轮胎、机器人、轮胎模具及轮胎生产方法

技术领域

本发明涉及轮胎技术领域，具体而言，涉及一种轮胎、机器人、轮胎模具及轮胎生产方法。

背景技术

在通过轮胎进行行走的机器人领域中，为解决底盘式机器人在轮子转向时会存在与地面产生摩擦的问题，通常采用将轮胎替换为舵轮驱动，或者替换为福来轮，或者替换为麦克纳姆轮。

在上述的解决方法中，舵轮是增加了一个转向自由度来解决以上问题，成本大幅提高。福来轮和麦克纳姆轮都是组合机构，要消耗大量组装工时，所以成本也比较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种轮胎，以解决相关技术中轮胎结构复杂，使用成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种轮胎，该轮胎包括：

轮毂；

轮胎侧面，设于所述轮毂的两侧；

胎面，设置为多个，多个所述胎面沿所述轮毂的周向分布，所述胎面的两侧分别与两侧的所述轮胎侧面固定连接；

相邻所述胎面之间具有第一形变间隙，轮胎侧面上具有与所述第一形变间隙对应的开口结构；

两侧的所述轮胎侧面之间、所述轮毂和所述胎面之间共同形成第二形变间隙，所述第一形变间隙和所述第二形变间隙均用于提供所述轮胎侧面和所述胎面产生侧向弹性形变的空间。

进一步的，轮胎侧面的第一端与所述轮毂连接，其第二端向外倾斜后与所述胎面连接，以使位于两侧的所述轮胎侧面形成扩口结构。

进一步的，轮胎侧面和所述轮毂的连接处的内侧设置有第一内凹部，所述轮胎侧面和所述胎面的连接处的内侧设置有第二内凹部；

在所述轮胎侧面产生侧向形变的过程中，所述第一内凹部和所述第二内凹部的开口度随之变化。

进一步的，第一内凹部和所述第二内凹部的内顶面均设置为弧形面。

进一步的，相邻所述胎面在所述轮胎的径向上的最大间距B大于所述胎面在轮胎的周向上的宽度A。

进一步的，当所述轮胎承受偏离前进方向α度方向侧滑时，所述轮胎侧面产生侧向弹性形变时在所述轮胎的圆周方向上的最大运动行程大于等于(tanα×B)。

进一步的，轮胎还包括支撑件，所述支撑件设于所述胎面和所述轮毂的外表面之间，所述支撑件的第一端与所述胎面连接，第二端与所述轮毂的外表面连接。

进一步的，与每个所述胎面对应的所述支撑件设置为多个，多个所述支撑件沿所述轮胎的轴向分布，相邻所述支撑件之间具有第一间距。

进一步的，轮胎侧面包括与所述第一形变间隙对应的开口结构；

所述开口结构远离所述胎面的一端贴近所述轮毂的外表面，或

所述开口结构远离所述胎面的一端与所述轮毂的外表面具有第二间距，所述第二间距为所述胎面至所述轮毂的外表面的间距的1/3-2/3。

进一步的，轮毂的侧壁上开设有固定孔，所述固定孔在所述轮毂上的位置与所述第一形变间隙对应。

根据本发明的另一方面，提供一种机器人，包括机器人主体、底盘和上述的轮胎。

根据本发明的另一方面，提供一种轮胎模具，用于加工上述的轮胎，包括：

下模，所述下模内设置有模腔；

模芯，设于所述模腔内；

上模，固设于所述下模的上端，并将所述模芯固定在所述模腔内，所述模芯和所述模腔之间形成与所述轮胎相匹配的浇筑区域。

进一步的，模芯包括多个滑块组件，所述模腔的内侧沿周向设置有与所述滑块组件滑动连接的滑槽，所述滑块组件设于所述滑槽内后与所述模腔之间形成与所述轮胎相匹配的浇筑区域。

进一步的，滑块组件包括中间滑块和位于所述中间滑块两侧的侧边滑块，所述中间滑块与所述侧边滑块可拆卸地连接；

所述中间滑块用于在浇筑时形成所述第一形变间隙，所述侧边滑块用于在浇筑时形成所述第二形变间隙。

根据本发明的另一方面，提供一种轮胎生产方法，采用上述的轮胎模具，包括：

将所述中间滑块和所述侧边滑块组成所述滑块组件安装在所述模腔内的滑槽内；

将所述上模固定在所述下模上；

向所述浇筑区域内注入成型材料，待轮胎成型后进行分模并取出带有中间滑块和侧边滑块的轮胎；

将其中一个所述中间滑块从轮胎的所述第一形变间隙取下；

拉动位于所述中间滑块一侧的所述侧边滑块，并使其脱离对应的第二形变间隙至所述第一形变间隙后取下；

拉动位于所述中间滑块另一侧的所述侧边滑块，并使其脱离对应的第二形变间隙至所述第一形变间隙后取下；

重复上述步骤直至取下所有中间滑块和侧边滑块。

在本发明实施例中，通过设置轮毂、轮胎侧面和胎面，其中，轮胎侧面，设于轮毂的两侧；胎面，设置为多个，多个胎面沿轮毂的周向分布，胎面的两侧分别与两侧的轮胎侧面固定连接；相邻胎面之间具有第一形变间隙，轮胎侧面上具有与所述第一形变间隙对应的开口结构，两侧的轮胎侧面之间、轮毂和胎面之间共同形成第二形变间隙，第一形变间隙和第二形变间隙均用于提供轮胎侧面和胎面产生侧向弹性形变的空间，达到了在转向时，接触地面的胎面能够利用第一形变间隙和第二形变间隙产生侧向弹性形变，使轮胎能够进行侧向滑移以减少在转向时产生的摩擦力的目的，从而实现了利用轮胎本身的结构使轮胎具备侧向滑移的功能，简化了轮胎结构，缩短了轮胎的装配时间，降低了轮胎的使用成本的技术效果，进而解决了相关技术中轮胎结构复杂，使用成本较高的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，使得本发明的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例相关技术中机器人底盘受力分析示意图；

图2是根据本发明实施例中轮胎的轴测结构示意图；

图3是根据本发明实施例中轮胎的侧视结构示意图；

图4是根据本发明实施例中轮胎的正视结构示意图；

图5是根据本发明实施例中轮胎的截面结构示意图；

图6是根据本发明实施例中轮胎的局部放大结构示意图；

图7是根据本发明实施例中胎面产生侧向弹性形变的示意图；

图8是根据本发明一种实施方式中轮胎的轴测结构示意图；

图9是根据本发明另一种实施方式中轮胎的轴测结构示意图；

图10是根据本发明实施例中模具的装配、爆炸及单滑块组件的结构示意图；

图11是根据本发明实施例中模具分模的示意图；

图12是根据本发明实施例中从轮胎上拆除中间滑块和侧边滑块的示意图；

其中，1轮毂，2轮胎侧面，21开口结构，3胎面，4固定孔，5第一形变间隙，6第二形变间隙，7第一内凹部，8模具，81下模，82上模，83模芯，831滑块组件，8311中间滑块，8312侧边滑块，84模腔，85滑槽，9轮胎，10第二内凹部，11支撑件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。

在本发明中，术语“上”、“下”、“内”、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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，底盘式机器人在轮子转向时会存在与地面产生摩擦，为解决该问题，通常采用将轮胎替换为舵轮驱动，或者替换为福来轮，或者替换为麦克纳姆轮。

在上述的解决方法中，舵轮是增加了一个转向自由度来解决以上问题，成本大幅提高。福来轮和麦轮都是组合机构，要消耗大量组装工时，所以成本也比较高。

为解决上述技术问题，如图2至图5所示，本发明实施例提供了一种轮胎，该轮胎包括：

轮毂1；

轮胎侧面2，设于轮毂1的两侧；

胎面3，设置为多个，多个胎面3沿轮毂1的周向分布，胎面3的两侧分别与两侧的轮胎侧面2固定连接；

相邻胎面3之间具有第一形变间隙5，轮胎侧面2上具有与第一形变间隙5对应的开口结构21；

两侧的轮胎侧面2之间、轮毂1和胎面3之间共同形成第二形变间隙6，第一形变间隙5和第二形变间隙6均用于提供轮胎侧面2和胎面3产生侧向弹性形变的空间。

在本实施例中，该轮胎9包括轮毂1、轮胎侧面2和胎面3三部分，轮毂1、轮胎侧面2和胎面3可为一体成型的结构，其可通过具有弹性形变能力的橡胶制成。轮毂1用于套接固定在轮轴上，因此轮毂1大致为具有轴向通孔的圆柱形结构。为提高轮毂1和轮轴的固定销轴，轮毂1的侧壁上可开设固定孔4，在固定时可将螺丝穿过固定孔4后与轮轴螺纹连接，从而将轮毂1固定在轮轴上。固定孔4可设置为多个并沿轮毂1的周向分布，从而使得轮毂1在固定后受力平衡。为便于将螺丝拧入固定孔4内，固定孔4的位置和第一形变间隙5对应。

轮胎侧面2形成在轮毂1的两侧并沿轮毂1的径向延伸一段长度。本实施例中轮胎侧面2大致为片状的结构，位于轮毂1两侧的轮胎侧面2之间保持一定的间距，该间距与轮毂1的宽度较近。当轮胎侧面2成型于轮毂1的前后两端面时，两端的轮胎侧面2之间的间距大致等于轮毂1的宽度；当轮胎侧面2成型于轮毂1的环侧且位于两侧时，两侧的轮胎侧面2之间的间距略小于轮毂1的宽度。可根据实际情况调整轮胎侧面2在轮毂1上的成型位置，本实施例对其具体位置不做限制，只需要大致位于轮毂1在轴向上的两侧即可。

胎面3作为轮胎9上直接接触地面的结构，其成型在轮胎侧面2上远离轮毂1的一端，胎面3具有一定的宽度，从而能够保证在与地面接触时的摩擦力，胎面3的宽度大致与轮毂1的宽度相同。当然，可以理解的是，胎面3的宽度也可与轮毂1的宽度具有一定的差异，本实施例在此对其不做限制。在本实施例中，胎面3设置为独立的多个，多个胎面3沿着轮毂1的圆周方向分布，优选为均匀分布，即相邻胎面3之间的间距保持一致，各个胎面3的两侧均与相应的轮胎侧面2连接。

为使轮胎9能够实现侧向移动，如图1所示，本实施例中相邻胎面3之间具有第一形变间隙5，并且在轮胎侧面2上具有与第一形变间隙5对应的开口结构21。通过第一形变间隙5的设置使得相邻的胎面3之间不接触并保持一定的间距，同时在开口结构21的作用下使得胎面3在受到轮胎9转向时的侧向力时能够产生侧向弹性形变。并且由于相邻胎面3之间具有第一形变间隙5，当与地面接触的胎面3产生侧向弹性形变时，相邻的胎面3不受到已形变胎面3的影响，能够保持在初始位置，当该胎面3与地面接触时，也具有足够的空间实现侧向弹性形变，而离开地面的胎面3会在弹性作用下回复到初始位置。

当轮胎9进行侧滑移动时，胎面3相对于轮毂1产生的运动路径能够大致分解至两个坐标轴上。其中坐标轴一为平行轮胎9轴向的坐标轴，坐标轴二为垂直于坐标轴一的水平轴。通过第一形变间隙5和开口结构21的配合能够满足胎面3在坐标轴二上的侧向弹性形变量。为满足胎面3在坐标轴一上的侧向弹性形变量，如图1和图5所示，本实施例中两侧的轮胎侧面2之间、轮毂1和胎面3之间共同形成第二形变间隙6。即本实施例中胎面3、与该胎面3直接相连的轮胎侧面2部分以及与该胎面3对应的轮毂1部分大致形成一个四连杆结构。当轮胎9侧滑移动时，第二形变间隙6则能够提供胎面3、轮胎侧面2在坐标轴一的方向上共同产生侧向弹性形变的空间。

本实施例中通过第一形变间隙5、开口结构21和第二形变间隙6的设置，使得轮胎9在转向时，胎面3能够相对于轮毂1产生相应的侧向弹性形变，使轮胎9产生侧向滑动，以解决轮胎9在转向时会与地面存在摩擦力的问题。相较于传统的采用舵轮或福来轮或麦克纳姆轮来解决轮胎9转向时存在摩擦力的方式而言，本发明中的轮胎9能够在自身结构作用下进行侧向滑动，不需要额外组装配件，其使用成本大幅降低。

当胎面3相对于轮毂1产生侧向弹性形变时，胎面3和轮毂1之间的间距在两侧的轮胎侧面2的作用下会产生变化，从而导致轮胎9在径向上会产生位移。为避免该问题，如图5所示，本实施例中，轮胎侧面2的第一端与轮毂1连接，其第二端向外倾斜后与胎面3连接，以使位于两侧的轮胎侧面2形成扩口结构。在采用向外倾斜的轮胎侧面2后，当胎面3产生侧向弹性形变时，胎面3和轮毂1之间的间距会增加，通过重力则可抵消增加的间距，使得轮毂1能够始终处于中心位置。

为使胎面3能够更好地进行侧向弹性形变，如图5所示，本实施例中轮胎侧面2和轮毂1的连接处的内侧设置有第一内凹部7，轮胎侧面2和胎面3的连接处的内侧设置有第二内凹部10；在轮胎侧面2产生侧向形变的过程中，第一内凹部7和第二内凹部10的开口度随之变化。

本实施例中第一内凹部7设置为两处并分布在轮毂1的两侧，第二内凹部10也设置为两处并分布在胎面3的两侧。在胎面3进行侧向弹性形变的过程中，第一内凹部7和第二内凹部10受到挤压使得开口度减小，通过第一内凹部7和第二内凹部10的设置，使得胎面3能够更好、更准确地进行侧向弹性形变。进一步的，第一内凹部7和第二内凹部10的内顶面均设置为弧形面，使得在第一内凹部7和第二内凹部10被挤压时能够对应力进行分散，避免应力集中。

轮胎9的生产一般是通过模具8浇筑成型，由于本发明中在胎面3和轮毂1之间具有第二形变间隙6，因此在采用模具8生产中需要布置与第二形变间隙6对应的模具结构，在进行该部分模具结构拆卸时需要借助第一形变间隙5的空间。因此，如图6所示，为在生产过程中保证脱模，相邻胎面3在轮胎9的径向上的最大间距B大于胎面3在轮胎9的周向上的宽度A。换言之，在生产过程中位于第二形变间隙6内的模具结构能够完全移动至第一形变间隙5内进行拆除。

由于在轮胎9侧滑时，胎面3会因此产生侧向弹性形变而占据第一形变间隙5的空间，因此为实现足够的侧滑效果，胎面3便需要产生足够的形变量。为此，如图7所示，当轮胎9承受偏离前进方向α度方向侧滑时，轮胎侧面2产生侧向弹性形变时在轮胎9的圆周方向上的最大运动行程C大于等于(tanα×B)。

例如，当轮胎9承受偏离前进方向45度方向侧滑时，轮胎侧面2产生侧向弹性形变时在轮胎9的圆周方向上的最大运动行程大于等于相邻胎面3在轮胎9的径向上的最大间距B，越大侧滑效果越好。基于此，最大间距B可根据轮胎9设定的最大侧滑角度来进行调整。

当胎面3通过两侧的轮胎侧面2与轮毂1连接时，轮胎9的支撑性能基本由轮胎侧面2提供。根据不同的支撑需求，可在此基础上额外布置支撑件11或调整轮胎侧面2结构。

在一种实施方式中，如图9所示，可通过额外布置支撑件11的方式来提高支撑性能。具体的，轮胎9还包括支撑件11，支撑件11设于胎面3和轮毂1的外表面之间，支撑件11的第一端与胎面3连接，第二端与轮毂1的外表面连接，支撑件11沿轮胎9的径向延伸。通过支撑件11的布置使得，胎面3除了通过轮胎侧面2进行支撑以外还能够通过支撑件11进行支撑，从而提高了支撑性能。

在此基础上，与每个胎面3对应的支撑件11设置为多个，多个支撑件11沿轮胎9的轴向分布，相邻支撑件11之间具有第一间距。可以理解的是，支撑件11的密度越高，对胎面3的支撑性能越好，但是对胎面3的侧向弹性形变能力却越差，因此需要合理的选择支撑件11的数量，使其在满足足够支撑性能的同时，保证胎面3还具有足够的形变能力。在本实施例中，支撑件11可为与胎面3和轮毂1一体成型的结构。

在另一种实施方式中，还可通过调整轮胎侧面2的结构来调整支撑性能。具体的，如图1所示，在本实施例中轮胎侧面2包括与第一形变间隙5对应的开口结构21，开口结构21远离胎面3的一端贴近轮毂1的外表面。在本实施例中，该开口结构21可大致为等腰梯形结构，其宽度沿轮胎9的径向从内之外之间增大。由于开口结构21远离胎面3的一端较为贴近轮毂1的外表面，因此在轮胎9的圆周方向上，与胎面3连接的各轮胎侧面2之间几乎被完全隔断，此时胎面3具有较好的侧向弹性形变能力，但是支撑力则相对较低。

在另一种实施方式中，如图8所示，开口结构21远离胎面3的一端与轮毂1的外表面具有第二间距，第二间距为胎面3至轮毂1的外表面的间距的1/3-2/3。

在本实施例中，开口结构21上远离胎面3的一端不再贴近轮毂1的外表面，而是保持一定的距离，该距离大致为胎面3至轮毂1的外表面的间距的1/3-2/3，优选为1/2，从而使得在满足胎面3一定的侧向弹性形变能力的同时，提高轮胎侧面2的支撑能力。在此基础上，本实施例中将开口结构21的内表面设置为朝向轮毂1方向内凹的弧形面，能够进一步提高支撑能力和保证侧向弹性形变能力。

根据本发明的另一方面，提供一种机器人，包括机器人主体、底盘和上述的轮胎9。

根据本发明的另一方面，如图10所示，提供一种轮胎模具，用于加工上述的轮胎9，包括：

下模81，下模81内设置有模腔84；

模芯83，设于模腔84内；

上模82，固设于下模81的上端，并将模芯83固定在模腔84内，上模82、模芯83和模腔84之间形成与轮胎9相匹配的浇筑区域。

在本实施例中，该轮胎9模具8用于以浇筑成型的方式加工上述实施例中的轮胎9，因此模具8中的结构与轮胎9的结构相匹配。具体的，下模81大致为圆柱形结构，其上端开口且具有一定形状的空腔，在空腔的中心具有凸台，凸台与空腔的侧壁之间形成一大致为环形的模腔84。凸台在浇筑过程中用于形成轮胎9的轮毂1的内圈。轮胎9的轮胎侧面2和胎面3通过模芯83、模腔84和上模82的配合来形成，模芯83安装在模腔84内，根据轮胎侧面2和胎面3的结构进行模芯83的设置，上模82则固定在下模81的开口位置，用于封闭整个模具8。模芯83在布置在模腔84内后，上模82、模芯83和模腔84之间形成与轮胎9相匹配的浇筑区域。

模芯83是形成轮胎9的胎面3结构以及轮胎侧面2结构的部件，在一种实施方式中，为便于成型以及脱模，模芯83包括多个滑块组件831，模腔84的内侧沿周向设置有与滑块组件831滑动连接的滑槽85，滑块组件831设于滑槽85内后与模腔84之间形成与轮胎9相匹配的浇筑区域。

在本实施例中，滑块组件831在安装后能够与模腔84、上模82配合形成轮胎9的胎面3、轮胎侧面2、第一形变间隙5、第二形变间隙6和开口结构21。在分模后滑块组件831能够与成型的轮胎9一起从模腔84内取出，然后再进行滑块组件831的分离。在一种实施方式中，滑块组件831包括中间滑块8311和位于中间滑块8311两侧的侧边滑块8312，中间滑块8311与侧边滑块8312可拆卸地连接；

中间滑块8311用于在浇筑时形成第一形变间隙5，侧边滑块8312用于在浇筑时形成第二形变间隙6。

在本实施例中，中间滑块8311用于与模腔84配合形成轮胎9的第一形变间隙5。具体的，中间滑块8311大致为T型结构，其整体则能够形成第一形变间隙5。侧边滑块8312能够相抵在中间滑块8311的两侧，侧边滑块8312上远离中间滑块8311的一侧具有凸起结构，其能够在浇筑过程中形成轮胎9的第二形变间隙6。

根据本发明的另一方面，如图11和图12所示，提供一种轮胎9生产方法，采用上述的轮胎模具，包括：

将中间滑块8311和侧边滑块8312组成滑块组件831安装在模腔84内的滑槽85内；

将上模82固定在下模81上；

向浇筑区域内注入成型材料，待轮胎9成型后进行分模并取出带有中间滑块8311和侧边滑块8312的轮胎9；

如图12所示，将其中一个中间滑块8311从轮胎9的第一形变间隙5取下；

拉动位于中间滑块8311一侧的侧边滑块8312，并使其脱离对应的第二形变间隙6至第一形变间隙5后取下；

拉动位于中间滑块8311另一侧的侧边滑块8312，并使其脱离对应的第二形变间隙6至第一形变间隙5后取下；

重复上述步骤直至取下所有中间滑块8311和侧边滑块8312。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。