振动供料机、机械手和包装机组成的硬币分选清点机构将得到大力推广，其中的振动供料机是输入传输装置，主要作用是将不同种类的硬币送入多路分选装置，包装机是用于将清点分选好的硬币包装，便于硬币的存放，机械手则用于传送包装好的硬币。这种机构设备主要用于分选和清点1元、0.5元及0.1元的硬币。同时，这种非工业用途的机械设备，其意义远不仅是它们自身所能带来的直接经济价值。这类机械设备往往是各种领域最新技术的交叉实验平台，在新型机器手、振动供料机和包装机上应用的新技术有可能很快就出现在其他领域的实际产品中，不但促进了新型机器手、振动供料机和包装机的发展，也带动了其他相关领域产品的进步。此次设计的机械设备就是为了促进机械创新的发展，按照这一理念，为了硬币分选工作的速度与效率而设计的，通过此次设计可以检验我们大学四年所学过的理论知识，提高创新能力，很有意义。4目前研究的概况和发展趋势随着现今社会的进步，每天市场上流通的硬币越来越多，随之而来的硬币清点分选工作也是大大的加重了，这样每天不仅加大了员工的工作量和一些不必要的花费，所以硬币自动清点分选机构将孕育而生，并得到广泛的应用，拥有良好的发展前景。目前有一种硬币分选机构，硬币自动分选机的设计原理有四部分,即输入传输装置、多路分选装置、分类收集装置、计数统计装置。硬币自动分选机的设计依据是：利用偏心轮电机产生振动，使硬币定向移动进入多路分选装置；再利用丝杠旋转力传送硬币，当不同规格的硬币通过相应的检测分离孔时，被检出进入分类收集装置；利用单片机编程、光电计数控制电路等多种知识和技术，使其分选效率好，计数准确。输入传输装置的主要作用是将不同种类的硬币自动进入多路分选装置。输入传输装置位于多路分选装置的上部。输入传输装置包括硬币输送盒、输入导轨、控制挡板和振动等部分组成。输送盒固定在具有一定位移的丝杠片上。输送盒的里面的进口端略高于出口端，输送盒出口端装有3组输入导轨，引导硬币进入分选装置；输送盒的上部安装控制挡板，防止硬币叠加进入输入导轨；输送盒的底部安装一个装有偏心轮的微型电机，当接通电源时产生振动。多路分选装置设计为3路，主要作用是将规格不同的硬币进行分类筛选，规格相同的硬币从各路中汇集到同一收集装置。多路分选装置包括输送部分和检测分离部分组成。输送部分为3路，由4个螺旋丝杠组成。4个螺旋丝杠水平并列在一起，两个丝杠为一组，共构成3组，一组两个丝杠分别加工为左旋和右旋，传动时相向旋转，使硬币在两个丝杠之间向前移动。每个丝杠固定在传动轴上，其中一端安装传动齿轮，相互啮合，由一微型电机棗减速器机组带动。分离检测部分位于每对丝杠下面，根据硬币直径大小设有检测分离孔。目前市场上主要流通四种面值的硬币，1元、0.5元和两种0.1元，直径分别为25mm、20mm、22mm和19mm（两种0.1元直径大小不同）。检测分离孔按照硬币移动方向进行分布，先小孔后大孔，共有4种，根据硬币直径设计为矩形口，4种检测分离孔线性连接在一起，使硬币在其上面能够连续移动,在检测分离孔前有一过渡孔，使硬币落入时起到定位和过渡作用。因此，每路硬币分选顺序是：0.1元（小）、0.5元、0.1元（大）、1元。由于硬币直径差别很小，检测分离孔加工精度要求很高，硬币立面必须垂直位移方向，因此每组丝杠对称性要好。分类收集装置位于多路分选装置下面。主要作用是将分选出的硬币进行分类收集。分类收集装置由4个导轨和收集盒组成。导轨带有一定倾斜角度，能够使落入的硬币快速滑落到收集盒中。4个导轨分别接受不同规格的硬币，导轨位置与分选装置的检测分离孔相对应。计数显示装置的光电计数器安装在分类收集装置上，主要作用是将每路分选出的不同规格的硬币进行分类统计。计数显示装置由数码显示屏（LCD）、单片机（51系列）、光电计数器、光电计数控制电路组成。数码显示屏安装在硬币分选机面板上，可以显示四种硬币的统计结果，以及总的金额数。面板上还设置5个功能键，分别为合计、1元、0.5元、0.1元、复位键。单片机用于控制显示参数以及各种功能设置编程。光电控制电路用于硬币计数。计数显示装置的工作原理是，从多路分选装置分选出同一规格的硬币，进入分类装置时，由光电计数器将落入的硬币进行计数，计数结果不断输入单片机，进行统计和显示。当硬币分选工作完成时，可以按下面板按键，通过显示屏查阅硬币总钱数，以及不同面值硬币的总数。重新工作时按下复位键，计数器清零，可以继续进行。硬币自动分选机，配置3路直流稳压电源，给显示屏、单片机、传输电机和振动装置等供电，并且电压可调整。图如下二、论文(设计)研究的内容1重点解决的问题振动供料机、包装机和机械手的结构设计和驱动；振动供料机、包装机和机械手运动的探讨；保持一定的速度和硬币种类（1元、0.5元、0.1元）2拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)(1) 确定合理的振动供料机、包装机和机械手运动方案；(2) 进行振动供料机、包装机和机械手运动参数设计；(3) 绘制振动供料机、包装机和机械手运动机构的装配图及其零件图； (5) 编写设计说明书。3本论文(设计)预期取得的成果通过采用文献资料收集、调查问卷等方式，了解现在硬币清点分选机的发展趋势、相关技术的对比及市场前景，完成振动供料机、包装机和机械手的整体设计，实现振动供料机的传输作用，包装机包装和机械手的传递作用，理论上可以进行硬币自动分选清点。三、论文(设计)工作安排1拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数)本课题是融机械设计、气动技术、控制技术为一体的综合技术项目。虽然有一定的难度，但是目前各项技术都已比较成熟，有关的硬件条件已基本具备，因此，方案是可行的。设计参数：硬币种类（1元、0.5元、0.1元）（1）机构设计：执行构件的运动设计：1 执行构件的数目2 执行构件的运动形式和运动参数原动机的类型及其运动参数的选择各个执行构件间运动的协调配合和机械的工作循环图（2）机构传动构件设计：1 振动供料机装配图纸1 2 包装机装配图纸13 机械手装配图纸14 硬币自动分选清点机械装配图纸12论文(设计)进度计划第一周至第二周:查阅相关资料，并进行市场调查了解硬币自动分选清点机械机构的发展趋势。第三周至第四周:根据指导老师的要求完成开题报告。第五周至第六周:确定硬币自动分选清点机械机构的方案，并进行初期设计。第七周至第八周:在老师的指导下确定最后方案。第九周至第十二周:绘制所有的装配图和零件图。第十三周至第十四周:完善工作、技术总结、撰写说明书。第十五周:准备答辩。四、需要阅读的参考文献1. 尚久浩张淳李思益自动机械设计（第二版）中国轻工业出版社M20022. 孙桓陈作模.机械原理(第六版)西北工业大学机械原理及机械零件教研室高等教育出版社M.20013. 汝元功，唐照民主编机械设计手册M 北京:高等教育出版社.19954. 高德包装机械设计化学工业出版社（工业装备与信息工程出版中心）M20055. 吴旭朝许婉英.工业机械手设计基础天津科学技术出版社M. 19806. 杨福馨. 物件自动定向原理与方法J包装工程, 1991,(01) :156-159.7. 韩良,徐卫良. 振动料斗的研究状况与前景展望J.电子工业专用设备, 1999,(01) :205-207. 8. 项新建,郑春水. 多功能枕式包装机自动定位控制系统的研究J.电工技术杂志, 2001,(08) :91-96. 9. 孙智慧,张荣. 包装机中常热式薄膜热封过程的仿真研究J.包装工程, 2002,(05) :187-190. 10. 段萍.移动机械手运动目标检测与跟踪技术研究D. 中国博士学位论文全文数据库,2007,(11):262-264.11. Barrow, H.G. Computer vision J.Proceedings of IEEE, 1981,69, 69 (5) :572-295 .12. Robin R Murphy. Introduction to AI Robotics J.USA: MIT Press, 2002,(12) :215-280 .13. Mo Jianzhong, et al. DFA-oriented assembly relation modeling J.Int. J. of Computer Integrated Manufacturing, 1999,123, 12(3) :238250 .14. Noke A. A New Versatile Packaging Material for the 1990s J, 5th Int. Tinplate Conf .London, 1992,(3) :31 .15. Kudo K, Shimada K, Marugami K. Organic static induction transistor for color sensors .Synthetic Metals, 1999,102(10),:900-903.附:文献综述近年来，随着科学家们在各个领域的突破，计算机、工业机器人和机械设备等的结合并应用于日常生活中，为人们的生活提供了极大的便利。硬币是人们生活中不可或缺的东西，每天数以亿计的硬币需要分选清点，为了解决这一生活生产中的难题，近年来越来越多的人开始关注这方面的问题，也有研究所开始着手设计制造硬币自动分选机构，现已有多种硬币自动分选机构，但还不广泛，这些机构也未在社会上广泛使用。随着工业生产自动化的发展，这种由振动供料机、机械手和包装机组成的硬币分选清点机构将得到大力推广，其中的振动供料机是输入传输装置，主要作用是将不同种类的硬币送入多路分选装置，包装机是用于将清点分选好的硬币包装，便于硬币的存放，机械手则用于传送包装好的硬币。这种机构设备主要用于分选和清点1元、0.5元及0.1元的硬币。其中运用到了振动供料机，包装机和上下料机械手。电磁振动给料机是由电磁激振器驱动的一种振动机械。它的用途很广，例如，用来向皮带运输机、斗式提升机给料以及为工业窑炉定量配料等。在轻工业机械中电振机也有广泛的应用，例如在糖果包装、钟表元件加工、铅笔橡皮头装配等生产环节中均有应用。目前，轻工业生产中应用的电振机主要有直线料槽往复式和螺旋料槽扭动式两种形式。前者料槽作往复直线运动，适合于不需定向排队的轻小物料的供送；后者简称振动料斗，带有螺旋槽的圆形料斗作扭转振动，适合于不需定向排队的单件物品的供送。这两种类型的电振机都由三个主要部分组成：1) 槽体部分：包括料槽或料斗、衔铁、主振弹簧。2) 电磁激振器部分：包括激振器壳体、铁心及线圈、配重等。3) 减振器部分：包括心座支撑弹簧或悬挂弹簧。电振机是利用电磁力驱动和机械共振原理进行工作的，它与其他供料机相比有以一些优点：1) 无动力机及变速传动机构，没有摩擦运动部体，结构简单，不需润滑，而且重量轻，便于维护。2) 供料速度可调，可适应多种物料，调整方便。3

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