基于机器视觉的硬币分类装置及其操作方法与流程

本发明涉及硬币分类技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的硬币检测、分拣、包装和统计的一体化设备及其操作方法。

背景技术：

公交车投币箱以及商店自动售货机等场合让硬币得到了大量的流通，银行在面临清点大量的硬币时，往往是花费大量人工进行清点，这样不仅会耗费很长时间以及很多人力，还不能保证人工清点的硬币数额是否有误差。

在硬币分类技术领域，现有硬币分类装置大多机械化地根据硬币直径进行的分类的，导致无法区分出假币或者游戏币，并且硬币分类装置仅能对硬币分类，无法实现硬币包装和统计。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种的基于机器视觉的硬币分类装置及其操作方法，能够将硬币的分类、包装、统计一体化，并且利用图像处理、模式识别等技术实现硬币分类、真伪辨别及精确计数。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：基于机器视觉的硬币分类装置，它包括出币机构、硬币输送机构、硬币分拣机构和硬币收集机构，它包括用于将一堆杂乱无章硬币逐个平铺的出币机构，所述出币机构之后安装有用于将硬币运到摄像头正下方进行图像识别的硬币输送机构，所述硬币分拣机构根据识别的结果将硬币放入对应的收集盒中，所述硬币收集机构与硬币分拣机构相连用于硬币的收集盒和包装。

所述出币机构包括翻斗，所述翻斗通过舵机U形支架安装在翻斗舵机上，所述翻斗舵机通过舵机连接支架固定在漏斗支架上，所述翻斗正下方设置有漏斗，所述漏斗固定在漏斗支架的顶部，所述漏斗的底端连接有圆管，所述圆管的正下方设置有上层拨盘，所述上层拨盘安装在转盘轴承内圈上，所述上层拨盘的底部设置有下层出币盘，所述下层出币盘固定在漏斗支架上，所述漏斗支架的底部固定有下底板，所述下底板上端面固定安装有电机支架，所述电机支架上安装有拨盘电机，所述下底板上端面固定安装有滑槽支架，所述滑槽支架上安装有出币滑槽，转盘轴承外圈通过铜柱也固定在下底板上，拨盘电机转动，通过联轴器带动转盘轴承内圈旋转，进而使上层拨盘旋转。

所述上层拨盘相对于下层出币盘旋转，它们直径相同，上下紧贴在一起，板厚均为一元硬币的厚度，上层拨盘环形均布了六个圆孔，下层出币盘只一个圆孔，它们的圆孔直径稍大于一元硬币直径。

所述硬币输送机构包括传动带，所述传动带与传动带轮相配合形成带传动机构，传送带轮由带轮轴支撑，带轮轴穿过带轮支架轴孔，并由固定环将其两端卡紧限位，带轮支架固定在传送带底座上，传动带的另一端套装在主动轮，所述主动轮安装在传动带电机的输出轴上，所述传动带电机通过电机支架安装在电机固定座，电机固定座又连接在传送带底座上，所述传动带的正上方沿着设置有摄像装置。

所述摄像装置包括多组摄像头，所述摄像头安装在遮光盒中，遮光盒内含照明灯带，遮光盒固定安装在传送带侧板上，传送带侧板通过支撑架固定在传送带底座上。

所述硬币分拣机构采用三组相同的机械手相互配合进行硬币的分拣，所述机械手的吸嘴通过吸嘴连接件固定在机械手连杆的前端，舵机固定在舵机支架上，舵机摇臂连接在舵机输出轴上，并带动机械手连杆动作。

所述机械手安装在舵机底座上，舵机底座又与滑块相连，同步带安装在同步带轮上，同步带轮一端的通过轮轴安装在带轮固定支架，同步带轮另一端固定在步进电机的输出轴上，步进电机带动同步带转动，并驱动滑块，使机械手在滑轨上前后滑行，所述滑轨固定在滑轨基座上，滑轨基座两端由滑轨支撑架支撑，滑轨支撑架通过角铁连接在底座支架上，底座支架相互间通过角铁进行固定连接。

所述吸嘴通过电磁泄气阀与气泵马达相连，通过空气负压方式来吸取硬币，控制电磁泄气阀的开关可实现硬币的取放。

所述硬币收集机构由三个硬币收集盒组成，分别收集一元、五角和一角硬币，它们由前至后放置在硬币分拣机构旁边，硬币收集盒中心装有硬币包装筒，当硬币包装筒收集满硬币后能够取出，再用包装筒顶盖盖上其开口。

采用任意一项硬币分类装置的操作方法，它包括以下步骤：

S1：接通电控硬件的电源，打开PC机的软件界面，启动设备运行；

S2：往翻斗中装入硬币，翻斗间歇摆动，把硬币逐次倒入漏斗，硬币沿着漏斗内壁滑入圆管，叠放在圆管的硬币，会随着上层拨盘的旋转，逐个落入到其六个孔位中，当上层拨盘旋转使其某一个孔位与下层出币板的孔位一致时，上层拨盘的那个孔位的硬币会落下，并从出币滑槽出口处滑出；

S3：硬币落在传送带上，传送带运动，带动硬币经过三个工位，每个工位前后有一个摄像头和一个机械手，当硬币输送到摄像头正下方时，经过图像识别后，步进电机会驱动机械手向前滑行，舵机带动机械手连杆做下压动作，吸嘴将硬币吸取；

S4：舵机带动机械手连杆抬起，步进电机驱动机械手向后滑行，当滑行至相应硬币收集盒处，吸嘴释放硬币；

S5：硬币沿硬币收集盒内壁，滑入硬币包装筒里面；

S6：当硬币收集满后，根据软件界面提示，取出入硬币包装筒，盖上包装筒顶盖，放置到已分类区；

S7：更换空的硬币包装筒到硬币收集盒里面；

S8：传送带尽头放置一个收纳盒，若三个工位都没有及时分拣出的硬币，会落入到这个收纳盒中，当收纳盒中的硬币达到一定数量后，可把这些硬币再倒入到翻斗中，进行再分拣。

本发明有如下有益效果：

本发明引入机器视觉技术来分拣硬币，可以保证分拣的准确性，并且分拣过程中可以动态对不同类型硬币进行计数并金额的统计，最终实现硬币分类、包装、统计的一体化。

本装置的自动化程度高，只需将一对杂乱无章的硬币倒入出币机构的翻斗中，便可以得到一筒筒已经包装好的硬币，并且负压气动系统和三组机械手的设计提高了分拣效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的出币机构的结构示意图。

图3是本发明的硬币输送机构的结构示意图。

图4是本发明的硬币分拣机构的结构示意图。

图5是本发明的硬币收集机构的结构示意图。

图6是本发明的电控硬件的原理图。

图中：出币机构10、硬币输送机构20、硬币分拣机构30、硬币收集机构40；

翻斗101、漏斗102、漏斗支架103、圆管104、上层拨盘105、下层出币盘106、出币滑槽107、滑槽支架108、下底板109、电机支架110、拨盘电机111、铜柱112、转盘轴承内圈114、舵机连接支架115、舵机U形支架116、翻斗舵机117；

摄像头201、遮光盒202、传动带203、传动带轮204、带轮支架205、带轮轴206、固定环207、传送带底座208、传送带侧板209、支撑架210、电机固定座211、电机支架212、传动带电机213；

底座支架301、步进电机302、同步带轮303、同步带304、舵机支架305、舵机306、滑块307、舵机底座308、机械手连杆309、吸嘴连接件310、舵机摇臂312、同步带轮313、带轮固定支架314、滑轨315、角铁316、滑轨基座317、滑轨支撑架318；

硬币收集盒401、硬币包装筒402、包装筒顶盖403。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-6，基于机器视觉的硬币分类装置，它包括出币机构10、硬币输送机构20、硬币分拣机构30和硬币收集机构40，它包括用于将一堆杂乱无章硬币逐个平铺的出币机构10，所述出币机构10之后安装有用于将硬币运到摄像头正下方进行图像识别的硬币输送机构20，所述硬币分拣机构30根据识别的结果将硬币放入对应的收集盒中，所述硬币收集机构40与硬币分拣机构30相连用于硬币的收集盒和包装。

进一步的，所述出币机构10包括翻斗101，所述翻斗101通过舵机U形支架116安装在翻斗舵机117上，所述翻斗舵机117通过舵机连接支架115固定在漏斗支架103上，所述翻斗101正下方设置有漏斗102，所述漏斗102固定在漏斗支架103的顶部，所述漏斗102的底端连接有圆管104，所述圆管104的正下方设置有上层拨盘105，所述上层拨盘105安装在转盘轴承内圈114上，所述上层拨盘105的底部设置有下层出币盘106，所述下层出币盘106固定在漏斗支架103上，所述漏斗支架103的底部固定有下底板109，所述下底板109上端面固定安装有电机支架110，所述电机支架110上安装有拨盘电机111，所述下底板109上端面固定安装有滑槽支架108，所述滑槽支架108上安装有出币滑槽107，转盘轴承外圈通过铜柱112也固定在下底板109上，拨盘电机111转动，通过联轴器带动转盘轴承内圈114旋转，进而使上层拨盘105旋转。

进一步的，所述上层拨盘105相对于下层出币盘106旋转，它们直径相同，上下紧贴在一起，板厚均为一元硬币的厚度，上层拨盘105环形均布了六个圆孔，下层出币盘106只一个圆孔，它们的圆孔直径稍大于一元硬币直径。硬币装入翻斗中，翻斗间歇摆动，把硬币逐次倒入漏斗，硬币沿着漏斗内壁滑入圆管。叠放在圆管的硬币，会随着上层拨盘的旋转，逐个落入到其六个孔位中，当上层拨盘旋转使其某一个孔位与下层出币板的孔位一致时，上层拨盘的那个孔位的硬币会落下，并从出币滑槽出口处滑出。

进一步的，所述硬币输送机构20包括传动带203，所述传动带203与传动带轮204相配合形成带传动机构，传送带轮204由带轮轴206支撑，带轮轴206穿过带轮支架205轴孔，并由固定环207将其两端卡紧限位，带轮支架205固定在传送带底座208上，传动带203的另一端套装在主动轮，所述主动轮安装在传动带电机213的输出轴上，所述传动带电机213通过电机支架212安装在电机固定座211，电机固定座211又连接在传送带底座208上，所述传动带203的正上方沿着设置有摄像装置。

进一步的，所述摄像装置包括多组摄像头201，所述摄像头201安装在遮光盒202中，遮光盒202内含照明灯带，遮光盒202固定安装在传送带侧板209上，传送带侧板209通过支撑架210固定在传送带底座208上。从出币滑槽出口处滑出的硬币落在传送带上，传送带带动硬币经过摄像头正下方，经过图像识别后，会被硬币分拣机构的机械手的吸嘴获取。

进一步的，所述硬币分拣机构30采用三组相同的机械手相互配合进行硬币的分拣，所述机械手的吸嘴311通过吸嘴连接件310固定在机械手连杆309的前端，舵机306固定在舵机支架305上，舵机摇臂312连接在舵机306输出轴上，并带动机械手连杆309动作。

进一步的，所述机械手安装在舵机底座308上，舵机底座308又与滑块307相连，同步带304安装在同步带轮313上，同步带轮313一端的通过轮轴安装在带轮固定支架314，同步带轮303另一端固定在步进电机302的输出轴上，步进电机302带动同步带304转动，并驱动滑块307，使机械手在滑轨315上前后滑行，所述滑轨315固定在滑轨基座317上，滑轨基座317两端由滑轨支撑架318支撑，滑轨支撑架318通过角铁316连接在底座支架301上，底座支架301相互间通过角铁316进行固定连接。

进一步的，所述吸嘴311通过电磁泄气阀与气泵马达相连，通过空气负压方式来吸取硬币，控制电磁泄气阀的开关可实现硬币的取放。

进一步的，所述硬币收集机构40由三个硬币收集盒401组成，分别收集一元、五角和一角硬币，它们由前至后放置在硬币分拣机构30旁边，硬币收集盒401中心装有硬币包装筒402，当硬币包装筒402收集满硬币后能够取出，再用包装筒顶盖403盖上其开口。

如图6所示，本发明的电控硬件工作原理为：工控机通过出币机构10主控制单片机与串口通信进而控制拨盘电机111和翻斗舵机117的运动，使得硬币能逐个进入硬币输送机构20；主控制单片机可以发PWM信号来调节传送带电机213的转速，工控机通过USB连接摄像头201并采集硬币通过区域的图像，进行硬币识别和统计，并发送指令给主控制单片机，控制三组机械手对硬币的抓取。

进一步的，该装置上安装有工控机，工控机上安装的测控软件人机界面，在该界面的左侧区域，可选择与下位机连接的串口号，启动三组摄像头201，控制出币机构10的拨盘电机111和硬币输送机构20的传送带电机213是否工作，以及已分拣归类的硬币总额，界面中央区域显示三组摄像头201实时画面和硬币特征图画面，界面的右侧区域显示三个工位对硬币的识别数量和实际抓取数量。

实施例2：

采用任意一项硬币分类装置的操作方法，它包括以下步骤：

S1：接通电控硬件的电源，打开PC机的软件界面，启动设备运行；

S2：往翻斗101中装入硬币，翻斗101间歇摆动，把硬币逐次倒入漏斗102，硬币沿着漏斗102内壁滑入圆管104，叠放在圆管104的硬币，会随着上层拨盘105的旋转，逐个落入到其六个孔位中，当上层拨盘105旋转使其某一个孔位与下层出币板106的孔位一致时，上层拨盘105的那个孔位的硬币会落下，并从出币滑槽107出口处滑出；

S3：硬币落在传送带203上，传送带运动，带动硬币经过三个工位，每个工位前后有一个摄像头201和一个机械手，当硬币输送到摄像头201正下方时，经过图像识别后，步进电机302会驱动机械手向前滑行，舵机306带动机械手连杆309做下压动作，吸嘴311将硬币吸取；

S4：舵机306带动机械手连杆309抬起，步进电机302驱动机械手向后滑行，当滑行至相应硬币收集盒401处，吸嘴311释放硬币；

S5：硬币沿硬币收集盒401内壁，滑入硬币包装筒402里面；

S6：当硬币收集满后，根据软件界面提示，取出入硬币包装筒402，盖上包装筒顶盖403，放置到已分类区；

S7：更换空的硬币包装筒402到硬币收集盒401里面；

S8：传送带203尽头放置一个收纳盒，若三个工位都没有及时分拣出的硬币，会落入到这个收纳盒中，当收纳盒中的硬币达到一定数量后，可把这些硬币再倒入到翻斗101中，进行再分拣。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。