DE112011102468T5

DE112011102468T5 - Allseitenradsystern und Verfahren zu dessen Betätigung

Info

Publication number: DE112011102468T5
Application number: DE112011102468T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Uehara
Original assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc; Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: JP5643428B2; CN103079838A; US20120018232A1; DE112011102468B8; WO2012012215A2; JP2013532600A; CN103079838B; WO2012012215A3; DE112011102468T8; DE112011102468B4; US8424621B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist ein Allseitenradsystem, das einen integrierten Differentialmechanismus nutzt, um longitudinale und laterale Traktionskräfte zu erzeugen. Das Allseitenradsystem kann eine Rotationsvorrichtung aufweisen, die zwei individuell steuerbare Drehkräfte liefert, deren Differenzausgabe eine Mehrzahl von peripheren Rädern antreiben kann, so dass diese lateral rotieren, und deren gemeinsame Ausgabe ein Paar longitudinaler Platten antreiben kann, so dass diese longitudinal rotieren. Somit kann das Allseitenradsystem sich in alle Richtungen bewegen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Allseitenradsystem. Genauer betrifft die Erfindung ein Allseitenradsystem, das einen integrierten Differentialmechanismus nutzt.
Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Ein Allseitenrad, auch als omnidirektionales Rad bezeichnet, ist eine Rollvorrichtung, die ein Hauptrad und einen Satz von peripheren Rädern aufweist, die entlang eines Hauptradrands verteilt sind. Das Hauptrad kann vorwärts und rückwärts rotieren, während der Satz von peripheren Rädern nach links und rechts rotieren kann. Somit kann sich ein Transportsystem, welches das Allseitenrad nutzt, lateral oder diagonal bewegen, ohne das Hauptrad lenken zu müssen. Anders als bei anderen Radsystemen bietet das Allseitenradsystem eine hervorragende Manövrierfähigkeit, da es die Fahrtrichtung in relativ kurzer Zeit und auf relativ kleinem Platz ändern kann.
Wegen ihrer guten Manövrierfähigkeit werden die Allseitenradsysteme weitverbreitet auf den Gebieten der langsamen Transportsysteme genutzt, wie beispielsweise für elektronische Rollstuhlsysteme und Robotersysteme. In der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, das Allseitenradsystem durch individuelles Antreiben und Steuern jedes Rades zu implementieren. Eine solche Implementierung erfordert jedoch eine große Zahl von elektronischen Komponenten, Übersetzungszahnrädern und Rotationsvorrichtungen. Infolgedessen leiden die herkömmlichen Allseitenradsysteme unter vielen Nachteilen, beispielsweise einer unhandlichen Größe, einem hohen Gewicht und einem hohen Leistungsverbrauch.
Daher besteht in der Technik ein Bedarf an einem kleineren, leichteren und weniger Energie verbrauchenden Allseitenradsystem.
KURZBESCHREIBUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung des herkömmlichen Allseitenradsystems durch die Nutzung eines integrierten Differentialmechanismus, der das Allseitenradsystem sowohl in der longitudinalen als auch in der lateralen Richtung antreibt. Die Vorteile des integrierten Differentialmechanismus sind unter anderem eine Verkleinerung der Menge an elektronischen Komponenten, Rotationsvorrichtungen und Übersetzungszahnrädern und die Erzeugung eines integrierten Schubs durch direkte Traktionen für die longitudinalen und lateralen Richtungen. Ein Allseitenradsystem kann ein Paar longitudinaler Zahnräder, eine Rotationsvorrichtung zum separaten und individuellen Rotierenlassen jedes der longitudinalen Zahnräder, eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die jeweils ein Radelement und ein verbindendes Zahnrad zum Übertragen des Differenzschubs zwischen den beiden longitudinalen Zahnrädern auf das Radelement aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Allseitenrad, das aufweist: erste und zweite Zahnräder, die entlang einer ersten Achse bzw. Achsenlinie ausgerichtet sind, eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die jeweils ein Radelement, das entlang einer zweiten Achse bzw. Achsenlinie zentral ausgerichtet ist, wobei die zweite Achsenlinie im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achsenlinie ist, und ein verbindendes Zahnrad mit einem distalen Ende zum Ineingriffbringen bzw. Verkuppeln der ersten und zweiten Zahnräder und einem proximalen Ende zum Verkuppeln der beiden Räder aufweisen, wobei das distale Ende und das proximale Ende eine radiale Achsenlinie definieren, wobei die radiale Achsenlinie im Wesentlichen parallel ist zu einem gemeinsamen Radius der linken und rechten Zahnräder und im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie und zur zweiten Achsenlinie, und eine Rotationsvorrichtung zum Rotierenlassen des ersten Zahnrads um die erste Achse mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit und zum Rotierenlassen des zweiten Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit, wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sein jeweiliges Radelement um die entsprechende zweite Achsenlinie rotieren lässt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.
In einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Transportsystem, das ein Allseitenrad nutzt, das aufweisen kann: linke und rechte Zahnräder, die entlang einer ersten Achsenlinie zentral ausgerichtet sind, wobei die linken und rechten Zahnräder zwischen sich einen zylindrischen Raum definieren, wobei der zylindrische Raum eine Umfangsregion aufweist, eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die entlang der Umfangsregion des zylindrischen Raums verteilt sind und die jeweils zwei Räder, die entlang einer zweiten Achsenlinie zentral ausgerichtet sind, wobei die zweite Achsenlinie im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie, und ein verbindendes Zahnrad aufweisen mit einem distalen Ende zum Ineingriffbringen bzw. Verkuppeln der linken und rechten Zahnräder und einem proximalen Ende zum Verkuppeln der beiden Räder, wobei das distale Ende und das proximale Ende eine radiale Achsenlinie definieren, wobei die radiale Achsenlinie im Wesentlichen parallel ist zu einem gemeinsamen Radius der linken und rechten Zahnräder um im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie und zur zweiten Achsenlinie, und eine Rotationsvorrichtung zum Rotierenlassen des linken Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer linken Winkelgeschwindigkeit und zum Rotierenlassen des rechten Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer rechten Winkelgeschwindigkeit, wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sein entsprechendes Räderpaar mit einer lateralen Winkelgeschwindigkeit, die von einem Unterschied zwischen der linken Winkelgeschwindigkeit und der rechten Winkelgeschwindigkeit definiert wird, um die jeweilige zweite Achsenlinie rotieren lässt, und wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sich mit einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit, die von einer Kombination der linken Winkelgeschwindigkeit und der rechten Winkelgeschwindigkeit definiert wird, entlang der Umfangsregion dreht.
In einer weiteren Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betätigen eines Allseitenrads, das die Schritte des Verkuppeln einer Mehrzahl von peripheren Rädern mit ersten und zweiten Zahnrädern über die Mehrzahl von verbindenden Zahnrädern, des Rotierenlassens des ersten Zahnrads mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit und des Rotierenlassens des zweiten Zahnrads mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit umfasst, wobei sich das Allseitenrad lateral bewegt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet, so dass ein verbindendes Zahnrad so konfiguriert ist, dass es ein peripheres Rad rotieren lässt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Allseitenrad, das aufweisen kann: erste und zweite Platten, die entlang einer ersten Achsenlinie zentral ausgerichtet sind, eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die jeweils ein Radelement, das entlang einer zweiten Achsenlinie zentral ausgerichtet ist, wobei die zweite Achsenlinie im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie, und ein Verbindungselement mit einem distalen Ende zum Verkuppeln von bzw. Angreifen an ersten und zweiten Platten und einem proximalen Ende zum Verkuppeln des Radelements aufweisen, wobei das distale Ende und das proximale Ende eine radiale Achsenlinie definieren, wobei die radiale Achsenlinie im Wesentlichen parallel ist zu einem gemeinsamen Radius der linken und rechten Platten und im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie und zur zweiten Achsenlinie, und eine Rotationsvorrichtung zum Rotierenlassen der ersten Platte um die erste Achsenlinie mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit und zum Rotierenlassen der zweiten Platte um die erste Achsenlinie mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit, wobei das verbindende Element jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sein jeweiliges Radelement um die jeweilige zweite Achsenlinie rotieren lässt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einem Fachmann, der die folgenden Figuren und die ausführliche Beschreibung liest, sind oder werden andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung bewusst. Jedes bzw. jeder dieser zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile soll in der Beschreibung eingeschlossen sein, im Bereich der vorliegenden Erfindung liegen und von den beigefügten Ansprüchen geschützt sein. Komponenten, die in den Zeichnungen dargestellt sind, sind nicht unbedingt maßstabsgetreu und können größer dargestellt sein, um die wichtigen Merkmale der Erfindung besser hervorheben zu können. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in allen unterschiedlichen Darstellungen jeweils gleiche Teile, wobei:
1A eine perspektivische Ansicht des Allseitenradsystems (Omni Traction Wheel System, OTWS) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
1B eine Explosionsansicht des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Seitenansicht des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3A, 3B und 3C Seitenansichten von OTWS's mit drei peripheren Radbaugruppen (PWAs), vier PWAs bzw. acht PWAs gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind;
4A eine seitliche Querschnittsansicht des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4B eine Querschnittsansicht der PWA gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 die frontalen Querschnittsansichten des OTWS mit mehreren Zahnradkonfigurationen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 Beispielsmodelle eines externen Zahnrads und eines Kegelzahnrads gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 Beispielsmodelle eines Stirnzahnrads, eines Schrägstirnzahnrads und eines Doppelschrägstirnzahnrads gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A eine Konstruktionsskizze des OTWS-Differentialmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben darstellt;
8A und 8B die Winkelgeschwindigkeiten mehrerer Komponenten des OTWS gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
9 einen Betrieb des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem gemeinsamen Modus zeigt;
10 einen Betrieb des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Differentialmodus zeigt;
11 einen Differentialbetrieb des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vorwärtsmodus zeigt;
12 einen Differentialbetrieb des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Rückwärtsmodus zeigt;
13 sämtliche Fahrtrichtungen des OTWS mit Bezug auf verschiedene Kombinationen der Differenzwinkelgeschwindigkeit und einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine seitliche Querschnittsansicht des OTWS mit Reibkraftsteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 ein Ablaufschema zeigt, das die Verfahrensschritte zum Betätigen des Allseitenradsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die die Ausführungsformen der verschiedenen Merkmale der vorliegenden Erfindung implementieren, werden mm mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen und die zugehörigen Beschreibungen sind angegeben, um einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erläutern, aber nicht um den Bereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken. In den Zeichnungen werden Bezugszahlen durchgängig verwendet, um eine Entsprechung zwischen damit bezeichneten Elementen anzuzeigen. Außerdem zeigt die erste Ziffer jeder Bezugszahl die Figur an, in der das Element zuerst auftaucht.
1A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein Allseitenradsystem (OTWS) 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen kann das OTWS 100 ein Paar Haupträder, die aus zwei Schutzplatten 102 gebildet sind, und eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen (PWA) 106 aufweisen, die zwischen den Rändern der Schutzplatten 102 angeordnet sind. Darüber hinaus kann das OTWS 100 mit einem Schenkel 120 verbunden sein, der das OTWS 100 mit einem Transportsystem verbindet, das eines oder mehrere OTWS 100 nutzen kann. Beispielsweise kann das Transportsystem ein Rollstuhl, der vier OTWS's 100 nutzt, ein mobiler Roboter, der drei OTWS's 100 nutzt oder ein Einrad sein, das ein OTWS's 100 nutzt.
1B zeigt eine Explosionsdarstellung des OTWS 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Genauer kann das OTWS 100 auch zwei longitudinale Zahnräder 108, die von den Schutzplatten 102 geschützt werden, zwei Rotationsvorrichtungen 104, welche die longitudinalen Zahnräder 108 rotieren lassen, ein Abstandshalterelement 110, welches das OTWS 100 strukturell stützt, aufweisen.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Allseitenradsystems 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das OTWS 200, das dem OTWS 100 von 1 ähnelt, kann zwei longitudinale Zahnräder 202 aufweisen, von denen jedes einen Satz Zähne entlang einer Umfangsregion 204 aufweist. Die beiden longitudinalen Zahnräder 202 weisen normalerweise einen gemeinsamen Längsradius R auf, so dass ihre Oberflächeninhalte im Wesentlichen gleich sind. Da die beiden longitudinalen Zahnräder 202 einen gemeinsamen Längsradius R aufweisen, können außerdem die Umfangsregionen 204 der beiden longitudinalen Zahnräder 202 von gleicher Form sein und somit die gleiche Anzahl von Zähnen aufweisen.
Wie in 2 dargestellt ist, kann das OTWS 200 auch eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen 210 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jede PWA 210 ein verbindendes Zahnrad 211 und ein Radelement 212 aufweisen. Die PWAs 210 können um die beiden longitudinalen Zahnräder 202 herum verteilt sein. Genauer kann das verbindende Zahnrad 211 jeder PWA 210 zwischen den Umfangsregionen 204 der beiden longitudinalen Zahnräder 202 angeordnet sein, während das Radelement 212 jeder PWA 210 entlang einer äußeren Region 206 angeordnet sein kann. Die Breite der äußeren Region 206 wird von einem lateralen Radius r des Radelements 212 definiert. Somit weist das Hauptrad 208 einen Längsradius R_LONG auf.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Längsradius R_LONG im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 cm liegen. Genauer kann der Längsradius R_LONG 15 cm betragen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der laterale Radius r im Bereich von etwa 2 bis etwa 8 cm liegen. Genauer kann der laterale Radius r 3 cm betragen. Somit kann das Umfangsverhältnis zwischen dem Längsradius R_LONG und dem lateralen Radius r im Bereich von 1 bis 20 liegen. Genauer kann das Umfangsverhältnis zwischen dem Längsradius R_LONG und dem lateralen Radius r etwa 5 betragen.
Obwohl in 2 dargestellt ist, dass das OTWS 200 zwölf PWAs 210 aufweist, kann das OTWS 200 gemäß verschiedenen Ausführugsformen der vorliegenden Erfindung auch eine andere Zahl von PWAs aufweisen. 3A zeigt beispielsweise, dass das OTWS 200 drei PWAs 302 aufweisen kann; 3B zeigt, dass das OTWS 200 vier PWAs 303 aufweisen kann, und 3C zeigt, dass das OTWS 200 acht PWAs 304 aufweisen kann. Um eine ungehinderte Rotation des Hauptrades zu erleichtern, kann ein extra Satz von peripheren Baugruppen hinzugefügt werden. Wie in der Skizze 312 dargestellt ist, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein extra Satz aus drei extra PWAs 302 zum OTWS 200 hinzugefügt. In einem anderen Beispiel, das in der Skizze 313 dargestellt ist, wird gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein extra Satz aus vier extra PWAs 303 zum OTWS 200 hinzugefügt.
Nun soll der innere Aufbau des OTWS 200 erörtert werden. In 4A, wo eine seitliche Querschnittsansicht des OTWS 200 dargestellt ist, ist der Übersichtlichkeit halber nur ein longitudinales Zahnrad 402 dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das OTWS 200 ein Abstandhalterelement 401 aufweisen, das zwischen den beiden longitudinalen Zahnrädern 402 angeordnet ist. Im Allgemeinen kann das Abstandhalterelement 401 eine zentrale Achse 405 und zwei parallele Scheiben 403 aufweisen, so dass die zentrale Achse 405 senkrecht zu den beiden parallelen Scheiben verläuft.
Das Abstandhalterelement 401 kann wirkmäßig mit den beiden longitudinalen Zahnrädern 402 verbunden sein, um zur strukturellen Stützung des OTWS 200 beizutragen. Einerseits halten die beiden parallelen Scheiben 403 zusammen mit der zentralen Achse 405 die beiden longitudinalen Zahnräder 402 fest, indem sie jede nennenswerte Verlagerung zwischen den beiden longitudinalen Zahnrädern 402 verhindern. Andererseits lassen die parallelen Scheiben 403 zu, dass die longitudinalen Zahnräder 402 frei um die zentrale Achse 405 rotieren. Genauer können die beiden longitudinalen Zahnräder 402 unabhängig rotieren, ohne einander zu stören, obwohl sie beide wirkmäßig mit dem Abstandhalterelement 401 verbunden sind. Somit sollte die Winkelgeschwindigkeit eines longitudinalen Zahnrads 402 die Winkelgeschwindigkeit des anderen longitudinalen Zahnrads 402 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht beeinflussen.
Obwohl das Abstandhalterelement 401 den longitudinalen Zahnrädern 402 strukturelle Stützung bietet, muss es sich nicht unbedingt zusammen mit den longitudinalen Zahnrädern 402 drehen. Wenn das Abstandhalterelement 401 beispielsweise mit einer (nicht dargestellten) Rotationsvorrichtung verbunden ist, welche die longitudinalen Zahnräder 402 rotieren lässt, wird das Abstandhalterelement 401 in Bezug auf die beiden longitudinalen Zahnräder 402 wahrscheinlich stationär bleiben; ansonsten kann das Abstandhalterelement 401 sich zusammen mit den longitudinalen Zahnrädern 402 drehen.
Wie in 4A dargestellt, kann das OTWS 200 mehrere PWAs aufweisen, die um das longitudinale Zahnrad 402 verteilt sind. Der Einfachheit halber zeigt 4A nur die PWAs 410 und 460. Jedoch sei klargestellt, dass das OTWS 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr als zwei PWAs aufweisen kann. Im Allgemeinen kann jede PWA ein verbindendes Zahnrad 420 und ein Radelement aufweisen, welches ein erstes Rad 430 und ein optionales zweites Rad 440 beinhalten kann. Beispielswise sind die PWA 410 und die PWA 460 einander baulich ähnlich, außer dass das Radelement der PWA 410 das erste Rad 430 und das optionale zweite Rad 440 aufweist, während das Radelement der PWA 460 nur das erste Rad 430 aufweist. In der Praxis kann das OTWS 200 entweder die PWA 410 oder die PWA 460 nutzen, oder das OTWS 200 kann beide PWAs 410 und 460 nutzen.
In 4B, wo eine Querschnittsansicht der PWAs 410 und 460 dargestellt ist, kann das erste Rad 430 einen Umfang 432 aufweisen, der von einem Radius r definiert wird. Das erste Rad 430 kann über ein aufnehmendes Zahnrad 434 mit dem verbindenden Zahnrad 420 in Eingriff kommen, so dass bewirkt wird, dass das erste Rad 430 um die periphere Achse 436 rotiert, wenn das verbindende Zahnrad 420 rotiert.
Das verbindende Zahnrad 420 jeder PWA 410 oder 460 kann ein distales Ende 422 und ein proximales Ende 424 aufweisen. Das distale Ende 422 sollte von den beiden longitudinalen Zahnrädern 402 entlang ihrer Umfangsregionen 404 gegriffen und in die Mitte genommen werden, und das proximale Ende 424 sollte über das aufnehmende Zahnrad 434 des ersten Rades 430 mit dem ersten Rad 430 verkuppeln werden. Somit kann das verbindende Zahnrad 420 von einem höheren erfinderischen Standpunkt aus zwei Aufgaben erfüllen. Erstens kann das verbindende Zahnrad 420 die Differenzwinkelgeschwindigkeit zwischen den beiden longitudinalen Zahnrädern 420 auf das jeweilige erste Rad 430 übertragen, wodurch bewirkt wird, dass das jeweilige erste Rad 430 relativ zu den Rotationsbewegungen der longitudinalen Zahnräder 402 orthogonal rotiert. Zweitens kann sich das verbindende Zahnrad 420 dadurch, dass es die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit der beiden longitudinalen Zahnräder 402 aufnimmt, um die zentrale Achse 405 drehen, so dass sich die gesamte PWA 410 und 460 ebenfalls um die zentrale Achse 405 drehen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das distale Ende 422 über eine radiale Achse 426, die im Wesentlichen parallel ist zum gemeinsamen Radius R der beiden longitudinalen Zahnräder 402, mit dem proximalen Ende 424 verbunden sein. Die radiale Achse 426 kann einen verlängerte Abschnitt 451 zum Verbinden der gesamten PWA 410 oder 460 mit der zentralen Achse 405 des Abstandhalterelements 401 aufweisen. Alternativ dazu kann die PWA 410 oder 460 über ein Spannelement 450 mit dem Abstandhalterelement 401 oder einem Paar Schutzplatten 408 verbunden sein. Das Spannelement 450 kann eine Stabilisator 455 aufweisen, um die Position der radialen Achse 426 zu stabilisieren und dadurch sicherzustellen, dass das aufnehmende Zahnrad 430 ordnungsgemäß mit dem proximalen Ende 424 des verbindenden Zahnrads 420 in Eingriff gebracht wird.
Unter erneutem Bezug auf 4A kann das OTWS 200 Schutzplatten 406 zum Schützen der Rotationsvorrichtung, der longitudinalen Zahnräder 420 und der PWAs 410 und 460 aufweisen. Genauer können die Schutzplatten 406 eine äußere Region 408 zum Schützen der PWAs 410 und 460 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Schutzplatten 406 über die zentrale Achse 405, die durch die Mittelpunkte der beiden longitudinalen Zahnräder 402 hindurch geht, mit dem Abstandhalterelement 401 verbunden sein. Alternativ dazu können die Schutzplatten 406 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den beiden longitudinalen Zahnrädern 402 verbunden sein.
Obwohl in 4A nur eine Zahnradkonfiguration des OTWS 200 dargestellt ist, kann das OTWS 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch andere Zahnradkonfigurationen aufweisen. Beispielsweise zeigt 5 die frontalen Querschnittsansichten des OTWS 200 mit verschiedenen Zahnradkonfigurationen 510, 520 und 530. Der Einfachheit halber sind nur oberste und unterste PWAs 550 in jeder der Zahnradkonfigurationen dargestellt. Es sei jedoch klargestellt, dass einige weitere PWAs in jeder Zahnradkonfiguration enthalten sein können, und dass die PWAs 550 den PWAs 410 und 460 ähneln, die mit Bezug auf 4A und 4B erörtert sind. Genauer kann die PWA 550 das erste Rad mit dem aufnehmenden Zahnrad 553 und der peripheren Achse 551 ebenso wie das verbindende Zahnrad mit dem distalen Ende 554 und dem proximalen Ende 552 aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zahnradkonfiguration 510 ein Paar externer Zahnräder 513 als die longitudinalen Zahnräder 402 nutzen. Die externen Zahnräder 513 können einen Satz aus gerade geschnittenen Zähnen, schrägen Zähnen oder doppelten schrägen Zähnen aufweisen.
Das distale Ende 554 des verbindenden Zahnrads kann ein Kegelzahnrad mit einem Satz von Zähnen sein, die mit den externen Zahnrädern 513 zusammenpassen. Ebenso kann es sich beim proximalen Ende 552 des verbindenden Zahnrads um ein Kegelzahnrad mit einem Satz von Zähnen handeln, die mit dem aufnehmenden Zahnrad 553 zusammenpassen, wobei es sich um ein Stirnzahnrad, ein Schrägzahnrad oder ein Doppelschrägzahnrad handeln kann.
Die Zahnradkonfiguration 510 kann auch das Abstandhalterelement 511 und zwei Rotationsvorrichtungen 514 und 515 aufweisen. Das Abstandhalterelement 511 kann ein Paar Scheiben 512, die die externen Zahnräder 513 von außen sichern, und eine zentrale Achse 516, die durch die externen Zahnräder 513 an deren Mittelpunkten hindurch geht, aufweisen. Die Rotationsvorrichtungen 514 und 515 können so mit der zentralen Achse 516 verbunden sein, dass die Rotationsvorrichtungen 514 und 515 jedes externe Zahnrad 513 individuell um die zentrale Achse 516 rotieren lassen können. Obwohl die Zahnradkonfiguration 510 zwei Rotationsvorrichtungen nutzt, kann auch eine Rotationsvorrichtung ausreichen, wenn sie jedes externe Zahnrad 513 separat und individuell rotieren lassen kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zahnradkonfiguration 520 ein Paar externer Zahnräder 523 als die longitudinalen Zahnräder 402 nutzen. Die externen Zahnräder 523 können einen Satz gerader Zähne, schräger Zähne oder doppelt schräger Zähne aufweisen. Das distale Ende 554 des verbindenden Zahnrads kann ein Kegelrad mit einem Satz von Zähnen sein, die mit den externen Zahnrädern 523 zusammenpassen. Ebenso kann das proximale Ende 552 des verbindenden Zahnrads ein Kegelrad mit einem Satz von Zähnen sein, die mit dem aufnehmenden Zahnrad 553 zusammenpassen, wobei es sich um ein Stirnzahnrad, ein Schrägzahnrad oder ein Doppelschrägzahnrad handeln kann.
Die Zahnradkonfiguration 520 kann ebenfalls das Abstandhalterelement 521 und zwei Rotationsvorrichtungen 524 und 525 aufweisen. Das Abstandhalterelement 521 kann ein Paar Scheiben 522, welche die externen Zahnräder 523 von innen sichern, und eine zentrale Achse 526 aufweisen, die durch die externen Zahnräder an deren Mittelpunkten hindurchgeht. Die Rotationsvorrichtungen 524 und 525 können mit beiden Enden der zentralen Achse 526 verbunden sein, so dass die Rotationsvorrichtungen 524 und 525 jedes externe Zahnrad 523 separat und individuell um die zentrale Achse 526 rotieren lassen können. Obwohl die Zahnradkonfiguration 520 zwei Rotationsvorrichtungen nutzt, kann auch eine Rotationsvorrichtung ausreichend sein, wenn diese die einzelnen externen Zahnräder 523 separat und individuell rotieren lassen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zahnradkonfiguration 530 ein Paar modifizierter externer Zahnräder 533 als die longitudinalen Zahnräder 402 nutzen. Die modifizierten externen Zahnräder 533 können einen Satz gerade geschnittener Zähne, schräger Zähne oder doppelt schräger Zähne aufweisen. Das distale Ende 554 des verbindenden Zahnrads kann ein Kegelrad mit einem Satz von Zähnen sein, die mit den modifizierten externen Zahnrädern 533 zusammenpassen. Ebenso kann das proximale Ende 552 des verbindenden Zahnrads ein Kegelzahnrad mit einem Satz von Zähnen sein, die mit dem aufnehmenden Zahnrad 533 zusammenpassen, wobei es sich um ein Stirnzahnrad, ein Schrägzahnrad oder ein Doppelschrägzahnrad handeln kann.
Die Zahnradkonfiguration 530 kann auch ein Abstandhalterelement 531 und zwei Rotationsvorrichtungen 534 und 535 aufweisen. Das Abstandhalterelement 531 kann ein Paar interner Scheiben 532, die in der Mitte der modifizierten externen Zahnräder 533 eingebettet sind, und eine zentrale Achse 536 aufweisen, welche die internen Scheiben 532 miteinander verbindet. Die Rotationsvorrichtungen 534 und 535 können innerhalb der zentralen Achse 536 angeordnet sein, um die beiden internen Scheiben 532 separat und individuell rotieren zu lassen. Somit kann bewirkt werden, dass die beiden modifizierten externen Zahnräder 533 separat und individuell rotieren, da sie mit den internen Scheiben 532 verbunden sind. Obwohl die Zahnradanordnung 530 zwei Rotationsvorrichtungen nutzt, kann auch eine Rotationsvorrichtung ausreichen, wen diese jedes der modifizierten externen Zahnräder 533 separat und individuell rotieren lassen kann.
Es sei klargestellt, dass die Komponenten jeder Zahnradkonfiguration austauschbar sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Abstandhalterelement 511 in der Zahnradkonfiguration 520 verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zentrale Achse 536 mit den eingebetteten Rotationsvorrichtungen 534 und 535 in der Zahnradkonfiguration 510 verwendet werden. Ein einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die externen Zahnräder 523 in der Zahnradkonfiguration 530 verwendet werden.
Für die Zwecke der Veranschaulichung sind 6 und 7 bereitgestellt, um die Beispielsmodelle der mehreren hierin erörterten Zahnräder darzustellen. Beispielsweise zeigt 6 die Beispielsmodelle des externen Zahnrads und des Kegelzahnrads. Als anderes Beispiel zeigt 7 die Beispielsmodelle des Stirnzahnrads, des Schrägzahnrads und des Doppelschrägzahnrads. Selbstverständlich können die longitudinalen Zahnräder, die verbindenden Zahnräder und die aufnehmenden Zahnräder andere, alternative Formen annehmen, solange ihre Kombinationen mit den allgemeinen Grundlagen der Mechanik konsistent sind.
Nun sollen die physikalischen Grundlagen des OTWS erörtert werden. In 8A, wo die vereinfachte Konzeptansicht des OTWS gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, können die beiden longitudinalen Zahnräder durch ein linkes Zahnrad (oder austauschbar ein erstes Zahnrad) 802 und ein rechtes Zahnrad (austauschbar ein zweites Zahnrad) 804 dargestellt werden. Obwohl die Begriffe „links” und „rechts” im Rest dieser Schrift konsistent verwendet werden, sei betont, dass sie austauschbar und relativ definiert sind und nicht in einem absoluten Sinn aufzufassen sind.
Das linke Zahnrad 802 und das rechte Zahnrad 804 sind parallel zu einer ersten Ebene Sx und orthogonal zu einer ersten Achse oder Achsenlinie (austauschbar einer Längsachse) Ax. Die linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL, und V_XR stellen die Winkelgeschwindigkeiten der linken und rechten Zahnräder 802 und 804 dar. Die linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL, und V_XR werden beide im Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax in Radiant pro Sekunde gemessen. Wenn die linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL und V_XR positiv sind, was bedeutet, dass die linken und rechten Zahnräder 802 und 804 im Uhrzeigersinn rotieren, bewegt sich das OTWS 800 mit einer positiven longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG vorwärts. Wenn die linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL und V_XR negativ sind, was bedeutet, dass die linken und rechten Zahnräder 802 und 804 entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, bewegt sich das OTWS 800 mit einer negativen longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG rückwärts.
Wie hierin definiert, ist der Ausdruck „longitudinal” mit den Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen assoziiert, während der Ausdruck „lateral” mit links und rechts assoziiert ist. Obwohl die Ausdrücke „vorwärts” und „rückwärts” im gesamten Rest der Schrift konsistent verwendet werden, sei betont, dass sie austauschbar und relativ definiert sind und daher nicht als im absoluten Sinn beschränkend aufzufassend sind.
Die linken und rechten Zahnräder 802 und 804 definieren zwischen sich einen zylindrischen Raum 806, und der zylindrische Raum 806 weist eine Umfangsregion 808 auf. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 jeder PWA 810 entlang der Umfangsregion 808 verteilt sein, so dass das verbindende Zahnrad 820 um eine radiale Achsenlinie Ay rotieren kann, die im Wesentlichen parallel ist zum Radius des zylindrischen Raums 806. Somit sollte die radiale Achsenlinie Ay jeder PWA 810 im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achsenlinie Ax sein, und die radiale Ebene Sy jeder PWA 810 sollte im Wesentlichen parallel sein zur Seitenfläche des zylindrischen Raums 806.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 zwischen sowohl linken als auch rechten Zahnrädern 802 und 804 in Eingriff gebracht. Somit ist die Winkelgeschwindigkeit Vy des verbindenden Zahnrads 820 eine Funktion einer Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff zwischen den linken und rechten Zahnrädern 802 und 804. Genauer ist die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff definiert als V_XL – V_XR. Wenn Kxy beispielsweise das Übersetzungsverhältnis bzw. die Übersetzung zwischen dem longitudinalen Zahnrad 802 und dem verbindenden Zahnrad 820 darstellt, dann ist die Winkelgeschwindigkeit Vy gleich Kry·(V_diff).
Im Rahmen dieses Differentialmechanismus kann das verbindende Zahnrad 820 (1) im Uhrzeigersinn mit einer positiven Winkelgeschwindigkeit Vy um die radiale Achsenlinie Ay rotieren, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL größer ist als die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR (d. h. die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff größer ist als 0); (2) entgegen dem Uhrzeigersinn mit einer negativen Winkelgeschwindigkeit Vy um die radiale Achsenlinie Ay rotieren, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL kleiner ist als die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR (d. h. die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff kleiner ist als 0); und (3) winkelmäßig stationär bleiben (d. h. ohne Rotation), wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR im Wesentlichen gleich ist (d. h. die linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL und V_XR die gleiche Richtung und den gleichen Betrag haben).
Wie in 8A dargestellt ist, ist die PWA 810 symmetrisch entlang einer Ebene, die parallel ist zur ersten Ebene Sx, und ist in der Mitte des zylindrischen Raums 806 angeordnet. Das aufnehmende Zahnrad 830 des ersten Rades wird vom proximalen Ende 824 des verbindenden Zahnrads 820 so in Eingriff genommen, dass bewirkt werden kann, dass das erste Rad um eine zweite Achse bzw. Achsenlinie (austauschbar eine periphere Achsenlinie) Az rotiert, wenn das verbindende Zahnrad 820 rotiert. Da das proximale Ende 824 die gleiche Winkelgeschwindigkeit aufweist wie das distale Ende 822, ist die Winkelgeschwindigkeit Vz des ersten Rades eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit Vy des distalen Endes 822, die letztendlich von der Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff zwischen den linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL und V_XR abhängt. Genauer gilt, wenn Kyz das Übersetzungsverhältnis zwischen dem verbindenden Zahnrad 820 und dem aufnehmenden Zahnrad 830 darstellt, dann ist die Winkelgeschwindigkeit Vz gleich Kyz·Vy, was letztendlich gleich Kyz·Kxy·(V_diff) ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL und V_XR im Bereich von etwa 0 Radiant pro Sekunde bis etwa plus oder minus 20 Radiant pro Sekunde liegen. Genauer können die linken und rechten Winkelgeschwindigkeit V_XL und V_XR etwa plus oder minus 8 Radiant pro Sekunde betragen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Radius der longitudinalen Zahnräder 802 und 804 etwa 8 cm betragen, der Radius des verbindenden Zahnrads 420 kann etwa 0,5 cm betragen, und der Radius des aufnehmenden Zahnrads 830 kann etwa 2,5 cm betragen. Somit kann das Übersetzungsverhältnis Kxy etwa 16 sein, und das Übersetzungsverhältnis Kyz kann etwa 0,2 sein.
Beispielsweise kann das erste Rad (1) im Uhrzeigersinn mit einer positiven Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotieren, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL größer ist als die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR (d. h. die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff größer ist als 0); (2) entgegen dem Uhrzeigersinn mit einer negativen Winkelgeschwindigkeit Vz um die radiale Achsenlinie Az rotieren, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL kleiner ist als die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR (d. h. die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff kleiner ist als 0); und (3) winkelmäßig stationär bleiben, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR im Wesentlichen gleich ist. Der Deutlichkeit halber fasst 8B die Drehrichtungen der Winkelgeschwindigkeiten Vy und Vz zusammen, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL kleiner ist als die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR (d. h. die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff < 0); und 8C fasst die Drehrichtungen der Winkelgeschwindigkeiten Vy und Vz zusammen, wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL größer ist als die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR (d. h. die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff > 0).
Wenn das erste Rad mit einer positiven Winkelgeschwindigkeit Vz rotiert, kann sich das OTWS 800 mit einer positiven lateralen Geschwindigkeit V_LAT, die Vz·r gleich ist, nach links bewegen. Wenn dagegen das erste Rad mit einer negativen Winkelgeschwindigkeit Vz rotiert, kann sich das OTWS 800 mit einer negativen lateralen Geschwindigkeit V_LAT, die Vz·r gleich ist, nach rechts bewegen. Wenn die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR nicht im Wesentlichen ausgleicht, kann sich außerdem die gesamte PWA 810 um die erste Achsenlinie Ax drehen, indem sie sich mit einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit V_com entlang der Umfangsregion 808 bewegt.
Nun sollen mehrere Betriebsmodi des OTWS erörtert werden. 9 zeigt einen Betrieb des OTWS 800 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem gemeinsamen Modus. Während des Betriebs im gemeinsamen Modus rotieren die linken und rechten Zahnräder 802 und 804 immer mit einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit V_com, was bedeutet, dass das linke Zahnrad 802 die gleiche Schnelligkeit über einem Winkel und die gleiche Drehrichtung aufweist wie das rechte Zahnrad 802. Wie in den Diagrammen 901 und 903 dargestellt, können sowohl die linken als auch die rechten Zahnräder 802 und 804 gleichzeitig im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren.
Infolgedessen kann sich die PWA 810 mit der gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit V_com um die erste Achsenlinie Ax drehen. Beispielsweise kann sich die PWA 810 im Diagramm 901 mit einer negativen gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit V_com, die kleiner ist als 0, um die erste Achsenlinie Ax drehen. Somit kann sich das OTWS 800 mit einer negativen longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG rückwärts bewegen. Als anderes Beispiel kann sich die PWA 810 im Diagramm 901 mit einer positiven ersten Winkelgeschwindigkeit V_com, die größer ist als 0, um die erste Achsenlinie Ax drehen. Demgemäß kann sich das OTWS 800 mit einer positiven longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG vorwärts bewegen.
Bezug nehmend auf das Diagramm 902, das die rückseitige Querschnittsansicht des Diagramms 901 dargestellt, erzeugt die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, während die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR einen rechten Schub T_XR erzeugt, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Da jedoch die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR im Wesentlichen gleich ist, gleicht der linke Schub T_XL den rechten Schub T_XR in Wesentlichen aus, so dass das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 winkelmäßig stationär bleibt.
Ebenso erzeugt im Diagramm 904, das die rückseitige Querschnittsansicht des Diagramms 903 darstellt, die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, während die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR einen rechten Schub T_XR erzeugt, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Da die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL wiederum der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR im Wesentlichen gleich ist, gleicht der linke Schub T_XL den rechten Schub T_XR im Wesentlichen aus, so dass das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 winkelmäßig stationär bleibt.
10 zeigt einen Betrieb des OTWS 800 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Differentialmodus. Gemäß dem Betrieb im Differentialmodus rotieren die linken und rechten Zahnräder 802 und 804 immer mit zwei einander entgegengesetzten Winkelgeschwindigkeiten, was bedeutet, dass das linke Zahnrad 802 die gleiche Schnelligkeit über dem Winkel, aber eine entgegengesetzte Drehrichtung wie das rechte Zahnrad 802 aufweist. Wie in den Diagrammen 1001 und 1003 dargestellt ist, können die linken und rechten Zahnräder 802 und 804 gleichzeitig in zwei einander entgegengesetzten Richtungen mit der gleichen Schnelligkeit über dem Winkel rotieren. Da die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR im Wesentlichen ausgleicht, dreht sich die PWA 810 nicht um die erste Achsenlinie Ax, so dass das OTWS 800 sich nicht longitudinal bewegt.
Unter Bezugnahme auf das Diagramm 1002, welches die rückseitige Querschnittsansicht des Diagramms 1001 darstellt, erzeugt die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, und die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR erzeugt auch einen rechten Schub T_XR, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Infolgedessen lenkt das verbindende Zahnrad 820 das aufnehmende Zahnrad 830 des ersten Rades so, dass es mit einer Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotiert. Da das erste Rad im Uhrzeigersinn rotiert, kann sich das OTWS 800 mit einer positiven Winkelgeschwindigkeit V_LAT lateral nach links bewegen.
Ebenso erzeugt im Diagramm 1004, welches die frontale Querschnittsansicht des Diagramms 1003 darstellt, die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, und die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR erzeugt einen rechten Schub T_XR, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 ebenfalls so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radial Achsenlinie Ay rotiert. Infolgedessen lenkt das verbindende Zahnrad 820 das aufnehmende Zahnrad 80 des ersten Rades so, dass es mit der Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotiert. Da das erste Rad entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, kann sich das OTWS 800 mit einer negativen lateralen Geschwindigkeit V_LAT nach rechts bewegen.
11 zeigt einen Differentialbetrieb des OTWS 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Rückwärtsmodus. In einer Ausführungsform sollte sich die Winkelgeschwindigkeit V_XL gemäß dem Differentialbetrieb im Rückwärtsmodus erheblich von der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR unterscheiden, und die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit V_com der linken und rechten Zahnräder 802 und 804 ist immer negativ und entgegen dem Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax. Beispielsweise rotieren, wie im Diagramm 1101 dargestellt ist, sowohl die linken als auch die rechten Zahnräder 802 und 804 entgegen dem Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax, aber der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL ist wesentlich größer als der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR. Somit ist die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit V_com im Wesentlichen gleich V_XR. In einem anderen Beispiel rotieren die linken und rechten Zahnräder 802 und 804, wie im Diagramm 1103 dargestellt ist, entgegen dem Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax, aber der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL ist wesentlich kleiner als der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR. Somit ist die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit V_com im Wesentlichen gleich V_XL.
In jedem Fall sollte das longitudinale Zahnrad mit der dominanten Winkelgeschwindigkeit (d. h. mit der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL im Diagramm 1101 und mit der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR im Diagramm 1103) entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, so dass die PWA 810 sich unabhängig von der Drehrichtung des anderen longitudinalen Zahnrads entgegen dem Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax drehen kann. Das heißt, das rechte Zahnrad 804 im Diagramm 1101 kann entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, solange der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR kleiner ist als der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL; und ebenso kann das linke Zahnrad 802 im Diagramm 1103 entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, solange der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL kleiner ist als der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR.
Unter Bezugnahme auf das Diagramm 1102, wo die rückseitige Querschnittsansicht des Diagramms 1101 dargestellt ist, erzeugt die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, während die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR einen rechten Schub T_XR erzeugt, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Weil der linke Schub T_XL stärker ist als der rechte Schub T_XR, überwindet der linke Schub T_XL den rechten Schub T_XR und bewirkt dadurch, dass das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 830 des ersten Rades entgegen dem Uhrzeigersinn mit der Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotiert, so dass sich das OTWS 800 mit einer negativen lateralen Geschwindigkeit V_LAT lateral nach rechts bewegen kann. Gleichzeitig von der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT angetrieben, kann sich das OTWS 800 diagonal in Rückwärtsrichtung und nach rechts bewegen.
Ebenso erzeugt im Diagramm 1104, das die rückseitige Querschnittsansicht des Diagramms 1103 darstellt, die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, während die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR einen rechten Schub T_XR erzeugt, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Da der linke Schub T_XL schwächer ist als der rechte Schub T_XR, wird der linke Schub T_XL vom rechten Schub T_XR überwunden, wodurch bewirkt wird, dass das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 im Uhrzeigersinn rotiert. Infolgedessen lenkt das verbindende Zahnrad 820 das aufnehmende Zahnrad 830 des ersten Rades so, dass es im Uhrzeigersinn mit der Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotiert, so dass sich das OTWS 800 mit einer positiven lateralen Geschwindigkeit V_LAT nach links bewegen kann. Gleichzeitig von der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT angetrieben, kann sich das OTWS 800 diagonal rückwärts und nach links bewegen.
12 zeigt einen Differentialbetrieb des OTWS 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vorwärtsmodus. Gemäß dem Differentialbetrieb im Vorwärtsmodus sollte die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL sich deutlich von der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR unterscheiden, und die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit V_com der linken und rechten Zahnräder 802 und 802 ist immer positiv und im Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax. Wie im Diagramm 1201 dargestellt ist, rotieren beispielsweise sowohl die linken als auch die rechten Zahnräder 802 und 804 im Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax, aber der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL ist wesentlich größer als der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR. Somit ist die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit V_com im Wesentlichen gleich V_XR. In einem anderen Beispiel, das im Diagramm 1203 dargestellt ist, rotieren sowohl die linken als auch die rechten Zahnräder 802 und 804 im Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax, aber der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL ist wesentlich kleiner als der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR. Somit ist die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit V_com im Wesentlichen gleich V_XL.
Auf jeden Fall sollte das longitudinale Zahnrad mit der dominanten Winkelgeschwindigkeit (d. h. mit der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL im Diagramm 1201 und mit der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR im Diagramm 1203) im Uhrzeigersinn rotieren, so dass sich die PWA 810 unabhängig von der Drehrichtung des anderen longitudinalen Zahnrads im Uhrzeigersinn um die erste Achsenlinie Ax drehen kann. Das heißt, das rechte Zahnrad 804 im Diagramm 1201 kann entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, solange der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR kleiner ist als der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL; und ebenso kann das linke Zahnrad 802 im Diagramm 1203 entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, solange der Betrag der linken Winkelgeschwindigkeit V_XL kleiner ist als der Betrag der rechten Winkelgeschwindigkeit V_XR.
Unter Bezugnahme auf das Diagramm 1202, wo die rückwärtige Querschnittsansicht des Diagramms 1201 dargestellt ist, erzeugt die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, während die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR einen rechten Schub T_XR erzeugt, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Da der linke Schub T_XL stärker ist als der rechte Schub T_XR, überwindet der linke Schub T_XL den rechten Schub T_XR und bewirkt dadurch, dass das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 im Uhrzeigersinn rotiert. Infolgedessen lenkt das verbindende Zahnrad 820 das aufnehmende Zahnrad 830 des ersten Rades so, dass es im Uhrzeigersinn mit der Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotiert, so dass das OTWS 800 sich mit einer positiven lateralen Geschwindigkeit V_LAT lateral bewegen kann. Gleichzeitig von der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT angetrieben, kann das OTWS 800 sich diagonal in Vorwärtsrichtung und nach links bewegen.
Ebenso erzeugt im Diagramm 1204, das die rückseitige Querschnittsansicht des Diagramms 1203 darstellt, die linke Winkelgeschwindigkeit V_XL einen linken Schub T_XL, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es im Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert, während die rechte Winkelgeschwindigkeit V_XR einen rechten Schub T_XR erzeugt, der das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 so lenkt, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn um die radiale Achsenlinie Ay rotiert. Da der linke Schub T_XL schwacher ist als der rechte Schub T_XR, wird der linke Schub T_XL vom rechten Schub T_XR überwunden, was bewirkt, dass das distale Ende 822 des verbindenden Zahnrads 820 entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Infolgedessen lenkt das verbindende Zahnrad 820 das aufnehmende Zahnrad 830 des ersten Rades so, dass es entgegen dem Uhrzeigersinn mit der Winkelgeschwindigkeit Vz um die zweite Achsenlinie Az rotiert, so dass das OTWS 800 sich mit einer negativen lateralen Geschwindigkeit V_LAT nach rechts bewegen kann. Gleichzeitig von der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT angetrieben, kann das OTWS 800 sich diagonal in der Vorwärtsrichtung und nach rechts bewegen.
13 bietet eine Zusammenfassung für alle Bewegungsrichtungen des OTWS 800 in Bezug auf verschiedene Kombinationen der Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff und der gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit V_com. Beispielsweise stellen die Übersichten 1301 bis 1303 die Bewegungsrichtungen des OTWS 800 dar, wenn V_com kleiner 0 ist (d. h. den Rückwärtsmodus). Für ein anderes Beispiel stellen die Übersichten 1304 bis 1306 die Bewegungsrichtungen des OTWS 800 dar, wenn V_com gleich 0 ist (d. h. den reinen Differentialmodus). Für ein weiteres Beispiel stellen die Übersichten 1307 bis 1309 die Bewegungsrichtungen des OTWS 800 dar, wen V_com größer 0 ist (d. h. den Vorwärtsmodus).
Gemäß dem Differentialmechanismus können der Betrag der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT durch Variieren der Differenz zwischen den linken und rechten Winkelgeschwindigkeiten V_XL und V_XR angepasst werden. Im Allgemeinen wird der Betrag der lateralen Geschwindigkeit V_LAT mit der Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff proportional größer, während die longitudinale Geschwindigkeit V_LONG mit der gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit V_com proportional größer wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Beträge der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT im Bereich von etwa 0 m/s bis etwa plus oder minus 10 m/s liegen. Genauer können die Beträge der longitudinalen Geschwindigkeit V_LONG und der lateralen Geschwindigkeit V_LAT etwa plus oder minus 2 m/s betragen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nutzen einer Zahnradsystem für die Betätigung des Differentialmechanismus. Jedoch kann der Differentialmechanismus des OTSW auch unter Verwendung eines Reibschlusssystems gemäß einer alternativen Ausführungsform betätigt werden. Beispielswese können unter erneuter Bezugnahme auf 8A die beiden longitudinalen Zahnräder 802 und 804 durch zwei Platten ersetzt werden, die jeweils Reibflächen aufweisen, die einander zugewandt sind. Wie in 14 dargestellt ist, können die beiden Platten 1402 und 1404 die Reibflächen 1406 und 1408 aufweisen, die einander zugewandt sind. Die Reibflächen 1406 und 1408 können über ein Verbindungselement 1420 an den PWAs 1410 angreifen.
Ebenso wie das verbindende Zahnrad 820 kann das Verbindungselement 1420 um die radiale Achsenlinie Ay rotieren, wenn die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff zwischen den beiden Platten größer oder kleiner ist als null. Anders als beim verbindenden Zahnrad 820 muss das Verbindungselement 1420 jedoch keine gezahnte Oberfläche aufweisen. Statt dessen kann das Verbindungselement 1420 eine Reibfläche ähnlich wie die beiden Platten 1402 und 1404 aufweisen.
Das Verbindungselement 1420 kann ein distales Ende zum Angreifen an den Reibflächen 1406 und 1408 der beiden Platten 1402 und 1404 und ein proximales Ende zum Angreifen am ersten Rad 1430 aufweisen, welches ebenfalls eine Reibfläche aufweist, ähnlich wie die beiden Platten 1402 und 1404. Somit kann die PWA 1410 um die zweite Achsenlinie Az rotieren, wenn die Differenzwinkelgeschwindigkeit V_diff zwischen den beiden Platten 1402 und 1404 größer oder kleiner als null ist.
15 ist ein Ablaufschema, das die Verfahrensschritte zur Betätigung des Allseitenrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Diese Verfahrensschritte sind auf die Erörterung mit Bezug auf 2 bis 12 bezogen. Auch wenn diese Schritte Termini einführen mögen, die sich von denen in der vorangehenden Erörterung unterscheiden, sind diese Schritte mit dem Gedanken und den Prinzipien der vorangehenden Erörterung konsistent und sollten nicht anderweitig aufgefasst werden.
In Schritt 1502 wird eine Mehrzahl von peripheren Rädern über eine Mehrzahl von verbindenden Zahnrädern mit ersten und zweiten Zahnrädern verkuppelt. In Schritt 1504 wird bewirkt, dass das erste Zahnrad mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit rotiert. In Schritt 1506 wird bewirkt, dass das zweite Zahnrad mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit rotiert, wobei das Allseitenrad: (1) sich lateral bewegt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet, so dass jedes verbindende Zahnrad so konfiguriert ist, dass es das entsprechende periphere Rad rotieren lässt, (2) sich longitudinal bewegt, wenn die ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeiten die gleiche Richtung haben, so dass jedes verbindende Zahnrad zusammen mit dem entsprechenden peripheren Zahnrad so konfiguriert ist, dass es sich um eine kreisförmige Platte dreht, die zwischen den ersten und zweiten Zahnrädern angeordnet und im Wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Zahnrädern ist, (3) sich diagonal bewegt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet und wenn die ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeiten die gleiche Richtung aufweisen, (4) lateral stationär bleibt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit der zweiten Winkelgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich ist, und (5) longitudinal stationär bleibt, wenn die Summe der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeiten im Wesentlichen gleich null ist.
Die vorangehende Beschreibung der offenbarten Beispiele wird angegeben, um jeden Fachmann in die Lage zu versetzen, die offenbarten Verfahren oder Vorrichtungen zu nutzen. Verschiedene Modifikationen dieser Beispiele werden einem Fachmann ohne Weiteres einfallen, und die hierin definierten Prinzipien können auf andere Beispiele angewendet werden, ohne von Gedanken oder vom Bereich des offenbarten Verfahrens und der offenbarten Vorrichtung abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollen in jeder Hinsicht nur als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufgefasst werden, und der Bereich der Erfindung wird daher in den beigefügten Ansprüchen und nicht in der vorangehenden Beschreibung angegeben. Sämtliche Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs einer Äquivalenz der Ansprüche liegen, sind in deren Bereich eingeschlossen.

Claims

Allseitenrad, aufweisend: erste und zweite Zahnräder, die zentral entlang einer ersten Achsenlinie ausgerichtet sind; eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die jeweils aufweisen: ein Radelement, das zentral entlang einer zweiten Achsenlinie ausgerichtet ist, wobei die zweite Achsenlinie im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie, und ein verbindendes Zahnrad mit einem distalen Ende zum Eingreifen in die ersten und zweiten Zahnräder und einem proximalen Ende zum Angreifen am Radelement, wobei das distale Ende und das proximale Ende eine radiale Achsenlinie definieren, wobei die radiale Achsenlinie im Wesentlichen parallel zu einem gemeinsamen Radius der linken und rechten Zahnräder und im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achsenlinie und zur zweiten Achsenlinie ist; und eine Rotationsvorrichtung zum Rotierenlassen des ersten Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit und zum Rotierenlassen des zweiten Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit, wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sein entsprechendes Radelement um die entsprechende zweite Achsenlinie rotieren lässt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.
Allseitenrad nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Zahnräder zwischen sich einen zylindrischen Raum definieren, wobei der zylindrische Raum eine Umfangsregion aufweist, und wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sich entlang der Umfangsregion mit einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit aus der ersten Winkelgeschwindigkeit und der zweiten Winkelgeschwindigkeit entlang der Umfangsregion dreht.
Allseitenrad nach Anspruch 1, wobei die Rotationsvorrichtung einen ersten Motor, der mit dem ersten Zahnrad verbunden ist, um das erste Zahnrad rotieren zu lassen, und einen zweiten Motor aufweist, der mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist, um das zweite Zahnrad rotieren zu lassen, so dass bewirkt wird, dass die linken und rechten Zahnräder unabhängig voneinander rotieren.
Allseitenrad nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Zahnräder im Wesentlichen parallel zu einer Ebene sind, die in der Mitte der ersten und zweiten Zahnräder angeordnet ist, und wobei das Radelement jeder peripheren Radbaugruppe entlang der Ebene im Wesentlichen symmetrisch ist.
Allseitenrad nach Anspruch 1, ferner ein Abstandhalterelement aufweisend, das die ersten und zweiten Zahnräder miteinander verbindet, wobei das Abstandhalterelement so konfiguriert ist, dass es einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen den ersten und zweiten Zahnrädern aufrechterhält.
Allseitenrad nach Anspruch 5, wobei das Abstandhalterelement aufweist: eine erste Scheibe, die wirkmäßig mit dem ersten Zahnrad verbunden ist, eine zweite Scheibe, die wirkmäßig mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist, und eine Achse, welche die ersten und zweiten Scheiben miteinander verbindet, so dass die erste Scheibe, die zweite Scheibe und die Achse so konfiguriert sind, dass sie winkelmäßig stationär bleiben, während die ersten und zweiten Zahnräder von den Rotationsvorrichtungen rotieren gelassen werden.
Allseitenrad nach Anspruch 6, wobei jede periphere Baugruppe ein Spannelement aufweist, um das entsprechende Radelement wirkmäßig mit der ersten oder zweiten Scheibe des Abstandhalterelements zu verbinden.
Allseitenrad nach Anspruch 6, wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Baugruppe eine radiale Achse aufweist, um die proximalen und distalen Ende des verbindenden Zahnrads miteinander zu verbinden, so dass die radiale Achse im Wesentlichen orthogonal ist zur zentralen Achse des Abstandhalterelements.
Allseitenrad nach Anspruch 1, wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es im Uhrzeigersinn um seine radiale Achse rotiert, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit wesentlich größer ist als die zweite Winkelgeschwindigkeit, und entgegen dem Uhrzeigersinn um seine radiale Achse rotiert, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit wesentlich kleiner ist als die zweite Winkelgeschwindigkeit.
Allseitenrad nach Anspruch 1, wobei das Radelement jeder peripheren Radbaugruppe ein erstes Rad, ein zweites Rad und eine Radachse aufweist, die zentral zwischen den ersten und zweiten Räder angeordnet ist und diese verbindet, wobei das erste Rad ein aufnehmendes Zahnrad aufweist, um einen Eingriff mit dem proximalen Ende seines verbindenden Zahnrads herzustellen.
Transportsystem, das ein Allseitenrad nutzt, aufweisend: linke und rechte Zahnräder, die entlang einer ersten Achsenlinie ausgerichtet sind, wobei die linken und rechten Zahnräder zwischen sich einen zylindrischen Raum definieren, wobei der zylindrische Raum eine Umfangsregion aufweist; eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die entlang der Umfangsregion des zylindrischen Raums verteilt sind und jeweils aufweisen: ein Paar Räder, die zentral entlang einer zweiten Achsenlinie ausgerichtet sind, wobei die zweite Achsenlinie im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie, und ein verbindendes Zahnrad mit einem distalen Ende zum Ineingriffbringen der linken und rechten Zahnräder und einem proximalen Ende zum Angreifen an den beiden Rädern, wobei das distale Ende und das proximale Ende eine radiale Achsenlinie definieren, wobei die radiale Achsenlinie im Wesentlichen parallel ist zu einem gemeinsamen Radius der linken und rechten Zahnräder und im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie und zur zweiten Achsenlinie; und eine Rotationsvorrichtung zum Rotierenlassen des linken Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer linken Winkelgeschwindigkeit und zum Rotierenlassen des rechten Zahnrads um die erste Achsenlinie mit einer rechten Winkelgeschwindigkeit, wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sein entsprechendes Räderpaar mit einer lateralen Winkelgeschwindigkeit, die von einer Differenzwinkelgeschwindigkeit zwischen der linken Winkelgeschwindigkeit und der rechten Winkelgeschwindigkeit definiert wird, um die entsprechende zweite Achsenlinie rotieren lässt, und wobei das verbindende Zahnrad jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sich mit einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit aus der linken Winkelgeschwindigkeit und der rechten Winkelgeschwindigkeit entlang der Umfangsregion dreht.
Allseitenradsystem nach Anspruch 11, wobei die Rotationsvorrichtung einen linken Motor, der mit dem linken Zahnrad verbunden ist, um das linke Zahnrad rotieren zu lassen, und einen rechten Motor aufweist, der mit dem rechten Zahnrad verbunden ist, um das rechte Zahnrad rotieren zu lassen, so dass die linken und rechten Zahnräder unabhängig voneinander angetrieben werden.
Transportsystem nach Anspruch 11, ferner ein Abstandhalterelement aufweisend, das die linken und rechten Zahnräder miteinander verbindet, wobei das Abstandhalterelement so konfiguriert ist, dass es einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen den linken und rechten Zahnrädern aufrechterhält, wobei das Abstandhalterelement aufweist: eine linke Scheibe, die wirkmäßig mit dem linken Zahnrad verbunden ist, eine rechte Scheibe, die wirkmäßig mit dem rechten Zahnrad verbunden ist, und eine Achse, welche die linken und rechten Zahnräder miteinander verbindet, so dass die linke Scheibe, die rechte Scheibe und die Achse so konfiguriert sind, dass sie winkelmäßig stationär bleiben, während die linken und rechten Zahnräder von der Rotationsvorrichtung zum Rotieren gebracht werden.
Allseitenradsystem nach Anspruch 13, wobei jede periphere Baugruppe ein Spannelement aufweist, um das entsprechende Radelement wirkmäßig mit der linken oder rechten Scheibe des Abstandhalterelements zu verbinden.
Transportsystem nach Anspruch 11, wobei die beiden Räder jeder peripheren Radbaugruppe ein erstes Rad, ein zweites Rad und eine Radachse aufweisen, die zentral zwischen den ersten und zweiten Rädern angeordnet ist und diese miteinander verbindet, wobei das erste Rad ein aufnehmendes Zahnrad zum Ineingriffbringen des proximalen Endes des entsprechenden verbindenden Zahnrads aufweist.
Verfahren zum Betätigen eines Allseitenrads, die folgenden Schritte umfassend: Ineingriffbringen einer Mehrzahl von peripheren Rädern mit ersten und zweiten Zahnrädern über eine Mehrzahl von verbindenden Zahnrädern; Rotierenlassen des ersten Zahnrads mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit; und Rotierenlassen des zweiten Zahnrads mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit, wobei das Allseitenrad sich lateral bewegt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet, so dass jedes verbindende Zahnrad so konfiguriert ist, dass es das entsprechende periphere Rad rotieren lässt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Allseitenrad sich longitudinal bewegt, wenn die ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeiten die gleiche Richtung haben, so dass jedes verbindende Zahnrad zusammen mit dem entsprechenden peripheren Rad so konfiguriert ist, dass es sich um eine kreisförmige Platte dreht, die zwischen den ersten und zweiten Zahnrädern angeordnet ist und im Wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Zahnrädern ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Allseitenrad sich diagonal bewegt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet und wenn die ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeiten die gleiche Richtung haben.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Allseitenrad lateral stationär bleibt, wenn die erste Winkelgeschwindigkeit der zweiten Winkelgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Allseitenrad longitudinal stationär bleibt, wenn die Summe der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeiten im Wesentlichen null ist.
Allseitenrad, aufweisend: erste und zweite Platten, die zentral entlang einer ersten Achsenlinie ausgerichtet sind; eine Mehrzahl von peripheren Radbaugruppen, die jeweils aufweisen: ein Radelement, das zentral entlang einer zweiten Achsenlinie ausgerichtet ist, wobei die zweite Achsenlinie im Wesentlichen orthogonal zur ersten Achsenlinie ist, und ein Verbindungselement mit einem distalen Ende zum Angreifen an den ersten und zweiten Platten und einem proximalen Ende zum Angreifen am Radelement, wobei das distale Ende und das proximale Ende eine radiale Achsenlinie definieren, wobei die radiale Achsenlinie im Wesentlichen parallel ist zu einem gemeinsamen Radius der linken und rechten Platten und im Wesentlichen orthogonal ist zur ersten Achsenlinie und zur zweiten Achsenlinie, und eine Rotationsvorrichtung zum Rotierenlassen der ersten Platte um die erste Achse mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit und zum Rotierenlassen der zweiten Platte um die erste Achse mit einer zweiten Winkelgeschwindigkeit, wobei das Verbindungselement jeder peripheren Radbaugruppe so konfiguriert ist, dass es sein entsprechendes Radelement um die entsprechende zweite Achse rotieren lässt, wenn die ersten Winkelgeschwindigkeit sich von der zweiten Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.
Allseitenrad nach Anspruch 21, wobei die erste und die zweite Platte jeweils eine Reibfläche aufweisem, um das distale Ende des Verbindungselements mit der jeweiligen peripheren Radbaugruppe in Eingriff zu bringen.
Allseitenrad nach Anspruch 21, wobei das Radelement jeder peripheren Radbaugruppe eine Reibfläche aufweist, um am proximalen Ende des jeweiligen Verbindungselement anzugreifen.