CN113103832B - 一种立式轮胎拆装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式轮胎拆装机器人，包括：立式框架；相对水平地设置于框架的近中部位置，可绕轴线旋转和/或沿轴线方向伸缩的主轴；通过机械臂活动联结于框架上、用于插入轮胎和轮辋之间、抓取轮胎边沿，且端部为钩形结构的拆装机械手；至少设置有两组，分布于轮胎的前后两侧，用于推压轮胎的前后两侧表面的压轮；至少一组沿相对水平和/或竖直方向运动，用于对轮胎进行限位和/或抱紧的轮胎抱臂；用于实现主轴、拆装机械手、压轮和轮胎抱臂的运动的驱动装置。本发明结构简单、占地面积小、操作方便，可实现轮胎的全自动拆装，且可有效降低操作人员的工作强度和技术要求，提高了拆装轮胎的效率。

Description

一种立式轮胎拆装机器人

技术领域

本发明涉及一种轮胎拆装装置，尤其是涉及一种立式的轮胎拆装机器人，属于轮胎维修机械装置技术领域。

背景技术

众所周知：车辆的车轮由轮辋以及安装在轮辋上的轮胎组成，其中，轮辋的周面上形成两个肩部（第一肩部和第二肩部），用于保持轮胎的胎圈，第一肩部和第二肩部位于轮辋的相对的两个侧向端部，轮辋的近中部位置还形成有环形沟槽，该环形沟槽为凹槽的形式，在轮胎的拆装过程中，暂时容纳轮胎的胎边。

在车轮，尤其是车轮上的轮胎出现问题的时候，需要进行轮胎的维修和更换，因此需要相应的装置来讲轮胎从轮辋上拆除和将轮胎装配回轮辋上，用于该操作的装置通常被称为轮胎拆装机器/设备。

目前，在国内外针对轮胎的拆装机器，大多以卧式为主，为一种具有车轮接收装置的设备，汽车车轮的轮辋可以固定在该车轮接收装置上（通常为竖向设置），所述车轮接收装置在安装或拆卸操作过程中可以通过旋转驱动装置（例如电机）来旋转，轮胎可以使用安装或拆卸工具来装入轮辋或者从轮辋上拆卸下来。

上述卧式轮胎拆装机器，目前均无法实现全自动操作，由于操作人员对轮胎进行拆装的操作空间位于拆装机器主体结构的上部，因此操作人员的操作空间限制比较多，比如，需要一定的拆装机器的占地面积，操作空间具有一定的高度等，增加了实现拆装自动化的难度。尤其是在装胎的过程中，无法自动实现轮胎与轮辋之间装配前的配位，均需要操作人员手动上胎，以及手动辅助使轮胎定位在能装入轮辋上的位置，如专利CN 102049981 B在背景技术中述及的“……,至少在安装操作的初始阶段，轮胎的轴线相对于轮缘（本发明所述的轮辋）的轴线倾斜。在此情形中，胎边 ( 或者，两个胎边中的一个胎边)的第一部分由安装 / 拆除工具保持在轮缘的外侧，而相同胎边的第二部分 ( 与第一胎边在直径方向相对的部分 ) 位于轮缘沟道内侧，使轮胎能沿垂直于轮缘轴线的方向、朝安装 / 拆除工具运动”，以上要求无形中增加了操作人员具的技术难度，且无法实现自动定位安装。

在脱胎的过程中，轮胎从轮辋上脱出后，需要向上将轮胎顶出，显然还进一步需要克服轮胎自身的重力阻碍，这也进一步加大了脱胎的难度，需要顶出机构作用到更大的力到轮胎上。

而我们知道，当将轮胎安装到轮辋上时，胎边经受常常致使轮胎损伤的机械应变。这是由于胎边经受径向应变 ( 压缩胎边 )、轴向应变 ( 提升胎边 ) 以及切向应变 ( 由于摩擦分力而拉拽胎边 )。如果胎边上的所有这些类型的机械应变超过一定临界值 ( 由轮胎制造协会和汽车制造商来指定 )，则它们会造成严重的轮胎损伤。

虽然专利CN 102049981 B公开了一种将轮胎安装到相应轮缘及从轮缘拆除轮胎的设备及方法，主要解决轮胎的胎边在机械应力的作用下可有效防止损伤的问题，但只是在控制程序上进行了改进，即只是通过设置传感器检测胎边的机械应变，从而实时控制拆装工具的运动行程或运动状态，以此来避免对轮胎的胎边的损伤，并未从机械应力产生的角度来解决上述问题。

因此，无论在占地面积、操作空间、拆装自动化程度、以及重力方向不同而引起的拆装难易程度上，目前卧式拆装机器均具有工作效率低、对操作人员技术要求高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明主要提供一种用于组装和/或拆卸车轮的轮胎的新设备，该设备允许立式拆装，且可实现自动拆装。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：

一种立式轮胎拆装机器人，包括：

框架：所述框架为一立式支撑体，主要用于承载各功能部件，且使得各功能部件能够依托框架进行相应的操作，并形成立式轮胎拆装机器人的至少一个侧面的操作空间；

主轴：所述主轴相对水平地设置于框架的近中部位置，可绕轴线旋转和/或沿轴线方向伸缩，其前端为轮辋的承载及锁定部，主要用于可在合适位置接收轮辋，并能自动回复到工作位置，并实现沿近水平方向的旋转轴旋转，用于带动轮辋旋转，进行轮胎的拆装操作；

至少一个拆装机械手：所述的拆装机械手通过机械臂活动联结于框架上，用于插入轮胎和轮辋之间，且端部为钩形结构，所述的拆装机械手相对框架可在脱离位置和工作位置之间移动，在脱离位置，拆装机械手远离轮胎，在工作位置，拆装机械手抓取轮胎边沿；

压轮：所述的压轮至少设置有两组，分布于轮胎的前后两侧，用于推压轮胎的前后两侧表面，一方面可以将轮胎的胎边和轮辋脱离开或挤入，另一方面，还可以将轮胎从轮辋上推出或推入等；

至少一组轮胎抱臂：沿相对水平和/或竖直方向运动，用于对轮胎进行限位和/或抱紧，进而进行输送；

驱动装置：所述的驱动装置，用于实现主轴、拆装机械手、压轮和轮胎抱臂的运动。

而针对上述主轴，为了使其进行伸缩和旋转运动，还包括将驱动从驱动装置传递到主轴实现主轴旋转的第一传动机构和/或实现主轴伸缩的第二传动机构，主轴的旋转和伸缩分别进行或同时进行，即驱动装置可通过第一传动机构单独驱动主轴旋转，也可通过第二传动机构单独驱动主轴伸缩，当然第一传动机构和第二传动机构也可同时运转，从而实现主轴伸缩的同时也在旋转，而伸缩运动和旋转运动的驱动装置可以为一个，也可以为两个，如果为一个，则需要同时设置一传动切换装置，且驱动装置可以为电机、气缸、油缸等。

进一步，上述的第一传动机构的末端为套设在主轴外周并相对主轴径向固定和/或轴向滑动的旋转驱动端，即第一传动机构可带动主轴旋转，但可有效避让主轴的伸缩，具体通过以下方式实现：

旋转驱动端的内壁面沿轴向至少形成一个限位凸起，而所述的主轴则沿轴线方向对应地在外周面上设置有等量多个用于限位凸起沿轴向滑动的键槽，限位凸起可实现旋转驱动端与主轴的周向固定，而在轴向，则主轴可通过键槽相对限位凸起实现伸缩运动。

为了保证主轴的伸缩行程，上述的键槽的长度至少为主轴相对限位凸起伸缩的行程长度。

再进一步，上述的一种立式轮胎拆装机器人，还包括关联于框架上、用于辅助主轴伸缩的导向平衡机构，所述的导向平衡机构至少包括一与主轴平行的导向光轴以及关联在框架上用于支撑导向光轴和/或主轴的支撑件，通过导向平衡机构实现主轴伸缩及旋转时的平衡，以及增强其在负载轮辋和轮胎时的承重能力。

而针对立式轮胎拆装机器人的拆装机械手，为了保证其在脱离位置和工作位置之间移动的轨迹符合拆装轮胎的要求，本发明还包括一机械臂限位导向装置，所述的机械臂限位导向装置至少包括一曲线槽，所述的机械臂上至少相对应地连接一在该曲线槽内嵌合滑动的销。优选的是：上述的机械臂限位导向装置至少包括两个曲线槽，且其中至少一个为异形曲线槽，所述的异形曲线槽在行程中具有拐点，且拐点前后部分方向相反，两个曲线槽相互配合，通过分别在两个曲线槽内滑动的销实现机械臂驱动拆装机械手按照既定轨线在脱离位置和工作位置之间运动，且实现拆装机械手插入轮胎的胎边与轮辋之间，并抓取胎边、提升或降低胎边、将胎边从轮辋上取出，以及从胎边上退出的操作。

更为具体的是：上述的曲线槽设置于所述的机械臂限位导向装置的至少一个竖直的壁上。最为优选的是：上述的机械臂限位导向装置至少包括两个结构相同的竖直的壁。而所述的机械臂至少部分收容于两个结构相同的竖直的壁之间。

在本发明中，上述的机械臂至少包括一关节，且所述的机械臂的其中一端与拆装机械手铰接，另一端则与驱动装置的动力输出轴连接，驱动装置驱动机械臂，机械臂通过销在曲线槽内滑动，进而限位控制拆装机械手的曲线运动。

针对立式轮胎拆装机器人的压轮，具体为：上述的压轮相对框架可实现上下和前后的伸缩运动以及沿轮胎侧表面的自转动，实现其在工作位，至少部分地与轮胎的侧面近轮辋处贴合，在压胎或推胎过程中，通过旋转减少与轮胎的摩擦力，同时提供对轮胎的压力，且不损伤轮辋以及胎压传感器等。所述的压轮的形状为细长柱形、盘形、喇叭形、哑铃形等类似物中的至少一种。且压轮在轮胎上的压点位与轮辋凸缘的距离保持在2-10mm最佳，压轮的作用效果最好。

再进一步，立式轮胎拆装机器人的轮胎抱臂至少一组设置在主轴的下方，对立式的轮胎进行限位和/或抱紧，并实现轮胎的水平移动和升降。且上述的轮胎抱臂每组中至少包括两个位于同一水平面的抱杆，分布于轮胎的左右两侧，且可相对水平横向的X轴运动和/或相对竖向的Y轴运动和/或相对水平纵向的Z轴运动。

此外，在本发明中，所述的驱动装置的驱动方式为电动、气动或液压驱动。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明通过将传统的卧式轮胎拆装机的传统形式，改为立式拆装，降低了拆装设备的占地面积、简化了操作流程、节约了设备成本，且实现了真正意义上的自动化拆装，大大降低了操作人员的劳动强度以及技术要求，同时提高了拆装效率；

（2）在实际应用过程中，由于轮胎的拆装需要某一点位先从轮辋脱出或装入轮辋，即该点位需要与轮辋具有一定的间隙，然后在拉动和/或推动胎侧面的力的作用下实现，此时，如果轮胎立式设置，则其自身重力可对间隙的形成提供助力，即使在拆胎过程中，如果拆拆装机械手位于轮胎的近上部位置，由于轮胎自身重力方向与拆装机械手的拉力或者压轮的推力方向也处于近似垂直的方向，不会提供阻力，而卧式轮胎，则重力将成为拆胎力量的阻力。

（3）在拆装轮胎过程中，由于轮胎抱臂、压轮和拆装机械手的相互自动化的配合，针对本发明所述的立式轮胎，如在不旋转主轴的情况下，拆装机械手将轮胎的胎边拉出轮辋轴再旋转主轴，此时，不会碰触到轮辋侧面的胎压传感器等，而传统的卧式轮胎，需要人工手动撬动轮胎的边沿，而且是在撬动的情况下，旋转主轴，对操作人员的技术要求比较高，否则很容易损伤胎压传感器，而对于目前半自动的卧式轮胎的拆装设备，再脱胎的时候，抓取胎边的钩子也是在深入胎边与轮辋之间的装胎旋转脱胎，同样有损伤胎压传感器的危险。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的轮胎拆装机器人拆除壳体后的侧视图；

图2为本发明一实施例所述的主轴脱离开框架的结构示意图；

图3为图2所述的主轴脱离开框架的另一方向的结构示意图；

图4为驱动主轴旋转的端部结构示意图；

图5为旋转驱动端的结构示意图；

图6为本发明另一主轴实施例在脱离开框架时的结构示意图；

图7为图6所述的主轴脱离开框架的另一方向的结构示意图；

图8为下部压轮组件的结构示意图；

图9为所述框架的结构示意图；

图10为本发明所述的一拆装机械手的结构示意图；

图11为图10中拆装机械手的细节结构示意图；

图12为本发明所述的轮胎抱臂另一实施例的结构示意图。

图中主要附图标记含义为：

1、框架

2、主轴

21、承载及锁定部

22、前部支撑板

23、后部支撑板

24、螺杆

25、连接板

26、第二电机

27、第一电机

28、旋转驱动端

29、限位凸起

211、键槽

212、导向光轴

20、支撑板

201、平衡板

202、固定行程支撑板

203、移动行程支撑板

3、压轮

31、后部压轮

32、前部压轮

33、前部压轮承载板

34、第一辅助板

35、后部压轮承载板

36、第二辅助板

37、第一伸缩螺杆

38、第一螺帽

39、第二伸缩螺杆

391、第二螺帽

40、第三伸缩螺杆

5、拆装机械手

51、钩子

52、机械臂

531、机械臂限位导向装置

54、第一曲线槽

55、第二曲线槽

56、第一销

57、第二销

6、轮胎抱臂

61、抱杆

62、齿轮

63、竖向滚动槽

64、齿条

65、横向滚动槽

66、横向齿条

C、轮辋

P、轮胎。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前面”、“后面”、“前端”、“后端”、“外侧”、“内测”、“前侧”、“后侧”、“上”、“下”、“竖向”、“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本发明一实施例所述的轮胎拆装机器人拆除壳体后的侧视图。

如图1所示：立式轮胎拆装机器人包括组为结构基础的框架1：设置于大致水平的支撑表面（如地面）上的立式支撑体，在本实施例中，其通过型材构建成具有至少一个侧面为操作空间的框形结构，与地面接触的型材组成的图形的面积可大于架身在地面投影的面积，以期进一步加强框架1的稳定性，框架1的主要作用在于：形成轮胎拆装机器人的立式空间、承载其他用于拆装轮胎操作的功能部件、提供各功能部件的传动支撑。

在本实施例中，将框架1形成操作空间的一侧面标记为前面。

图1所示的立式轮胎拆装机器人还包括主轴2，主轴2相对水平地设置于框架1的近中部位置，可绕轴线（近水平方向）旋转和/或沿轴线方向伸缩，其前端（朝向框架1的前面）为轮辋C的承载及锁定部21（接收轮辋）。

图2为本发明一实施例所述的主轴脱离开框架的结构示意图；图3为图2所述的主轴脱离开框架的另一方向的结构示意图。

如图2和图3所示：为了实现主轴2与框架1的关联，还包括两块支撑板：前部支撑板22和后部支撑板23，前部支撑板22通过两侧的连接件固定在框架1的前部的左右两侧，同样，后部支撑板23通过两侧的连接件固定在框架1的后部的左右两侧，主轴2的承载及锁定部21置于前部支撑板22的外侧（框架1的前面）。

图4为驱动主轴旋转的端部结构示意图；图5为旋转驱动端的结构示意图。

如图2-图5所示：为了实现主轴2的旋转，在本实施例中，主轴2穿过前部支撑板22，前部支撑板22和主轴2的连接端设置有轴承，便于主轴2相对前部支撑板22的旋转，此外，在前部支撑板22上也设置有驱动装置第一电机27，主轴2上设置有旋转驱动端28，第一电机27通过链轮驱动旋转驱动端28旋转，而驱动旋转端28通过以下方式带动主轴2转动：驱动旋转端28的内壁面沿轴向至少形成一个限位凸起29，而主轴2则沿轴线方向对应地在外周面上设置有等量多个用于限位凸起29沿轴向滑动的键槽211，限位凸起29可实现旋转驱动端28与主轴2的周向固定，主轴2可通过键槽211相对限位凸起29实现伸缩运动，即旋转驱动端28相对主轴2径向固定和轴向滑动，可有效避让主轴2的伸缩。旋转驱动端28、限位凸起29、键槽211以及链轮组成主轴2的第一传动机构，第一电机27为第一传动机构提供动力，上述的键槽211的长度至少为主轴2相对限位凸起29伸缩的行程长度。

而为了实现主轴2的伸缩，前部支撑板22和后部支撑板23之间平行设置有两螺杆24，主轴2在其近后端部的外周套设一连接板25，所述的连接板25通过内嵌的螺帽（图中未示出）套接在所述的螺杆24上，螺帽和其对应的螺杆组成丝杠，通过螺杆24的正反旋转，实现主轴2的伸缩。在本实施例中，螺杆24的旋转通过设置在后部支撑板23上的一驱动装置第二电机26驱动，第二电机26的输出轴通过链轮带动两螺杆24旋转。所述的螺杆24、螺帽、链轮以及连接板25组成主轴2的第二传动机构，第二电机26为第二传动机构提供动力。

通过上述的第一传动机构和第二传动机构的设置，可使得主轴2的旋转和伸缩分别进行或同时进行，即可通过第一电机27带动第一传动机构单独驱动主轴2旋转，也可通过第二电机26带动第二传动机构单独驱动主轴2伸缩，当然第一传动机构和第二传动机构也可同时运转，从而实现主轴2伸缩的同时也在旋转，而伸缩运动和旋转运动的驱动装置并不仅仅局限于电机的形式，也可以采用气缸、油缸等，本实施例中，采用两个动力装置分别驱动第一传动机构和第二传动机构，当然，也可以用同一个驱动装置，只需要增设一传动切换装置即可，此外，在主要目的（主轴旋转和伸缩）不变的情况下，第一传动机构和第二传动机构的形式也不仅仅局限于上述方式。

在上述的主轴2的伸缩过程中，还包括关联于框架1上、用于辅助主轴2伸缩的导向平衡机构，具体为：导向平衡机构包括与主轴2平行的导向光轴212，所述的导向光轴212架设于前部支撑板22和后部支撑板23之间，即前部支撑板22和后部支撑板23成为支撑导向光轴212和/或主轴2的支撑件，通过导向平衡机构实现主轴2伸缩及旋转时的平衡，以及增强其在负载轮辋C和轮胎P时的承重能力。

针对主轴2以及其旋转和伸缩的结构，并不仅仅局限于上述的实施例的方式，上述实施例通过两块支撑板的方式使得轮胎拆卸的操作空间外移到框架1的整体外部，如想轮胎的拆装操作空间在框架1的内部，则也可以采用一块支撑板的方式来实现。

图6为本发明另一主轴实施例在脱离开框架时的结构示意图，图7为图6所述的主轴脱离开框架的另一方向的结构示意图。

如图6和图7所示：该支撑板20通过两侧的连接件固定在框架1的后部左右两侧，主轴2穿过支撑板20，其承载及锁定部21位于支撑板20的前部，此时，为了保证主轴2的平衡，在支撑板20的后部还设置一悬置的平衡板201，平衡板201和支撑板20之间通过光轴和螺杆24实现连接，驱动装置设置在支撑板20上，其输出端通过链条驱动其中一螺杆24旋转，再通过同步链条带动另一螺杆同步运动，同样，主轴2在其近后端部的外周套设一连接板25，所述的连接板25通过内嵌的螺帽（图中未示出）套接在所述的螺杆24上，螺帽和其对应的螺杆组成丝杠，通过螺杆24的正反旋转，实现主轴2的伸缩。还可以和上一实施例不同的是：主轴2在支撑板20的前后端还进一步设置有行程支撑板，行程支撑板之间设置导向光轴212，且行程支撑板包括固定行程支撑板202和移动行程支撑板203，固定行程支撑板202与导向光轴212滑动连接，而移动行程支撑板203则与导向光轴212固定连接，导向光轴212和主轴2同步伸缩。本实施例中，主轴2的旋转驱动与前述的实施例相同，不再赘述。

在具备了主轴2的旋转和伸缩结构特征后，需要对主轴2的承载及锁定部21上锁定的轮胎P进行拆胎操作或对锁定的轮辋C进行装胎操作，那么需要借助关联于框架1的至少一个拆装机械手、压轮、轮胎抱臂以及驱动以上部件的驱动装置来实现。

在拆胎过程中，需要先将轮胎P的两个胎边分别从轮辋的两个肩部分离开，因此，在轮胎的前后两侧均设置有压轮3，如图1所示：压轮3分为后部压轮31和前部压轮32，后部压轮31主要用于拆胎操作，其在动力装置的驱动下，运行到轮胎的后侧表面近胎边处，用于推压轮胎的后侧表面，可以将轮胎的后侧的胎边和轮辋的肩部脱除，再进一步推压，则可辅助地将轮胎从轮辋C上完全推出。

而前部压轮32则可以用于拆胎操作，也可以用于装胎操作，在拆胎过程中，前部压轮32在动力装置的驱动下，运行到轮胎的前侧表面近胎边处，用于推压轮胎的前侧表面，可以将轮胎的前侧的胎边和轮辋的肩部脱除，同时为拆装机械手进入并抓取胎边提供间隙。

相反，在装胎过程中，轮胎初始安装位置底部处于相对悬置状态，利用前部压轮32将轮胎P压入轮辋C中。

而为了使得在拆装轮胎的过程中，力的平衡的最优化设计，如图1所示：压轮3共设置有四组，后部压轮31和前部压轮32各设置两组，两组后部压轮31和两组前部压轮32均分设于主轴2的上下两侧，使得四组压轮大致布置于轮胎P的前、后、上、下四个方位。

由于在本实施例中，位于主轴2上下两部分的压轮组件的结构基本相同，因此，只针对下部的压轮组件的具体结构做详细的介绍，上部的压轮组件将不再赘述。

图8为下部压轮组件的结构示意图。

如图8所示：前部压轮32包括两个压轮，均以近似朝向主轴2的轴心的方向设置在同一前部压轮承载板33上，为了实现前部压轮承载板33能够带动前部压轮32进行主轴方向的前后运动，则还设置有与前部压轮承载板33竖向平行的第一辅助板34，前部压轮承载板33和第一辅助板34之间通过导向轴连接形成第一活动框架。

同样，后部压轮31也包括两个压轮，均以近似朝向主轴2的轴心的方向设置在同一后部压轮承载板35上，为了实现后部压轮承载板35能够带动后部压轮31进行前后伸缩，则还设置有与后部压轮承载板35竖向平行的第二辅助板36，后部压轮承载板35和第二辅助板36之间通过导向轴连接形成第二活动框架。

第一活动框架与第二活动框架至少部分地实现套接，即，后部压轮承载板35位于前部压轮承载板33和第一辅助板34之间，前部压轮承载板33和第一辅助板34之间的导向轴穿过后部压轮承载板35后并相对后部压轮承载板35可自由前后伸缩，而后部压轮承载板35和第二辅助板36之间的导向轴则也穿过第一辅助板34并相对第一辅助板34可自由前后伸缩。

而为了实现第一活动框架的整体前后伸缩，则在后部压轮承载板35和第二辅助板36之间还设置有一组分布在第二活动框架左右两侧并也导向轴平行设置的第一伸缩螺杆37，第一辅助板34的左右两则对应设置有套接在第一伸缩螺杆37上的第一螺帽38，第一伸缩螺杆37通过设置在第二辅助板36上的驱动装置驱动实现同步旋转，进而驱动第一活动框架整体前后伸缩运动。

同样，为了实现第二活动框架的整体前后伸缩，则还包括一类似U形活动框架392，U形活动框架392沿左右两侧壁面分别设置有同步旋转的第二伸缩螺杆39，第二辅助板35的左右两则对应设置有套接在第二伸缩螺杆39上的第二螺帽391；第二伸缩螺杆39通过设置在U形活动框架后端部的驱动装置驱动实现同步旋转，进而驱动第二活动框架整体前后伸缩运动。

为了将上述下部压轮组件整体关联到框架1上，则上述U形活动框架392的两侧滑动关联于框架1的左右两侧，即同时实现下部压轮组件整体相对框架1的上下移动。

图9为所述框架1的结构示意图。

如图9所示：框架1的左右两侧在竖向方向上分别设置有第三伸缩螺杆40，上述的U形活动框架的两侧通过内嵌的螺帽套接在第三伸缩螺杆40上，第三伸缩螺杆40通过设置在框架1的驱动装置进行同步驱动，实现了第一活动框架和第二活动框架的整体的上下伸缩。

同样，上部的压轮组件也通过第三伸缩螺杆40整体的上下伸缩，与下部的压轮组件的伸缩方向相反。

至此，可以实现压轮3前后、上下的伸缩运动，以期能在工作位和脱离位之间运动，当其在工作位时，上述设置方式使得其至少部分地与轮胎P的侧面近轮辋C处贴合，在压胎或推胎过程中，通过旋转减少与轮胎P的摩擦力，同时提供对轮胎P的压力，且不损伤轮辋C以及胎压传感器等。经测试可知，压轮3的压点位与轮辋凸缘的距离保持在2-10mm最佳，且对于压轮3的形状而言，对于实施例中如下部的四个压轮可采用不同形状，则效果最好，如采用细长柱形、盘形、喇叭形、哑铃形等。

在轮胎的拆装过程中，还需要拆装机械手，在脱胎过程中，用于插入轮胎和轮辋之间，抓取轮胎边沿，将轮胎P从轮辋C上拉出，或者在装胎的过程中，将轮胎P拉入轮辋C。

图10为本发明所述的一拆装机械手的结构示意图。

如图10所示：在本实施例中，用于脱胎过程中的拆装机械手设置在上部压轮组件的前部压轮承载板33上，而装胎过程中的拆装机械手（辅助拆装机械手）设置在下部压轮组件的后部压轮承载板35上。由于拆装机械手的结构相同，此处只详细介绍脱胎过程中的拆装机械手即可，装胎过程中的辅助拆装机械手将不再赘述。

图11为图10中拆装机械手的细节结构示意图。

如图11所示：拆装机械手5为一端部为钩形结构的钩子51，钩子51与机械臂52的前端部销接，而为了保证拆装机械手5在脱离位置和工作位置之间移动的轨迹符合拆装轮胎的要求，还包括一机械臂限位导向装置53，机械臂限位导向装置53包括两个结构相同的平行设置的竖向的壁531，两个竖向的壁531固定在前部压轮承载板33上，且中间形成机械臂52的容纳空间，机械臂52至少部分收容于两个结构相同的竖直的壁531之间，且在单侧的竖向的壁531上，均设置有两个曲线槽，第一曲线槽54和第二曲线槽55，第二曲线槽55为异形曲线槽，其在行程中具有拐点，且拐点前后部分方向相反，钩子51与机械臂52连接处的第一销56定位在第一曲线槽54内，可在第一曲线槽54内嵌合滑动，实现钩子51的伸缩，机械臂52具有两个关节，两个关节通过第二销57销接，第二销57定位在第二曲线槽55中，实现机械臂52的伸缩，进而带动钩子51的伸缩，而机械臂52的后端部则与驱动装置固定连接，此处所用驱动装置为气缸，气缸的活塞杆与机械臂52的后端部连接，用于驱动机械臂52的关节在第二曲线槽55中运动。第一曲线槽54和第二曲线槽55相互配合，通过分别在两个曲线槽内滑动的销实现机械臂52驱动拆装机械手5按照既定轨线在脱离位置和工作位置之间运动，且能够实现拆装机械手5插入轮胎P的胎边与轮辋C之间，并抓取胎边、提升或降低胎边、将胎边从轮辋C上取出，以及从胎边上退出的操作。

上述拆装机械手5、机械臂52以及机械臂限位导向装置53只是一实施例，其具体结构并不仅限于此。

此处的钩子51由于用于拆胎过程中，抓取的是轮胎P的近上部的胎边，因此，其整体造型是向上端方向弯曲（拆胎过程），而辅助拆装机械手抓取的是轮胎P的近下部的胎边，因此，其整体造型是向下端方向弯曲（装胎过程）。

在轮胎的拆装过程中，还需要至少一组轮胎抱臂6，轮胎抱臂6可沿相对水平和/或竖直方向运动，用于对轮胎进行限位和/或抱紧，进而进行输送，如将轮胎P提升，可便于拖除拆装机械手等。

如图8所示：轮胎抱臂6为一组设置在第一活动框架上的抱杆61，滚动丝杠61沿主轴2的轴线方向平行设置，其前后两端分别设置齿轮62，而在前部压轮承载板33和第一辅助板34的对应位置开有竖向滚动槽63，竖向滚动槽63的一侧面设置齿条64，齿轮62啮合在齿条64上，通过设置在第一辅助板34的动力装置驱动齿轮62，进而实现抱杆61相对第一活动框架的上下运动，且在第一活动框架的带动下，轮胎抱臂6还可实现前后、上下的运动，实现轮胎的水平移动和升降。

图12为本发明所述的轮胎抱臂另一实施例的结构示意图。

如图12所示，轮胎抱臂6为一组设置在第一活动框架上的抱杆61，滚动丝杠61沿主轴2的轴线方向平行设置，其前后两端分别设置齿轮62，而在前部压轮承载板33和第一辅助板34的对应位置开有横向滚动槽65，横向滚动槽65的一侧面设置横向齿条66，齿轮62啮合在横向齿条66上，通过设置在第一辅助板34的动力装置驱动齿轮62，进而实现抱杆61相对第一活动框架的左右运动，两滚动丝杠61的运动方向同步且相反，且在第一活动框架的带动下，轮胎抱臂6还可实现前后、上下运动，实现轮胎的水平移动和升降。

以上只示意性介绍了设置在下部组件中的轮胎抱臂6，同样可以在上部组件中设置与下部组件中轮胎抱臂6结构一致的轮胎抱臂，如上下同时设置，则上下的轮胎抱臂在竖向方向的运动中同步且方向相反。

以上实施例中，对拆装机械手5、轮胎抱臂6和压轮3等进行了关联设置，即最终形成了位于主轴2上下的两部分：上部组件和下部组件，实际设计过程中，也可单独设置各部件，主要目的是实现整个拆胎和装胎的自动化操作，而在实际应用中，则还要综合考虑工作效率、以及设备成本等问题。

利用本发明所述的立式轮胎拆装机器人，可实现脱胎（拆胎）和装胎的自动操作，降低了对操作人员的技术要求，且整个装置具有占地面积小，操作方便等优势。

首先，脱胎的过程为：启动驱动电机等驱动装置工作，至少下部组件伸出，轮胎抱臂6接收车轮，并运送车轮至主轴2的承载及锁定部21，锁定后，后部压轮31运行到轮胎后侧面的近胎边处，压动轮胎侧表面，同时主轴2旋转，转动一圈后，轮胎P的胎边从轮辋C的肩部脱离，此时，后部上下两组压轮至少一组作用，另外一组辅助，使得轮胎P侧向形成一个倾斜角度，便于从一个压点脱离后，通过旋转实现整体的脱离；同样，前部压轮32将轮胎P的胎边从与轮辋C的肩部脱离后，拆装机械手5在气缸的作用下，到达工作位，插入轮胎P前侧面的胎边和轮辋C之间，抓取轮胎P的胎边后，上提并向外拉伸轮胎P，主轴2旋转后，将轮胎P从轮辋C上脱下，此时后部压轮31再继续向外部推压，辅助将轮胎P的后侧面从轮辋C上推出，轮胎抱臂6接收轮胎P后，向外运送，并下降到近地面处，方便将轮胎P移出设备，进行修补、替换等操作。

装胎过程中，前部接收轮胎P的过程与接受车轮的过程相同，轮胎抱臂6将轮胎P运送到近轮辋C的装胎位置时，位于下部组件上的辅助轮胎拆装机械手动作抓取轮胎P的内侧胎边，将其拉入轮辋C后退出，前部压轮32运行到轮胎P的前侧表面近胎边处，向内压轮胎P，此时主轴2旋转，将轮胎P压入轮辋C，实现了自动装胎，然后将车轮整体从主轴2脱除，轮胎抱臂6将其运送出后，将车轮移出设备，各功能部件回位后实现轮胎的装胎操作。

以上显示描述了本发明的基本原理、主要特征以及优点。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进要求保护本发明范围内，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。

Claims (18)

1.一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，包括：

框架：所述框架为一立式支撑体；

主轴：所述主轴相对水平地设置于框架的近中部位置，可绕轴线旋转和沿轴线方向伸缩，且主轴的旋转和伸缩同时进行，其前端为轮辋的承载及锁定部；

至少一个拆装机械手：所述的拆装机械手通过机械臂活动联结于框架上，用于插入轮胎和轮辋之间，且端部为钩形结构，所述的拆装机械手在脱离位置和工作位置之间移动，在脱离位置，拆装机械手远离轮胎，在工作位置，拆装机械手抓取轮胎边沿；

压轮：所述的压轮至少设置有两组，分布于轮胎的前后两侧，用于推压轮胎的前后两侧表面；

至少一组轮胎抱臂：沿相对水平和/或竖直方向运动，用于对轮胎进行限位和/或抱紧；

驱动装置：所述的驱动装置，用于实现主轴、拆装机械手、压轮和轮胎抱臂的运动。

2.根据权利要求1所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，还包括将驱动从驱动装置传递到主轴实现主轴旋转的第一传动机构和实现主轴伸缩的第二传动机构。

3.根据权利要求2所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的第一传动机构的末端为套设在主轴外周并相对主轴径向固定和/或轴向滑动的旋转驱动端。

4.根据权利要求3所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的旋转驱动端的内壁面沿轴向至少形成一个限位凸起，而所述的主轴则沿轴线方向对应地在外周面上设置有等量多个用于限位凸起沿轴向滑动的键槽。

5.根据权利要求4所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的键槽的长度至少为主轴相对限位凸起伸缩的行程长度。

6.根据权利要求1所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，还包括关联于框架上、用于辅助主轴伸缩的导向平衡机构，且所述的导向平衡机构至少包括一与主轴平行的导向光轴以及关联在框架上用于支撑导向光轴和/或主轴的支撑件。

7.根据权利要求1所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，还包括一机械臂限位导向装置，所述的机械臂限位导向装置至少包括一曲线槽，所述的机械臂上至少相对应地连接一在该曲线槽内嵌合滑动的销。

8.根据权利要求7所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的机械臂限位导向装置至少包括两个曲线槽，且其中至少一个为异形曲线槽，所述的异形曲线槽在行程中具有拐点，且拐点前后部分方向相反。

9.根据权利要求7或8所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的曲线槽设置于所述的机械臂限位导向装置的至少一个竖直的壁上。

10.根据权利要求7或8所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的机械臂限位导向装置至少包括两个结构相同的竖直的壁。

11.根据权利要求10所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的机械臂至少部分收容于两个结构相同的竖直的壁之间。

12.根据权利要求1或11所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的机械臂至少包括一关节，且所述的机械臂的其中一端与拆装机械手铰接，另一端则与驱动装置的动力输出轴连接。

13.根据权利要求1所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的压轮相对框架可实现上下和前后的伸缩运动以及沿轮胎侧表面的自转动，且在工作位，至少部分地与轮胎的侧面近轮辋处贴合。

14.根据权利要求1或13所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的压轮的形状为细长柱形、盘形、喇叭形、哑铃形中的至少一种。

15.根据权利要求1或13所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的压轮在轮胎上的压点位与轮辋凸缘的距离保持在2-10mm。

16.根据权利要求1所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的轮胎抱臂至少一组设置在主轴的下方，对立式的轮胎进行限位和/或抱紧，并实现轮胎的水平移动和升降。

17.根据权利要求16所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的轮胎抱臂每组中至少包括两个位于同一水平面的抱杆，分布于轮胎的左右两侧，在相对水平横向的X轴和/或相对竖向的Y轴和/或相对水平纵向的Z轴同步运动。

18.根据权利要求1所述的一种立式轮胎拆装机器人，其特征在于，所述的驱动装置的驱动方式为电动、气动或液压驱动。

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