阅读说明：本技术 一种可变直径及可变轮面形态的车轮 (Wheel with variable diameter and variable wheel surface shape ) 是由 栾亨宣 李�浩 曲皇屹 翁丽媛 陈阳 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可变直径及可变轮面形态的车轮,包括轮毂部件、车轮支撑部件和柔性轮面。轮毂部件包括外侧轮毂和内侧轮毂,外侧轮毂和内侧轮毂通过伸缩轴连接。车轮支撑部件包括可折叠轮辐,多组可折叠轮辐沿内、外侧轮毂的圆周方向均匀布置。柔性轮面包括位于中间区域的外凸四边形柔性面以及位于外凸四边形柔性面四周的内凹三角形柔性面。本发明通过伸缩轴运动可实现车轮在最大直径和最小直径两种工作状态之间的切换,能够显著提升其越过地面障碍的能力或使其可以顺利通过低矮障碍空间,整体上提高了越障的灵活性。本发明结构简单,能够灵活调节车轮直径,稳定性更高,应用前景广阔。(The invention discloses a wheel with variable diameter and variable wheel surface shape, which comprises a hub part, a wheel supporting part and a flexible wheel surface. The hub part comprises an outer hub and an inner hub, and the outer hub and the inner hub are connected through a telescopic shaft. The wheel support component comprises foldable spokes, and a plurality of groups of the foldable spokes are uniformly arranged along the circumferential direction of the inner side wheel hub and the outer side wheel hub. The flexible wheel surface comprises an outer convex quadrilateral flexible surface positioned in the middle area and inner concave triangular flexible surfaces positioned at the periphery of the outer convex quadrilateral flexible surface. The invention can realize the switching between the maximum diameter and the minimum diameter of the wheel through the movement of the telescopic shaft, can obviously improve the capability of the wheel to cross ground obstacles or ensure that the wheel can smoothly pass through a low obstacle space, and integrally improves the flexibility of obstacle crossing. The invention has simple structure, can flexibly adjust the diameter of the wheel, has higher stability and wide application prospect.)

一种可变直径及可变轮面形态的车轮

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，具体为一种可变直径及可变轮面形态的车轮。

背景技术

在军事、灾害救援、卫生防疫等领域中，往往需要特种小型无人车或机器人代替人类完成许多任务，例如危险环境下的侦测工作，或在难以进入的环境中运送物品等，这对特种小型无人车或机器人的复杂地形通过能力提出了很高的要求。但是，传统轮毂结构在越障方面具有一定的局限性，比如大直径轮胎虽然能够较好的越过地面障碍，但会导致无人车无法穿过低矮的空间，甚至一些车轮为了满足越障要求而被设计的十分复杂。折纸中的科学问题在现实生活中具有广泛的应用价值，折纸结构不需要支撑却很稳定，并具备空间利用率高、轻量化等优点。因此，有必要研究一种基于折纸结构的可变径车轮来解决这些问题。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN105711329A，公布日2016.06.29，公开了一种基于凸轮副的可变径车轮，包括轮毂、凸轮、外轮缘和与外轮缘对应的凸轮副。当可变形车轮的外轮缘张开达到最外点时，连杆与凸轮正好运行到死角位置，使得车辆能承受的负载大大提高。通过外轮缘的展开和收入，提高车辆在不同环境中的通过性：在翻越障碍时，可提高环境适应性；在沙地时，可恢复原状以不至于陷入沙土中；在平地时，可保持初始形状以保证平稳而高速的行驶。但该专利机械结构复杂，其三个连杆作为变形后的主要受力杆，其强度要求较高，另外该装置的变形只改变车轮的径向尺寸，导致其变形程度不大，越障能力有限。同时，该车轮结构的三个外轮缘张开一定角度的工作状态时，其轮缘外侧呈开放状态，三个外轮缘之间的间隙对车轮行走也容易造成颠簸，同时也不可避免的造成地面石块等杂质进入车轮内部，三个外轮缘之间的间隙容易与地面凸起造成卡顿影响正常行进功能。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可变直径及可变轮面形态的车轮。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可变直径及可变轮面形态的车轮，包括轮毂部件、车轮支撑部件和柔性轮面，其中，

所述轮毂部件包括外侧轮毂和内侧轮毂，所述外侧轮毂和所述内侧轮毂相对的一侧通过伸缩轴连接，所述外侧轮毂和所述内侧轮毂在所述伸缩轴的带动下相互靠近或相互远离移动；

所述车轮支撑部件包括可折叠轮辐，所述外侧轮毂和所述内侧轮毂的圆周方向上均匀的设有多组所述可折叠轮辐，所述外侧轮毂和所述内侧轮毂通过所述可折叠轮辐连接；

所述可折叠轮辐包括两个L型辐板和两个连接辐板，两个所述连接辐板的一端通过铰接轴铰接连接，所述L型辐板的一端与对应的所述连接辐板远离所述铰接轴的一端铰接连接，所述L型辐板的另一端分别与对应的所述外侧轮毂或所述内侧轮毂铰接连接；

所述柔性轮面设置在相邻的两个所述可折叠轮辐之间，所述柔性轮面包括位于中间区域的外凸四边形柔性面，以及位于所述外凸四边形柔性面四周的内凹三角形柔性面，其中，

所述外凸四边形柔性面沿其对角线向靠近伸缩轴的方向对折，所述外凸四边形柔性面的四个侧边分别折叠连接有所述内凹三角形柔性面，且四个所述内凹三角形柔性面分别向所述外凸四边形柔性面对折，所述内凹三角形柔性面与所述外凸四边形柔性面的相邻的一个侧边分别与所述可折叠轮辐固定连接。

进一步地，所述外凸四边形柔性面和所述内凹三角形柔性面的边缘均设有硬质折痕。

进一步地，所述外凸四边形柔性面和所述内凹三角形柔性面采用三层复合结构，由内向外依次分别包括内层聚酯基片、中间织物层和外层聚酯基片，采用热压工艺压制而成。

进一步地，所述伸缩轴的外表面沿圆周方向均匀的布设有多个托架，所述托架的数量与所述可折叠轮辐的数量一致，当所述伸缩轴处于最大行程时两个所述连接辐板的铰接端位于所述托架上。

进一步地，所述伸缩轴为电动伸缩轴，所述电动伸缩轴包括套筒和伸缩杆，所述套筒通过轴承与所述内侧轮毂连接，所述伸缩杆插接在所述套筒内并能沿所述套筒伸缩移动，所述伸缩杆远离所述套筒的一端通过轴承与所述外侧轮毂连接。

进一步地，所述套筒的内壁开设有四个矩形槽，所述矩形槽沿所述套筒的长度方向设置，且四个所述矩形槽在所述套筒上沿圆周方向均匀设置，所述伸缩杆的外表面一体成型有四个与所述矩形槽配合使用的矩形长条，所述伸缩杆通过所述矩形长条和所述矩形槽的配合与所述套筒插接连接。

进一步地，所述托架位于所述套筒的外壁上，且所述托架与所述套筒以固定连接。

进一步地，所述外侧轮毂和所述内侧轮毂的圆周方向均匀分布有多个凹槽，每个所述凹槽内均设置有一个所述外铰链，所述L型辐板通过所述外铰链与所述外侧轮毂或所述内侧轮毂铰接连接。

进一步地，所述L型辐板包括长连杆和短连杆，所述长连杆与所述短连杆焊接连接，所述短连杆通过所述外铰链与对应的所述外侧轮毂或所述内侧轮毂铰接连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明示例的一种可变直径及可变轮面形态的车轮，通过伸缩轴的伸缩实现车轮轴向大小和径向尺寸的变化。通过伸缩轴的伸缩运动，改变内侧轮毂和外侧轮毂之间的相对位置，达到改变车轮轴向大小的目的。内侧轮毂和外侧轮毂的相对移动能够带动可折叠轮辐进行变形，使得车轮的径向尺寸发生改变，进而实现车轮在最大直径和最小直径两种工作状态之间切换。当内侧轮毂和外侧轮毂之间的相对距离达到最小时，车轮半径最大，能够显著提升越过地面障碍能力；当内侧轮毂和外侧轮毂之间的相对距离达到最大时，车轮半径最小，使其可以顺利通过低矮障碍空间，整体上提高了越障的灵活性。

2、本发明示例的一种可变直径及可变轮面形态的车轮，通过在相邻的两个可折叠轮辐之间设置柔性轮面，可以提高车轮在行进时的平稳性，使得车轮转动的更加平顺。通过柔性轮面弥补了相邻的两个可折叠轮辐之间的间隙，避免行进过程中泥沙等杂物被带入轮毂内部，提高了车轮的可靠性。同时，由于柔性轮面具有一定的韧性，可以很好的缓冲两个可折叠轮辐之间的间隙与路面之间的碰撞，对可折叠轮辐的边缘起到保护作用。柔性轮面的良好韧性也可以对车轮行进过程起到弹性缓冲作用。

附图说明

图1为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的结构示意图；

图2为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的另一的结构示意图；

图3为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的内部结构示意图图；

图4为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的最小直径状态时的结构示意图；

图5为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的最大直径状态时的结构示意图；

图6为本发明图1中A的局部放大图；

图7为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的柔性轮面的结构示意图；

图8为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的柔性轮面的折叠方向示意图；

图9为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的柔性轮面的折叠状态结构示意图；

图10为本发明一种可变直径及可变轮面形态的车轮的伸缩轴的剖视图。

图中，1-外侧轮毂，2-内侧轮毂，3-可折叠轮辐，301-L型辐板，3011-长连杆，3012-短连杆，302-连接辐板，303-铰接轴，4-伸缩轴，401-套筒，402-伸缩杆，5-凹槽，6-外铰链，7-柔性轮面，701-外凸四边形柔性面，702-内凹三角形柔性面，8-托架，9-矩形槽，10-矩形长条，11-固定环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1-10，

一种可变直径及可变轮面形态的车轮，包括配合使用的外侧轮毂1、内侧轮毂2和可折叠轮辐3，其中，

外侧轮毂1和内侧轮毂2可以采用轻质铝合金或碳纤维等材料制成，外侧轮毂1和内侧轮毂2相对的一侧通过伸缩轴4连接，且外侧轮毂1和内侧轮毂2在伸缩轴4的带动下可以相互靠近或相互远离移动。

如图3所示，本发明所采用的伸缩轴4为电动伸缩轴，电动伸缩轴包括套筒401和伸缩杆402，套筒401通过轴承与内侧轮毂2转动连接，伸缩杆402插接在套筒401内并能沿套筒401伸缩移动，伸缩杆402远离套筒401的一端通过轴承与外侧轮毂1转动连接。本领域技术人员所周知的，套筒401或伸缩杆402与对应的轴承之间采用过盈配合，使得套筒401或伸缩杆402不会从轴承内滑脱。

外侧轮毂1和内侧轮毂2在圆周方向上均匀的设有多组可折叠轮辐3，外侧轮毂1和内侧轮毂2通过可折叠轮辐3连接；可折叠轮辐3包括两个L型辐板301和两个连接辐板302，两个连接辐板302的一端通过铰接轴303铰接连接，L型辐板301的一端与对应的连接辐板302远离铰接轴303的一端铰接连接，L型辐板301的另一端分别与外侧轮毂1或内侧轮毂2铰接连接。可折叠轮辐3的两端分别与外侧轮毂1和内侧轮毂2连接，随着外侧轮毂1和内侧轮毂2间距的变化，可折叠轮辐3可相应的进行折叠变形，从而实现车辆整体直径的变化。

外侧轮毂1和内侧轮毂2在圆周方向均匀分布有多个凹槽5，每个凹槽5内均设置有一个外铰链6，L型辐板301的一端通过外铰链6与外侧轮毂1或内侧轮毂2铰接连接。L型辐板301包括长连杆3011和短连杆3012，长连杆3011与短连杆3012焊接连接，长连杆30111与短连杆3012之间的夹角约为90°，短连杆3012通过外铰链6与对应的外侧轮毂1或内侧轮毂2铰接连接。L型辐板301可以与外侧轮毂1或内侧轮毂2之间的通过外铰链6转动，外侧轮毂1和内侧轮毂2在伸缩轴4的带动下进行距离调整时，短连杆3012通过外铰链6与外侧轮毂1或内侧轮毂2相对转动，进而带动与L型辐板301的长连杆3011铰接连接的两个连接辐板302调整状态，实现车轮直径的调节变化。而外侧轮毂1和内侧轮毂2圆周方向上的凹槽5设计，则可以保证L型辐板301在相对外侧轮毂1或内侧轮毂2转动时不受连接端的限制，可以顺利的完成两者之间的转动。

外侧轮毂1和内侧轮毂2在电动伸缩轴的带动下可以进行相对或相反方向的移动，电动伸缩轴的最小工作行程或最大工作行程分别是本装置车轮的两个工作状态：

当电动伸缩轴处于最小工作行程时，外侧轮毂1和内侧轮毂2之间的距离最小，与外侧轮毂1或内侧轮毂2配合的可折叠轮辐3构成的圆形车轮直径最大。此时，如图1所示，L型辐板301的长连杆3011转动到与外侧轮毂1(或内侧轮毂2)的端面呈平行状态，而两个V型结构的连接辐板302也呈完全展开状态(两个连接辐板302的夹角接近180°)，此时由外侧轮毂1(或内侧轮毂2)与可折叠轮辐3组成的车轮结构直径处于最大值，而由内侧轮毂2和外侧轮毂1组成的车轮宽度为最小值。此车轮能够将外侧轮毂1和内侧轮毂2之间的宽度调节至最小，保证车轮整体宽度较小，而车轮整体直径较大，可以有效的提高车轮在崎岖地面的通过能力，使采用此种车轮的小型无人车或机器人能够具有较强的越障性能。

当电动伸缩轴处于最大工作行程时，外侧轮毂1和内侧轮毂2之间的距离最大，与外侧轮毂1或内侧轮毂2配合可折叠轮辐3的直径最小。此时，如图2所示，L型辐板301的长连杆3011转动到与外侧轮毂1(或内侧轮毂2)的轴线方向呈平行状态，而两个呈V型结构铰接连接的连接辐板302也呈完全折叠状态，此时由外侧轮毂1(或内侧轮毂2)与可折叠轮辐3组成的车轮结构直径处于最小值，而由内侧轮毂2和外侧轮毂1组成的车轮宽度为最大值。此车轮能将外侧轮毂1和内侧轮毂2之间的宽度调节至最大，保证车轮整体宽度较大，而车轮整体直径较小，可以降低采用此种车轮的小型无人车或机器人的高度，使其能够顺利的通过低矮空间，提高其小空间可通过能力。此时，无人车底盘低、车轮宽，行驶状态更为平稳。同时，在此状态下的车轮与地面的接触面积较大，可在穿越砂土路面、松软路面等情况下采用，提高机器人或小型无人车的通过能力。

为了提高车轮在行进时的平稳性，弥补车轮变形时可折叠轮辐之间的带来的面积差、提高车轮的吸收冲击的能力，相互靠近的两个连接辐板302之间设有柔性轮面7。

如图1、图6和图7所示，柔性轮面7包括位于中间区域的外凸四边形柔性面701，以及位于外凸四边形柔性面701四周的内凹三角形柔性面702。由于柔性轮面7具有折纸结构的空间利用率高的优点，随着与其相连的两个可折叠轮辐3的折叠或展开，柔性轮面7能够反复进行充分的伸缩与完全变形。

如图7、图8和图9所示，外凸四边形柔性面701沿其对角线向靠近伸缩轴4的方向对折(图8中，外凸四边形柔性面701沿其对角线按照两箭头所指方向向下方对折)；外凸四边形柔性面701的四个侧边分别折叠连接有内凹三角形柔性面702，且四个内凹三角形柔性面702分别向外凸四边形柔性面701对折(图8中，内凹三角形柔性面702沿箭头方向沿其与外凸四边形柔性面701的连接折痕向上方折叠，折叠形态如图9所示)，内凹三角形柔性面702与外凸四边形柔性面701的相邻的侧边分别与可折叠轮辐3固定连接(如图6所示，内凹三角形柔性面702与L型辐板301的短连杆3012固定连接，此连接可以采用粘接连接或铆接连接等连接方式，只要将内凹三角形柔性面702与短连杆3012固定即可，由于内凹三角形柔性面702具有柔性特点，因此内凹三角形柔性面702可以沿短连杆3012折叠)。

图7、图8和图9中的两条虚线并非实际存在的线条或折痕，而是为了方便观察示意图中的空间对应关系所绘制的辅助线，两条虚线分别指示其所在的两个平面，每个虚线分别位于其中一个平面上，即两条虚线分别是位于外凸四边形柔性面701上和内凹三角形柔性面702上，利用所绘制此两条虚线方便辨识外凸四边形柔性面701和内凹三角形柔性面702的动态折叠过程。

外凸四边形柔性面701和内凹三角形柔性面702采用三层复合结构，由内至外分别包括内层聚酯基片、中间织物层和外层聚酯基片，采用热压工艺压制而成。聚酯基片也称PET膜，是一种耐久性强、坚固、高韧性、耐潮耐高温和低温的材料。上述柔性轮面，采用具有高度柔性并且耐疲劳的材料制成，选用硬质材料与柔性材料压制而成。

通过设置上述柔性轮面7，可以提高车轮在行进时的平稳性，使得车轮转动的更加平顺，通过柔性轮面，弥补了相邻的两个可折叠轮辐之间的间隙，避免行进过程中泥沙或其他杂物通过两个可折叠轮辐3之间与地面之间的间隙进入到外侧轮毂1与内侧轮毂2内部。同时，由于柔性轮面7具有一定的韧性，可以很好的缓冲两个可折叠轮辐3之间的间隙与路面之间的碰撞，对可折叠轮辐3的边缘起到保护作用。同时柔性轮面7的良好韧性也可以对车轮行进过程起到弹性缓冲作用。

如图3所示，为了保持可折叠轮辐3的承载力，提高两个连接辐板302在行进过程中的稳定性，伸缩轴4的外表面沿圆周方向均匀的布设有多个托架8，托架8固定在套筒401的外壁上，托架8的数量与可折叠轮辐3的数量一致，当伸缩轴4处于最大行程时两个连接辐板302的铰接端正好位于托架8上。可折叠轮辐3和托架8的数量不受限制，可以为8个、12个、16个、20个或者更多，托架8的作用是在车轮行进时，对两个连接辐板302提供一定的支撑力，进而提高可折叠轮辐3的承载力。显而易见地，本发明中的可折叠轮辐3的数量越多则本发明的车轮在行进过程中的平顺性更好，至于可折叠轮辐3的数量选择可以根据实际使用场景进行选择，而且本发明在相邻的两个可折叠轮辐3之间设置的柔性轮面7也已经在一定程度上弥补了两个可折叠轮辐3之间存在连接间隙的缺陷，使得本发明的车轮不仅具有良好越障能力还具有较好的通行平顺性。

如图10所示，为了提高伸缩杆402与套筒401之间的连接稳定性，在套筒401的内壁开设有四个矩形槽9，矩形槽9沿套筒401的长度方向设置，且四个矩形槽9在套筒401上沿圆周方向均匀设置，伸缩杆402的外表面一体成型有四个与矩形槽9配合使用的矩形长条10，伸缩杆402通过矩形长条10和矩形槽9的配合与套筒401插接连接。通过矩形槽9和矩形长条10的配合，可以使得伸缩杆402在套筒401内进行伸缩运动时保持伸缩杆402与套筒401之间的稳定性，避免伸缩杆与套筒之间产生相对旋转影响稳定性。

如图3所示，为了进一步提高伸缩轴402与套筒401之间的稳定性，在与伸缩杆4021连接的外侧轮毂1的内侧设有固定环11，固定环11与伸缩杆402同心设置，固定环11的内径等于套筒401的外径。当伸缩杆402与套筒401收缩到最小行程时，套筒401可以插接到固定环11内，通过固定环11和套筒401的配合进一步提高外侧轮毂1和内侧轮毂2的稳定性。

本装置在工作时，可以根据实际需要选择车轮的直径为最大值或最小值，然后进行使用：

当采用本发明车轮的小型无人车或机器人需要通过低矮空间时，选择车轮最小直径模式，此时，控制电动伸缩轴伸长到最大行程，伸缩杆402向套筒401外移动伸缩杆402伸长，与此同时，内侧轮毂2和外侧轮毂1的相对距离变大，直到伸缩杆402完成伸出时，外侧轮毂1和内侧轮毂2在电动伸缩轴的带动下两者之间呈最大距离，在此过程中，可折叠轮辐3中的L型辐板301的长连杆3011转动到与外侧轮毂1(或内侧轮毂2)的轴线方向呈平行状态，而两个呈V型结构铰接连接的连接辐板302也呈完全折叠状态，由外侧轮毂1(或内侧轮毂2)与可折叠轮辐3组成的车轮结构直径处于最小值，而由内侧轮毂2和外侧轮毂1组成的车轮宽度为最大值。此车轮能将外侧轮毂1和内侧轮毂2之间的宽度调节至最大，保证车轮整体宽度较大，而车轮整体直径较小，较小直径的车轮可以降低机器人或小型无人车的高度，使采用此种车轮的小型无人车或机器人能够顺利的通过低矮空间，提高其小空间可通过能力。同时，此状态下的车轮与地面的接触面积较大，可以在松软路面等路况中使用，进一步提升了车轮的路况适应能力。

当采用本发明车轮的小型无人车或机器人需要良好的越障能力，需要通过起伏不平、崎岖路面时，选择车轮最大直径模式，此时，控制电动伸缩轴收缩到最小行程，外侧轮毂1和内侧轮毂2在电动伸缩轴的带动下两者之间呈最小距离，在此过程中，L型辐板301的长连杆3011转动到与外侧轮毂1(或内侧轮毂2)的端面呈平行状态，而两个V型结构的连接辐板302也呈完全展开状态(两个连接辐板的夹角接近180°)，由外侧轮毂1(或内侧轮毂2)与可折叠轮辐3组成的车轮结构直径处于最大值，而由内侧轮毂2和外侧轮毂1组成的车轮宽度为最小值。此车轮能够将外侧轮毂1和内侧轮毂2之间的宽度调节至最小，保证车轮整体宽度较小，而车轮整体直径较大，可以有效的提高车轮在崎岖地面的通过能力，使采用此种车轮的小型无人车机器人能够具有较强的越障性能。

通过上述两种模式的转换，使得采用本发明车轮的无人车或机器人能够适应更为复杂的通行环境，可以根据障碍高度调整自身高度以翻越障碍物或穿越低矮空间。

上述实施例中提到的电动伸缩轴采用电动推杆结构，电动推杆由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成，电动推杆为本领域成熟的现有技术，在此不再赘述。

对于电动伸缩轴的控制，可以将电动伸缩轴的控制开关设置在外侧轮毂的一侧，通过手动控制方式实现对电动伸缩轴的控制，或者直接采用无线控制方式控制电动伸缩轴的伸缩控制。而当本发明的特种车轮应用到智能小型无人车或智能机器人上时，则通过无线控制方式控制电动伸缩轴的伸缩控制更为方便。而通过无线技术控制电动伸缩轴的启停控制也是本领域较为成熟的技术，本发明在此不再赘述。而电动伸缩轴的电源可以采用连接车辆或机器人的电源或采用专用蓄电池为其供电，这里本领域技术人员可以灵活的选用，在此不再赘述。

本发明安装于小型无人车或机器人的行走机构时，采用常用车轮的螺栓连接方式即可，通过螺栓将本发明的车轮与小型无人车或机器人的行走部进行连接，为了与对应的小型无人车或机器人的行走部进行连接，可以根据需要在内侧轮毂2上开设用于螺栓连接的安装孔(图中未示出)，此结构是本领域常用的技术手段，故此不再赘述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。