CN102271933A - 一种用于安装轮胎和车轮的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于安装轮胎(T)和车轮(W)的系统(200)。该系统(200)包括机器人臂(202)，其可枢转地连接(P1-P6)至末端执行器(204)。该系统(200)还包括轮胎支撑部件(208)，其包括支撑表面(210)和设置在支撑表面(210)上的一对车轮接合和轮胎操作部分(216)。该对车轮接合和轮胎操作部分(216)包括关于支撑表面(210)固定设置的第一车轮接合和轮胎操作部分(216a)以及关于支撑表面(210)可移动地设置(Y，Y’)的第二车轮接合和轮胎操作部分(216b)。

Description

一种用于安装轮胎和车轮的系统和方法
技术领域
本发明涉及轮胎和车轮组件，以及用于安装轮胎和车轮的系统和方法。
背景技术
用于安装车辆轮胎和车辆车轮的自动化工具通常可以得到。一些这样的工具被设计用于例如汽车修理店装置中，其中例如小体积的轮胎-车轮拆卸/安装工具是“完全自动化的”，从而连续地将轮胎和车轮送至安装轮胎和车轮的设备。
虽然用于安装车辆轮胎和车辆车轮的上述方法和其它常规方法是高效的，但是这些方法需要很大的资金投入来购买和维护装置。本发明通过提出一种用于安装车辆轮胎和车辆车轮的简单方法以便使用最小数量的工具来克服与现有技术有关的缺陷。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式描述本发明，其中：
图1A-1C示出了根据本发明第一示例性实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的设备及方法；
图2A-2D示出了根据本发明第二示例性实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的设备及方法；
图3给出了根据图2A-2D的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的一系列步骤的顶视图；
图4A-4D给出了根据本发明示例性实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的一系列步骤；
图5A-5D给出了根据图4A-4D的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的一系列步骤的顶视图；
图6给出了根据本发明示例性实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的系统的环境视图；
图7A-7E给出了根据图6所示系统的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的一系列步骤；
图8给出了安装车辆轮胎和车辆车轮的图6-7D的系统的环境视图；
图9-10给出了根据本发明实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的系统的透视图；
图11A-11G是大体沿图9的线11A-11A截取的部分横截面视图，其给出了用于利用根据本发明示例性实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的图9-10的系统的一系列步骤；
图11H-11J给出了根据本发明示例性实施例的根据图11D-11F的线11H-11J的系统的一系列顶视图；
图11K是图11A的相应圈中部分的放大图；
图12A-12H给出了用于利用根据本发明示例性实施例的用于安装车辆轮胎和车辆车轮的图9-10的系统的一系列步骤；以及
图12I-12L给出了根据本发明示例性实施例的根据图12D-12G的线12I-12L的系统的一系列顶视图。
具体实施方式
这些附图给出了根据本发明实施例的用于安装轮胎和车轮的系统及方法的示例性实施例。基于前文，通常理解这里使用的词汇只是为了方便，并且本领域普通技术人员应当赋予用于描述本发明的术语最广泛的意义。
参见图1A-3，示出了根据实施例的用于安装轮胎T和车轮W的系统，其总体标为10。尽管是从保持轮胎(相对于车轮)固定和操纵车轮以将车轮安装到轮胎上的上下文中解释系统10。然而应理解，还可以利用系统10来保持车轮(相对于轮胎)固定并且操纵轮胎以将轮胎安装到车轮上。在任意的安装过程中，系统10可以产生完全或部分安装的轮胎-车轮组件，TW(参见例如图1C、3、4D、6、8)。
需要重点注意的是，本发明无需使用在将轮胎安装到车轮上时使用的传统安装工具(有时被称作安装工具、压力辊轮、工具包或类似名称)。将本发明的这个方面表现成“免工具”安装系统是比较准确的。在一个实施例中，本发明还可以被理解成一种安装系统，其中车轮和车胎以使得它们起到安装工具(或者至少作为安装工具的一部分)的作用的方式受到操纵。在一个实施例中，轮胎或车轮之一由原动机驱动，而轮胎或车轮的另一个保持从动。没有其它的原动机被用来将能量引入系统以将车轮安装到车胎上。这种方法与传统方法存在很大不同，所有的传统方法都要使用工具(诸如工具包等)来将轮胎安装到车轮上。
在一个实施例中，轮胎T和车轮W的“部分”安装可以包括将轮胎T的胎边B1、B2之一部分或完全地围绕车轮W的圆周Wc设置(例如，参见图1C和3)。在一个实施例中，轮胎T和车轮W的“完全”安装可以包括将轮胎T的胎边B1、B2之一完全地围绕车轮W的圆周Wc设置(例如，参见图4D和6)。在一个实施例中，轮胎T和车轮W的“完全”安装还可以包括将轮胎T的两个胎边B1、B2完全围绕车轮W的圆周Wc设置(例如，参见图8)。因此，可以理解，轮胎T和车轮W的安装可以包括围绕轮胎T的圆周Wc部分或完全地设置一个或多个胎边B1、B2，并且轮胎T和车轮W可以按照任何期望的方式被安装，用于后续工位(未示出)中的其它处理，所述后续工位可以包括例如已安装的轮胎-车轮组件TW的匹配标记、充气、胎边安放、均衡性测试及平衡。
首先参见图1A，系统10总体上包括车轮支撑臂组件12，其包括转动致动器14，致动器14连接在基体16和心轴18之间。心轴18与车轮W连接，例如与车轮W的中心毂部连接。
如图所示，轮胎T包括第一胎边B1和第二胎边B2。轴线AT-AT贯穿轮胎T的中心点或旋转轴。下文中将轴线AT-AT称作轮胎轴线。
如图所示，车轮W包括适于接收和安放第一胎边B1的第一胎边座S1，以及适于接收和安放第二胎边B2的第二胎边座S2。可以理解，车轮W的圆周Wc包括第一和第二胎边座S1、S2。
轴线AW-AW可以贯穿车轮W的中心点和旋转轴线。下文中将轴线AW-AW称作车轮轴线。
基体16可以与致动器(其总体上标为25)连接，所述致动器能够在三维空间中移动整个车轮支撑臂组件12，以及相应地移动车轮W。如图所示，车轮轴线AW-AW贯穿车轮支撑臂组件12，并且相应地，由致动器25引起的车轮支撑臂组件12的运动也引起车轮轴线AW-AW的运动。
在一个实施例中，致动器25能够使车轮支撑臂组件12沿任何方向运动，诸如大体线性的运动M(例如参见图1A-1C)，在一个实施例中，使车轮支撑臂组件12以进动运动(precessional motion)P1-P4(例如参见图2A-3)的形式运动，或者在一个实施例中使车轮支撑臂组件12以下降运动P(例如参见图4A-5D)的形式运动，或者在一个实施例中以非进动旋转运动(例如参见图7A-7E)的形式运动。致动器25可以是由处理器(未示出)支配的自动化设备(诸如机器人)，或者作为替换方式，是由人员(未示出)监视和物理操作的人工操作设备。
在一个实施例中，如图1A-1C中所示，支撑臂组件12根据箭头M的方向摇摆、下降或者以其它方式运动。运动M可以是任何运动或者运动的组合(包括线性运动和钟摆运动)。如图1A中所示，组件12使车轮W接近轮胎T地运动。然而，在图1B中，组件12使车轮W的凹入中心部分DC接近轮胎T的第一胎边B1地运动。参见图1C/2A，组件12将车轮W的凹入中心部分DC移动到轮胎T的第一胎边B1附近，以使轮胎T的第一胎边B1的一部分牢固压靠着车轮W的凹入中心的一部分。
如图2A中所示，在致动器25引起组件12和车轮W的进一步运动之前，致动器25将车轮W相对于轮胎T设置成车轮轴线AW-AW是倾斜的(即，与轮胎轴线AT-AT不平行)。在一个实施例中，致动器25然后可以使车轮支撑臂组件12、以及相应地使车轮W和车轮轴线AW-AW相对于轮胎T和轮胎轴线AT-AT移动，根据箭头P1-P4的方向扫出一个进动运动(图2A-3)。通常，通过以下运动来定义进动运动P1-P4，即：使车轮轴线关于轮胎轴线倾斜，然后使车轮轴线AW-AW围绕轮胎轴线AT-AT旋转，使得车轮轴线AW-AW围绕轮胎轴线AT-AT的运动扫出一个限定出圆锥体表面的区域。
首先参见图2A，致动器25可以使车轮支撑臂组件12关于轮胎T进动地将车轮W定位在例如“9点钟位置”(例如参见图3)，以便车轮W关于轮胎T根据箭头P1的顺时针方向进动运动到“12点钟位置”(例如参见图3)。然后，如图2B中所见，致动器25可以使车轮支撑臂组件12关于轮胎T进动地将车轮W定位在例如“12点钟位置”，以便车轮W关于轮胎T根据箭头P2的顺时针方向进动运动到“3点钟位置”。然后，如图2C中所见，致动器25可以使车轮支撑臂组件12关于轮胎T进动地将车轮W定位在例如“3点钟位置”，以便车轮W关于轮胎T根据箭头P3的顺时针方向进动运动到“6点钟位置”。然后，如图2D中所见，致动器25可以使车轮支撑臂组件12关于轮胎T进动地将车轮W定位在例如“6点钟位置”，以便车轮W关于轮胎T根据箭头P4的顺时针方向进动运动到“9点钟位置”。
尽管在图2A-2D中以不连续的步骤描述了车轮支撑臂组件12和车轮W的运动，然而将理解，进动运动P1-P4可以是连续和流畅的。另外，可以理解，进动运动P1-P4不限于顺时针运动，并且作为替换方式，进动运动P1-P4可以沿逆时针方向进行。另外，上述有关车轮W和/或车轮支撑臂组件12的特定“时钟位置”的参考只是为了方便将图2A-2D与图3中示出的内容相互关联起来，并且在安装轮胎T和车轮W时，本发明不限于特定“时钟”参考点、起始位置或结束位置。
在图2A-3中示出和描述的进动运动P1-P4期间，轮胎T的胎边B1、B2中的至少一个被拉起，并且至少部分围绕车轮W的圆周Wc设置。在一个实施例中，第一胎边B1可以被拉长，并且至少部分靠近第一胎边座S1设置。一旦胎边B1被拉长靠近胎边座S1，车轮轴线AW-AW和轮胎轴线AT-AT可基本同轴。因此，进动运动P1-P4可以引起轮胎T和车轮W的后续的部分或完全安装。一旦轮胎T被安装到车轮W上，所安装的基本同轴的轮胎T和车轮W可以被移动到另一工位(未示出)，用于匹配标记、充气和平衡。
在上述轮胎/车轮安装操作期间，可以理解，必要时可以借助轮胎T的轴向端面TA或其外圆周Tc来保持轮胎T，同时使车轮W关于轮胎T进动运动，如上述那样。然而，可以理解，可以出现相反的情况，因为可以保持车轮W不动，同时使轮胎T关于车轮W进动运动。
现在参见图4A-5D，示出了根据实施例的用于安装轮胎T和车轮W的系统，其总体标为100。系统100与系统10基本类似，其原因在于系统100包含借助于致动器25和车轮支撑臂组件12的车轮W的进动运动P1-P4；然而，系统100同时将借助于支撑臂组件12的运动的车轮W的进动运动P1-P4与支撑臂组件12沿轴线(总体上标为Ap-Ap)的轴向下降运动混合。下文中将轴线Ap-Ap称作下降轴线。
参见图4A，可以将车轮支撑臂组件12设置成基本与图1C/2A中示出和描述的相似。轮胎T的轴向端面TA可以由轴向支撑面S保持，且抵靠轴向支撑面S。
如图4A-5C所示，车轮支撑臂组件12和车轮W可以同时根据箭头P1-P4所示的进动运动和根据箭头P的方向的沿下降轴线Ap-Ap的轴向下降运动以混合运动的方式移动。尽管上文中描述了根据箭头P1-P4和P的方向的混合运动，但是可以理解，本发明不限于组件12和车轮W的这种混合运动；例如，可以理解，当车轮W以进动运动P1-P4的方式运动时，轮胎T可以沿轴向朝向车轮W运动，从而在保持车轮W的轴向位置不变时，使轮胎T具有与车轮W基本相反的轴向运动。因此，可以理解，当轮胎T沿轴向朝向车轮W运动时，车轮W可以轴向独立地作进动运动。
如图4A-4D中的各个连续的附图所示的，当通过车轮W的混合运动P1-P4和P将轮胎T推进或以其它方式安装到车轮W上时，根据角θ的车轮轴线Aw-Aw和轮胎轴线AT-AT之间的角间距减少成基本为零，使得车轮轴线Aw-Aw和轮胎轴线AT-AT彼此会聚，因此车轮轴线Aw-Aw和轮胎轴线AT-AT基本同轴。
如图4D和5D所示，轮胎T可以至少部分被安装到车轮W上，使得第一胎边B1围绕车轮W的圆周Wc设置。参见图6，车轮支撑组件12可以关于车轮W将部分安装的轮胎T移动至最终加工工位(总体上标为150)，其将轮胎T完全安装到车轮W上，从而将第一和第二胎边B1、B2围绕车轮W的圆周Wc设置。
在一个实施例中，最终加工工位150通常包括多个接地辊(其总体上标为152a-152c)，以及枢转的“跷跷板式辊”(其总体上标为154)。跷跷板式辊154与致动器156进行相关联以允许跷跷板式辊154的向上/向下枢转的“跷跷板式”运动。在一个实施例中，接地辊152a-152c和跷跷板式辊154围绕轮胎T的轴向端TA的圆周Wc设置。
在一个实施例中，接地辊152a沿圆周被设置成与跷跷板式辊154大体相对。虽然只示出了3个接地辊152a-152c，但是可以理解，在最终加工工位150的设计中可包括任何期望数量的接地辊152a-152c。
在操作中，参见图7A，车轮支撑组件12按照箭头Z的方向将部分安装的轮胎T和车轮W移向最终加工工位150，以使轮胎T的轴向端TA接触接地辊152a-152c和跷跷板式辊154。然后，致动器156将跷跷板式辊154从向下位置D移至向上位置U，以沿着远离接地辊152a-152c的方向推动轮胎T的轴向端TA的至少一部分。
参见图7B，车轮支撑组件12使部分安装的轮胎T和车轮W围绕轴线AR-AR旋转，所述轴线AR-AR与轴线AT-AT、AW-AW基本上同轴。下文中将轴线AR-AR称作最终加工工位的旋转轴。由于轮胎T的轴向端TA与接地辊152a-152c和跷跷板式辊154接触，车轮支撑组件12的旋转运动从车轮W和轮胎T转到接地辊152a-152c和跷跷板式辊154。
当部分安装的轮胎T和车轮W开始围绕最终加工工位的旋转轴线AR-AR旋转时，跷跷板式辊154的向上位置U促使第二胎边B2开始靠近跷跷板式辊154部分围绕车轮W的圆周Wc设置(例如参见图7B)。在该位置上，据说有约5％的第二胎边B2围绕车轮W的圆周Wc设置。
然后，如图7C所示，第二胎边B2靠近离跷跷板式辊154最近的接地辊152c进一步部分围绕车轮W的圆周Wc设置。必要时，致动器156可以提高跷跷板式辊154的向上位置U，以围绕车轮W的圆周Wc进一步推动第二胎边B2。在该位置上，据说有约10％的第二胎边B2围绕车轮W的圆周Wc设置。
然后，如图7D所示，第二胎边B2靠近接地辊152b被进一步部分围绕车轮W的圆周Wc设置，其中接地辊152b与接地辊152c相比离跷跷板式辊154更远，但是与接地辊152a相比更靠近跷跷板式辊154。必要时，致动器156可以进一步提高跷跷板式辊154的向上位置U，以进一步围绕车轮W的圆周Wc推动第二胎边B2。在该位置上，据说有约15％的第二胎边B2围绕车轮W的圆周Wc设置。
然后，如图7E所示，第二胎边B2可以突然全部围绕车轮W的圆周Wc设置，使得第二胎边B2靠近离跷跷板式辊154最远的接地辊152a围绕车轮W的圆周Wc设置。由于部分设置的第二胎边B2按指数规律地围绕车轮W设置(即，围绕车轮W的圆周Wc设置的第二胎边B2的百分比从15％上升至100％)，可以听到响亮的吧嗒声或砰声，以便操作人员知晓第二胎边B2已围绕车轮W的圆周Wc设置。参见图8，然后使车轮支撑组件12按照与箭头Z的方向相反的箭头Z’的方向移动，以将所安装的轮胎-车轮组件TW移离最终加工工位150，以便在一个或多个后续的匹配标记/充气/胎边座放/平衡工位处接受进一步处理。
首先参见图9，示出了一种根据本发明实施例的用于将轮胎T安装到车轮W上的系统，其总体上标为200。在一个实施例中，系统200包括机器人臂202，其包括设在机器人臂202的末端206上的末端执行器204。就其功能而言，末端执行器204保持和可释放地固定靠近机器人臂202的末端206的车轮W。另外，在一个实施例中，系统200可以包括轮胎支撑部件(其总体上标为208)，用于支撑轮胎T，例如图10中所示那样。
在一个实施例中，轮胎支撑部件208通常可以通过包括由多个腿212支撑的支撑表面210的桌子来定义。在一个实施例中，轮胎支撑部件208可以包括混合的车轮接合和轮胎支撑设备214，其具有一个或多个车轮接合部(总体标为216)，用于接合车轮W的圆周Wc的一个或多个部分，同时支撑轮胎T的轴向端面/侧壁TA。
在一个实施例中，该一个或多个车轮接合部216包括第一部分216a和第二部分216b。在一个实施例中，第一和第二部分216a、216b每个分别包括壳体222a、222b。每个壳体分别容纳贯穿各个壳体222上的多个开口220的多个轮子或辊218，用于接合和支撑轮胎T的轴向端面/侧壁TA。
在一个实施例中，第一和第二部分216a、216b中的一个或多个可以相对于支撑表面210被固定，或者作为替换，第一和第二部分216a、216b中的一个或多个可以关于通常由支撑表面210定义的平面平行移动。在一个实施例中，第一部分216a可以包括竖直凸缘部分224a，用于关于支撑表面210固定第一部分216a。另外，在一个实施例中，第二部分216b可以包括竖直凸缘部分224b，用于直接支撑可移动部分216b。因此，上文中的第一部分216a在下文中被称作固定部分，第二部分216在下文中被称作可移动部分；然而，可以理解，固定部分216a和可移动部分216b代表了本发明的一个实施例，并且系统200不限于包括一个和多个固定部分和/或可移动部分。
在一个实施例中，可移动部分216b可以沿箭头Y-Y’的方向直线移动。可移动部分216b沿箭头Y-Y’方向的运动允许可移动部分216b的运动，这将得到更为详细的解释。
在一个实施例中，可以理解，机器人臂202可以关于轮胎支撑部件208沿箭头X、X’、Y、Y’和Z、Z’的方向中的一个或多个移动。如图所示，箭头X、X’的方向与箭头Y、Y’的方向大体垂直，而箭头Z、Z’的方向与箭头X、X’、Y、Y’的方向基本正交。
在一个实施例中，可移动部分216b可以在基本水平的导轨226上沿箭头Y、Y’的方向移动，其中导轨226被设置成与箭头X、X’的方向大体垂直。在一个实施例中，基本水平的导轨226贯穿形成于第二基本竖直的凸缘224b中的通道。在一个实施例中，基本水平的导轨226还固定/连接在第一基本竖直的凸缘224a上。
在一个实施例中，第二基本竖直的凸缘224b可以包括一对凹部228，其中各个凹部分别接收从支撑表面210伸出的轨道230。在一个实施例中，当第二基本竖直的凸缘224b沿箭头Y、Y’的方向之一运动时，第二基本竖直的凸缘224b受到轨道230和导轨226引导。竖直凸缘224b可以在任何摩擦减少装置(诸如滚珠轴承、滑动轴承、润滑剂或类似物)的帮助下沿轨道230和/或导轨226受到引导。
现在参见图11A，描述了一种根据本发明实施例的利用系统200安装轮胎T和车轮W的方法。在一个实施例中，车轮W可释放地靠近机器人臂202的末端206被固定，轮胎T的轴向端/侧壁TA一部分由轮胎支撑208的表面210支撑，并且一部分还受到车轮接合部216a、216b支撑。在一个实施例中，当车轮W的轴向端/侧壁WA一开始被设置成与支撑表面210基本平行时，起初将轮胎T的轴向端/侧壁TA关于支撑表面210成θ角地斜靠在固定和可移动部分216a、216b上。
在一个实施例中，机器人臂202的运动可以由与上述致动器25基本相似的致动器(未示出)控制；然而，可以理解，对机器人臂202的运动的控制不限于致动器的控制，机器人臂202可以以任何期望的方式通过任何期望的设备来控制、移动或设置。另外，在一个实施例中，机器人臂202可以包括连接/枢转点(总体上标为232)，其关于机器人臂202可移动/枢转地连接末端执行器204；因此，可以理解，关于连接/枢转点232的机器人臂202和末端执行器204中的一个或多个的运动可以受到控制，例如通过上述致动器。
参见图11A，当机器人臂202和末端执行器204通常根据箭头Z’的方向朝向轮胎支撑部件208移动时，末端执行器204可以沿着箭头P1的方向关于连接/枢转点232逆时针枢转，此时机器人臂202沿着箭头P2的方向关于连接/枢转点232顺时针枢转，以将车轮W放到轮胎T附近，如图11B所示。在一个实施例中，如图11B所示，沿箭头P1、P2的方向的运动导致车轮W的凹入中心部分DC的一部分被移动至轮胎T的第一和第二胎边B1、B2之间。
进一步参见图11B，末端执行器204然后沿着箭头P3的方向关于连接/枢转点232顺时针枢转，此时机器人臂202沿着箭头P4的方向关于连接/枢转点232逆时针枢转，以关于轮胎T进一步调整车轮W的位置，如图11C所示。在一个实施例中，如图11C所示，沿箭头P3、P4的方向的运动导致车轮W的整个胎边座S(由S2’和S2”构成)被放置到轮胎T的第一和第二胎边B1(由B1’和B1”构成)和B2(由B2’和B2”构成)之间，此时轮胎T的第一胎边B1被放置在车轮W的第一和第二胎边座S1、S2之间。根据轮胎的柔韧性(和其它因素)，轮胎T的轴向端/侧壁TA可以移离固定和可移动部分216a、216b(即，暂时不受它们支撑)。
进一步参见图11C，当机器人臂202和末端执行器204沿着箭头Z’的方向朝向轮胎支撑部件208移动时，末端执行器204沿着箭头P5的方向关于连接/枢转点232顺时针枢转，此时机器人臂202沿着箭头P6的方向关于连接/枢转点232逆时针枢转。在一个实施例中，如图11D所示，沿箭头P5、P6的方向的运动引起车轮W和轮胎T的运动，从而操纵轮胎T的第一胎边的一部分B1’靠近第一胎边座S1座落，同时将轮胎T的第一胎边的第二部分B1”移到车轮W的靠近第二胎边座S2”的凹入中心部分DC附近。而且，沿箭头P5、P6的方向的运动(参见图11D和11H)引起车轮W和轮胎T的运动，从而将轮胎T的第二胎边的一部分B2’放置成靠近车轮W的凹入中心部分DC，此时轮胎T的第二胎边的另一部分B2”被放置在车轮W的轴向端/侧壁WA附近。
另外，在一个实施例中，如图11D所示，沿箭头P5、P6的方向的运动导致车轮W的轴向端/侧壁WA被设置成与轮胎支撑部件208的支撑表面210基本平行，并且与其间隔一定距离D1。另外，如图11D所示，沿箭头P5、P6的方向的运动导致车轮W的凹入中心部分DC与支撑表面210间隔一定距离D2，多个轮子或辊218的最上面的点/接触表面234与支撑表面210间隔一定距离D3，并且距离D3基本上大于等于距离D2。
进一步参见图11D，在一个实施例中，沿箭头P5、P6的方向的运动导致轮胎T关于车轮W受到操纵，具体如下。首先，在一个实施例中，多个轮子或辊218中的一个或多个的接触表面234接合轮胎T的轴向端/侧壁WA，使得轮胎T的轴向端/侧壁WA的至少一部分与支撑表面210间隔距离D3。接着，将车轮W下降至位置D1，使得当从顶部进行观察时(参见图11H)，车轮W的外圆周的至少一部分位于车轮接合部216a和216b之间。
如图11D-11F所示，在一个实施例中，机器人臂202然后沿着箭头P7的方向移过轮胎支撑部件208，同时根据距离D1维持车轮W的轴向端/侧壁WA与轮胎支撑部件208的支撑表面210之间的间距。如例如图11E和11F所示，沿箭头P7的方向的进一步运动导致关于上述多个轮子或辊218的最上面的点/接触表面234对轮胎T的轴向端/侧壁TA的进一步操纵，以进一步使轮胎T的第二胎边B2至少靠近车轮W的第二胎边座S2座落。
在一个实施例中，如图11D-11F所示，箭头P7的朝向与箭头X大体相同。然而，参见图11H-11J，在一个实施例中，机器人臂202沿着箭头P7的方向的运动可以包括：一个或多个沿箭头X的方向的基本直线段P7L1、P7L2；以及一个或多个基本非直线段P7NL，其包括箭头X和Y中的各分量(例如参见图11H)，或者作为替换，包括箭头X和Y’中的各分量(例如见图11J)。
在一个实施例中，例如，箭头P7的基本非直线段P7NL来自车轮W的圆周Wc中的接合并且围绕固定部分216a的壳体222的边缘表面236a移动(或“滚动”)的部分。在一个实施例中，车轮W的圆周Wc可以包括车轮W的第二胎边座S2或凹入中心部分DC中的一个或多个。尽管在上文中描述车轮W的圆周Wc“滚过”边缘表面236a，但是可以理解，车轮W不一定要关于壳体222或者关于车轮的旋转轴线A“滚动”，而是机器人臂202和末端执行器204沿着大体由基本非直线段P7NL定义的路径移动，从而提供车轮“滚过”边缘表面236a的现象。然而，尽管描述了车轮W不关于壳体222“滚动”，但是可以理解，机器人臂202和末端执行器204中的一个或多个可以以任何期望的方式移动，以允许车轮W沿着箭头P1-P7的方向移动。
如图11H所述，当车轮W的圆周Wc的一部分接合并且“滚过”固定部分216a的边缘表面236a时，可移动部分216b的相应边缘表面236b也接触车轮W的圆周Wc的一部分，该部分与车轮W的圆周Wc的接触固定部分216a的边缘表面236a的那部分直接相对。相应地，当车轮W“滚过”固定部分216a的边缘表面236a并且沿着非直线段P7NL移动时，可移动部分216b沿着箭头Y的方向被车轮W的圆周Wc的一部分推离固定部分216a，此时车轮W的圆周Wc接合可移动部分216b的边缘表面236b。
如图11I所示，当车轮W的轴向中心A经过基本水平的导轨226时，沿非直线段P7NL的运动通常达到最高点，因此可移动部分216b不再沿箭头Y的方向移离固定部分216a。然后，如图11J所示，继续沿非直线段P7NL作进一步运动，使得可移动部分216b沿着箭头Y’的方向(其与箭头Y的方向相反)朝向固定部分216a移动，直至固定和可移动部分216a、216b的边缘表面236a、236b不再接触车轮W的圆周Wc的相对部分(例如参见图11G)。可移动部分216b可以被偏置，诸如通过使用弹簧(未示出)，以将其推向固定部分216a。
在一个实施例中，参见图11G，一旦机器人臂202沿箭头P7的方向移动车轮W和车胎T，车胎T的第二胎边B2可以完全被设置在车轮W的凹入中心DC和第二胎边座S2中的一个或多个附近。另外，如从图11C到图11G逐步看到的那样，当多个轮子或辊218接合轮胎T的轴向端/侧壁TA的第一个1/3(例如参见图11D)、第一个1/2(例如参见图11E)和最后1/3(例如参见图11F)时，轮胎T的第一胎边B1可以进一步被移动或座落成至少靠近车轮W的第一胎边座S1。一旦轮胎T被安装到车轮W上，例如图11G所示，机器人臂202可以将轮胎T和车轮W推至后续工作站以对轮胎T进行充气，或者作为替换，必要时，末端执行器204可以将车轮W从机器人臂202上释放。
现在参见图12A，描述了根据本发明实施例的另一种利用系统200安装轮胎T和车轮W的方法。机器人臂202和末端执行器204中的一个或多个根据箭头Q1、Q2的方向关于连接/枢转点232枢转，而不是上述的使机器人臂202和末端执行器204中的一个或多个根据箭头P1-P6关于连接/枢转点232枢转。另外，如在上文中描述的那样，机器人臂202和末端执行器204中的一个或多个根据箭头Z’和X的方式以“下降和扫过”的运动方式运动。
首先参见图12A，当机器人臂202和末端执行器204根据箭头Z’的方向朝向轮胎支撑部件208移动时，末端执行器204可以根据箭头Q1的方向关于连接/枢转点232顺时针枢转，此时机器人臂202根据箭头Q2的方向关于连接/枢转点232顺时针枢转，以靠近轮胎T的第一/上轴向端/侧壁TA1设置车轮W的轴向端/侧壁WA，如图12B所示。在一个实施例中，如图12C所示，根据箭头Z’的方向的进一步运动导致车轮W的凹入中心部分DC的一部分移动靠近轮胎T的第一胎边的一部分B1’，此时车轮W的第二胎边座的一部分S2位于轮胎T的第一和第二胎边B1’、B2’之间。
参见图12D，机器人臂202和末端执行器204根据箭头Z’的方向的进一步运动导致轮胎T的第二胎边的一部分B2’基本位于车轮W的凹入中心部分DC和第二胎边座B2”中的一个或多个附近，此时车轮W的轴向端/侧壁WA的一部分位于轮胎T的第一/上轴向端/侧壁TA1的一部分附近，使得车轮W的一部分明显“挤压”轮胎T的一部分，从而使轮胎T的第一胎边的一部分B1”和轮胎T的第二胎边的一部分B2”彼此大体邻近或靠近。另外，如图12D所示，机器人臂202和末端执行器204根据箭头Z’的方向的运动导致轮胎T的第一胎边的一部分B1’进一步远离车轮W的凹入中心部分DC，并且更靠近车轮W的第一胎边座S1。
如上面在图12D中所述，机器人臂202和末端执行器204根据箭头Z’的方向的运动完成上述“下降和扫过”运动中的“下降”运动。然后通过根据箭头Q3的方向移动机器人臂202来开始“扫过”运动，如图12D-12H所示。
如图12I-12L所示，根据箭头Q3的方向的运动的朝向基本与箭头X的相同，在上文中关于箭头P7的方向作过类似的描述。另外，在一个实施例中，机器人臂202根据箭头Q3的方向的运动可以包括：一个或多个根据箭头X的方向的基本直线段Q3L1、Q3L2；以及一个或多个基本非直线段Q3NL，其包括箭头X和Y中的各分量(例如参见图12I和12J)，或者作为替换，包括箭头X和Y’中的各分量(例如参见图12L)。
如图12D-12L所示，固定和可移动部分216a、216b作用于轮胎T和车轮W上，在上文里在图11A-11J中作过类似的描述，使得轮胎T的第一和第二胎边B1、B2最终座落成至少靠近车轮W的第一和第二胎边座S1、S2(例如图12H所示)。可以理解，图11A-11J与图12A-12L中所描述的实施例之间的大体差异是：机器人臂202和末端执行器204中的一个或多个沿着根据箭头P1-P6的多个方向枢转，以在轮胎操作过程开始时将车轮W的轴向端/侧壁WA的至少一部分设置在第一和第二胎边B1、B2之间(例如参见图11D)，而机器人臂202和末端执行器204基本是“下降”的(没有被由箭头P1-P6表示的一个或多个枢转运动中断)，以在轮胎操作过程开始时，将车轮W的轴向端/侧壁WA设置在轮胎T的第一/上轴向端/侧壁的一部分TA1附近，如图12D所示。
在一个实施例中，可以理解，图12A-12L中描述的方法可优于图11A-11J中所描述的方法，因为缺少了根据箭头P1-P6的方向的多个运动，可以节省安装过程的时间。另外，在一个实施例中，可以理解，图12A-12L中描述的方法可适用于其轴向端/侧壁TA1、TA2相对薄、柔软或具有类似情况的轮胎T，而图11A-11J中所描述的方法可适用于其轴向端/侧壁TA1、TA2相对坚硬的轮胎T，诸如缺气压下行驶的轮胎。然而，可以理解，任何一种方法均不限于特定种类或类型的轮胎T，任何一种方法均可以被用来将任何种类或类型的轮胎T安装到车轮W上。
需要重点注意的是，在图9-12G中提出的发明无需使用在将轮胎安装到车轮上时使用的传统安装工具(诸如安装工具、压力辊轮、工具包或类似物)。将本发明的这个方面表现成“免工具”安装系统是比较准确的。在一个实施例中，本发明还可以被理解成一种安装系统，其中车轮和/或车胎中的至少一个以使得它们起到安装工具(或者至少起到安装工具的一部分)的作用的方式受到操纵。在一个实施例中，轮胎或车轮之一由原动机驱动，而另一个保持被动(即，从这个词的严格的物理含义上讲，被动的部件不向由原动机驱动的部件作任何正功)。这种方法与传统方法存在很大不同，其中所有的传统方法都要使用工具(诸如工具包等)，这些工具以在保持车轮固定的同时将轮胎安装到车轮上的方式使轮胎发生变形。
本发明已经参考了一些示例性实施例进行了描述。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，除了上述那些示例性实施例之外，本发明还可以以其它具体形式实现。这些可以在不背离本发明的精神的前提下实现。这些示例性实施例只是说明性的，不应被视为以任何方式限制本发明。本发明的范围由所提交的权利要求及其等同来限定，而不是由前面的描述来限定。

Claims (14)

1.一种用于安装轮胎(T)和车轮(W)的系统(200)，其包括：
机器人臂(202)，其可枢转地连接(P1-P6)至末端执行器(204)；以及
轮胎支撑部件(208)，其包括：支撑表面(210)；布置在支撑表面(210)上的一对车轮接合和轮胎操作部分(216)；
其中所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)包括：相对于支撑表面(210)固定设置的第一车轮接合和轮胎操作部分(216a)；以及相对于支撑表面(210)可移动地设置(Y，Y’)的第二车轮接合和轮胎操作部分(216b)。
2.如权利要求1所述的系统(200)，其还包括：
与第一车轮接合和轮胎操作部分(216a)连接的第一基本竖直凸缘(224a)，其中第一基本竖直凸缘(224a)从支撑表面(210)伸出，以及
与第二车轮接合和轮胎操作部分(216b)连接的第二基本竖直凸缘(224b)，其中第二基本竖直凸缘(224b)由支撑表面(210)可移动地支撑(Y，Y’)。
3.如权利要求2所述的系统(200)，其还包括：
连接第一和第二基本竖直凸缘(224a，224b)的基本水平凸缘(226)，其中第二车轮接合和轮胎操作部分(216b)可滑动地设置(Y，Y’)在基本水平凸缘(226)上，其中该基本水平凸缘(226)延伸穿过形成于第二基本竖直凸缘(224b)的开口。
4.如权利要求2所述的系统(200)，其还包括：
从支撑表面(210)伸出的一对轨道(230)，其中第二基本竖直凸缘(224b)限定有接收所述一对轨道(230)的一对凹部(228)，其中第二基本竖直凸缘(224b)可滑动地设置(Y，Y’)在所述一对轨道(230)上。
5.如权利要求1所述的系统(200)，其中第一和第二车轮接合和轮胎操作部分(216)中的每一个包括：
壳体(222a，222b)，其具有边缘表面(236a，236b)以及限定有多个开口(220)的上表面；以及
多个轮子或辊(218)，其从壳体(222a，222b)伸出并且穿过多个开口(220)。
6.如权利要求5所述的系统(200)，其中多个轮子或辊(218)限定一装置，用于接合和操纵轮胎(T)的轴向端面/侧壁(TA)以将轮胎(T)的第一和第二胎边(B1，B2)中的至少一个或多个座落成至少靠近车轮(W)的第一和第二胎边座(S1，S2)中的一个或多个。
7.如权利要求5所述的系统(200)，其中壳体(222a，222b)的边缘表面(236a，236b)限定用于接合车轮(W)的圆周(Wc)的一部分的装置。
8.一种用于安装轮胎(T)和车轮(W)的方法，其包括以下步骤：
将车轮(W)可释放地固定在机器人臂(202)上；
将轮胎(T)设置在包括支撑表面(210)的轮胎支撑部件(208)上；
利用(P1-P6，Z’)机器人臂(202)，以将车轮(W)定位成至少靠近轮胎(T)；
利用(Y，Y’)设置在支撑表面(210)上的一对车轮接合和轮胎操作部分(216)，以接合车轮(W)的圆周(Wc)的一部分以及接合和操纵轮胎(T)的轴向端面/侧壁(TA)；以及
还利用机器人臂(202)，以相对于所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)移动(P7，P7L1，P7L2，P7NL，X)车轮(W)和轮胎(T)，其中车轮(W)抵靠着所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)拉动轮胎(T)，
由此将轮胎(T)安装到车轮(W)上。
9.如权利要求8所述的方法，其中将车轮(W)可释放地固定在机器人臂(202)上的步骤包括以下步骤：
将车轮(W)可释放地固定在末端执行器(204)上，该末端执行器(204)在连接/枢转点(232)处与机器人臂(202)的末端(206)可枢转地连接；以及
使机器人臂(202)和末端执行器(204)中的一个或多个相对于枢转点(232)枢转(P1-P6)。
10.如权利要求8所述的方法，其中利用机器人臂(202)将车轮(W)定位成至少靠近轮胎(T)的步骤还包括以下步骤：
将轮胎(T)的第一上胎边(B1)的第一部分定位成至少靠近车轮(W)的第一上胎边座(S1)，
将轮胎(T)的第一上胎边(B1)的第二部分定位成至少靠近车轮(W)的凹入中心部分(DC)，
将轮胎(T)的第二下胎边(B2)的第一部分定位成至少靠近车轮(W)的凹入中心部分(DC)，以及
将轮胎(T)的第二下胎边(B2)的第二部分定位成至少靠近车轮(W)的轴向端/侧壁(WA)。
11.如权利要求8所述的方法，其中利用机器人臂(202)将车轮(W)定位成至少靠近轮胎(T)的步骤还包括以下步骤：
将轮胎(T)的第一上胎边(B1)的第一部分定位成至少靠近车轮(W)的第一上胎边座(S1)，
将车轮的轴向端/侧壁(WA)的一部分定位在轮胎(T)的第一上胎边(B1)的第二部分和轮胎(T)的第一/上轴向端/侧壁(TA)的一部分中的一个或多个附近，以及
将轮胎(T)的第二下胎边(B2)的第一部分定位成至少靠近车轮(W)的凹入中心部分(DC)和第二下胎边座(S2)中的一个或多个。
12.如权利要求11所述的方法，其中将车轮的轴向端/侧壁(WA)的一部分定位在轮胎(T)的第一上胎边(B1)的第二部分和轮胎(T)的第一/上轴向端/侧壁(TA)的一部分中的一个或多个附近的步骤包括以下步骤：
明显挤压轮胎(T)的一部分，从而使轮胎(T)的第一和第二胎边(B1，B2)的相对部分彼此基本邻近或靠近。
13.如权利要求8所述的方法，其中利用机器人臂(202)相对于所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)移动(P7，P7L1，P7L2，P7NL，X)车轮(W)和轮胎(T)的步骤包括以下步骤：
利用机器人臂(202)沿一个或多个基本直线的路径(P7L1，P7L2)和非直线的路径(P7NL)移动车轮(W)。
14.如权利要求13所述的方法，其中，响应于沿非直线的路径(P7NL)移动车轮(W)，还包括以下步骤：
车轮(W)的圆周(Wc)中的相对部分邻近于所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)的第一和第二车轮接合和轮胎操作部分(216a，216b)中的每一个的边缘(236a，236b)地接合；以及
将所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)中的第二车轮接合和轮胎操作部分(216b)移离或移向所述一对车轮接合和轮胎操作部分(216)中的第一车轮接合和轮胎操作部分(216a)。
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