一种用于更换轮胎的机械臂的制作方法

本发明涉及汽车装配机器人技术领域，特别是涉及一种用于更换轮胎的机械臂。

背景技术：

随着国民经济的不断发展，汽车作为一种常见方便的代步工具，也变得越来越普及，每年的拥有量都在不断攀升。目前对于轮胎的更换多采用人工的方法，将需要更换的轮胎螺丝全部拧出来，之后将轮胎拆卸出来，并更换新胎上紧。而进行使用的工具多为套筒，动力来源为风炮或是人力。手动换胎，看着容易，但是程序复杂，且操作困难，更换轮胎时，费时费力。对操作人员的水平有一定的要求，如在安装时紧固螺帽的安装顺序，安装时每种车型中螺母的力矩大小都有比较严格的要求。不同车型之间的螺母位置，拧紧时力矩都不尽相同。

采用传统的机械臂时，对于不同型号的汽车来说，其组装的轮胎尺寸也是不一样的，且用来固定轮胎的螺栓位置也是不同的。因此，在对不同型号的汽车进行轮胎的组装时，传统的机械臂往往需要更换夹持和旋紧装置，操作繁琐，适用性降低，且在装配时，为了调整轮胎的角度，传统的组装装置往往是通过转动整个机械臂来进行调节，对机械臂的转动精度有很大的要求，同样设备的复杂度也有很大要求，设备的购买、保养和维护，对于大部分消费者来说不能改普遍接受。

有些市面上的自动更换轮胎的设备体较大，不便于使用，还需要专业人员进行操作，十分麻烦。除了汽车工厂内部的安装更换轮胎的机械臂，社会上各类汽修厂、消费者也需要一种自动化程度较高的更换轮胎的机械臂。

而申请号201910091081.3，发明名称：一种车载自动更换轮胎的机械臂及方法的专利文件中，公开了一种更换轮胎的机械臂，其中并未考虑夹板对不同直径的轮胎进行固定夹持时，夹持力的可调性及考虑有些瘪气的轮胎的轮毂的保护；没有考虑对于体力较弱的操作者如何将放置的轮胎变为直立夹取状态的辅助性操作；没有考虑轮胎螺母的拆装时序和扭矩的把控等等，因此本发明将针对这些缺陷进行改进和完善。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中传统的机械臂在市场上接受度不足及技术有待提高的问题，提供一种结构合理、使用方便的用于更换轮胎的机械臂。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于更换轮胎的机械臂：含有底座、伸缩支架、可拆分工作台、螺栓拆装动力装置、螺栓拆装保护装置、螺栓拆装装置、轮胎夹放动力装置、轮胎夹放保护装置、轮胎夹放装置和拆装报警装置，其中底座上表面通过伸缩支架连接可拆分工作台的下表面，可拆分工作台上表面通过导轨连接螺栓拆装滑动机架，螺栓拆装滑动机架上依次设有螺栓拆装动力装置、螺栓拆装装置和拆装报警装置，可拆分工作台上表面靠近螺栓拆装装置一侧设有轮胎夹放装置；螺栓拆装动力装置连接螺栓拆装装置，且螺栓拆装装置中含有螺栓拆装保护装置，螺栓拆装保护装置和拆装报警装置相连；轮胎夹放装置一侧设有轮胎夹放动力装置，且轮胎夹放装置中设有轮胎夹放保护装置。

优选地，所述轮胎夹放装置含有夹放支撑架、夹放传动轴、夹放旋转臂和夹放滚轮，其中夹放支撑架上环形设有2-8根夹放传动轴，每根夹放传动轴的端部垂直连接夹放旋转臂的一端，夹放旋转臂的另一端通过转轴连接夹放滚轮的中心轴，夹放滚轮的外表面设有防滑橡胶套管。

优选地，所述轮胎夹放动力装置位于夹放支撑架的一侧，其含有2-8组电动机和涡轮蜗杆减速机，涡轮蜗杆减速机的输出端连接夹放传动轴的一端，电动机分别并联后通过同一开关接入电源。

优选地，所述螺栓拆装保护装置和轮胎夹放保护装置结构相同，均含有驱动轴、驱动轴压盘、驱动轴摩擦片、传动轴、传动轴压盘、传动轴摩擦片、卡箍、扭矩调节螺栓、定位套管、弹簧和石墨顶块，其中驱动轴依次连接驱动轴压盘和驱动轴摩擦片，传动轴依次连接传动轴压盘和传动轴摩擦片，卡箍一端固定在驱动轴压盘的外侧，一端位于传动轴压盘一侧，卡箍的外侧设有扭矩调节螺栓，内侧设有定位套管，定位套管内设有弹簧和石墨顶块，扭矩调节螺栓穿过卡箍后旋入定位套管内，通过弹簧连接石墨顶块；卡箍、扭矩调节螺栓、定位套管、弹簧和石墨顶块的组数为1-8组；其中螺栓拆装保护装置中的驱动轴为螺栓拆装驱动轴，传动轴为螺栓拆装传动轴，轮胎夹放保护装置中的驱动轴为轮胎夹放驱动轴，传动轴为轮胎夹放传动轴。

优选地，所述螺栓拆装装置含有螺栓拆装传动轴，驱动齿轮、分传动轴固定盘、分传动轴、传动齿轮、顶珠和可拆卸套筒，其中螺栓拆装传动轴的端部套接有驱动齿轮，分传动轴固定盘固定在夹放支撑架中部，分传动轴固定盘上均匀套接有分传动轴，螺栓分传动轴的中部分别间隔交错设有传动齿轮，分传动轴的端部通过顶珠连接可拆卸套筒；其中驱动齿轮和传动齿轮中每个齿牙轴向的两侧分别设有对准斜面。

优选地，所述螺栓拆装动力装置含有电动机、调速器、减速机、皮带轮、皮带和护壳，其中电动机通过调速器和减速机连接皮带轮，通过皮带传动拆装驱动轴，皮带外部设有护壳。

优选地，所述可拆分工作台含有上工作台和下工作台，两者侧边铰接后对折，上工作台的底面和下工作台的顶面贴合连接，下工作台靠近顶面处设有电磁铁，上工作台吸合处的材料为铁，上工作台的边缘处设有配重挂钩，下工作台上设有控制开关。

优选地，所述底座的底面设有3-8个万向轮，底座的上表面设有1-6个配重块，通过挂绳连接配重挂钩；底座的顶面设置的伸缩支架为电动液压推杆，其组数为3-6组。

优选地，所述拆装报警装置含有1-4个双向行程开关和蜂鸣器，其中双向行程开关的双向导通触点，分别并联后再和蜂鸣器串联后接入电源。

优选地，所述螺栓拆装滑动机架的侧边设有控制把手。

与现有技术相比，本发明用于更换轮胎的机械臂具有以下优点：夹持轮胎过程中考虑到了对轮毂的影响夹持，还能通过增大摩擦力来防止夹持好的轮胎产生倾斜和滑动，使夹持效果更好。可以方便调节夹持各种尺寸的轮胎及夹持后，保证了套筒和螺母的同心度，夹持后不易松。

转动的轴之间设有扭矩保护装置，稳定性和可调性较高，通过石墨顶块产生滑动接触给定摩擦力，实现此处轴的软连接。并且在拆装螺母时，超过指定扭矩后，会有报警提示。可以预先调试可拆卸套筒能够提供的最大扭矩，使驱动齿轮和分传动轴上的传动齿轮可以缓缓啮合，则分传动轴按对角时序转动，实现车轮上的螺母的按对角时序的拧紧操作。

双向行程开关的双向导通触点均并联后，旋紧螺母到指定扭矩下及时被触发报警，使操作者切换下一个螺母的旋紧工作。上工作台和下工作台可以实现安装和捡取轮胎的不同工作状态。

本发明在设计过程中，采用半自动化的机械结构代替传统的手工换胎和较为智能化的机器手臂，大大提高了换胎效率；对智能化控制的要求低，购买和维修成本低，具有非常不错的市场普及度。本装置操作简单，专业人员上手快，大大提高了本装置的实用性。

附图说明

图1是本发明用于更换轮胎的机械臂的整体结构示意图；

图2是本发明用于更换轮胎的机械臂中轮胎夹放和螺栓拆装部位的侧视结构示意图；

图3是本发明用于更换轮胎的机械臂中分传动轴的结构示意图；

图4是本发明用于更换轮胎的机械臂中分传动轴和螺栓拆装传动轴的位置关系展开结构示意图；

图5是本发明用于更换轮胎的机械臂中螺栓拆装保护装置的结构示意图；

图6是本发明用于更换轮胎的机械臂中分传动轴的工作时序示意图。

附图说明中标号1是万向轮，2是底座，3是配重块，4是伸缩支架，5是控制开关，6是电磁铁，7是配重挂钩，8是螺栓拆装滑动机架，9是控制把手，10是螺栓拆装动力装置，11是螺栓拆装保护装置，11’是轮胎夹放保护装置，12是轮胎夹放动力装置，13是分传动轴固定盘，14是夹放支撑架，15是可拆分工作台，16是液压推杆电动机，17是夹放旋转臂，18是夹放滚轮，19是轮胎，20是可拆卸套筒，21是分传动轴，22是驱动齿轮，23是螺栓拆装传动轴，24是传动齿轮，25是顶珠，26是蜂鸣器，27是轴承，28是行程开关，其中11-1是卡箍，11-2是紧固螺栓，11-3是驱动轴压盘，11-4是驱动轴摩擦片，11-5是传动轴摩擦片，11-6是传动轴压盘，11-7是石墨顶块，11-8是定位套管，11-9是弹簧，11-10是扭矩调节螺栓，其中轮胎夹放保护装置11’和螺栓拆装保护装置11的结构相同。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明用于更换轮胎的机械臂作进一步说明：如图所示，本实施例中含有底座2、伸缩支架4、可拆分工作台15、螺栓拆装动力装置10、螺栓拆装保护装置11、螺栓拆装装置、轮胎夹放动力装置12、轮胎夹放保护装置11’、轮胎夹放装置和拆装报警装置，其中底座2上表面通过伸缩支架4连接可拆分工作台15的下表面，可拆分工作台15上表面通过导轨连接螺栓拆装滑动机架8，螺栓拆装滑动机架8上依次设有螺栓拆装动力装置10、螺栓拆装装置和拆装报警装置，可拆分工作台15上表面靠近螺栓拆装装置一侧设有轮胎夹放装置；螺栓拆装动力装置10连接螺栓拆装装置，且螺栓拆装装置中含有螺栓拆装保护装置11，螺栓拆装保护装置11和拆装报警装置相连；轮胎夹放装置一侧设有轮胎夹放动力装置12，且轮胎夹放装置中设有轮胎夹放保护装置11’。

所述轮胎夹放装置含有夹放支撑架14、夹放传动轴、夹放旋转臂17和夹放滚轮18，其中夹放支撑架14上环形设有2-8根夹放传动轴，每根夹放传动轴的端部垂直连接夹放旋转臂17的一端，夹放旋转臂17的另一端通过转轴连接夹放滚轮18的中心轴，夹放滚轮18的外表面设有防滑橡胶套管。防滑橡胶套管不仅能够减缓硬质材料对轮胎19的影响夹持，还能通过增大摩擦力来防止夹持好的轮胎19产生倾斜和滑动，使夹持效果更好，同时还能减缓对瘪气的轮胎19夹持时，夹放滚轮18可能会和轮毂产生硬性接触而造成轮毂上有夹痕，从而避免夹持过程中对车轮的各个部位产生其他的不必要危害。夹放旋转臂17在转动过程中能够实现夹持半径的变化，能够实现多种尺寸轮胎19的夹持操作。夹放传动轴的数量多少决定了夹持稳定性的高低。在设备刚开始调试的时候，可以单独分别确定夹放旋转臂17的统一位置，比如把轮胎19放在地上，各个夹放滚轮18都轻轻接触到轮胎19的边缘为好，然后再并联连接多个同型号的电动机，实现每个夹放旋转臂17的一致性运动。或者通过调节夹放传动轴和夹放旋转臂17连接处的连接件实现夹放滚轮18的同心调试，则无需调试电机接线方式。

所述轮胎夹放动力装置12位于夹放支撑架14的一侧，其含有2-8组电动机和涡轮蜗杆减速机，涡轮蜗杆减速机的输出端连接夹放传动轴的一端，电动机分别并联后通过同一开关接入电源。涡轮蜗杆减速机能够保证夹放传动轴的定向转动，不会产生某个夹放旋转臂17在角度和位置上的失步，达到了像棘轮结构的单向传动的作用。并联后的同型号的电动机(或步进电机)更能保证运动的一致性和运动的精度。

所述螺栓拆装保护装置11和轮胎夹放保护装置11’结构相同，均含有驱动轴、驱动轴压盘11-3、驱动轴摩擦片11-4、传动轴、传动轴压盘11-6、传动轴摩擦片11-5、卡箍11-1、扭矩调节螺栓11-10、定位套管11-8、弹簧11-9和石墨顶块11-7，其中驱动轴依次连接驱动轴压盘11-3和驱动轴摩擦片11-4，传动轴依次连接传动轴压盘11-6和传动轴摩擦片11-5，卡箍11-1一端固定在驱动轴压盘11-3的外侧，一端位于传动轴压盘11-6一侧，卡箍11-1的外侧设有扭矩调节螺栓11-10，内侧设有定位套管11-8，定位套管11-8内设有弹簧11-9和石墨顶块11-7，扭矩调节螺栓11-10穿过卡箍11-1后旋入定位套管11-8内，通过弹簧11-9连接石墨顶块11-7；卡箍11-1、扭矩调节螺栓11-10、定位套管11-8、弹簧11-9和石墨顶块11-7的组数为1-8组；其中螺栓拆装保护装置11中的驱动轴为螺栓拆装驱动轴，传动轴为螺栓拆装传动轴23，轮胎夹放保护装置11’中的驱动轴为轮胎夹放驱动轴，传动轴为轮胎夹放传动轴。

其中上述的驱动轴通过驱动轴压盘11-3、驱动轴摩擦片11-4和传动轴的传动轴摩擦片11-5相接触后，通过卡箍11-1、上的扭矩调节螺栓11-10的旋入程度，推动定位套管11-8内的弹簧11-9去顶压石墨顶块11-7，卡箍11-1使两个摩擦片的两端产生可以调节的夹持力，卡箍11-1一端是固定的，一端通过石墨顶块11-7产生滑动接触，能够减少接触部位的摩擦力，同时减少本装置中接触部位的磨损，石墨顶块11-7是可以定时更换的，实现此处轴的软连接。

在调试本装置的过程中，可以在可拆卸套筒20内通过连接件连接扭矩扳手，等设备开机后，调试此处的扭矩调节螺栓11-10，实现指定扭矩后，两个摩擦片会发生滑动摩擦，当摩擦片两侧的轴产生相对位移时，连接套筒一端的分传动轴21停止运动，则与其齿轮连接的螺栓拆装传动轴23也会停止运动，此时卡箍11-1另一侧的螺栓拆装驱动轴会继续旋转，带动卡箍11-1继续旋转，此时卡箍11-1另一侧的扭矩调节螺栓11-10会碰到设置在螺栓拆装滑动机架8一侧的双向行程开关28，多个任意角度环形分布的行程开关28，会及时导通，使蜂鸣器26发出报警声，操作人员则及时向前继续推进螺栓拆装滑动机架8，熟练程度不高或者螺栓拆装驱动轴转速过高时，操作人员可以适量通过调速器使螺栓拆装传动轴23转速降低，使驱动齿轮22和分传动轴21上的传动齿轮24缓缓啮合，然后再继续提速，熟练程度高的操作者，可以用较适合的速度，一致不调速直接向前推进，则分传动轴21按对角时序转动，实现车轮上的螺母的按对角时序的拧紧操作。因此本发明可以根据不同车辆对轮胎19上螺母拧紧所需扭矩的不同要求，得到不同的适应性，体现本装置的合理性和兼容性。

图4是分传动轴21和螺栓拆装传动轴23的位置关系展开结构示意图，图6关于分传动轴21按对角时序转动轮胎19上对角线方式分布的螺母的展开结构的示意图，其中驱动齿轮22和分传动轴21上轴向齿牙边缘部的倾斜设计，能够实现齿轮在逐次咬合过程中的稳定性，从而证明本发明的自动化程度高。

所述螺栓拆装装置含有螺栓拆装传动轴23，驱动齿轮22、分传动轴21固定盘13、分传动轴21、传动齿轮24、顶珠25和可拆卸套筒20，其中螺栓拆装传动轴23的端部套接有驱动齿轮22，分传动轴21固定盘13固定在夹放支撑架14中部，分传动轴21固定盘13上均匀套接有分传动轴21，螺栓分传动轴21的中部分别间隔交错设有传动齿轮24，分传动轴21的端部通过顶珠25连接可拆卸套筒20；其中驱动齿轮22和传动齿轮24中每个齿牙轴向的两侧分别设有对准斜面，如图3中标号24所示。

推动拆装滑动机架的侧边的控制把手9，会使驱动齿轮22在环形分布的多个分传动轴21内产生往复性位移，驱动齿轮22通过齿轮轴向两边设置的渐入式对准斜面，能够轻松在指定位置，啮合各个分传动轴21上交错设置的传动齿轮24，使分传动轴21产生旋转，套筒扳手内的螺母，会在旋转过程中，逐步在套筒内滑动，从而实现螺母的逐渐拧紧和拧紧后的逐渐拆卸，如果拆卸时某个螺母不容易拧动，可以提前手动将其用套筒拧松一点点，再使用本装置进行后续的拆装工作，后续实施机械化操作，仍然比手动效率高。

所述螺栓拆装动力装置10含有电动机、调速器、减速机、皮带轮、皮带和护壳，其中电动机通过调速器和减速机连接皮带轮，通过皮带传动拆装驱动轴，皮带外部设有护壳。

电动机通过调速器可以实现各个环节的速度控制，能够使操作者实现由生疏到熟练的逐步学习和操作中，因此本装置对操作者的技术要求也具有很强的适应性。

所述可拆分工作台15含有上工作台和下工作台，两者侧边铰接后对折，上工作台的底面和下工作台的顶面贴合连接，下工作台靠近顶面处设有电磁铁6，上工作台吸合处的材料为铁，上工作台的边缘处设有配重挂钩7，下工作台上设有控制开关5。

电磁铁6通电后的开合能够可靠地保证上工作台和下工作台在不同工作状态下的切换，两者脱离后展开时，通过调节伸缩支架4的高度，实现对不同位置的轮胎19的方便夹取，通过配重挂钩7上配合不同质量的配重块3，再稍微借助人力翻转，实现轮胎19夹取后的再拾起操作，因为补胎机上的轮胎大部分都是平放的，或者从补胎机处挪过来的轮胎19如果是不平放的，立着夹取时不如根据本装置要求将轮胎平放时方便。电磁铁6吸合时，能够安全可靠地保证上下两个工作台的当做一个工作台来使用。配重块3可以为多个不同尺寸的类型，然后根据不同轮胎19的质量，选择配重块3的数量，来适应不同操作者体力的不同。配重块3不用时可以放置在底座2上。

所述底座2的底面设有3-8个万向轮1，底座2的上表面设有1-6个配重块3，通过挂绳连接配重挂钩7；底座2的顶面设置的伸缩支架4为电动液压推杆，其组数为3-6组。挂绳可以调节的配重块3挂载的数量和高度。

所述拆装报警装置含有1-4个双向行程开关28和蜂鸣器26，其中双向行程开关28的双向导通触点，分别并联后再和蜂鸣器26串联后接入电源。

双向行程开关28的双向导通触点均并联后，可以在旋紧螺母时，在指定扭矩下及时被触发报警，使操作者切换下一个螺母的旋紧工作。拧掉螺母时，有时候会出现螺母上的杂物或螺母螺纹已经略有损坏而导致旋转过程中螺纹会对应不准确产生卡死的现象，卡死时候扭矩调节螺栓11-10出发出来的报警声，能够使操作者意识到要及时停止拧螺母，并通过人工识别诊断后再采取拆卸措施。

所述螺栓拆装滑动机架8的侧边设有控制把手9。控制把手9能够方便操作者来回移动螺栓拆装装置，对车轮处螺母的旋紧和拧松的操作。