一种用于维护车辆之车轮的机器人装置及其方法

相关专利的交叉引用

用于向美国提交的本专利申请，是2018年8月17日提交的美国专利申请16104792的一部分的继续，其名称为“用于安装和拆卸圆形阵列螺纹紧固件的装置和方法”。

根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求2018年5月3日提交的序列号为62666481的美国临时申请以及2018年5月11日提交的序列号为62670596的美国临时申请的优先权。

上述临时申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中，并且出于所有目的而成为本申请的一部分。

技术领域

本发明涉及一种用于自动地维护车辆的车轮的机器人工具以及方法。

背景

在维护车轮的完整操作过程中，无论是维护新车轮，还是维护已安装在车辆上，或是已经从车辆上卸下的车轮，都可能有非常多的具体步骤需要执行。例如，这种维修可能涉及以下任何一项或所有工作内容：找到并识别待维护的目标车轮，顶起目标车轮所在车辆的某一部分，从车辆轮毂螺栓上松开并卸下用于固定车轮的螺母或其他类型的紧固件，并将取下的车轮紧固件妥善放置以备安装原来的车轮或另一个车轮，握持和取出车轮，检查车轮的损坏情况、车轮胎面花纹所余的使用寿命、车轮动平衡状态，测试和调节轮胎压力等等。各种车辆有不同类型、品牌和型号，相应地，各种不同车辆和车轮也会有各种不同的宽度，直径和配置。当前，大多数车轮维护工作，是在各种位于道路旁边或其他地点的车辆维修厂的维修工位中，由维修技工以人工方式手动执行的。现今这种人力密集型的车轮维护方式，是昂贵，并且通常也不太方便的。

共同审批中的美国专利申请16104792描述了一种螺纹紧固件自动安装/拆卸装置，该装置适用于将车轮安装到车辆上或从车辆上卸下。然而，安装和拆卸诸如车轮螺母之类的螺纹紧固件只是自动更换车轮的一部分操作。如果除了初始的控制，车轮维护的其余操作可以被自动地执行，以便部分或全部消除人工干预与劳动，那么这将会非常具有价值。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种机器人工具，具有一个底盘，和至少一个支撑在底盘上的车轮维护子系统，所述车轮维护子系统，具有一个操作轴线，以及能够与车轮的界面部件进行结合的子系统接口部件，所述子系统接口部件与车轮界面的结合，能够允许所述车轮维护子系统对车轮进行维护操作，此外，此机器人工具还具有能够对车轮维护子系统的运作进行控制的控制系统，使得车轮维护子系统能够执行所述车轮维护操作。

所述底盘具有用于将底盘支撑在支持表面上的滚轮，第一和第二滚轮驱动马达能够驱动相应的第一和第二滚轮绕大致水平的轴线旋转，从而改变操作轴线的位置。上述滚轮驱动马达最好是各自独立的，并且能够使第一和第二滚轮具有不同的旋转速度和不同的旋转方向。所述底盘最好还具有第三和第四驱动马达，分别驱动第一和第二滚轮各自独立地绕竖直轴线旋转而改变角度，从而改变所述第一和第二滚轮的驱动方向。

本机器人工具还可以进一步包括位于上方且通过连接装置连接到底盘的、用于支撑车轮维护子系统的支撑板，以及用于调节所述连接装置以改变支撑板与底盘的间距，从而改变机器人工具操作轴线的位置的驱动马达。机器人工具还可包括用于改变支撑板相对于底盘的角度，从而改变操作轴线的指向的驱动马达。

车轮维护子系统之一可以是用于将车轮安装到车辆的轮毂上，或从车辆的轮毂上拆卸车轮的紧固件安装/拆卸子系统，例如共同审批中的美国专利申请所述的紧固件装卸机，该紧固件子系统具有能够握持已被取下的车轮紧固件、且按圆形阵列分布的套筒，所述圆形阵列的节圆半径可调。

车轮维护子系统之一可以是紧固件存储子系统，该子系统被用于在拆卸车轮时，将从车轮上拆卸下来的车轮紧固件存储于机器人上，并且当随后安装车轮时，该子系统可以将需要用到的被存储的车轮紧固件从机器人工具上取出，使得所述车轮紧固件能够被安装到轮毂的螺栓上。该存储子系统可以具有几个存储站，每个存储站都具有按圆形阵列分布的，用于存储紧固件的存储座。存储座可以具有磁性元件，所述磁性元件被用于从所述套筒吸出车轮紧固件，并将被吸出的车轮紧固件保持在存储座上。所述套筒上也可以具有相应的磁性元件，以便在需要将车轮紧固件从存储座转移到套筒时，套筒的磁性元件可以将车轮紧固件从存储座中吸出。所述磁性元件中的至少一个可以是电磁铁，所述电磁铁可以被通电或断电，以便进行车轮紧固件的磁吸，转移和释放。

车轮维护子系统之一可以是用于举升车辆的某一部分的举升子系统，以便对将被维护的车轮进行任何方式的接近、拆卸或安装。该子系统最好是由安装在机器人工具上的可各自独立升降的多个举升器构成，并且每个所述举升器都具有用于接触地面的底座以及能够与车辆上的举升点接触的，能够承受车辆的至少一部分重量的车辆支撑构件。上述每个举升器最好都具有马达，该马达能够驱动其上的车辆支撑构件远离所述底座而向上移动，以举起所述车辆的部分重量。在处于待机状态时，每个举升器最好是安装在工具上的安装支架中，并且当举升器被车辆的重量固定在地面上、机器人工具的底盘离开所述举升器时，所述被固定的举升器能够与其对应的安装支架分离。

车轮维护子系统可以是车轮握持子系统，其具有至少三个握爪，所述握爪可以展开，以便抓握待维护车轮的外胎面。这些握爪位于以操作轴线为中心的圆上，并且每个握爪最好被安装成可以执行远离或靠近操作轴线的径向运动。每一个握爪最好都安装有第一组传感器，以便探测车轮胎面的接近与距离，并且每一个握爪最好都安装有第二组传感器，以便探测被握持的车轮其侧壁的接近与距离。此外，每一个握爪上最好都安装有摄像头，以便当车轮绕操作轴线旋转时，可以检查轮胎的外侧壁、轮胎胎面和轮圈的外侧这三者中的至少一个。车轮握持子系统最好还具有安装于一个铰接臂上的摄像机，所述铰接臂安装于其中一个握爪上，在车轮绕操作轴线旋转时，所述摄像头可以被操纵到某个位置以观察车轮的内侧表面。每个握爪最好还具有一个或多个可绕一个相应的轴旋转的滚轮，使得被握持的车轮可以旋转。握爪中的一个或多个可以具有一个能够驱动其中一个滚轮旋转的马达，以使所述滚轮能够绕其轴线旋转，从而使被握持的车轮以相反的方向绕操作轴线旋转。

车轮维护子系统可以是用于测试和调节车轮轮胎压力的胎压调测子系统。在其最优方案中，胎压调测子系统具有安装在支撑架上的接口部件，所述支撑架可绕操作轴线旋转；所述胎压调测子系统最好还具有能够与车轮气嘴针阀对接，可以测量轮胎压力的轮胎压力测量单元；胎压调测子系统最好还具有能够与车轮气嘴针阀对接，并且能够泵入或释放轮胎气压的轮胎压力调节单元，所述轮胎压力调节单元与轮胎压力测量单元安装在一起；所述胎压调测子系统最好还具有一个气嘴防尘盖拆卸/安装单元，其能够与车轮气嘴对接，以便将车轮气嘴上的防尘盖从气嘴上取下，也能够将防尘盖放置到车轮气嘴上并紧固到位。上述某一个或每一个单元，都安装于一个安装机构中的支架上，所述支架被安装于托架上。所述安装机构最好包括旋转和平移马达，所述旋转和平移马达能够将上述某一个或每一个单元引导至车轮气嘴针阀，并且能够操纵上述某一个或每一个单元与车轮气嘴针阀进行对接。

车轮维护子系统之一可以是具有锥形组件和鼓形组件的自动车轮动平衡子系统，被握持车轮的轮圈能够被自动地夹紧于所述锥形组件和鼓形组件之间，使得当握爪松开车轮后，上述被夹紧的车轮能够绕其中心轴线自由旋转。所述车轮动平衡子系统可以具有振动监测系统，用来监测x轴，y轴和/或z轴的振动参数，并将这些参数与车轮的旋转位置相关联。

车轮动平衡子系统可以具有安装在一个或多个铰接臂上的一个或多个辅助机构。辅助机构之一可以是能够从轮圈上自动去除旧配重块的机构。辅助机构之一可以是对将要放置新配重块的部位进行自动喷洒和清洁的机构。辅助机构之一也可以是能够自动地将新配重块引导并固定到轮圈上预定安放位置的机构。辅助机构之一也可以是能够自动地移除和存储轮圈中心盖的机构。辅助机构之一还可以是能够自动地去除并存储轮胎胎面上的砾石和类似异物的机构。

附图的简要说明

为了图示的简单和清楚起见，附图中图示的元件未按通用比例绘制。例如，为了清楚起见，一些要素的尺寸相对于其他要素被放大。在考虑如下所述的描述，权利要求和参考附图后，本发明的优点，特征和特性以及相关的结构要素的方法，操作和功能，以及零件的组合和制造经济性的结合，将变得显而易见，所有这些都构成本说明书的一部分，其中，在各附图中，相同的参考数字，代表相应的零部件，并且其中：

图1是本发明-车轮维护机器人工具的一个实施例的前侧方三维视图。

图2是图1所示机器人工具的后侧方三维视图。

图3是图1所示机器人工具的侧视图。

图4是图1所示机器人工具的零部件分解后侧方三维视图。

图5是作为本发明的一个实施例，图1所示机器人工具的底盘子系统的侧前方三维视图。

图6是图5所示底盘子系统的后侧方仰视的底部三维视图。

图7是作为本发明的一个实施例，图1所示机器人工具的支撑子系统的侧后方三维视图。

图8是图7的机器人工具的支撑子系统的分解图。

图9是图7所示的机器人工具支撑子系统处于第一个铰接状态时的侧视图。

图10是图7所示的机器人工具支撑子系统处于第二个铰接状态时的侧视图。

图11是图7所示的机器人工具支撑子系统处于第三个铰接状态时的侧视图。

图12是图7所示的机器人工具支撑子系统处于第四个铰接状态时的侧视图。

图13是作为本发明的一个实施例，图1所示机器人工具的举升子系统的侧前方三维仰视图。

图14是图13所示举升子系统的侧上方三维视图。

图15是图13所示举升子系统的仰视图。

图16是当图13所示举升子系统处于被启用的某个阶段时的局部三维视图。

图17是与图16具有同样位置和方向的局部三维视图，但其中举升子系统处于被启用的下一个阶段。

图18是与图17具有同样位置和方向的局部三维视图，但其中举升子系统处于被启用的再下一个阶段。

图19是在本发明的一个实施例中，作为图1所示机器人工具的一部分的车轮握持子系统的侧前方三维视图。

图20是图19所示车轮握持子系统的侧后方三维视图，其中车轮握持子系统处于被启用的一个阶段。

图21是图20所示车轮握持子系统的侧后方三维视图。其中车轮握持子系统处于被启用的下一个阶段。

图22所示为车轮的侧前方三维视图，其中展示了使用第一组传感器将图19所示车轮握持子系统相对于车轮进行轴向定位。

图23是车轮的侧视图，其中展示了使用第二组传感器将图19所示车轮握持子系统相对于车轮进行径向定位。

图23A为图19所示车轮握持子系统中所使用的握爪的一个实施例之局部三维视图。

图24是作为本发明的一个实施例，图1所示机器人工具的一部分从侧后方俯视的三维视图，其中展示出了紧固件存储子系统。

图25是图24所示紧固件存储子系统从侧前方俯视的三维视图。

图26是所示为紧固件存储站的原理图，所述紧固件存储站是图24所示紧固件存储子系统的一部分。

图27所示为一个紧固件单元的套筒机构的三维视图，该套筒机构被用于临时保持车轮紧固件的位置，以便为存储车轮紧固件进行准备。

图28是图24所示紧固件存储子系统的一部分的前视图，其中展示了在紧固件存储过程中的某个阶段中，紧固件存储座阵列和紧固件套筒阵列所处的状态。

图29是图28所示紧固件存储座阵列和紧固件套筒阵列，在处于紧固件存储过程中的下一个阶段时的状态。

图30是图24所示紧固件存储子系统的一部分的侧视图，其中展示了将紧固件从紧固件系统的套筒，转移到紧固件存储子系统中的紧固件存储座这一过程的初始阶段。

图31是对应于图30所示的侧视图，其中展示了紧固件传送过程的下一个阶段。

图32是对应于图30所示的侧视图，其中展示了紧固件传送过程的再下一个阶段。

图33是作为本发明的一个实施例，图1所示机器人工具的侧后方三维视图，其中所示为胎压调测子系统。

图34是图1所示机器人工具的侧后方三维视图，其中所示为，为对接至车轮气嘴针阀而被调节的胎压调测子系统。

图35所示为从后上方观察胎压调测子系统的局部视图，其中所述胎压调测子系统相关部件已对接至车轮气嘴针阀。

图36是作为本发明的一个实施例，图1所示机器人工具的一部分的侧前方三维视图，其中展示了车轮动平衡子系统。

图37是图36所示部件的侧后方俯视图。

图38是图36所示车轮动平衡子系统的后视图，其展示了处于第一位置的操作臂。

图39是对应于图38的侧视图。

图40是图36所示车轮动平衡子系统的后视图，其展示了处于第二位置的操作臂。

图41是对应于图40的侧视图。

图42是图36所示车轮动平衡子系统的后视图，其展示了处于第三位置的操作臂。

图43所示为使用握爪使车轮旋转的局部放大图。

图44中的三维视图展示了图36所示车轮动平衡子系统的压盘组件的一部分。

图45为图36所示车轮动平衡子系统的锥头组件的一部分的三维分解视图。

图46是本发明的一个实施例中的轮圈中心盖移除器的三维视图，所述轮圈中心盖移除器是图36所示车轮动平衡子系统的一部分，图中所示为操作步骤的准备阶段。

图47是对应于图46的三维截面图，图中所示为轮圈中心盖移除器操作步骤中的下一个阶段。

图48是本发明的一个实施例中，机器人工具的总控制系统的主流程图。

图49是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中底盘控制模块的工作流程图。

图50是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中的工具支撑子系统控制模块的工作流程图。

图51是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中车辆举升子系统控制模块的工作流程图。

图52是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中车轮定位和接近控制模块的工作流程图。

图53是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中车轮握持控制模块的工作流程图。

图54是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中紧固件存储控制模块的工作流程图。

图55是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中车轮检查控制模块的工作流程图。

图56是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中车轮动平衡模块的工作流程图。

图57是图56所示工作流程图的后续部分。

图58是本发明的一个实施例中，如图48所示的总控制系统中胎压调测模块的工作流程图。

包含当前最优实施例的对本发明的具体说明

如图1、2、3、4，用于维护车辆的车轮的机器人工具8具有以下几个车轮维护子系统：

底盘子系统10；

工具支撑子系统12；

紧固件安装/拆卸子系统14；

紧固件存储子系统15；

举升子系统16；

握持子系统18；

车轮表面检查子系统20；

胎压子系统22；

车轮动平衡子系统24。

每个车轮维护子系统都具有一个或多个接口部件，这些接口部件在控制系统的控制下可自动与相应的车轮界面部件接合，这些接合使得相应的车轮维护子系统能够进行自动操作以维护车轮。在本发明的一个实施例中，当需要维护车轮时，将按如下所述的顺序执行如下所述的示例性步骤。

图48是在本发明的一个实施例中，机器人工具的总控制系统的主流程图。按照图48中所描述的原理，机器人工具的内置控制系统通过无线网络或其他通信渠道，从一个控制中心接收指令以识别将要完成的工作任务。随后，控制系统根据所收到的指令，控制机器人工具执行所有指定的维护操作，且无需进行人工干预，除非控制系统收到关于故障或其他问题的报告而需进行调查，这会导致控制系统接收控制中心进一步的指令，或由人工介入以便手动解决问题。控制中心发送给机器人工具的初始指令会指示在何处执行任务，比如提供目标车辆的位置数据(例如GPS坐标)，或到达目标车辆所需的移动路径的数据，目标车辆的相关数据(例如车辆型号，年份，颜色，牌照号及牌照形状，车轮保养历史，车辆外形，车轮尺寸，扭矩标准等)，并提供目标车辆的相关图像，例如车身，车底举升点等图像。一旦目标车辆处于本机器人工具的自主移动范围内，机器人工具会按照一个移动路径，移动到目标车辆附近，所述移动路径的来源可以是控制中心发来的移动路径数据，也可以是机器人工具使用其机器视觉对其摄像头在移动过程中获得的图像进行分析计算得出的移动路径。当机器人工具接近目标车辆时，其将拍摄目标车辆的外观特性，并跟指令中所包含的相应数据进行对比检查，以确认其接近的车辆确实是目标车辆。根据控制中心的指令，机器人的控制系统会制定详细的作业清单及顺序。例如，按何种顺序举升各举升点。随后，机器人工具的摄像头与控制系统一起工作，以识别车辆的停泊方向和将要拆卸的车轮的位置，然后机器人工具移动至车辆适当一侧，并相对于车辆进行适当定位。如图48所示，在所述相关子系统被启用并运作的过程中，控制系统会向各子系统发出控制信号。通常，这些控制信号会输出到诸如开关，马达及其他作动器。随着各子系统的运作，各子系统也会产生输出信号并发送到控制系统，以报告所述子系统的运行过程。通常，这些包括来自摄像头和传感器的输出信号，能够被控制系统接收与分析处理。该控制系统所包括的机器视觉子系统，可以分析正在被维护的目标车轮的部件，以及执行此维护操作的维护子系统的图像，从而控制系统可以独立地利用机器视觉系统的分析结果，亦或再进一步结合其他来源的数据，实现对相应子系统的实时控制与调整。摄像头及它们的位置未在附图中示出，但是应当理解，它们被安装在适当的位置。

如图5、图6所示，机器人工具8主要通过其轮式底盘10在诸如地面等支撑表面上的运动而进行移动。底盘10上内置的驱动马达可以被协调地驱动，以便驱动底盘在支撑表面上实现直线，曲线和旋转运动。安装于底盘的支架30之上的四个滚轮27和28各自位于近似菱形形状的顶点上。其中，安装在支架30上的、可摇摆的惰轮或脚轮27被安装于上述菱形的前后顶点位置，而安装在支架30上的驱动轮或驱动滚轮28被并排安装于上述菱形的相对的侧方顶点位置。各驱动轮受到控制以改变各自水平旋转轴线的指向，使两个驱动轮的所述水平旋转轴线能够形成任意夹角，包括平行和不平行。各驱动轮能够被马达32独立地以相同、或不同的速度及旋转方向驱动而各自独立地旋转，从而能够在一定范围内驱动机器人工具8沿任何方向和任何路径移动。各驱动轮28也被各自独立地沿着一个垂直轴线安装，并且可以被各自的旋转马达34驱动而各自独立地旋转，使得各驱动轮可以改变其驱动的指向，从而使两个驱动轮的独立移动具有更大的自由度。该设计允许机器人工具沿着平行于支撑表面的任何方向进行平移运动，也允许机器人工具绕任何垂直轴旋转，还能允许机器人工具按上述平移运动及绕任何垂直轴旋转的任意组合进行运动。这种设计为机器人工具提供了高度灵活和全面的平移及旋转移动能力，这对于在狭窄空间中的操作非常有价值。图49所示为底盘驱动与转向控制模块的工作流程图。

如图7至12所示，工具支撑平台40通过前支柱36和后支柱38安装在轮式底盘10上，前支柱36以及后支柱38的上端和下端分别相应地铰接安装于支撑平台40和底盘支架30上。后支柱38的下端可滑动地安装在与底盘支架30成为一体的垂直直板44上的水平槽42中，直板44平行于底盘前后方向的轴线A。线性马达46可以将后支柱38的下端沿着槽42，在槽42的两个止点之间移动。线性马达50的动杆48的外端铰接安装到后支柱38的上端，且该线性马达50的定子的外端铰接安装到前支柱的下端36。线性马达50能够改变后支柱上端和前支柱下端之间的间距。马达46、50的协调动作能够升高，降低，向前倾斜或向后倾斜支撑平台40及其上被支撑的子系统。如图9至12所示，马达46、50能够以任何指定顺序及适当增量对支撑平台40的高度和倾斜角度进行调节，使支撑平台40获得在允许范围内的高度改变与倾斜角度改变的任意组合。考虑到各车轮维护子系统的布置很紧凑，机器人工具及其子系统的运动需要被精确控制以防止各子系统部件之间的碰撞与运动干涉，因此高度和倾斜角度的调节顺序很重要。倾斜角θ和高度H的一个特定组合对应于马达46的位移L1和马达50的位移L2的一个特定组合。对于一组所需的θ值和H值，控制系统可以计算出L1和L2的对应值，并根据L1及L2的数值，或者一次性地协同调节两个马达各自的位移，或者按某种顺序调节上述两个马达的位移。工具支撑子系统的主要功能要求是，调节紧固件子系统前端的高度，同时在任意高度都能够在一定角度范围内调节紧固件子系统前端的倾斜角度，并确保紧固件子系统的前端位于底盘之前的适当位置，且车轮握持子系统不会被底盘阻挡。上述工具支撑子系统的升降和倾斜功能也可以通过上述机构的变通机构而实现，例如，一个或多个垂直放置的线性马达，所述线性马达的底部安装在底盘框架上，所述线性马达的动杆铰接并且可滑动地安装在支撑板的下侧。在机器人工具中使用的上述以及任何其他线性或旋转马达，都可以被装备为能够对其位移或角度改变进行测量，以备后续控制所需。可选地，或者额外地，所述工具支撑平台上可以安装高度和倾斜角测量机构。图50是工具支撑控制模块的控制流程图。

如图13至18所示，底盘支架30的后方两侧悬挂的是具有四个举升器52的举升子系统16，其中每个举升器52都能够独立地伸展，以举升目标车辆54的一部分。举升子系统具有两个举升器站56，每个举升器站56中都装有一对举升器52。每个举升器站56都安装在一个滑动构件57上，而该滑动构件57固定于安装到底盘底板30的滑轨构件58上。各滑动部件被布置成能够使每个举升器站56都可以在滑轨构件58上沿平行于操作轴线的方向被推出，然后返回。为了实现这个目的，一个线性马达62的动杆61与滑动构件57连接，动杆61能够在线性马达62的筒身60中前后移动。每个举升器站的托架都具有壳体64，每个壳体都可以接收举升器52上的尖头插片66并将其适当固定，从而在待机模式时举升器被固定在举升器站中，而在部署某个举升器时该举升器可以与壳体64分离。壳体上具有用于引导尖头插片66进入壳体64的上侧及下侧导向片65。

当需要启用一个具体的举升器52举升一辆车时，底盘进行转动，使所述举升器站56面对车辆54。随后，根据控制系统对车身举升点位置数据的查询，底盘将调整位置，使得某个可用的举升器53与目标车辆的目标举升点68的预期位置大致横向对齐。内置摄像头会生成车辆下方的图像，并使用机器视觉系统对图像进行分析以识别出目标举升点的确切位置。在举升子系统16的一个实施例中，摄像头被安装在底盘支架30的前、后、左和右四个角落、举升器站56和每个举升器52上，并且在每个举升器的举升头70的中心处具有激光点光源。

在协同操作中，所选举升器站56的线性马达会被启动，将举升器站56从保持架中滑出，使所选举升器的举升头70直接移动到目标车辆起重点下方(图16)。然后，启动所选举升器52上的旋转马达72以转动螺杆作动器74，从而使已被定位的举升器产生剪式举升动作，从而升高举升器举升头以接触并举起其上方车辆的某一部分(图17)。在车辆的某一部分被举起后，车辆的部分重量由展开的举升器支撑，而举升器底座则被压在地面或其他支撑表面上。随后，只需要驱动底盘10向后移动使其远离车辆54，使尖头插片66从扩展坞上的壳体64中滑出(图18)，机器人工具8就可以与展开的千斤顶52分离。然后，底盘10可以被移动到位于车辆同一侧或另一侧的另一个举升点附近的位置，在该位置可以按相同方式部署第二个举升器52。在一个特定维修阶段完成后，可以采用相反的操作顺序，以便从车辆中取出举升器并将其重新归位到机器人工具上。

为了举起车辆以卸下车轮，机器人工具会移动到最接近于目标车轮的举升点旁边的合适位置并旋转，以使机器人工具的背面朝向车辆。然后，两个举升器站56中的一个沿着滑动悬架构件58朝着车辆54滑动。在举升器52到达合适位置时，举升器站56和举升器52上的摄像头会扫描车辆下方的图像。机器视觉系统将扫描的图像与已存储的目标举升点的图像进行对比检查，并根据需要调整所选举升器的位置，直到找到匹配的位置。轮式底盘和举升器站56被协调移动，以使其中一个举升器的举升头与车辆举升点的中心垂直对齐。垂直对齐是通过使从举升器中心的激光源向上发射的激光点与举升点的重合而确定的。随后举升器马达被启动，以将举升器上方的车辆的一部分举升到任务指令所给高度，并检测举升器的剪式举升运动从而对举升高度进行监控。摄像头可以监控车轮胎面与地面或其他支撑表面之间的间隙。一旦车辆被举升到所需的高度，使得车辆与地面之间的间隙达到要求，举升器的马达会被关闭。然后，举升器站马达和底盘驱动轮启动，以缩回举升器站56并使机器人工具离开车辆。由于展开的举升器支撑着车辆，举升器的底部被紧紧地压在地面上，所以当机器人工具向后移动时，插片66会滑出举升器站壳体64。随后根据控制指令，任何一个或多个剩余举升器中的一部分可以被部署于车辆的另一个举升点而举升所述车辆，或者机器人工具可以移至另一个位置来举升另一辆车。现在，机器人工具已准备好进行下一个维修任务。在另一种操作顺序中，机器视觉系统可以直接计算目标车辆的举升点相对于机器人工具的坐标，并且操纵机器人工具将举升器的举升头直接地移动到目标举升点的位置。当车轮的更换或其他维护完成后，就可以通过与上述步骤大致相反的顺序来移除举升器。图51是基于本发明的一个实施例的车辆举升子系统的工作流程图，其可被用于图48所示的控制系统。

即使车轮还安装在车辆上，也可以执行很多车轮维护操作。如果还安装在车辆上的车轮，不能被执行某种车轮维护操作，那么机器人工具可以使用紧固件安装/拆卸子系统(例如，共同待批准的美国专利申请16104792所披露的那种紧固件安装/拆卸装置)从车辆轮毂拆下车轮，以备进行维护操作。当车辆被举升并且某个车轮离开地面时，这个车轮也许可以自由旋转，或者也许由于被车辆传动系统或驻车制动器锁定而不能旋转，这个特性可以根据控制系统所接收到的车辆数据进行确认。在车辆举升程序的一种衍生版本中，在需要安装或拆卸在被举起状态时会自由旋转的车轮时，当举升器举升头与车底举升点有接触，并且承载面承担了车辆适当剩余重量时，就可以暂时中断举升器的举升或降下动作，此时，可以对固定车轮到轮毂的车轮紧固件进行预先拧松(拆卸车轮)或者拧紧(安装车轮)操作，而车轮却不会发生旋转。一旦所述车轮紧固件被足够地拧松或拧紧，举升器的升起或降下过程可以继续。在其他情况下，如果检测到车轮已被充分制动，或被以其他方式阻止转动，则无需在举升或下降过程中进行任何中断。

在用举升器将车辆举起以将某个车轮从地面或其他支撑表面上抬起之后，可以将车轮卸下，随即对其进行维护，然后重新安装回车辆，或者所述车轮也可以被送走，然后用以前被维护过的车轮，或者备用车轮，或者新的车轮替换。在这两种情况下，如图19至23所示，车轮26会先被车轮握持子系统自动的握持，以备将其拆卸。如图19、20所示，三个握爪78以等间距的圆形阵列方式安装在机器人工具的前部。每个握爪具有一对同轴地安装在轴82上的圆柱形滚轮80，轴82的轴线通常平行于工具操作轴线。每个握爪78都使用了一个以上的滚轮80，这是为了使握爪与轮胎26的胎面84外形更好地匹配或更牢固地握持住胎面84。基于轮胎的原始设计和使用磨损，胎面84的截面可能会是曲线，或者胎面一侧的磨损多于另一侧。因此，通过使用两个或更多滚轮80，握爪与胎面之间的接触就能够被改善。在其他可选方案中，两个滚轮可以是具有较小的锥角的锥形，或者两个滚轮之间被安装为具有柔性连接，以便允许两个滚轮的旋转轴线没有完全对齐。滚轮的表面层可以是弹性材料，以加强握爪78和轮胎胎面84之间的握持界面。如图43所示，至少一个握爪上的一个滚轮80连接到旋转马达90，当需要时，旋转马达90被驱动以旋转该握爪78上的滚轮，从而使被握持的车轮26反向旋转。如同本文随后将要描述的那样，车轮可以被缓慢地旋转以方便进行轮胎检查或其他相关维护，或者可以在检测和纠正车轮动不平衡的过程中，以较高的速度驱动车轮旋转。

每个轴82的一端都固定到一个托架92上，所述托架92上具有支撑轴82的支撑板或支撑片。每个托架92被安装成可以沿着对应的支架96径向地往复滑动，所述支架96安装于三叉板98的各分叉上。三个托架92中的每一个都被各自的线性马达100独立地驱动，以使三个握爪78协调地移动，以增大或减小握爪所在圆形阵列的节圆半径。增大所述节圆半径，可以使车轮26能够被容纳在圆形阵列的内部，而减小节圆半径则可以使握爪78向车轮的胎面84移动，以便夹持轮胎86。在一个实施例中，三个线性马达100具有内置位移传感器，每个握爪从一个协调过的起点开始的位移会被位移传感器测量，三个握爪78可以独立地移动以夹持车轮26。控制系统会计算目标车轮轴线的位置，然后调整机器人工具操作轴线的位置以使其与车轮轴线对齐。在一个可选的实施例中，线性马达没有内置位移传感器，而是使用钢丝拉索来实现一种“比较”功能。三个托架中的两个是从托架，并通过钢丝拉索连接到“主”托架。钢丝拉索的运动可以把从托架的位移传递到主托架上的比较器，在此比较三个托架的位移。如果某一个托架的位移滞后，则停止驱动其他两个托架，直到三者的位移相等为止。这种方式可以渐进地调整握爪所在的圆形阵列，以使该阵列所在的圆与机器人工具的操作轴线保持同轴。图52所示为车轮定位与接近控制模块的工作流程图。

如图23和23A所示，安装在每个握爪78的滚轮80之间的胎面接触传感器102用于检测车轮中心轴线相对于工具操作轴线的偏离方向。如果在各传感器垫104径向地向内移动的过程中，仅其中一个胎面接触传感器102被激活，这意味着相关联的握爪78比其他两个握爪更靠近车轮。作为响应，控制系统移动操作轴，以使各握爪78与胎面84的间距相等，同时也使握爪78渐进地向胎面84移动以实现对车轮的握持。如果传感器102的头部与旋转中的车轮的轮胎86直接接触，传感器102会被损坏。当传感器垫104与胎面84发生接触时，其能够触发胎面接触传感器102，并且能够吸收车轮的动态冲击。如图22所示，类似的传感器103和传感器垫104安装在托架92上，并且，类似的方法也被用于握持子系统向车辆轮胎的外侧壁移动的过程中。在机器人工具接近和接触车轮侧壁的过程中，当侧壁传感器103的传感器垫与车轮侧壁接触时，所述侧壁传感器103会被触发。实际上，上述针对车轮侧壁的操纵应该先于针对车轮胎面的操纵。其他类型的传感器，如非接触式接近和距离传感器(光学，超声波等)，也可以被用于监测这种增量接近控制技术及其分析的过程。

在操作过程中(图20)，机器人工具移动到目标轮26前面的一个设定位置，并沿着操作轴线向车轮投射一束定心激光105。同时，机器视觉系统分析车轮和激光点的图像，计算激光点和车轮中心之间的偏移量，以及车轮的轴线和操作轴线之间的倾斜度，而所述偏移量和倾斜度，则被用于计算三叉板98的接近路径及其指向。随后，底盘和支撑板被施加相应的驱动，以使三叉板98向车轮所在位置移动，并使机器人工具的操作轴线与车轮的轴线对准。如图21所示，随着握爪组件靠近车轮，根据机器视觉系统对车轮和车身的现场图像数据，以及所存储的相应图像等数据的分析，握爪会进行必要的径向移动，以便将各握爪插入到车轮和车身之间的空腔中。类似的顺序可以被用来接近和握持未装在车辆上的车轮，例如堆叠在分发装置中的新车轮。如图21所示，根据机器人工具操作轴线和车轮轴线之间的偏移和倾斜程度，机器人工具会对其操作轴线的位置和倾斜度进行校正，以使工具操作轴线与车轮轴线大致对齐。

随后，实现更精确的定位需要用到三个侧壁接近传感器103，以及三个胎面接近传感器102，所述三个侧壁接近传感器的端部显示于图22，所述三个胎面接近传感器的端部显示于图23。如图22所示，随着机器人工具接近车轮，一个(或两个)侧壁传感器103将首先被触发。随后，机器人工具继续向车轮运动，但是适当调整机器人工具的指向，以使已触发的侧壁传感器与车轮侧壁之间恢复到一个较小间距。当所有三个侧壁传感器均被触发时，停止机器人工具的向前运动，此时就实现了机器人工具操作轴线与车轮的轴对齐。当机器人工具相对于轮胎侧壁实现正确定位的同时，轮胎窝中的三个握爪径向地朝着胎面向内移动(图23)。再一次，一个(或两个)胎面接近传感器102将首先被触发。随后，各握爪继续向内运动，但需要适当的调节机器人的位置，使得已触发的胎面接近传感器与胎面之间维持较小的间距。当所有三个胎面接近传感器102都被触发时，就实现了握爪的正确定位。此时，为了将车轮握持得足够紧，各握爪继续移动一段较短的受控的行程，以便进行随后的维护操作，包括取下车轮。图53所示为车轮握持控制模块的工作流程图。

共同待批准的美国专利申请16104792，描述了使用机器人车轮维护工具安装和拆卸车轮紧固件。如图1至图4所示，示例性的紧固件装卸单元14安装在支撑平台40上，其具有一组平行的主轴106，每个主轴可绕其纵向轴线旋转，这些主轴按圆形阵列分布。各主轴前端的套筒108被用于握持并旋转螺纹紧固件110，例如车轮螺母，所述螺纹紧固件110被构造成与相应的螺纹紧固件，例如安装在轮毂构件上的螺柱的螺纹进行啮合。各主轴106的后端通过万向节114连接至马达116，以使主轴106绕其轴线旋转。调节机构118被用于同步地改变主轴的“展开”程度。在操作中，为了卸下车轮26，可以使用紧固件装卸单元14自动地将套筒108套到车辆上的车轮的紧固件110上，并从轮毂上的相应紧固件上拧下车轮紧固件。类似地，为了安装车轮，可以用紧固件装卸单元将紧固件握持在套筒上，并自动拧紧到轮毂上的相应紧固件上。为了实现车轮紧固件的安装或拆卸，紧固件装卸单元14需要相对于车轮进行各种不同的动作，以便其整体或部分零部件在不同的位置之间移动、或在各种不同的方向角度之间改变方位，以便执行车轮紧固件的安装、拆卸操作。如美国专利申请16104792中所述，这些动作中的一部分是通过紧固件装卸单元内部的马达和支架装置等部件的作用而自动进行的。由于紧固件装卸单元14被安装在支撑平台40上，紧固件装卸单元14的上述这些动作中的其他动作，可以通过对支撑平台40的操纵获得。

一旦车轮26被完全地握持，无论车轮是否安装在车辆上，还是车轮没有安装在车辆上，都可以通过机器人工具对车轮进行相应的维护。在后一种情况下，为了拆卸车轮，可以启用紧固件装卸单元14拆卸诸如螺母之类的车轮紧固件，随后将所述被拆卸下来的紧固件110存储在一个紧固件存储子系统15中，如图24至32所示。从固定于车轮上的位置被拆卸下来的紧固件110，首先被握持在紧固件套筒108中。如图27所示，整合在套筒108中的小磁铁120的磁吸力将紧固件110保持在相应的套筒中。如图28、29所示，为了将紧固件110从套筒中转移到紧固件存储子系统15中，各套筒108从刚刚被拆下时的初始位置(图28)，一起径向移动到一个终了位置(图29)，在该终了位置，紧固件110按圆形阵列分布，并且所述圆形阵列的半径等于一个预定义的存储就绪半径。如图26所示，存储子系统15的四个存储站122中的每一个都具有五个车轮螺母存储座，每个存储站的各存储座以存储就绪半径按圆形阵列分布安装。存储站122安装在板126上，该板126可绕安装在三叉板98上的轴128旋转。从每个存储站的存储座所在圆形阵列的中心，到轴128的轴线的距离都相同。如此，任何一个存储站，都可以旋转到其中心轴线与套筒阵列的中心线对齐的位置。板126被旋转至一个位置，在该位置，某个可选的存储站122上的存储座124所在的圆形阵列与套筒108的圆形阵列对齐。各紧固件被布置为，当某个被选中的存储站处于被旋转后的位置时，该存储站之存储座阵列中的存储座能够与套筒阵列中的相应套筒对齐。

如图30至32所示，三叉板98安装在平行轴132上，平行轴132安装在支撑平台40上，且三叉板98可滑动。三叉板98可以被线性马达130的动杆133驱动而沿方向B移动(图30)，以将存储站122向套筒108移动，直到套筒108所握持的紧固件110与相应的存储座124接触并结合(图31)。每个存储座124上都具有电磁铁，该电磁铁被用于在存储座124与某个套筒中的紧固件110接触后，将该紧固件从套筒中拉到存储位置。随后线性马达130释放对三叉板98的拖拽，弹簧131将三叉板98向前推回，使得紧固件110从套筒108中被拉出，并保持被锁定在存储座124上的状态。然后，板126绕轴128旋转以将各存储站122安置于待机位置。随后电磁铁维持通电状态，以确保存储座124上的紧固件在被重新用于安装车轮之前，不会从其存储座124中掉落。在一个可选实施例中，永磁磁体被安装于每个存储座中，而电磁铁则被安装于套筒中。在另一可选实施例中，存储座和套筒上都安装了电磁铁。进一步地，在另外一个可选实施例中，相邻存储座124的间距被设定为，当各套筒完全径向缩回时，相邻套筒的间距。可选地，相邻存储座124的间距可以被设定为，相邻套筒间距的允许变化范围内的任何值，且在转移紧固件时，各套筒可以被调整到能够与存储座的固定模式匹配的径向位置。通过更改存储站或使用具有不同配置的板126，就能够改变每个存储站的存储座数量，以便匹配不同车轮的不同配置参数。此外，还可以根据实际使用中的需要而改变存储站的数量。虽然各附图中所示的结构只有20个车轮螺母的最大存储量(即4个车轮的紧固件数量，每个车轮5个螺母)，但在不同型号的机器人工具中，车轮紧固件最大存储容量可以有所不同，以充分满足应用需求；比如，许多轿车的车轮使用4或5个紧固件，重载卡车和半挂车的车轮使用多至12个或更多的紧固件。再比如，为了进行快速维护，第一辆车的所有车轮可以被先行拆下并等待新的车轮，在等待期间，该机器人可为另一辆车提供服务，因此存储子系统需要具有更大的紧固件存储容量。在安装车轮时，被存储的车轮紧固件被移出紧固件存储站，而被用于将车轮固定到车辆的轮毂的过程，基本上是一个相反的过程。在另一个紧固件存储子系统的实施例中，每个存储站都安装到一个板上并且都按圆形阵列分布，且各圆形阵列的中心重合。当需要将紧固件从套筒转移到存储座时，紧固件装卸单元的各主轴将展开，以使套筒所在圆形阵列与被选中的紧固件存储座所在的圆形阵列匹配。图54是紧固件存储控制模块的工作流程图。

轮胎检查子系统

对于一个能够在其轮毂上自由旋转的车轮26来说，即使其仍然安装在车辆上，仍可对其进行维护操作。在这种情况下，启动握爪上的马达使此握爪上的相应滚轮旋转，就可以驱动这个车辆上的车轮反向地旋转。可选地，如果一个安装于车辆上的车轮无法自由旋转，则可以操作车辆的动力系统来驱动车轮旋转。如果完全无法使安装于车辆上的一个车轮旋转，或者出于其他目的而需将车轮从车辆上拆下，则可以按前面所描述的操作步骤将其从车辆上卸下。无论车轮是否装在车辆上，车轮26都应该被车轮握持子系统18所握持，以便能够使车轮检查子系统20的部件能够到达车轮26附近的操作位置，以备执行检查操作。

在一个车轮26被握爪78成功握持后，车轮可以被驱动而低速旋转，或者被间歇地驱动旋转以获取车轮的数据，而车轮及胎面的状况，则被安装在握爪78之上或附近的带光源摄像头135监测，所述带光源摄像头135是机器视觉系统的一部分，而机器视觉系统则是控制系统的一部分。车轮26的图像被自动地与控制系统存储的图像及其他数据进行比较，以确定并记录诸如鼓包，钉子，石子，刮痕及切口等异常的存在及位置。另外，还可以用类似方法分析判定剩余胎面花纹的深度，胎面磨损是否均匀，以及胎面是否损坏等状况。监测胎面花纹的带光源摄像头，与胎面接触传感器102安装在一起。当一个车轮被握持后，车轮的内侧壁，例如车轮更靠近车辆内部那一侧，比较难以被探测到。为了监测车轮内侧壁的情况，使用了图20所示的车轮侧壁摄像头134，此图中该摄像头处于待机位置。摄像头134被安装在铰接支架136上，马达138能够对支架136进行伸缩和旋转，从而使摄像头134到达一个可以拍摄到车轮内侧表面的工作位置。为了检查车轮内侧表面，首先使摄像头134沿其所在握爪的轴线向前移动一定距离，然后旋转一个角度，以到达一个能够拍摄到车轮内侧壁的工作位置。在检查完成之后，支架136以相反的顺序移动而回到待机位置。安装于支架142上的轮胎侧壁摄像头140，被用于检测轮胎外侧壁的情况。图48所示为车轮检查过程中需要执行的步骤的示范性流程图。图55是车轮检查控制模块的工作流程图。

胎压子系统

如图33至35所示，机器人工具拥有一个用来测量轮胎压力，并且在胎压低于或高于推荐压力时，打入或释放空气以校正轮胎压力的子系统22。对于该维护操作，无需将目标车轮26从车辆上取下或使其相对于车辆旋转，因为一旦机器人工具8处于正常的通信范围内，具有机器视觉系统的控制系统，就会操纵胎压子系统，将其相关子部件引导到车轮的气嘴针阀上。一旦就位，胎压子系统22便会执行如下操作：握住，旋转并取下针阀盖，以测量胎压；打入或释放空气以增加或降低胎压到推荐值；再次定位并拧紧针阀盖；最后将胎压子系统22恢复到其待机位置。底盘10，工具支撑平台40及胎压子系统所具有的驱动马达所带来的灵活的移动定位能力，使得无论车轮处于何种旋转位置，胎压调测维护操作都可以被执行。

图34所示为机器人工具的背面，其中胎压调测子系统22的部件被安装在支架146上。支架146安装在与支撑平台40一体的竖直壁148上。旋转马达150通过驱动小齿轮152和从动齿轮154，能够使支架146绕机器人工具操作轴线D旋转。线性滑轨158是支架146的一部分，托架构件156安装在线性滑轨158上，且可以沿着线性滑轨158滑动。托架构件156可以被线性马达160沿方向E来回地驱动，并在一个需要的位置停止。旋转马达162能够驱动一个以角运动方式安装的支架构件157，使其运动到需要的倾斜角度F。支架构件157上安装的一个气压单元164和一个防尘盖移除器166彼此靠得很近，这两个单元的支撑体互相平行，并且都平行于倾斜方向F。防尘盖移除器166具有一个操作管，该操作管具有两个相对的握爪，当操作管套上车轮针阀的防尘盖，以便握住防尘盖使其能够被转动时，所述两个相对的握爪会向外张开。所述握爪衬有一层弹性握持材料，或者也可以使用其他形式的具有弹性的弹簧握持方式。旋转马达172可以旋转防尘盖操作管并且将防尘盖拧出或拧上车轮针阀144。气压单元164通过开口174气动地连接到气管，压力传感器，阀门，气泵，以及控制系统的气动控制单元(未示出)，用于测量轮胎压力，并将所需压力的空气输送到车轮针阀144，或从车轮针阀144释放空气。机器人工具上安装的摄像装置可以被用于识别特定的车轮针阀的位置和指向，以便通过底盘和支撑板马达，以及马达160、162、172的适当运作来移动胎压子系统，使胎压子系统能够对准车轮针阀144。在操作中，支架146及其上的部件，会将安装在其上的阀门移动到第一位置，以便使用防尘盖移除器166将防尘盖从车轮针阀上拆下，然后转移到第二位置，在第二位置测量胎压，并且可以通过气压单元164与车轮针阀的连接，将空气打入或释放。

图33、34所示为机器人工具的底盘10，支撑板40及胎压子系统22，而除此之外的部件未显示。如图33所示，处于待机状态的胎压单元位于待维护的目标车轮26旁边。最初，轴线D不太可能一开始就与车轮轴线对齐，因此底盘10和支撑板40的马达被运作，直到上述两个轴线对齐。如图34所示，各马达被按需运作，以调节支架和支撑板的位置及方位角，以便将防尘盖移除器同轴地放在车轮针阀防尘盖之上(图35)。防尘盖移除器随后被旋转马达旋转从而将防尘盖旋出，并且随后防尘盖被握持在防尘盖移除器的握爪中。然后，气压单元向后移动，再向侧方平移，以使压嘴与车轮针阀对齐，然后轴向地向前移动，以将压嘴压在车轮针阀的外环上，直到压嘴与所述外环密封结合。一个控制程序随后被启动，以检查胎压，并在必要时将空气泵入轮胎或从轮胎中释放空气，直到达到建议的胎压为止。然后，连接口174轴向后移，以离开车轮气嘴。之后，机器人工具再次后移，并再次侧向平移，以使防尘盖移除器与车轮针阀外环对齐。然后，防尘盖移除器轴向地前移，以将被握持的防尘盖压到气嘴上，并启动旋转马达将防尘盖拧紧到气嘴上，直到获得所需的扭矩，随后就可以移走气压单元，而将防尘盖留下。图58是胎压调测控制模块的工作流程图。

车轮动平衡子系统

如图36至42所示，车轮维修机器人工具8具有车轮动平衡子系统24，所述车轮动平衡子系统，能够对已经被前述握持子系统拆卸的车轮26进行动平衡操作。如图38所示，车轮动平衡子系统包括通过支架178安装到三叉板98的第一背板176。第二背板180通过窄槽和销结构同轴地安装在板176上，板178可以沿圆周方向相对于板176进行有限的位置调节。板176的中心具有圆形开口，而辐条板178具有扇形的开口，这些开口是应对上述沿圆周方向的调节而产生的需要，以便允许紧固件装卸单元(未示出)完全地穿过辐条板178，以将紧固件从车轮上移除，或安装到车轮上。

如图38所示，车轮动平衡子系统24具有操作臂182，所述操作臂182上安装有压盘组件184，以及在车轮动平衡测试和校正过程中需要用到的若干辅助机构。马达186可以驱动操作臂182沿X方向摆动，一个线性马达可以驱动操作臂进行沿Y方向的往复运动。

操作臂182的一个作用是，将压盘组件184在如图38、40所示的“离轴”的待机位置，和图42所示的“同轴”操作位置之间转移，以便为车轮动平衡操作进行准备。如图40所示，在转移过程中，操作臂移动压盘组件和压盘组件的安装支架，以使它们离开被握持在握爪78中的车轮26。

操作臂182的另一个作用是从车轮上移除车轮中心盖。车轮中心盖是通过弹簧卡子安装在车轮中心的一个盖子。在正常的道路使用中，车轮中心盖可以保护轮轴螺母和轴承免受灰尘和其他异物的侵害。为了使车轮的安装方式符合进行车轮动平衡操作的要求，必须从车轮上取下车轮中心盖。为了取下车轮中心盖，操作臂被适当操纵，将压盘板组件184的一个螺纹轴零件的一端移向车轮(图41)，所述螺纹轴克服弹簧卡子的力量推动中心盖，将其从车轮顶出。在三叉板的另一面安装了一个中心盖抓取机构(图46和47)。在顶盖弹出之前，中心盖抓取机构的操作杆，被线性马达驱动到一个能够使其抓头与车轮中心对准的位置。当车轮中心盖从车轮上弹出时，它被所述抓头抓住并固定住，并保持在那里直到车轮动平衡完成。目前，市售的车轮中心盖具有各种不同的形式，尺寸和结构。可以预料，随着通过机器人维护车辆的车轮变得越来越普遍，中心盖的设计将变得标准化。在一种形式中，这种车轮中心盖内具有一个有铁磁性的芯体，并且抓头内有电磁铁，该电磁铁可以被用来在所述车轮中心盖从车轮上弹出时磁性地吸引并握持车轮中心盖。

一旦车轮中心盖被移除，并且压盘组件184与轴线对齐(图41)，操作臂182就被进一步操纵，以使压盘组件184沿着工具操作轴线，向锥头组件192(图42)移动。如图44所示，压盘组件190具有合为一体的鼓194和法兰盘196。轴承198固定在鼓的内部，轴承的内圈固定到螺纹轴200的较大直径的头部一端。轴200的头部具有驱动凹槽202，以容纳安装在操作臂182上的冲击马达的驱动头。当鼓组件处于待命或向工作位置靠近的状态中时，与鼓法兰盘196一体的销204，被容纳在保持架190上的相应孔206中。销204中的孔208可以容纳电磁铁的可动铁芯，电磁铁可动铁芯可进入或移出孔208，以将鼓194固定在保持器上，或者从保持架190释放鼓194。如图45所示，锥头组件192具有主轴210，径向推力轴承212固定在主轴210靠中间的位置，并支承在法兰214上。一个具有中心孔的锥头216安装在固定于轴210头部的滚针轴承218上，且可自由旋转。鼓194的中心整合了螺纹轴200，并且锥头216的中心孔220具有相应的内螺纹。在为动平衡测试操作而进行的设置中，旋转冲击马达的驱动头通过凹槽202旋转鼓轴200，使其被被拧入锥头的孔220中，以便将车轮夹紧在鼓和锥头之间。在为动平衡测试操作而进行的设置中，锥头组件192可以被线性马达222驱动而向被握持的车轮26移动，通过销224与槽226的啮合，轴210被约束为沿着平行于工具操作轴的方向移动。

在为动平衡测试操作而进行的设置中，可以使用机器人工具内置的机器视觉系统，探测鼓轴200与锥头216之间的接触，或者也可以通过对旋转冲击马达234的电流增加进行检测，因为轴的运动受到阻碍的时候会导致旋转冲击马达234的电流增大。一旦鼓轴200与锥头216之间发生接触，旋转冲击马达234就驱动鼓194内的轴200旋转，将轴200拧入孔220中，而车轮轮圈就被夹在锥头216和鼓194之间。在待机和向工作位置移动的过程中，鼓组件184的销204插入并固定于保持架上的孔206中，所述销被位于其孔208中的电磁铁可动铁芯锁定在上述孔中。在将鼓194，车轮26和锥头216夹紧在一起之后，所述电磁铁被通电以将鼓上的销204从孔206释放。随后，去掉压盘组件的操作臂182返回到其待机位置。在进行车轮动平衡测试后，将所述压盘组件从车轮上移除的步骤大致与上述过程相反。

一旦车轮像前文所述那样被夹紧，鼓，车轮，锥头组件可以都被带马达的握爪(图43)驱动，而根据操作需要以低速或高速旋转。可选地，在动平衡测试中，当需要车轮以比较高的转速旋转时，可以安装与上述握爪的马达分离或取代所述握爪的马达的更大的滚轮，其旋转能够使车轮产生反向旋转，以进行动平衡测试。

碎石去除器228被安装在操作臂182上(图38)，该碎石去除器228的使用需要轮胎检查子系统20的配合运作，以便在车轮26低速旋转时，识别车轮胎面上的碎石和类似物体的存在及位置。一旦发现碎石的存在，碎石将被移除，以使其重量不会对后续的车轮动平衡过程造成影响。砾石去除器包括具有尖头的拾取器或支柱230，通过协调驱动及控制操作臂182的各马达，所述拾取器的尖头，可以被操作臂引导到胎面上前后方向的主要凹槽，和诸如对角延伸的辅助凹槽中。与拾取器尖头相邻的是一个接口，该接口气动地连接至一个真空泵(图中未显示)，该真空泵被用于将松脱的碎石通过所述气嘴抽吸到一个储藏箱中。

一个“旧”配重块移除头也同样地安装在操作臂182上，其可以在车轮动平衡测试之前，或者在检测到车轮动不平衡时被去除。为了去除旧配重块，控制系统将摄像头产生的轮圈的图像与被存储的无配重块的相应轮圈的图像进行比较，以识别旧配重块的位置和类型。然后，操作臂182将一个配重块移除头引导至靠近轮辋表面的位置，并且车轮也被旋转，以将旧配重块顶在一个凿子的边缘，所述凿子是所述旧配重块移除头的一部分。一旦二者接触，操作臂就会轴向地向后移动，以将旧配重块从轮圈上拉下。掉下的配重块被收集在位于一个适当位置的箱子中。

对于动平衡测试，动力握爪78会以更高的速度旋转，以使车轮相应地能够更快的旋转。一旦车轮的旋转到达需要的速度，就将握爪78从胎面84上抬起，以使车轮26能够自由旋转。锥头组件的轴210具有旋转编码器(未显示)，用于显示锥头的旋转角度，从而能够显示车轮的旋转角度，以便在动平衡测试期间，车轮的旋转位置可以与控制系统生成的车轮振动数据相关联。许多种市售振动分析子系统中的任何一种都可以集成到机器人工具控制系统中，用于收集车轮失衡数据。用于这种振动分析子系统的振动传感器可以安装在例如支架178处，而其监测系统可以测量x，y和z轴的受力并计算动不平衡的程度及其方向。车轮动不平衡可以被分解为作用在车轮轮圈的内外两个平面上的力和力矩。动不平衡信息与被存储或拍摄的车轮尺寸信息二者一起，被用来确定使车轮获得动平衡所需要的平衡块的精确重量，及其在车轮轮圈上的安装位置。图56和57所示为车轮动平衡模块的工作流程图。

操作臂182上具有旧配重块移除头，轮圈清洁头，配重块选择器和配重块施加头。所述各工具头可以按类似于转塔车床的方式安装在操作臂上，并且在具有机器视觉系统协作的控制系统的控制下，由相关的马达提供动力。操作臂182被安装在固定于机器人工具支架上的基座中，并且可以前后伸缩移动，以使所述工具头能够根据轮圈的半径移动到所需的径向位置。所述操作臂还可以在其基座上摆动，以使各工具头可以移动到轮圈内侧和外侧的凸缘处的位置。通过协调车轮旋转和操作臂182的操作，轮圈清洁头能够被移动到通过计算获得的新配重块的安装位置，在该位置，轮圈清洁头将向所述新配重块安装位置喷洒清洁液，并使用可旋转的软垫进行清洁。之后，操作臂上的配重块施加头从配重块存储盒中取出砝码，以正确的方向将其转移到安装位置，然后将其按在轮圈表面上，以便通过配重块上的背胶将其固定在正确的位置。配重块通常固定在轮圈的内侧和外侧凸缘附近，以实现动平衡。最后，车轮本身可绕其中心轴线旋转。由于在动平衡测试过程中，从旋转编码器的实时输出可以获知车轮的角位置，所以，可以将配重块施加头，和所需配重块在轮圈上的施加位置准确地带到一起。配重块存储盒可以容纳具有不同重量的配重块，也可以容纳标准重量。在后一种情况下，可以使用多个配重块来达到计算所得重量。如前所述，操作臂182的另一功能是，将安装于其上的摄像头，移动到被握持子系统所握持的车轮的后面，以便检查轮圈的内侧。

虽然前面描述的车轮维护机器人工具结合了底盘子系统10，工具支撑子系统12，紧固件安装/拆卸子系统14，紧固件存储子系统15，举升子系统16，车轮握持子系统18，车轮表面检查子系统20，胎压调测子系统22以及车轮动平衡子系统24，在本发明的其他实施例中，车轮维护机器人工具可以只包含上述这些子系统中的某一个或某一些子系统作为硬件部分，并且其对应的控制系统中，也只包含与其子系统硬件所对应的控制软件或控制模块。例如，在某些实施例中，胎压调测子系统没有包含在车轮维护机器人工具中；在其他实施例中，车轮动平衡子系统没有包含在车轮维护机器人工具中。

对于本领域的熟练技术人员来说，对所述机器人工具的其它变动和修改，是显而易见的，而针对本发明的前述实施例所进行的描述和图示，并非限制性的。按照本发明的原理，本发明可以有多种可选的实施方案，这些均属于本发明的保护范围。