專利名稱：全方位車輪系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全方位車輪(omni traction wheel)系統(tǒng)。更具體地,本發(fā)明涉及采用一體化差速機(jī)構(gòu)的全方位車輪系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
全方位車輪也被稱為全方向車輪，是一種滾動裝置，包括主車輪和沿著主車輪的邊緣分布的一組周邊車輪。主車輪可以向前和向后旋轉(zhuǎn)，同時該組周邊車輪可以左右旋轉(zhuǎn)。這樣，采用該全方位車輪的運(yùn)輸系統(tǒng)可以在主車輪實(shí)際上不轉(zhuǎn)向的情況下側(cè)向地或斜向地行進(jìn)。與其它車輪系統(tǒng)不同，全方位車輪系統(tǒng)提供極好的可操縱性，原因是其能夠在較短的時間段內(nèi)且在較小的空間內(nèi)改變行進(jìn)方向。由于其高可操縱性，全方位車輪系統(tǒng)廣泛用于低速運(yùn)輸系統(tǒng)領(lǐng)域，例如電子車輪座椅系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)。在過去已經(jīng)嘗試通過對每個周邊車輪單獨(dú)地供電和控制來實(shí)施全方位車輪系統(tǒng)。然而，這樣的實(shí)施需要大量的電子部件、傳動齒輪和旋轉(zhuǎn)裝置。因此，傳統(tǒng)的全方位車輪系統(tǒng)存在許多缺陷，例如尺寸大、重量重和功率消耗大。因此，本領(lǐng)域中需要尺寸較小、重量較輕且功率消耗較小的全方位車輪系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面在于，通過采用一體化差速機(jī)構(gòu)來改進(jìn)傳統(tǒng)的全方位車輪系統(tǒng)，該一體化差速機(jī)構(gòu)沿縱向方向和側(cè)向方向兩者驅(qū)動全方位車輪。一體化差速機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括但不限于，減少了電子部件、旋轉(zhuǎn)裝置和傳動齒輪的量，并且通過沿縱向方向和側(cè)向方向的直接牽引產(chǎn)生整體推力。全方位車輪系統(tǒng)可以包括:一對縱向齒輪；旋轉(zhuǎn)裝置，其用于使每個縱向齒輪獨(dú)立地和單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)；多個周邊車輪組件，每個都具有車輪構(gòu)件和連接齒輪，該連接齒輪用于將該對縱向齒輪之間的差速推力傳遞到車輪構(gòu)件。

在一個實(shí)施例中，本發(fā)明為全方位車輪，其可以包括:沿著第一軸線中心地對準(zhǔn)的第一和第二齒輪；多個周邊車輪組件，每個周邊車輪組件都具有車輪構(gòu)件和連接齒輪，該車輪構(gòu)件沿著第二軸線中心地對準(zhǔn)，該第二軸線基本垂直于第一軸線，該連接齒輪具有用于接合第一和第二齒輪的遠(yuǎn)側(cè)端部以及用于接合該對車輪的近側(cè)端部，遠(yuǎn)側(cè)端部和近側(cè)端部限定了徑向軸線，徑向軸線基本上平行于左齒輪和右齒輪的共同半徑并且基本上垂直于第一軸線和第二軸線；以及旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置用于使第一齒輪繞第一軸線以第一角速度旋轉(zhuǎn)并且用于使第二齒輪繞第一軸線以第二角速度旋轉(zhuǎn)，由此每個周邊車輪組件的連接齒輪被構(gòu)造為當(dāng)?shù)谝唤撬俣扰c第二角速度不同時使該周邊車輪組件的相應(yīng)的車輪構(gòu)件繞相應(yīng)的第二軸線旋轉(zhuǎn)。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明為采用全方位車輪的運(yùn)輸系統(tǒng)，其可以包括:沿著第一軸線中心地對準(zhǔn)的左齒輪和右齒輪，左齒輪和右齒輪之間限定了圓柱形空間，該圓柱形空間具有周向區(qū)域；沿著圓柱形空間的周向區(qū)域分布的多個周邊車輪組件，每個周邊車輪組件都具有連接齒輪和一對車輪，該對車輪沿著第二軸線中心地對準(zhǔn)，該第二軸線基本垂直于第一軸線，該連接齒輪具有用于接合左齒輪和右齒輪的遠(yuǎn)側(cè)端部以及用于接合該對車輪的近側(cè)端部，遠(yuǎn)側(cè)端部和近側(cè)端部限定了徑向軸線，徑向軸線基本上平行于左齒輪和右齒輪的共同半徑并且基本上垂直于第一軸線和第二軸線；以及旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置用于使左齒輪繞第一軸線以左角速度旋轉(zhuǎn)并且用于使右齒輪繞第一軸線以右角速度旋轉(zhuǎn)，由此每個周邊車輪組件的連接齒輪被構(gòu)造為使該周邊車輪組件的相應(yīng)的一對車輪繞相應(yīng)的第二軸線以由左角速度和右角速度之間的差限定的側(cè)向角速度旋轉(zhuǎn)，并且由此每個周邊車輪組件的連接齒輪被構(gòu)造為沿著周向區(qū)域以由左角速度和右角速度的組合限定的共同角速度。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明為用于操作全方位車輪的方法，其可以包括以下步驟經(jīng)由多個連接齒輪將多個周邊車輪接合到第一和第二齒輪；使第一齒輪以第一角速度旋轉(zhuǎn)；以及使第二齒輪以第二角速度旋轉(zhuǎn)，其中當(dāng)?shù)谝唤撬俣扰c第二角速度不同以使得連接齒輪被構(gòu)造為使周邊車輪旋轉(zhuǎn)時該全方位車輪沿側(cè)向行進(jìn)。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明為全方位車輪，其可以包括沿著第一軸線中心地對準(zhǔn)的第一和第二板；多個周邊車輪組件，每個周邊車輪組件都具有車輪構(gòu)件和連接構(gòu)件，該車輪構(gòu)件沿著第二軸線中心地對準(zhǔn)，該第二軸線基本垂直于第一軸線，該連接構(gòu)件具有用于接合第一和第二板的遠(yuǎn)側(cè)端部以及用于接合車輪構(gòu)件的近側(cè)端部，遠(yuǎn)側(cè)端部和近側(cè)端部限定了徑向軸線，徑向軸線基本上平行于左板和右板的共同半徑并且基本上垂直于第一軸線和第二軸線；以及旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置用于使第一板繞第一軸線以第一角速度旋轉(zhuǎn)并且用于使第二板繞第一軸線以第二角速度旋轉(zhuǎn)，由此每個周邊車輪組件的連接構(gòu)件被構(gòu)造為當(dāng)?shù)谝唤撬俣扰c第二角速度不同時使該周邊車輪組件的相應(yīng)的車輪構(gòu)件繞相應(yīng)的第二軸線旋轉(zhuǎn)。


在審查以下的附圖和詳細(xì)說明的情況下，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會是或變得清楚。期望的是，所有這些額外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包含在該說明內(nèi)，處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且由所附的權(quán)利要求保護(hù)。附圖中所示的組成部分不必按比例繪制，并且可能被夸大以更好地示出本發(fā)明的重要特征。在附圖中，在全部不同的視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，其中圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全方位車輪系統(tǒng)(OTWS)的透視圖；圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的分解圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的側(cè)視圖；圖3A、3B和3C示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的分別具有三個周邊車輪組件(PM)、四個PWA和八個PWA的OTWS的側(cè)視圖；圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的橫截面?zhèn)纫晥D；圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PWA的橫截面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的具有若干齒輪構(gòu)造的OTWS的橫截面前視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的外齒輪和錐形齒輪的示例性模型；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的正齒輪、螺旋齒輪和雙螺旋齒輪的示例性模型；
圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS差速機(jī)構(gòu)的高水平的概念視圖；圖8A和8B示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的OTWS的若干部件的角速度；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的共同模式操作；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的差速模式操作；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的向前差速模式操作；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的向后差速模式操作；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的OTWS相對于差速角速度和共同角速度的各種組合的全部行進(jìn)方向；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有摩擦控制的OTWS的橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于操作全方位車輪系統(tǒng)的方法的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述實(shí)施本發(fā)明各種特征的實(shí)施例的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。附圖和相關(guān)的說明用來圖示說明本發(fā)明的某些實(shí)施例，而并非用來限制本發(fā)明的范圍。在全部附圖中，附圖標(biāo)記重復(fù)用來表示所參考的元件之間的對應(yīng)關(guān)系。此外，每個附圖標(biāo)記的第一個數(shù)字表示該元件第一次出現(xiàn)的圖。圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性全方位車輪系統(tǒng)(OTWS) 100的透視圖。通常，0TWS100可以包括由一對保護(hù)板102限定的一對主車輪以及位于保護(hù)板102的邊沿之間的多個周邊車輪組件(PWA) 106。此外，OTffSlOO可以聯(lián)接到腿部120，該腿部將0TWS100結(jié)合到可以采用一個或多個0TWS100的運(yùn)輸系統(tǒng)。例如，運(yùn)輸系統(tǒng)可以是采用四個0TWS100的輪式座椅、采用三個0TWS100的移動機(jī)器人或者采用一個0TWS100的獨(dú)輪車。圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的0TWS100的分解圖。更具體地，0TWS100還可以具有由保護(hù)板102保護(hù)的一對縱向齒輪108、用于使縱向齒輪108旋轉(zhuǎn)的一對旋轉(zhuǎn)裝置104、為0TWS100提供結(jié)構(gòu)支撐的間隔構(gòu)件110。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全方位車輪系統(tǒng)200的側(cè)視圖。0TWS200與圖1A的0TWS100類似，可以包括兩個縱向齒輪202，每個縱向齒輪都具有沿著周向區(qū)域204的一組齒。兩個縱向齒輪202通常具有共同縱向半徑R，使得他們的表面積基本上相同。此外，因?yàn)閮蓚€縱向齒輪202具有共同縱向半徑R，所以兩個縱向齒輪202的周向區(qū)域204可以具有相同的形狀，從而保持相同數(shù)量的齒。如圖2所示，0TWS200也可以包括多個周邊車輪組件210。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，每個PWA210都可以具有連接齒輪211和車輪構(gòu)件212。PWA210可以繞兩個縱向齒輪202分布。更具體地，每個PWA210的連接齒輪211可以設(shè)置在兩個縱向齒輪202的周向區(qū)域204之間，而每個PWA210的車輪構(gòu)件212可以沿著外部區(qū)域206設(shè)置。外部區(qū)域206的寬度由車輪構(gòu)件212的側(cè)向半徑r限定。因此，主車輪208具有縱向半徑ROTe。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，縱向半徑Rmc可以在從大約IOcm到大約40cm的范圍內(nèi)。更具體地，縱向半徑Rmc可以為15cm。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，側(cè)向半徑r可以在從大約2cm到大約8cm的范圍內(nèi)。更具體地，側(cè)向半徑r可以為3cm。因此，縱向半徑Rmc和側(cè)向半徑r之間的周向比可以在從I到20的范圍內(nèi)。更具體地，縱向半徑Rffle和側(cè)向半徑r之間的周向比可以為大約5。盡管圖2示出了 0TWS200具有十二個PWA210，但是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，0TWS200也可以具有不同數(shù)量的PWA。例如，圖3A示出了 0TWS200可以具有三個PWA302 ;圖3B示出了 0TWS200可以具有四個PWA303 ;圖3C示出了 0TWS200可以具有八個PWA304。為了方便主車輪更加平滑的旋轉(zhuǎn)，可以增加額外的一組周邊組件。例如，如示意圖312所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，額外的一組三個額外的PWA302添加到0TWS200。對于另一個例子，如示意圖313所示，根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例，額外的一組四個額外的PWA303添加到0TWS200?，F(xiàn)在討論0TWS200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在示出了 0TWS200的橫截面?zhèn)纫晥D的圖4A中，為了清楚起見，僅僅示出了一個縱向齒輪402。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，0TWS200可以具有設(shè)置在兩個縱向齒輪402之間的間隔構(gòu)件401。通常，間隔構(gòu)件401可以具有中心軸405和兩個平行盤403，使得中心軸405垂直于兩個平行盤403。間隔構(gòu)件401可以操作地聯(lián)接到兩個縱向齒輪402，以幫助提供用于0TWS200的結(jié)構(gòu)支撐。一方面，通過防止兩個縱向齒輪402之間的任何顯著位移，兩個平行盤403與中心軸405 —起將兩個縱向齒輪402保持就位。另一方面，平行盤403允許縱向齒輪402繞中心軸405自由旋轉(zhuǎn)。更具體地，即使在兩個縱向齒輪402均操作地聯(lián)接到間隔構(gòu)件401的情況下，兩個縱向齒輪402也可以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，而不互相干涉。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，一個縱向齒輪402的角速度應(yīng)當(dāng)不會影響另一個縱向齒輪402的角速度。盡管間隔構(gòu)件401為縱向齒輪402提供結(jié)構(gòu)支撐，但是其可以或可以不與縱向齒輪402 —起旋轉(zhuǎn)。例如，如果間隔構(gòu)件401聯(lián)接使縱向齒輪402旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置(未示出)，那么有可能間隔構(gòu)件401將相對于兩個縱向齒輪402保持角度靜止；否則，間隔構(gòu)件401可以與縱向齒輪402 —起旋轉(zhuǎn)。參見圖4A，0TWS200可以具有繞縱向齒輪402分布的若干PWA。為了簡明起見，圖4A僅僅示出了 PWA410和460。然而，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，0TWS200可以包括不止兩個PWA。通常，每個PWA都可以具有連接齒輪420和車輪構(gòu)件，該車輪構(gòu)件可以包括第一車輪430和可選的第二車輪440。例如，PWA410和PWA460在結(jié)構(gòu)上彼此類似，不同的是PWA410的車輪構(gòu)件具有第一車輪430和可選的第二車輪440，而PWA460的車輪構(gòu)件僅僅具有第一車輪430。在實(shí)施過程中，0TWS200可以采用PWA410或PWA460，或者0TWS200可以采用PWA410和460兩者。參見圖4B，其示出了 PWA410和460的橫截面圖，第一車輪430可以具有由半徑r限定的周向部432。第一車輪430可以經(jīng)由接收齒輪434與連接齒輪420接合，使得當(dāng)連接齒輪420旋轉(zhuǎn)時，第一車輪430可以繞周邊軸436旋轉(zhuǎn)。每個PWA410或460的連接齒輪420可以具有遠(yuǎn)側(cè)端部422和近側(cè)端部424。遠(yuǎn)側(cè)端部422應(yīng)當(dāng)沿著兩個縱向齒輪402的周向區(qū)域404與這兩個縱向齒輪402接合并且被夾在這兩個縱向齒輪402之間，并且近側(cè)端部424應(yīng)當(dāng)經(jīng)由第一車輪430的接收齒輪434與第一車輪430接合。因此，從高水平創(chuàng)新性觀點(diǎn)看，連接齒輪420可以起到兩個功能。第一，連接齒輪420可以將兩個縱向齒輪402之間的差速角速度傳遞到相應(yīng)的第一車輪430，從而使得該相應(yīng)的第一車輪430相對于縱向齒輪402的旋轉(zhuǎn)垂直地旋轉(zhuǎn)。第二，連接齒輪420可以通過接收兩個縱向齒輪402的共同角速度而繞中心軸405旋轉(zhuǎn)，使得整個PWA410和460也可以繞中心軸405旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，遠(yuǎn)側(cè)端部422可以經(jīng)由徑向軸426聯(lián)接到近側(cè)端部424，該徑向軸426基本上平行于兩個縱向齒輪402的共同半徑R。徑向軸426可以具有延伸的區(qū)段451，以用于將整個PWA410或460聯(lián)接到間隔構(gòu)件401的中心軸405?；蛘撸琍WA410或460可以經(jīng)由支撐構(gòu)件450聯(lián)接到間隔構(gòu)件401或一對保護(hù)板408。支撐構(gòu)件450可以具有穩(wěn)定器455，用于穩(wěn)定徑向軸426的定位，從而確保接收齒輪434正確地接合到連接齒輪420的近側(cè)端部424。再次參見圖4A，0TWS200可以具有保護(hù)板406，以用于保護(hù)旋轉(zhuǎn)裝置、縱向齒輪402以及PWA410和460。具體地，保護(hù)板406可以具有外部區(qū)域408，以用于保護(hù)PWA410和460。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，保護(hù)板406可以經(jīng)由中心軸405聯(lián)接到間隔構(gòu)件401，該中心軸405穿過兩個縱向齒輪402的中心?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，保護(hù)板406可以聯(lián)接到兩個縱向齒輪402。盡管圖4A僅僅示出了 0TWS200的一種齒輪構(gòu)造，但是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，0TWS200可以具有其它齒輪構(gòu)造。例如，圖5示出了具有若干齒輪構(gòu)造510、520和530的0TWS200的橫截面前視圖。為了簡明起見，在每個齒輪構(gòu)造中僅僅示出頂部和底部PWA550。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在每個齒輪構(gòu)造中可以包括若干更多的PWA，并且PWA550與相對于圖4A和4B討論的PWA410和460類似。更具體地，PWA550可以包括具有接收齒輪553和周邊軸551的第一車輪以及具有遠(yuǎn)側(cè)端部554和近側(cè)端部552的連接齒輪。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，齒輪構(gòu)造510可以采用一對外齒輪513作為縱向齒輪402。外齒輪513可以具有一組直切齒、螺旋齒或雙螺旋齒。連接齒輪的遠(yuǎn)側(cè)端部554可以是錐形齒輪，其具有一組與外齒輪513匹配的齒。相似地，連接齒輪的近側(cè)端部552可以為錐形齒輪，其具有一組與接收齒輪553匹配的齒，接收齒輪553可以是正齒輪、螺旋齒輪或雙螺旋齒輪。齒輪構(gòu)造510還可以包括間隔構(gòu)件511以及兩個旋轉(zhuǎn)裝置514和515。間隔構(gòu)件511可以具有從外側(cè)固定外齒輪513的一對盤512以及穿過外齒輪513的中心的中心軸516。旋轉(zhuǎn)裝置514和515可以聯(lián)接到中心軸516，使得旋轉(zhuǎn)裝置514和515可以使每個外齒輪513獨(dú)立地和單獨(dú)地繞中心軸516旋轉(zhuǎn)。盡管齒輪構(gòu)造510采用兩個旋轉(zhuǎn)裝置，但是一個旋轉(zhuǎn)裝置可能就足夠了，只要其能夠使每個外齒輪513獨(dú)立地和單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例，齒輪構(gòu)造520可以采用一對外齒輪523作為縱向齒輪402。外齒輪523可以具有一組直切齒、螺旋齒或雙螺旋齒。連接齒輪的遠(yuǎn)側(cè)端部554可以是錐形齒輪，其具有一組與外齒輪523匹配的齒。相似地，連接齒輪的近側(cè)端部552可以為錐形齒輪，其具有一組與接收齒輪553匹配的齒，接收齒輪553可以是正齒輪、螺旋齒輪或雙螺旋齒輪。齒輪構(gòu)造520還可以包括間隔構(gòu)件521以及兩個旋轉(zhuǎn)裝置524和525。間隔構(gòu)件521可以具有從內(nèi)側(cè)固定外齒輪523的一對盤522以及穿過外齒輪523的中心的中心軸526。旋轉(zhuǎn)裝置524和525可以聯(lián)接到中心軸526的兩個端部，使得旋轉(zhuǎn)裝置524和525可以使每個外齒輪523獨(dú)立地和單獨(dú)地繞中心軸526旋轉(zhuǎn)。盡管齒輪構(gòu)造520采用兩個旋轉(zhuǎn)裝置，但是一個旋轉(zhuǎn)裝置可能就足夠了，只要其能夠使每個外齒輪523獨(dú)立地和單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例，齒輪構(gòu)造530可以米用一對修改的外齒輪533作為縱向齒輪402。修改的外齒輪533可以具有一組直切齒、螺旋齒或雙螺旋齒。連接齒輪的遠(yuǎn)側(cè)端部554可以是錐形齒輪，其具有一組與修改的外齒輪533匹配的齒。相似地，連接齒輪的近側(cè)端部552可以為錐形齒輪，其具有一組與接收齒輪553匹配的齒，接收齒輪553可以是正齒輪、螺旋齒輪或雙螺旋齒輪。齒輪構(gòu)造530還可以包括間隔構(gòu)件531以及兩個旋轉(zhuǎn)裝置534和535。間隔構(gòu)件531可以具有嵌入在修改的外齒輪533中間的一對內(nèi)部盤532以及聯(lián)接在內(nèi)部盤532之間的中心軸536。旋轉(zhuǎn)裝置534和535可以設(shè)置在中心軸536內(nèi)，以用于使該一對內(nèi)部盤532獨(dú)立地和單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)。因此，該一對修改的外齒輪533由于聯(lián)接到內(nèi)部盤532而可以獨(dú)立地和單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)。盡管齒輪構(gòu)造530采用兩個旋轉(zhuǎn)裝置，但是一個旋轉(zhuǎn)裝置可能就足夠了，只要其能夠使每個修改的外齒輪533獨(dú)立地和單獨(dú)地旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，每個齒輪構(gòu)造的各部件可以是可互換的。在本發(fā)明的實(shí)施例中，間隔構(gòu)件511可以用于齒輪構(gòu)造520。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，具有嵌入旋轉(zhuǎn)裝置534和535的中心軸536可以用于齒輪構(gòu)造510。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，夕卜齒輪523可以用于齒輪構(gòu)造530。為了進(jìn)行示意性的說明，圖6和7提供為示出本文所討論的若干齒輪的示例性模型。例如，圖6示出了外齒輪和錐形齒輪的示例性模型。對于另一個例子，圖7示出了正齒輪、螺旋齒輪和雙螺旋齒輪的示例性模型。應(yīng)當(dāng)理解，縱向齒輪、連接齒輪和接收齒輪可以采取其它可選的形式，只要它們的組合符合一般的機(jī)械原理?，F(xiàn)在討論OTWS的物理現(xiàn)象。在示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的OTWS的高水平概念視圖的圖8A中，該一對縱向齒輪可以由左齒輪(或可互換地為第一齒輪)802和右齒輪(可互換地為第二齒輪)804表示。盡管術(shù)語“左”和“右”在說明書的剩余部分中一致地使用，但是要強(qiáng)調(diào)的是，它們是可互換的，并且是相對限定的，從而它們不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是絕對意義上的。左齒輪802和右齒輪804平行于第一平面Sx且垂直于第一軸線(可互換地為縱向軸線)Αχ。左角速度和右角速度Va和Vxr分別表示左齒輪和右齒輪802和804的角速度。左角速度和右角速度Va和Vxr是沿順時針方向繞第一軸線Ax以每秒弧度數(shù)測量的。當(dāng)左角速度和右角速度Va和Vxk為正，意味著左齒輪和右齒輪802和804沿順時針方向旋轉(zhuǎn)時，0TWS800以正縱向速度Vffle向前行進(jìn)。當(dāng)左角速度和右角速度Va和Vxk為負(fù)，意味著左齒輪和右齒輪802和804沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，0TWS800以負(fù)縱向速度VOTe向后行進(jìn)。如本文所限定，術(shù)語“縱向”與向前和向后方向相關(guān)，而術(shù)語“側(cè)向”與左和右方向相關(guān)。盡管術(shù)語“向前”和“向后”在說明書的剩余部分中一致地使用，但是要強(qiáng)調(diào)的是，它們是可互換的，并且是相對限定的，從而它們不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是絕對意義上的。左齒輪和右齒輪802和804之間限定了圓柱形空間806，并且圓柱形空間806具有周向區(qū)域808。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，每個PWA810的連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822可以沿著周向區(qū)域808分布，使得連接齒輪820可以繞徑向軸線Ay旋轉(zhuǎn)，該徑向軸線Ay基本上平行于圓柱形空間806的半徑。因此，每個PWA810的徑向軸線Ay應(yīng)當(dāng)基本上垂直于第一軸線Ax，并且每個PWA810的徑向平面Sy應(yīng)當(dāng)基本上平行于圓柱形空間806的側(cè)表面。在本發(fā)明的實(shí)施例中，連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822接合在左齒輪和右齒輪802和804兩者之間。因此，連接齒輪820的角速度Vy為左齒輪和右齒輪802和804之間的差速角速度Vdiff的函數(shù)。更具體地，差速角速度Vdiff限定為Va-VXK。例如，如果Kxy表示縱向齒輪802和連接齒輪820之間的齒輪比，那么角速度Vy等于KxyX (Vdiff)。在該差速機(jī)構(gòu)，連接齒輪820可以(I)當(dāng)左角速度Va大于右角速度Vxk (即差速角速度Vdiff大于O)時繞徑向軸線Ay以正角速度Vy順時針旋轉(zhuǎn)；(2)當(dāng)左角速度Va小于右角速度Vxr (即差速角速度Vdiff小于O)時繞徑向軸線Ay以負(fù)角速度Vy逆時針旋轉(zhuǎn)；以及(3)當(dāng)左角速度Va與右角速度Vxk基本上相同(即左角速度和右角速度Va和Vxr沿相同的方向且為相同的大小)時保持角度靜止(即不旋轉(zhuǎn))。參見圖8A，PWA810沿著與第一平面Sx平行且定位在圓柱形空間806中間的平面是對稱的。第一車輪的接收齒輪830與連接齒輪820的近側(cè)端部824接合，使得當(dāng)連接齒輪820時，第一車輪可以繞第二軸線(可互換地為周邊軸線)Az旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榻鼈?cè)端部824具有與遠(yuǎn)側(cè)端部822相同的角速度，所以第一車輪的角速度Vz為遠(yuǎn)側(cè)端部822的角速度Vy的函數(shù)，其最終取決于左角速度和右角速度Va和Vxk之間的差速角速度Vdiff。更具體地,如果Kyz表示連接齒輪820和接收齒輪830之間的齒輪比，那么角速度Vz等于Kyz X Vy,其最終等于 KyzXKxyX (Vdiff)0根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例,左角速度和右角速度Va和Vxk可以在從大約每秒O弧度到大約每秒正或負(fù)20弧度的范圍內(nèi)。更具體地，左角速度和右角速度Vxl和Vxk可以為大約每秒正或負(fù)8弧度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，縱向齒輪802和804的半徑可以為大約8cm，連接齒輪420的半徑可以為大約O. 5cm，接收齒輪830的半徑可以為大約2. 5cm。因此，齒輪比Kxy可以為大約16，且齒輪比Kyz可以為大約O. 2。例如，第一車輪可以(1)當(dāng)左角速度Va大于右角速度Vxk (即差速角速度Vdiff大于O)時繞第二軸線Az以正角速度Vz順時針旋轉(zhuǎn)；(2)當(dāng)左角速度Va小于右角速度Vxk(即差速角速度Vdiff小于O)時繞徑向軸線Az以負(fù)角速度Vz逆時針旋轉(zhuǎn)；以及(3)當(dāng)左角速度與右角速度Vxk基本上相同時保持角度靜止。為了清楚起見，圖8B概述了當(dāng)左角速度Va小于右角速度Vxk (即差速角速度Vdiff〈0)時角速度Vy和Vz的旋轉(zhuǎn)方向；圖8C概述了當(dāng)左角速度Va大于右角速度Vxk (即差速角速度Vdiff>0)時角速度Vy和Vz的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)?shù)谝卉囕喴哉撬俣萔z旋轉(zhuǎn)時，0TWS800可以以等于VzXr的正側(cè)向速度Vlat沿側(cè)向向左行進(jìn)。反之，當(dāng)?shù)谝卉囕喴载?fù)角速度Vz旋轉(zhuǎn)時，0TWS800可以以等于VzXr的負(fù)側(cè)向速度Vut沿側(cè)向向右行進(jìn)。此外，如果左角速度Vxl沒有基本上抵消右角速度VXK，那么整個PWA810可以通過沿著周向區(qū)域808以共同角速度Vram行進(jìn)而繞第一軸線Ax旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在討論OTWS的若干操作模式。圖9證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的0TWS800的共同模式操作。在該共同模式操作下，左齒輪和右齒輪802和804總是以共同角速度VcoJM轉(zhuǎn)，意味著左齒輪802具有與右齒輪802相同的角速度和相同的旋轉(zhuǎn)方向。如示意圖901和903所示，左齒輪和右齒輪802和804均可以同時以相同的角速度順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。因此，PWA810可以以共同角速度Vram繞第一軸線Ax旋轉(zhuǎn)。例如，示意圖901中的PWA810可以繞第一軸線Ax以小于O的負(fù)共同角速度V·旋轉(zhuǎn)。因此，0TWS800可以以負(fù)縱向速度Vffle向后行進(jìn)。對于另一個例子，示意圖901中的PWA810可以繞第一軸線Ax以大于O的正共同角速度V·旋轉(zhuǎn)。因此，0TWS800可以以正縱向速度Vmc向前行進(jìn)。參見示出了示意圖901的橫截面后視圖的示意圖902，左角速度VXl產(chǎn)生左推力Txl,以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxk產(chǎn)生右推力τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)。然而，因?yàn)樽蠼撬俣萔a基本上等于右角速度VXK，所以左推力Ta基本上抵消右推力Τχκ，使得連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822保持角度靜止。相似地,在示出了示意圖903的橫截面后視圖的示意圖904中，左角速度Va產(chǎn)生左推力Ta，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxk產(chǎn)生右推力Τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)。再次，因?yàn)樽蠼撬俣萔a基本上等于右角速度Vxk，所以左推力Ta基本上抵消右推力Txk，使得連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822保持角度靜止。圖10證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的0TWS800的差速模式操作。在該差速模式操作下，左齒輪和右齒輪802和804總是以一對相反的角速度旋轉(zhuǎn)，意味著左齒輪802具有與右齒輪802相同的角速度但是具有與右齒輪802相反的旋轉(zhuǎn)方向。如示意圖1001和1003所示，左齒輪和右齒輪802和804可以同時以相同的角速度以一對相反的方向旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樽蠼撬俣萔a基本上抵消右角速度Vxr,所以PWA810將不會繞第一軸線Ax旋轉(zhuǎn)，使得0TWS800將不會沿縱向行進(jìn)。參見示出了示意圖1001的橫截面后視圖的示意圖1002，左角速度VXl產(chǎn)生左推力Txl,以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxk也產(chǎn)生右推力Τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)。因此，連接齒輪820引導(dǎo)第一車輪的接收齒輪830繞第二軸線Az以角速度Vz旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榈谝卉囕嗧槙r針旋轉(zhuǎn)，所以0TWS800可以以正側(cè)向速度Vut沿側(cè)向向左行進(jìn)。相似地,在示出了示意圖1003的橫截面前視圖的示意圖1004中，左角速度Va產(chǎn)生左推力Ta，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxe也產(chǎn)生右推力Τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)。因此，連接齒輪820引導(dǎo)第一車輪的接收齒輪830繞第二軸線Az以角速度Vz旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榈谝卉囕喣鏁r針旋轉(zhuǎn)，所以0TWS800可以以負(fù)側(cè)向速度Vlat沿側(cè)向向右行進(jìn)。圖11證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的0TWS800的向后差速模式操作。在一個實(shí)施例中，在向后差速模式操作下，角速度Va應(yīng)當(dāng)顯著不同于右角速度Vxk，并且左齒輪和右齒輪802和804的共同角速度V.將總是為負(fù)的且繞第一軸線Ax沿逆時針方向。例如，如示意圖1101所示，左齒輪和右齒輪802和804兩者均繞第一軸線Ax逆時針旋轉(zhuǎn)，但是左角速度Vxl的大小顯著大于右角速度Vxk的大小。因此，共同角速度Vconi與Vxr基本上相同。對于另一個例子，如示意圖1103所示，左齒輪和右齒輪802和804兩者均繞第一軸線Ax逆時針旋轉(zhuǎn)，但是左角速度Va的大小顯著小于右角速度Vxk的大小。因此,共同角速度V.與Va基本上相同。在任何情況下，具有優(yōu)勢角速度(B卩，在示意圖1101中為左角速度Va，在示意圖1103中為右角速度Vxk)的縱向齒輪應(yīng)當(dāng)逆時針旋轉(zhuǎn)，使得PWA810可以繞第一軸線Ax逆時針旋轉(zhuǎn)，而不管其它縱向齒輪的旋轉(zhuǎn)方向。也就是，示意圖1101中的右齒輪804可以順時針旋轉(zhuǎn)，只要右角速度Vxr的大小小于左角速度Vxl的大??；并且相似地,示意圖1103中的左齒輪802可以逆時針旋轉(zhuǎn),只要左角速度Va的大小小于右角速度Vxr的大小。參見示出了示意圖1101的橫截面后視圖的示意圖1102，左角速度VXl產(chǎn)生左推力Txl,以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxk產(chǎn)生右推力τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樽笸屏xl強(qiáng)于右推力Τχκ，所以左推力TXl克服右推力Τχκ，并且由此使得連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822逆時針旋轉(zhuǎn)。因此，連接齒輪820引導(dǎo)第一車輪的接收齒輪830繞第二軸線Az以角速度Vz逆時針旋轉(zhuǎn)，使得0TWS800可以沿側(cè)向以負(fù)側(cè)向速度Vut向右行進(jìn)。通過以縱向速度Vlong和側(cè)向速度Vut同時驅(qū)動，0TWS800可以沿后-右方向斜向地行進(jìn)。相似地,在示出了示意圖1103的橫截面后視圖的示意圖1104中，左角速度Va產(chǎn)生左推力Ta，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxe產(chǎn)生右推力Τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樽笸屏Xl弱于右推力Txk，所以左推力TXl讓路于右推力Τχκ，并且由此使得連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822順時針旋轉(zhuǎn)。因此，連接齒輪820引導(dǎo)第一車輪的接收齒輪830繞第二軸線Az以角速度Vz順時針旋轉(zhuǎn)，使得0TWS800可以沿側(cè)向以正側(cè)向速度Vlat向左行進(jìn)。通過以縱向速度Vmc和側(cè)向速度Vlat同時驅(qū)動，0TWS800可以沿后-左方向斜向地行進(jìn)。圖12證實(shí)了根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的0TWS800的向前差速模式操作。在向前差速模式操作下，左角速度Vxl應(yīng)當(dāng)顯著不同于右角速度VXK，并且左齒輪和右齒輪802和804的共同角速度V.將總是為正的且繞第一軸線Ax沿順時針方向。例如，如示意圖1201所示，左齒輪和右齒輪802和804兩者均繞第一軸線Ax順時針旋轉(zhuǎn)，但是左角速度Va的大小顯著大于右角速度Vxk的大小。因此，共同角速度^ 與乂矹基本上相同。對于另一個例子，如示意圖1203所示，左齒輪和右齒輪802和804兩者均繞第一軸線Ax順時針旋轉(zhuǎn)，但是左角速度Va的大小顯著小于右角速度Vxr的大小。因此，共同角速度V?！放cVxl基本上相同。在任何情況下，具有優(yōu)勢角速度(即，在示意圖1201中為左角速度Va，在示意圖1203中為右角速度Vxk)的縱向齒輪應(yīng)當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)，使得PWA810可以繞第一軸線Ax順時針旋轉(zhuǎn)，而不管其它縱向齒輪的旋轉(zhuǎn)方向。也就是，示意圖1201中的右齒輪804可以逆時針旋轉(zhuǎn)，只要右角速度Vxr的大小 小于左角速度Vxl的大小；并且相似地,示意圖1203中的左齒輪802可以逆時針旋轉(zhuǎn),只要左角速度Va的大小小于右角速度Vxr的大小。參見示出了示意圖1201的橫截面后視圖的示意圖1202，左角速度VXl產(chǎn)生左推力Txl,以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxk產(chǎn)生右推力Τχκ，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樽笸屏xl強(qiáng)于右推力Τχκ，所以左推力TXl克服右推力Τχκ，并且由此使得連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822順時針旋轉(zhuǎn)。因此，連接齒輪820引導(dǎo)第一車輪的接收齒輪830繞第二軸線Az以角速度Vz順時針旋轉(zhuǎn)，使得0TWS800可以沿側(cè)向以正側(cè)向速度Vut向左行進(jìn)。通過以縱向速度Vlong和側(cè)向速度Vut同時驅(qū)動，0TWS800可以沿前-左方向斜向地行進(jìn)。相似地,在示出了示意圖1203的橫截面后視圖的示意圖1204中，左角速度Va產(chǎn)生左推力Ta，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay順時針旋轉(zhuǎn)，而右角速度Vxk產(chǎn)生右推力Txk，以引導(dǎo)連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822繞徑向軸線Ay逆時針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樽笸屏XL弱于右推力Txk，所以左推力TXL讓路于右推力Τχκ，并且由此使得連接齒輪820的遠(yuǎn)側(cè)端部822逆時針旋轉(zhuǎn)。因此，連接齒輪820引導(dǎo)第一車輪的接收齒輪830繞第二軸線Az以角速度Vz逆時針旋轉(zhuǎn)，使得0TWS800可以沿側(cè)向以負(fù)側(cè)向速度Vlat向右行進(jìn)。通過以縱向速度Vmc和側(cè)向速度Vlat同時驅(qū)動，0TWS800可以沿前-右方向斜向地行進(jìn)。圖13相對于差速角速度Vdiff和共同角速度V-的各種組合提供0TWS800的所有行進(jìn)方向的概述。例如，圖表1301到1303表示當(dāng)V·小于0(即向后模式)時0TWS800的行進(jìn)方向。對于另一個例子，圖表1304到1306表示當(dāng)V_等于0(即純差速模式)時0TWS800的行進(jìn)方向。對于另一個例子，圖表1307到1309表示當(dāng)Vram大于0(即向前模式)時0TWS800的行進(jìn)方向。在差速機(jī)構(gòu)下，通過改變左角速度和右角速度Va和Vxk之間的差可以調(diào)節(jié)縱向速度Vmc和側(cè)向速度Vut的大小。通常，側(cè)向速度Vlat的大小與差速角速度Vdiff成比例地增大，而縱向速度Vmc與共同角速度V·成比例地增大。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，縱向速度V·和側(cè)向速度Vlat的大小可以在從大約Om/s到大約正或負(fù)10m/s的范圍內(nèi)。更具體地，縱向速度Vmc和側(cè)向速度Vlat的大小可以為大約正或負(fù)2m/s。本發(fā)明的各種實(shí)施例在致動差速機(jī)構(gòu)時采用齒輪系統(tǒng)。然而，根據(jù)可選的實(shí)施例，通過采用摩擦系統(tǒng)可以致動OTSW的差速機(jī)構(gòu)。例如，再次參見圖8A，該一對縱向齒輪802和804可以替換為一對板，每個板都具有面對彼此的摩擦表面。如圖14所示，該一對板1402和1404可以具有面對彼此的摩擦表面1406和1408。摩擦表面1406和1408可以經(jīng)由連接構(gòu)件1420與PWA1410接合。與連接齒輪820類似，當(dāng)該一對板之間的差速角速度Vdiff大于零或小于零時，連接構(gòu)件1420可以繞徑向軸線Ay旋轉(zhuǎn)。然而，與連接齒輪820不同的是，連接構(gòu)件1420不具有帶齒的表面。相反，連接構(gòu)件1420可以具有與該一對板1402和1404類似的摩擦表面。連接構(gòu)件1420可以具有用于與該一對板1402和1404的摩擦表面1406和1408接合的遠(yuǎn)側(cè)端部以及用于與第一車輪1430接合的近側(cè)端部，該第一車輪1430也具有與該一對板1402和1404類似的摩擦表面。因此，當(dāng)該一對板1402和1404之間的差速角速度Vdiff大于零或小于零時，PWA1410可以繞第二軸線Az旋轉(zhuǎn)。圖15為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于操作全方位車輪的方法步驟的流程圖。這些方法步驟涉及相對于圖2到12的討論。盡管這些步驟可能引入與前述討論不同的術(shù)語，但是這些步驟與前述討論的精神和概念是一致的，并且不應(yīng)當(dāng)以其它方式構(gòu)造。在步驟1502中，多個周邊車輪經(jīng)由多個連接齒輪接合到第一和第二齒輪。在步驟1504中，第一齒輪以第一角速度旋轉(zhuǎn)。在步驟1506中，第二齒輪以第二角速度旋轉(zhuǎn)，其中該全方位車輪(1)當(dāng)?shù)谝唤撬俣扰c第二角速度不同以使得每個連接齒輪被構(gòu)造為使相應(yīng)的周邊車輪旋轉(zhuǎn)時，沿側(cè)向行進(jìn)；(2)當(dāng)?shù)谝缓偷诙撬俣妊叵嗤姆较蛞允沟妹總€連接齒輪與相應(yīng)的周邊車輪一起被構(gòu)造為繞定位在第一和第二齒輪之間且與第一和第二齒輪基本上平行的圓形板旋轉(zhuǎn)時，沿縱向行進(jìn)；(3)當(dāng)?shù)谝唤撬俣扰c第二角速度不同時且當(dāng)?shù)谝缓偷诙撬俣妊叵嗤姆较驎r，斜向地行進(jìn)；(4)當(dāng)?shù)谝唤撬俣然旧系扔诘诙撬俣葧r，保持側(cè)向靜止；以及(5)當(dāng)?shù)谝缓偷诙撬俣鹊暮突旧蠟榱銜r，保持縱向靜止。公開的例子的前述說明是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造或使用所公開的方法或設(shè)備。對這些例子的各種修改形式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會是容易明顯的，并且在不脫離所公開的方法和設(shè)備的精神或范圍的情況下，本文所限定的原理可以應(yīng)用于其它例子。所述的實(shí)施例在各方面被認(rèn)為僅僅是示例性的而非限制性的，因此，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求書指出，而不是由前述說明指出。落在權(quán)利要求的等效意義和范圍內(nèi)的所有變化都包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全方位車輪，其包括: 第一齒輪和第二齒輪，所述第一齒輪和所述第二齒輪沿著第一軸線中心地對準(zhǔn)； 多個周邊車輪組件，每個周邊車輪組件都具有: 車輪構(gòu)件，所述車輪構(gòu)件沿著第二軸線中心地對準(zhǔn)，所述第二軸線基本上垂直于所述第一軸線，和 連接齒輪，所述連接齒輪具有遠(yuǎn)側(cè)端部和近側(cè)端部，所述遠(yuǎn)側(cè)端部用于接合所述第一齒輪和所述第二齒輪，所述近側(cè)端部用于接合所述車輪構(gòu)件，所述遠(yuǎn)側(cè)端部和所述近側(cè)端部限定了徑向軸線，所述徑向軸線基本上平行于左齒輪和右齒輪的共同半徑并且基本上垂直于所述第一軸線和所述第二軸線；以及 旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于使所述第一齒輪繞所述第一軸線以第一角速度旋轉(zhuǎn)，并且用于使所述第二齒輪繞所述第一軸線以第二角速度旋轉(zhuǎn)， 由此，每個周邊車輪組件的所述連接齒輪被構(gòu)造為當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度不同時使該周邊車輪組件的相應(yīng)的車輪構(gòu)件繞相應(yīng)的第二軸線旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位車輪，其中所述第一齒輪和所述第二齒輪之間限定了圓柱形空間，所述圓柱形空間具有周向區(qū)域，并且其中每個周邊車輪組件的所述連接齒輪被構(gòu)造為沿著所述周向區(qū)域以所述第一角速度和所述第二角速度的共同角速度旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位車輪，其中所述旋轉(zhuǎn)裝置包括第一馬達(dá)和第二馬達(dá)，所述第一馬達(dá)聯(lián)接到所述第一齒輪以用于使所述第一齒輪旋轉(zhuǎn)，所述第二馬達(dá)聯(lián)接到所述第二齒輪以用于使所述第二齒輪旋轉(zhuǎn)，從而所述左齒輪和所述右齒輪獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位車輪，其中所述第一齒輪和所述第二齒輪與定位在所述第一齒輪和所述第二齒輪 中間的平面基本上平行，并且其中每個周邊車輪組件的所述車輪構(gòu)件沿著所述平面基本上對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位車輪，其還包括間隔構(gòu)件，所述間隔構(gòu)件聯(lián)接在所述第一齒輪和所述第二齒輪之間，所述間隔構(gòu)件被構(gòu)造為保持所述第一齒輪和所述第二齒輪之間的基本上恒定的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全方位車輪，其中所述間隔構(gòu)件具有: 第一盤，所述第一盤操作地聯(lián)接到所述第一齒輪， 第二盤，所述第二盤操作地聯(lián)接到所述第二齒輪，以及 軸，所述軸聯(lián)接在所述第一盤和所述第二盤之間，使得所述第一盤、所述第二盤和所述軸被構(gòu)造為當(dāng)所述第一齒輪和所述第二齒輪通過所述旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時保持角度靜止。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全方位車輪，其中每個周邊組件具有支撐構(gòu)件，所述支撐構(gòu)件用于將相應(yīng)的車輪構(gòu)件操作地連接到所述間隔構(gòu)件的所述第一盤或所述第二盤。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全方位車輪，其中每個周邊組件的所述連接齒輪具有徑向軸，所述徑向軸用于連接所述連接齒輪的所述近側(cè)端部和所述遠(yuǎn)側(cè)端部，使得所述徑向軸基本上垂直于所述間隔構(gòu)件的中心軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位車輪，其中每個周邊車輪組件的所述連接齒輪被構(gòu)造為:當(dāng)所述第一角速度顯著大于所述第二角速度時繞所述連接齒輪的徑向軸線順時針旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)所述第一角速度顯著小于所述第二角速度時繞所述連接齒輪的徑向軸線逆時針旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位車輪，其中每個周邊車輪組件的所述車輪構(gòu)件具有第一車輪、第二車輪和車輪軸，所述車輪軸中心地聯(lián)接在所述第一車輪和所述第二車輪之間，所述第一車輪具有接收齒輪，以用于接合該周邊車輪組件的連接齒輪的近側(cè)端部。
11.一種采用全方位車輪的運(yùn)輸系統(tǒng)，其包括: 左齒輪和右齒輪，所述左齒輪和所述右齒輪沿著第一軸線中心地對準(zhǔn)，所述左齒輪和所述右齒輪之間限定了圓柱形空間，所述圓柱形空間具有周向區(qū)域； 多個周邊車輪組件，所述多個周邊車輪組件沿著所述圓柱形空間的所述周向區(qū)域分布，每個周邊車輪組件都具有: 一對車輪，所述一對車輪沿著第二軸線中心地對準(zhǔn)，所述第二軸線基本上垂直于所述第一軸線，和 連接齒輪，所述連接齒輪具有遠(yuǎn)側(cè)端部和近側(cè)端部，所述遠(yuǎn)側(cè)端部用于接合所述左齒輪和所述右齒輪，所述近側(cè)端部用于接合所述一對車輪，所述遠(yuǎn)側(cè)端部和所述近側(cè)端部限定了徑向軸線，所述徑向軸線基本上平行于所述左齒輪和所述右齒輪的共同半徑并且基本上垂直于所述第一軸線和所述第二軸線；以及 旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于使所述左齒輪繞所述第一軸線以左角速度旋轉(zhuǎn)，并且用于使所述右齒輪繞所述第一軸線以右角速度旋轉(zhuǎn)， 由此，每個周邊車輪組件的所述連接齒輪被構(gòu)造為使該周邊車輪組件的相應(yīng)的一對車輪繞相應(yīng)的第二軸線以側(cè)向角速度旋轉(zhuǎn)，所述側(cè)向角速度由所述左角速度和所述右角速度之間的差速角速度限定，并且 由此，每個周邊車輪組件的所述連接齒輪被構(gòu)造為沿著所述周向區(qū)域以所述左角速度和所述右角速度的共同角速度旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的全方位車輪系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)裝置包括左馬達(dá)和右馬達(dá)，所述左馬達(dá)聯(lián)接到所述左齒輪以用于使所述左齒輪旋轉(zhuǎn)，所述右馬達(dá)聯(lián)接到所述右齒輪以用于使所述右齒輪旋轉(zhuǎn)，從而所述左齒輪和所述右齒輪被獨(dú)立地驅(qū)動。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的運(yùn)輸系統(tǒng)，其還包括間隔構(gòu)件，所述間隔構(gòu)件聯(lián)接在所述左齒輪和所述右齒輪之間，所述間隔構(gòu)件被構(gòu)造為保持所述左齒輪和所述右齒輪之間的基本上恒定的距離，所述間隔構(gòu)件具有: 左盤，所述左盤操作地聯(lián)接到所述左齒輪， 右盤，所述右盤操作地聯(lián)接到所述右齒輪，以及 軸，所述軸聯(lián)接在所述左盤和所述右盤之間，使得所述左盤、所述右盤和所述軸被構(gòu)造為當(dāng)所述左齒輪和所述右齒輪通過所述旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時保持角度靜止。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的全方位車輪系統(tǒng)，其中每個周邊組件具有支撐構(gòu)件，所述支撐構(gòu)件用于將相應(yīng)的車輪構(gòu)件操作地連接到所述間隔構(gòu)件的所述左盤或所述右盤。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的運(yùn)輸系統(tǒng)，其中每個周邊車輪組件的所述一對車輪具有第一車輪、第二車輪和車輪軸，所述車輪軸中心地聯(lián)接在所述第一車輪和所述第二車輪之間，所述第一車輪具有接收齒輪，以用于接合相應(yīng)的連接齒輪的近側(cè)端部。
16.一種用于操作全方位車輪的方法，其包括以下步驟: 將多個周邊車輪經(jīng)由多個連接齒輪接合到第一齒輪和第二齒輪； 使所述第一齒輪以第一角速度旋轉(zhuǎn)；以及使所述第二齒輪以第二角速度旋轉(zhuǎn)， 其中當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度不同以使得每個連接齒輪被構(gòu)造為使相應(yīng)的周邊車輪旋轉(zhuǎn)時，所述全方位車輪沿側(cè)向行進(jìn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度沿相同的方向以使得每個連接齒輪與相應(yīng)的周邊車輪一起被構(gòu)造為繞定位在所述第一齒輪和所述第二齒輪之間且與所述第一齒輪和所述第二齒輪基本上平行的圓形板旋轉(zhuǎn)時，所述全方位車輪沿縱向行進(jìn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度不同時且當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度沿相同的方向時，所述全方位車輪斜向地行進(jìn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度基本上相等時，所述全方位車輪保持側(cè)向靜止。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度的和基本上為零時，所述全方位車輪保持縱向靜止。
21.一種全方位車輪，其包括: 第一板和第二板，所述第一板和所述第二板沿著第一軸線中心地對準(zhǔn)； 多個周邊車輪組件，每個周邊車輪組件都具有: 車輪構(gòu)件，所述車輪構(gòu)件沿著第二軸線中心地對準(zhǔn)，所述第二軸線基本上垂直于所述第一軸線，和 連接構(gòu)件，所述連接構(gòu)件具有遠(yuǎn)側(cè)端部和近側(cè)端部，所述遠(yuǎn)側(cè)端部用于接合所述第一板和所述第二板，所述近側(cè)端部用于接合所述車輪構(gòu)件，所述遠(yuǎn)側(cè)端部和所述近側(cè)端部限定了徑向軸線，所述徑向軸線基本上平行于左板和右板的共同半徑并且基本上垂直于所述第一軸線和所述第二軸線；以及 旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于使所述第一板繞所述第一軸線以第一角速度旋轉(zhuǎn)，并且用于使所述第二板繞所述第一軸線以第二角速度旋轉(zhuǎn)， 由此，每個周邊車輪組件的所述連接構(gòu)件被構(gòu)造為當(dāng)所述第一角速度與所述第二角速度不同時使該周邊車輪組件的相應(yīng)的車輪構(gòu)件繞相應(yīng)的第二軸線旋轉(zhuǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的全方位車輪，其中所述第一板和所述第二板每個都具有摩擦表面，以用于接合每個周邊車輪組件的所述連接構(gòu)件的遠(yuǎn)側(cè)端部。
23.根據(jù)權(quán)利要求21 所述的全方位車輪，其中每個周邊車輪組件的所述車輪構(gòu)件具有摩擦表面，以用于接合相應(yīng)的連接構(gòu)件的近側(cè)端部。
全文摘要
本發(fā)明涉及全方位車輪系統(tǒng)，其采用一體化差速機(jī)構(gòu)以產(chǎn)生縱向和側(cè)向牽引力。全方位車輪系統(tǒng)可以包括旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置傳遞能夠單獨(dú)地控制的旋轉(zhuǎn)力，其差速輸出可以驅(qū)動多個周邊車輪沿側(cè)向旋轉(zhuǎn)，并且其共同輸出可以驅(qū)動一對縱向板沿縱向旋轉(zhuǎn)。因此，該全方位車輪系統(tǒng)可以沿所有方向行進(jìn)。
文檔編號B60B19/12GK103079838SQ201180040916
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者上原康生 申請人:豐田自動車工程及制造北美公司