三面空间自由运动机及其空间道路系统
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目 录
概 述----------------------------------------------------------------------------------------------------3
1 功能及结构特征-------------------------------------------------------------------------------------4
1.1三面空间自由运动机-----------------------------------------------------------------------------4
1.2空间道路系统--------------------------------------------------------------------------------------5
1.3三面空间自由运动机及其空间道路系统-----------------------------------------------------5
2 与现有技术的区别----------------------------------------------------------------------------------6
2.1作为车辆与道路构成的交通运载系统与现有技术的区别--------------------------------6
2.2作为二维空间运动机械与现有技术的区别--------------------------------------------------7
2.2.1二维空间运动机械的意义----------------------------------------------------------------------7
2.2.2现有二维空间运动机械的基本结构要素及功能特征-----------------------------------------7
2.2.3本项技木作为二维运动机械的结构要素及功能特征-----------------------------------------9
2.2.4功能特征差别对生产力的影响---------------------------------------------------------------10
2.2.5本项技术对二维运动机械发展的意义-------------------------------------------------------12
3 应用举例及应用前景----------------------------------------------------------------------------13
3.1电梯类城市空间交通工具---------------------------------------------------------------------13
3.2立体停车设施------------------------------------------------------------------------------------16
3.3物流设备与设施---------------------------------------------------------------------------------17
3.4机器人行走运动部件---------------------------------------------------------------------------18
3.5生产加工机器的应用---------------------------------------------------------------------------19
4 价值及意义------------------------------------------------------------------------------------------20
4.1对城市发展的意义------------------------------------------------------------------------------20
4.2对提高社会生产力的作用---------------------------------------------------------------------21
4.3在科学、技术、应用方面的研究意义------------------------------------------------------22
4.4在产业商业上的潜在开发价值---------------------------------------------------------------23
附 录--------------------------------------------------------------------------------------23
附1：有关情况介绍-----------------------------------------------------------------------23
附2：样机照片----------------------------------------------------------------------------24
样机照片--------------------------------------------------------------------24
样机照片--------------------------------------------------------------------25
样机照片-------------------------------------------------------------------25
附3： 样机运动录像----------------------------------------------------------------------
概 述
让汽车沿着垂直的道路向天空方向自由行驶（靠左、靠右或超越前面的车辆），让汽车沿着屋顶面的道路以悬挂的姿态自由行驶，让汽车能在地面道路、垂直道路、屋顶面的道路之间自由行驶，这就是本项发明（三面空间自由运动机及其空间道路系统）能够做到的事情。
本项发明的自由运动机是一种类似汽车的自行式运动机械，是一种能够在普通地面道路上行驶的二维运动机械（类似汽车），又是一种能在特定的二维轨道上行驶的二维轮轨运动机械。当它在特定的二维轨道上行驶时，是一种可以不受重力及摩擦力这两个物理条件约束的自行式运动机械，即可以在垂直道路、倾斜道路、以及可以以悬挂的姿态在屋顶面的道路上自由行驶。
本项发明的空间道路系统是一种由二维道路（具有一定的路面宽度，允许两辆以上自由运动机交叉交错通过的道路）构建的道路系统；是一种能将水平方向、垂直方向、屋顶面方向的道路联结起来构成的道路系统；是一种将多个平面、多个层面、多个相互垂直面的道路（主要是由二维轨道构成的道路）相互联接起来，构成的一种具有三维特征的、具有网络结构的立体空间道路系统。
本项发明（三面空间自由运动机及其空间道路系统）所构建的立体空间交通运载系统，可能会对城市的发展（包括城市建筑的结构形态的发展，甚至对城市的结构形态的发展）产生重大而深远的影响。
* * *
本项技术的基础部分是一种二维空间运动机械。二维空间运动是一种最基础的机械运动，是一种在机械技术中最广泛应用的机械运动，也是众多机械的基础运动平台。这种基础运动平台的运动能力，对机器设备完成目标任务的能力（生产能力）有着重大的影响。
本项技术的二维空间运动机械与现有技术的二维空间运动机械，具有不同的工作原理、不同的结构要素、不同的功能特征、不同的运动能力。这些不同的功能特征、不同的运动能力，以及它们对完成目标任务能力的影响主要表现在如下方面。
A.在同一作业空间及同一时间：现有技术只能执行一个目标任务，本项技术能执行多个目标任务，因而本项技术能大幅度提高产量的生产能力。
B.运动空间的形状即作业空间的形状：现有技术为有形（固定的形状），本项技术为无形（可以为任何形状），从而本项技术能大幅度提高适应作业环境的生产能力。
C.运动空间的范围即作业范围：现有技术为有限 （受多种条件限制在很小范围），本项技术为无限（可以根据需要自由延伸），从而本项技术能大幅度提高适应生产要求的生产能力。
D.运动能力：现有技术只能在单一面上运动，本项技术能在多重平面之间运动，还能在复杂面（曲面及交叉面）上运动，从而本项技术能大幅度提高完成复杂生产任务的生产能力。
以本项发明的二维空间运动机械为基础平台，能够构建出大量新的运动机械，这些运动机械具有如下的执行目标任务的能力：
1、很多现有技术不能执行的目标任务，在这种运动机械中能够执行，使很多现有的机械技术不能解决而又迫切需要解决的向题，在这种新的运动机械中能够得到解决。
2、很多在现有技术中需要通过复杂的方式，需要采用多种或者多台机器设备才能完成的目标任务，在这种新的运动机械中只需采用简单的方式，少量的机器设备就能完成同样的目标任务。
3、在执行相同的目标任务时，现有技术的生产机械已经很难提高生产力，而在这种新的运动机械中，生产力能够得到倍数量级的大幅度提高。
本项技术能够涉及到众多的技术领域及这些技术领域内的众多技术装备及生产作业机械。能够使这些生产工具的综合生产能力得到大幅度的提高，本项技术能对社会生产力的提高产生重大的作用。
1功能及结构特征
1.1三面空间自由运动机
这是一种类似汽车的自行式运动机械，是一种能够在普通地面道路上行驶的二维运动机械（类似汽车），又是一种能在特定的二维轨道上行驶的二维轮轨运动机械。
这是一种具有完全二维运动功能的运动机械，它能纵向行驶、横向行驶、也能按任意曲线行驶（汽车是一种不完全二维运动机械，它能按一定的曲线行驶，不能按任意曲线行驶，也不能横向行驶）。
这是一种可以不受重力及摩擦力限制的自行式运动机械。它与特定的二维轨道的运动联结方式，是通过形状与结构的刚性约束力、以搭卡或锁卡方式与二维轨道实现运动联接。当它在特定的二维轨道上行驶时，它能在垂直的道路上自由行驶，能在屋顶面的道路上以悬挂的姿态自由行驶。能在任意倾斜的道路上自由行驶，同时也能在平面二维轨道及曲面二维轨道之间自由行驶。
这是一种通过旋转运动实现行走的运动机械，是一种具有高速度行驶能力的运动机械，同时也是一种具有承载大负荷能力的运动机械，它不论在地面道路上行驶，或者在空间道路上行驶，它都具有高速度及高承载的能力。
这种运动机可分为几种主要结构类型，包括：地面道路型、垂直道路型、悬挂道路型、混合道路型等。混合道路型是可以在地面道路、垂直道路、悬挂道路之间自由行驶结构类型。
此外，这种运动机可以有大、小等类型，在一定范围内不论大型或小型，都可以在同一道路上行驶（不论是普通地面道路或者是由二维轨道构成的道路）。
自由运动机外形参看附录2照片，运动过程参看录像光盘。
1.2空间道路系统
这是专为本项技术的自由运动机设计的一种空间道路系统，是本项发明的另一重要组成部分，这种空间道路系统是一种立体的道路系统，是一种网络结构的道路系统。
这是一种以二维轨道为主体的轮轨道路系统，同时也可以是包含普通地面道路在内的混合式立体空间道路系统。
这种道路的基础结构是一种特殊结构的二维轨道，这种二维轨道可以是平面的、也可以是曲面的、同时也可以是平面与曲面相结合的。这种二维轨道是由若干特殊形状截面的轨条等间距固定在支撑体上构成，这是一种能使本发明的自由运动机依靠机械形状与结构的刚性约束力联结在一起的，并可以使运动机能在它的上面进行二维运动的二维轨道。参看图2-3图2-6及附录2照片。
这种空间道路系统，是将多个水平面上的二维轨道、多个垂直面上的二维轨道、多个悬挂面上的二维轨道、以及倾斜面二维轨道、曲面二维轨道相互联结起来，而构成具有三维结构的立体空间道路系统。这是一种能将不同位置、不同高度、不同层面、不同角度、不同形状的二维轨道联接在一起构成的立体空间道路系统。也是一种能将普通地面道路与本项技术的二维轮轨空间道路联接在一起的空间道路系统。本项发明中的混合型自由运动机能在这种道路系统中自由行驶，能够到达这种道路中的任何位置。
这是一种特别适合模块化建设的空间道路系统。只须采用几种二维轨道模块，就可以构建出不同使用要求，不同结构形态的空间道路。同时这种模块化结构特别适合道路的延伸扩展，模块化结构还有生产制造容易，造价低的优点。
1.3三面空间自由运动机及其空间道路系统
这是一种车辆（本发明的自由运动机）与道路构成的交通系统，是一种立体的空间交通系统。这是一种能让车辆在水平路面上自由行驶（靠左靠右或超越前面车辆），能让车辆在垂直的道路上向着天空方向自由行驶，能让车辆沿着屋顶面的道路以悬挂的姿态自由行驶，也能让车辆在倾斜面及弯曲面的道路上自由行驶的立体空间交通系统。
这是一种能让车辆在水平道路、垂直道路、悬挂道路、倾斜道路、曲面道路之间自由转换行驶的立体空间交通系统。
这是一种在同一路段上可以有多辆车交叉交错行驶的空间交通系统。是一种以二维道路面来构建的立体空间交通系统（以二维轮轨交通为主要部分）。
这是一种允许外形大小不同，载重量不同的车辆在同一道路上行驶的立体空间交通系统。
2与现有技术的区别
2.1作为车辆与道路交通运载系统与现有技术的区别
现有技术中车辆与道路构成的交通运载系统，主要有汽车与公路构成的交通系统及车辆与轨道构成的轮轨交通系统。
车辆与轨道结合构成的轮轨交通系统，虽然是具有高速度，承载重负荷能力，以及有实现垂直运载能力（如电梯等）但现有技术中，这种轮轨交通只是一维道路的运动系统，在一段道路上，车的运动轨迹是一条唯一的线。是一种在同一时间，同一路段内只允许一辆车通行，只能执行一个目标任务的运动系统。同时这是一种只能实现从一个固定站点到另一个固定站点的交通系统，是一种运载方便性受到很大限制的交通系统。此外现有技术中的轮轨道路构成的道路网络基本上是一种地面道路网络，虽然在轮轨交通中有电梯类垂直运动交通，但这种垂直交通基本上是各自独立的，是无法或者难以与地面的轮轨交通相联接，构成一个统一的交通系统。
汽车与公路构成的交通运载系统是一种高效、快速，方便的交通运载系统。汽车具有一定范围的二维运动能力，公路是具有一定宽度的二维路面，在一段公路内可以允许多辆汽车行驶，可以允许这些车辆交叉交错地行驶。可以允许大小不同的车辆行驶。 这是一种在同一路段内可以同时执行多个目标任务的交通系统。汽车能在最接近装御需要的地方停靠，具有最大的运载方便性。就地面交通来说，汽车与公路构成的交通系统是比轮轨交通系统功能更强大的交通系统。
汽车是依靠重力保持与地面的接触，又依靠摩擦力保持着它在地面上的位置，包括运动中的位置及停止时的位置。汽车与公路构成的交通运载系统是依靠重力及摩擦力这两个物理条件建立的运动系统，是受到这两个物理条件约束及限制的运动系统。重力是一种有固定方向的力，汽车与公路构成的交通运载系统是建立在重力方向允许范围内的一种运动系统。是一种建立在地平面或接近地平面的运动系统，公路网络是一种由二维路面构成的水平面的二维道路网络，汽车与公路构成的交通运载系统只能是水平的二维交通运载系统。
本项技术中车辆与道路的联接联系主要是通过机械形状及结构的刚性约束力来实现的，主要是通过这种刚性约束力来实现车（自由运动机）与路（二维轨道）的接触，也是主要是通过这种刚性约束力来保持车辆在路面上的位置（包括运动中的位置及停止时的位置），甚至可以完全通过这种刚性约束力来保持车辆与路面的接触及保持车辆在路面上的位置。这种联接联系可以不受重力与摩擦力的约束及限制。排除了重力及摩擦力这两个物理条件的约束，排除了受重力方向的约束与限制。本项技术的车与路构成的交通系统可以在地面自由延伸，也可以向天空方向自由延伸。
本项技术的基础部分是一种全新原理及全新结构的二维轮轨运动机械，其中的运动机是一种具有完全二维运动功能的运动机械，它能按任意曲线行驶，其中的二维轨道是具有二维宽度的轨道，是可以让运动机在上面进行二维运动的轨道，这些特点使自由运动机能方便从水平道路转入到垂直路行驶，从垂直道路转入到悬挂道路行驶。这就使水平道路与垂直道路能够相互联接，使垂直道路与悬挂面道路能够相互联接，这种道路系统能将多个平面、多个层面、多个相互垂直（90度交角）面的道路相互联接起来，构成一种三维特征的立体空间道路系统，从而构成一种立体空间交通运载系统。
本项技术的三维立体空间交通运载系统，保持了汽车与公路交通系统的功能特点，可以实现在一段道路内允许多辆车行驶；可以允许这些车辆交叉交错地行驶；可以允许大小不同的车辆行驶；可从在同一路段内同时执行多个目标任务；能在最方便装御需要的地方停靠。此外现有技术的汽车是一种不完全二维运动功能机械，它能按一定的曲线行驶，不能按任意曲线行驶，也不能横向行驶。它在转变行驶方向时需要一定的转弯半径，这大大的影响它的行驶灵活性及停靠方便性。而行驶灵活性及停靠方便性是汽车一项最重要的使用需要。本项技术的运动机是一种具有完全二维运动功能的运动机械，它能纵向行驶、横向行驶、也能按任意曲线行驶，它比汽车具有更大的行驶灵活性及停靠方便性。
本项技术作为车辆与道路构成的交通运载系统，是一种以轮轨交通为主体的交通，它还保持了轮轨交通具有的高速度，能承载重负荷的能力。
本项技术将现有轮轨交通技术中车辆及轨道的一维运动方式，在本项技术中以二维方式得到实现；将现有轮轨交通网络的地面二维形态，在本项技术中以三维立体的形态得到实现；同时也将地面二维空间中的汽车与公路交通优势，在本项技术中以三维立体空间交通系统的方式得到实现。
2.2作为二维空间运动机械与现有技术的区别
2.2.1二维空间运动机械的意义
二维空间运动机械是用来改变目标物体在二维空间位置的运动机械，它主要是利用构件的形状及构件之间的连接方式来控制约束目标物体运动的机械，是一种可以不受重力方向限制的运动机械。
二维运动是一种基础的机械运动，是众多生产加工机械的基础运动部分，也是众多三维及多维（多轴）生产加工机械的基础运动部分，是众多机械中的重要运动组成部分。二维运动机械的功能、性能及结构特征对很多生产，加工作业机械的生产能力（完成产量的能力及完成多种作业任务的能力）有着巨大的影响。二维运动机械的技术进步，将会对众多生产加工作业机械的技术进步产生重大影响。
2.2.2现有二维空间运动机械的基本结构要素及功能特征
图2—1 及图2—2示出了现有技术中两种典型二维运动机械的结构示意图
2—1中的二维运动机械，由支撑件1(机架)，固定联接件2(直线导轨a)，中间运动件3(直线导轨b)目标运动件4(用来联接、夹持、装载目标物体的运动件，是与目标物体没有相对运动的构件)构成。这种二维运动机械是采用两个互为90度的一维直线运动的合成来使目标运动件实现二维运动的。
图2—2中的二维运动机械，由支撑件1(机架)，固定联接件2(转轴)，中间运动件3(直线导轨)，目标运动件4构成。 这种二维运动机械是采用一个旋转运动与一个一维直线运动的合成来使目标运动件实现二维运动的。
在这类二维运动机械中，目标运动件4是通过中间运动件3，固定联接件2来与支撑件1（机架）相联系的。 是通过中间运件3的运动及作用来控制约束目标运动件4与支撑件1（机架）的相对位置的。
机架1，固定连接件2，中间运动件3，目标运动件4，这四项结构要素是现有二维空间运动机械必须具有的基本结构要素。
这种二维运动机械具有如下特点
1、在运动作业时，中间运动件与目标运动件一起占用全部作业空间，在这一空间内不能有两或两个以上的目标运动件交叉交错作业，即只能执行一个目标任务，这是一种只能执行一个目标任务的二维运动机械。
2、这种二维运动机械作业空间的形状是由结构决定的，是一种固定的形状。 图2—1 及图2—2中两种二维运动机械，作业空间分别为矩形及园形，它们不能通过形状的变化来适应作业空间，在其运动空间内不允许有障碍物存在，否则无法作业。这是一种作业空间形状受到限制的二维运动机械。
3、这种二维运动机械作业空间的延伸扩大能力，是受到中间运动件为主的构件限制的。要扩大作业空间，这些结构件都要随着增大，不仅是要增大长度、宽度及厚度也要同样增大，使机械的体积、重量大幅增加，这一方面使机械的造价大幅提高，另一方面运动能量大量消耗在机械本身的运动件上，这是很不经济的，因此这是一种作业范围扩大受到多方面制约的二维运动机械。
2.2.3本项技木作为二维运动机械的结构要素及功能特征
本项技术的基础部分是一种全新原理及全新结构的二维轮轨运动机械，这是一种可以完全通过机械形状及结构的刚性约束力来实现运动机与二维轨道之间的运动联接的。这种运动联接是可以完全不受重力方向及摩擦力限制的，另外运动机与二维轨道之间可以具有强大的位置保持力（包括运动中及静止时），这种保持力可以远远超过运动机自身的重量，因此本项技术可以成为部分生产加工类作业机械的二维运动部件。
图2-3示出了本项技术的二维运动机械的结构示意图，它由机架1，固定联接件2，(二维轨道)及目标运动件3三部分组成(虽然在目标运动件中还有多种构件，但它们构成一个整体的目标运动部件)。在本项技术中，目标运动件不是通过中间运动件来实现与机架的联接，而是由目标运动件（目标运动体）直接与机架实现运动联接。（机架与固定连接件之间无运动联接可以看为一个整体）
机架1、固定连接件2及目标运动件3这三项结构要素是本项技术的二维空间运动机械的基本结构要素。它消除了中间运动件，也消除了中间运动件对目标运动件的运动限制与制约。
本项技术的二维运动机械具有如下功能特征：
A、由于没有中间运动件的存在，除目标运动体外，没有其它构件占据作业空间，因此在同一作业范围（空间）内可以同时有两个或两个以上的目标运动体（自由运动机），进行交叉交错的作业，可以同时执行多个目标任务。本项技术是一种可以执行多个目标任务的二维运动机械。
B、由于没有中间运动件的存在，作业空间的形状不受中间运动件的限制，可以为任何形状。作业空间内有障碍物存在时，目标运动体可以绕行避开障碍物作业，这是一种作业空间形状不受限制的二维运动机械。
C、由于没有中间运动件的存在，本项技术的二维运动机械在扩大作业范围时，不出现中间运动件及相应构件的结构尺寸大幅度增加，而造成的成本大幅度增加，只出现机架的尺寸增加，而机架尺寸增大的成本与获得的效益是对称的。此外，在延伸扩大作业范围后运动机的单位能耗并不变化，因此本项技术是一种作业范围能够自由扩大延伸的二维运动机械。
D、本项技术作为二维空间运动机械，它不仅能在纯平面上实现二维运动，还能在曲面上实现二维运动，另外还能实现从X方向的平面转换到Y方向，转换到Z方向三个维度面上二维运动，以及还能实现多个层面之间的运动转换，它已经不是通常意义上的二维运动机械，它比现有二维空间运动机械具有更强大的空间运动能力。
2.2.4功能特征差别对生产力的影响
A、产量生产能力，是加工生产类作业机械的一项最重要的技术指标。执行目标任务的数量是影响这一技术指标的重要因素。在一定限制范围（即密度）内，作业目标数量的多少与产量能力接近正比例关系。现有技术的二维运动机械（包括以二维运动为主要运动，以及在二维运动上构建的三维及多维（多轴）运动的生产作业机械）在同一空间同一时间内，只能执行一个目标任务。本项技术的二维运动机械，能在同一作业空间同一时间内，对两个或两个以上的目标任务进行交叉交错作业，完成两个及两个以上的作业任务，产量生产能力可以比现有技术提高两倍或两倍以上。
B、作业环境适应能力，是机械生产能力的另一个重要方面，作业空间的形状是对这一能力影响的重要因素，作业环境是多样的、也是多变的，固定的作业空间形状，也就限制了对这种多样及多变作业环境的适应能力，图2--4及图2—5示出了两种作业空间形状对作业能力影响的情况。
图2－4中呈转折形的生产车间内，一台梁式起重机不能实现对整个车间内的作业，而必须安装两台。图2—5的车间内有支撑梁柱，一台梁式起重机也不能实现对整个车间内的作业，也必须安装两台，需要两台机器的转接才能实现物品在整个车间内的吊运。
本项技术作为起重运动机械（悬挂式），不论车间形状（只要保证通过运送机及搬运物的宽度），只需一台吊运机就能实现全车间的吊运作业。见图2－6及图2－7所示。
这种作业空间形状不受限制的特征，可以使作业机械的数量大为减少，同时也提高了作业速度，这一特征也提高了机械的生产力，并降低设备成本及生产成本。
C、作业范围（空间）的大小也是衡量作业机械生产能力的一项技术指标，作业范围越大，适应生产要求的能力越强，现有技术的二维运动机械（包括以二维运动为主要运动以及在二维运动上构建的三维及多维（多轴）运动的生产作业机械）作业范围的扩大延伸是受到多种条件限制的，对长距离或者大范围的作业任务，常常采用多台或多种作业机械衔接配合来完成，这要增加机器设备数量，延长作业时间，增大作业成本。本项技术的二维运动机械（包括以本项技术为基础平台的三维及多维生产作业机械）的作业范围能够自由扩大延伸，因此比现有技术具有更强大的生产能力。
D、完成复杂生产任务的能力，也是体现生产作业机械生产能力的一个方面。现有技术的二维运动机械。只能实现一个面的二维运动，本项技术的二维运动机械可以实现多个平面（交叉平面，由交叉平面联结的层面）以及曲面上的二维运动，本项技术的二维运动机械（包括以本项技术为基础平台的三维及多维生产作业机械）会具有更强大的完成复杂生产任务的能力。
本项技术作为二维运动机械，它与现有技术的二维运动机械具有不同的工作原理，不同的结构要素，不同的功能特征，这些不同的功能特征对生产能力的提高产生着重大的影响。
本项技术的出现使二维运动机械：
A、从只能实现对单个目标作业的方式，进入到可以同时对多个目标作业的方式，从而能大幅度的提高产量的生产能力。
B、从有形（固定形状）的作业空间，变为无形（可以为任何形状）的作业空间，从而能大幅度的提高适应作业环境的生产能力。
C、使作业范围从难以扩大延伸的状态，转变到作业空间可以自由扩大延伸的状态，从而能大幅度的提高适应生产要求的生产能力。
D、从单一平面二维运动，进入到能在多重平面及复杂面（曲面及交叉面）的运动，从而能大幅度的提高完成复杂生产任务的生产能力。
本项技术使二维运动机械影响生产能力的关键因素，有了重大的根本性的改变，能使生产能力得到大幅度的提高，这种提高幅度，不是百分量的提高幅度，而能够是倍数量的提高幅度。
二维运动机械是多种生产作业机械的基础运动平台，是对生产能力有重大影响关键部分。本项技术的出现能为生产作业机械的发展提供一种生产能力更为强大的基础运动平台。
3、应用举例及应用前景
3.1电梯类城市空间交通工具
电梯技术是解决垂直方向升降运载作业的技术。是目前支撑城市向空中延伸的科学技术，电梯是城市建筑中的一个极其重要的部分，如果没有电梯，也就没有今天城市的高楼大厦。电梯技术是影响城市发展，影响城市工作及生活，影响城市建筑的结构形态的技术。另外电梯技术也是影响采矿，物流等工业生产的技术。
现有技术中的电梯，主要有垂直升降运动的井式结构电梯及倾斜运动的履带型手扶式电梯。它们都是单一运动线路的一维空间运动机械。其中手扶式电梯，是用于低层建筑内，只用于载人的电梯，是一种只能低速运行的电梯。井式结构电梯是载人及载物两用型电梯，是具有高速运载能力的电梯，是高层建筑内最主要的电梯。
井式结构电梯在一个电梯井道内只有一个电梯轿厢通过往复升降运动进行运载作业，是一种只能执行一个目标任务的运动机械。在电梯运行速度不变的情况下，楼层越高，则等待时间越长，单位时间内的运载量越少，其运载能力与运载距离成反比关系。等待电梯的烦恼已成为进出高层建筑的普遍问题。此外这种电梯只是单一的井式结构形态，单一的运行线路，不能更好的满足使用方便的要求，也不能更好的满足建筑结构及建筑形态发展的要求。图3—1示出了这种电梯的结构及运动示意图。
本项技术作为电梯产品，是一种二维空间运动的电梯，是由二维轨道与具有完全二维运动能力的自行式轿厢结合构成的电梯。是一种在同一电梯通道内可以有多个轿厢循环运载作业，交叉交错作业，在同一时间内可以执行多个目标任务的，以垂直方向为主同时可以兼顾其它方向的交通工具。这是一种可以有多种结构形态，多种运行线路，能满足多种使用要求的电梯。图3—2、图3—3、图3—4，是本项技术的几种电梯的结构及运动示意图。
图3—2中的电梯在一个通道中多个轿厢按一条环形线路运行，如图中箭头线所示，在前面轿厢停止时，后面的轿厢可以绕行超越前面的轿厢，与汽车在公路上的运动方式相同。这种结构形式及运行方式的电梯，比现有技术的电梯在占据同样空间时，运载能力能大幅度提高。这种电梯的运载能力与运行速度及轿厢密度相关，当楼房增高，运行距离增长时，电梯的运行速度可以不变，只需增加轿厢的数量，就可以保持相同的运载能力，解决了建筑向高空延伸受到的限制。这种电梯能够实现无论建筑的高度，等待电梯的时间都相同。
图3—3 中楼房A的电梯与楼房B中电梯可以通过中间通道相连，乘员可以从楼A到达楼B或从楼B到达楼A，电梯运行以垂直方向为主同时可以兼顾其它方向，提高了乘员的方便性。如果楼A楼B出现运载忙闲差异，可以调度轿厢调节运载要求，这种能够分散或集中的作业能够提高运载效率。提高设备使用率。
图3—4所示的电梯是沿着建筑物曲面外壁运行的电梯，这是利用本项技术具有的曲面二维运动功能来设计的一种电梯，电梯的曲面二维轨道是固定在每个楼层的边沿上，从外观上不易发现轨道的存在，轨道与建筑融为一体。这种电梯能以垂直、水平、倾斜等任意曲线在建筑外表面上进行运载作业。这种电梯能够有多个进入位置，有很多到达位置，能够最大限度满足运载方便性的要求。
本项技术的电梯与现有技术的电梯有如下区别：
A、在一条运行线路上，现有技术的电梯只能有一个轿厢以往复方式运行，本项技术的电梯能够有两个或两个以上的轿厢以环形连续等线路运行，能够大幅度提高运载能力。
B、现有技术电梯的运载能力（单位时间运载量）是与运载距离（楼层高度）成反比关系，提高运载能力的唯一途径是提高运行速度。本项技术的电梯可以通过提高运行速度或者增加轿厢数量两种途径来提高运载能力。运载能力可以不受距离（建筑高度）的影响，消除了建筑向高度方向延伸所受到的限制。
C、现有技术的电梯只有垂直或单一的运行线路，人员与物资的流动基本上只有垂直方向的流动。本项技术的电梯可以有多种运行线路选择，除了垂直运行外还可以兼顾水平运载，倾斜运载等要求，人员与物资的流动可以是全方向的流动，提高了使用的方便性。
D、现有技术的电梯只能独立运行，电梯与电梯之间没有运载的关联。本项技术的电梯，电梯与电梯之间可以有运行通道互通互联，形成网络，电梯轿厢可以调度使用，能提高运载效率及提高设备的利用率。
E、现有技术的高层电梯，只是单一的井式结构形态。本项技术的电梯。可以有多种结构形态，能更好的满足使用要求，也能为建筑的结构形态发展提供广阔的空间。
现有技术的电梯是一维空间运动机械，它的功能特征及结构形态都由一维空间的运动方式所决定。随着城市建筑越来越高，对电梯的运行速度也要求越高，提高运行速度的技术难度越来越大，成本也越来越高。一维运动的局限性已使现有的电梯技术发展越来越艰难，每一点技术进步都要付出很高的成本。并且很多运载要求，是不能在一维空间中解决的，电梯技术在一维空间内是难以有重大的发展。
本项技术的电梯是一种二维空间运动机械，它给予了电梯在二维空间的运动自由，对电梯发展的众多要求也只能在二维空间中得到实现。电梯的运载能力，电梯的使用方便性，电梯结构形态对建筑发展的影响等问题，只有在二维运动空间中才能得到根本性的解决。本项技术为电梯的发展提供了一种能在二维空间（也可包括三维空间）发展的技术基础。这项基础技术能为电梯的发展开劈出一条全新的发展途径。
3.2立体停车设施
城市停车难的问题，是城市发展中凸现出来的一个问题，并且是越来越严重影响城市发展、越来越严重的影响人们的生活与工作的问题，是一个迫切需要解决的一个问题，世界很多国家的政府部门、科研机构、生产企业、都在为解决停车难这一问题而努力。解决停车难的研究课题，已经成为一门世界性的热门研究课题。
采用机械自动化立体停车方式，是解决停车难这一问题的主要途径。虽然已经有很多种类的立体停车技术及产品问世，并且也有很多产品正在为停车需要发挥作用，但总的说来，这些技术及产品在解决城市停车难的问题上所发挥的作用还是非常有限的。其根本原因在于：停车难的问题主要集中在车辆大量集中停放的场地，如机场，车站，大型商场，体育场馆，城市繁华地带等，这些地方需要大容量，高密度，存取速度快，存取方便的立体停车产品。而现有技术及产品不能满足这种停车要求。其中最关键的是不能满足快速存取车辆的要求，其次还有存取方便性等问题的存在。
大容量高密度的立体停车，必须采用立体仓储方式来实现。而要实现对大容量立体仓储物的快速存取，需要解决如下问题：
A、在一个存车库内同时对多辆车进行存取作业，即在同一作业空间，同一时间执行多个目标任务。
B、车辆的存取时间是随机性的，存取位置也是随机性的，这必然在车辆存取过程中的移动路线是交叉交错的，即在同一作业空间内，移动车辆的作业设备必须能够交叉交错的运动。
现有的机械自动化立体停车技术没有具备这些功能，现有的机械式立体停车技术是以现有的机械技术构建而成的，是由现有的机械运动单元组成的，现有的机械技术还不能构建出满足上述要求的技术构架，这就是现有机械化立体停车技术不能满足实际停车要求的主要原因。
本项技术的基本功能特征，正是上述大型及超大型立体停车库所需要的功能特征，采用本项技术设计的机械式立体停车库，能够满足大型及超大型立体停车库快速存取车辆，方便存取车辆等方面的要求，本项技术的发明人己经用本项技术设计出了立体停车库。这种立体停车库除了存取速度能够数倍高于现有技术外，还非常方便车辆的进入，驶出。此外整体结构也比现有技术简单，建造成本及运行成本也比现有技术大幅降低。
本项技术的基本功能特征，符合大型及超大型立体停车库所需要的功能特征，这项技术有可能成为解决城市停车困难问题的关键技术。通过这项技术有可能根本性的解决城市停车难的问题。此外这项技术还可使立体仓储技术出现重大进步。
3.3、物流设备与设施
物流产业是一个在全球发展迅速的新兴产业，物流产业已成为全球经济发展的主要热点和新的经济增长点。物流革命将是21世纪全球经济领域变革的基本内容之一，也是衡量一个国家生产力发展水平的重要标志。
物流的设施与设备，是实现物流的支撑，它保障了物流的实施和运作。正因为物流产业在现代经济中的重要作用，对物流的设施与设备的研究，也成为世界众多研究机构、众多企业的一项重要研究内容。
生产类物流的设施与设备是物流设施与设备中一个极为重要的部分，也是种类最多使用量最大的部分。现有技术中生产物流设备以及由它们构成的物流系统具有如下问题：
设备种类多，功能单一，作业范围小，物流系统结构复杂，效率低等。图3－5示出了一个最简单的生产物流过程。
图3—5中有生产车间A及生产车间B，车间上部各设有一台梁式起重机，加工件需要从车间A转到车间B，其过程是：梁式起重机a将加工件从工位吊升，移动到车间进口，再将工件下降装载到地面运载车5上，由地面运载车5通过地面运送到达车间B进口，再由梁式起重机b将工件吊升移动到加工位置，下降工件到加工位置，完成了一个物流过程。
这一物流过程是通过三次装卸过程，三次水平移动过程，使用了三套设备来完成的。
采用本项技术设计的物流设备及由它们构成的物流系统，具有设备种类少，系统结构简单，效率高等持点。图3—6示出了实现上例物流要求的设备及过程。
图3—6中，起重机是由本项技术的自由运动机加上吊升工具构成的二维轨道起重机。在车间的上部固定有本项技术的二维轨道，两个车间之间设有连接通道，两个车间上的二维轨道通过连接通道而成为一个整体。起重机以悬挂姿态与二维轨道相联。其物流过程是：起重机从车间A上将加工件吊升移动，通过中间通道进入车间B内并移动到加工位置，将加工件下降卸除，完成了整个物流过程。
这一物流过程是通过一次装卸（一次装，一次卸）过程，一次水平移动过程，通过一套设备完成。
本项技术的自由运动机加上不同的工具能构成具有装卸、堆装、吊升、抬升、平移等多种功能的物流设备。这些设备与本项技术的二维轨道构成的物流系统，具有如下特点：
A、可以有多个设备在同一作业空间内交叉、交错作业，可以同时执行多个目标任务，可以有多条运动路线实现物品流动。
B、在同一作业空间内，可以有载重能力不同的大小设备交叉交错作业，分别执行体积重量不同的目标任务，减少大马拉小车类浪费。还可以实现多台设备联合作业，扩大设备的承载能力。
C、能将多个作业区联结在一起（包括不同层面上的作业区），构成立体的物流网络系统。
采用本项技术构建的物流糸统具有设备种类少，系统结构简单，生产力高等特点，本项技术将会对生产类物流的设施与设备的发展发挥重大的作用。
3.4机器人行走运动部件
机器人技术，是当今全世界最重要的发展中技术之一，机器人已在生活、生产等多个领域中发挥着越来越重要的作用，世界各国都把机器人的研究作为重大研究课题在争相研究。
本项技术所涉及到的大部分产品都是需要与现代自动化及智能化控制技术相结合的，这些产品是可列入机器人技术的范畴，但本项技术主要属于一种行走运动机械技术，它可以与多种机器人技术结合，成为更多机器人的组成部分。
行走运动部分是很多机器人的重要组成部分，对机器人行走能力的研究，是机器人技术中的一项重要研究内容。目前绝大多数的机器人行走空间是属于地面范围的空间，行走方式主要有轮式、履带式、步行式等。
本项技术中的自由运动机，其行走方式是一种具有轮式与履带式特征的行走方式，它具有在二维轨道上的行走能力，也具有在普通地面上的行走能力。
本项技术中的自由运动机，作为一种在普通地面上行走的运动机械，具有轮式与履带式特征的行走方式，具有完全的二维运动（能按任何曲线运动）能力，它不需要通过转向方式来改变运动路线，但需要时它也能够转向。它具有现有技术中轮式行走及履带式行走机械的共同优点，同时又具有更为强大的二维运动能力。它能为机器人在普通地面上的行走运动提供一种更好的技术。
现有技术中，机器人在垂直壁面上以及悬挂面的行走技术，主要采用真空吸附技术来实现，另外还有利用多微点粘附机理（壁虎脚粘附机理）来实现的报道，但这种机理尚属于理论研究阶段，还没有实用化的报道。真空吸附技术用于机器人的行走，尚未具备高速度及承载重负荷能力，这项技术尚不具有普遍的实用性。目前机器人在垂直壁面上以及悬挂面上的行走，还没有一种可供普遍使用的技术。
本项技术中的自由运动机与本项技术中的二维轨道所构成的运动机械，是一种不受重力方向限制的运动机械，这项技术能成为机器人的一种行走运动平台，能实现机器人在垂直壁面，悬挂面以及曲面上的行走。
本项技术除了能增强机器人在地面空间的行走能力之外，还能使机器人具有在三维空间中的行走运动能力，本项技术有可能成为机器人的，能够普遍应用的行走运动技术。
3.5生产加工机器的应用
本项技术中的自由运动机与本项技术中的二维轨道所构成的二维运动机械，是一种具有全新原理及全新结构要素的二维运动机械。它能够成为众多生产加工机械，包括三维及多维（多轴）生产加工机械的一种新的运动平台。从而构建出具有新功能特征的生产加工机器。
图3—7 及图3—8 示出了两种生产加工机器的结构示意图。
图3—7所示的是一种以二维运动为主要运动的加工机床。在床身1（机架）的上部安装有二维轨道2，轨道2下面安装有数个目标运动体3（自由运动机），目标运动体3上联结有加工机具4（如等离子切割机等），加工机具及目标运动体的工作电源由安装在二维轨道上的触滑线馈送（图中未标示），数个加工机具能随着目标运动体在二维轨道上交叉交错运动，同时进行加工作业。这种加工机械适合对大型或超大型工件的加工，能比现有技术大幅度提高生产能力。
图3—8 示出了一种曲面加工机床。床身1（机架）上装有曲面二维轨道2，二维轨道2上装有数个目标运体3（自由运动机），目标运动体3上联结有作业机具4（如焊接机，喷漆机等）。这种机床适合对具有曲面外型工件的加工作业，例如对船舶外壳的焊接，喷漆等。
采用本项技术能设计制造出比现有技术生产能力更大的生产加工机器， 能设计建造出更符合生产要求的结构形态的生产加工机器。
4、价值及意义
4.1对城市发展的意义
人口在不断地向着城市集中，世界人口城市化的发展，已成为社会发展的一种不可逆转的趋势。城市发展一方面是占地面积的扩大，另一方面是向高空的延伸（也包括向地下的延伸），城市的发展是一种立体空间化的发展。城市立体化发展，需要立体化的交通运载工具来实现人员与物资在这种立体空间中的流动。交通运载工具在立体空间中的运载能力的提高，以及运载方便性等方面的提高，是城市进一步发展的技术保障。
目前支撑城市高层建筑中人员与物资流动的交通运载工具，主要是一维运动的井式结构电梯，这是一种运载能力随建筑增高而减小的交通运载工具，这种一维井式电梯技术在制约着建筑向高度方向的发展，同时也不能满足运载方便性等多方面城市发展的需要。
本项技术能使电梯技术从目前的一维空间运动方式转变成二维空间运动方式，还可以将多个二维运动面构建成三维的运动空间，而使电梯实现三维空间的运动方式，使电梯技术能够发展成具有立体网络结构的立体空间的交通技术。本项技术也将汽车与公路交通系统所具有的运载能力大，运载方便性强的优势在本项技术的三维立体交通系统中得到实现；还将现有技术中轮轨交通系统所具有的高速度与重负载的技术优势在本项技术的三维立体交通系统中得到实现，由本项技术构建的三维立体交通技术，具有强大的空间运载能力，消除了建筑向度方向延伸所受到的限制，能满足使用方便性的需要，满足建筑结构形态发展需要，从而能为城市的发展提供一种强大的技术支撑。
城市停车难的问题，也是一个严重影响城市发展的问题，解决停车难问题的主要技术途径是采用大型及超大型的立体仓储式的，具有高速存取能力的，机械自动化的停车技术，现有技术不能构建出这种目标技术。
本项技术能够解决大型及超大型立体停车库（立体仓储）实现快速存取所需的功能要求，为解决城市停车难的问题，提供出一种有效的技术，城市停车难的问题有可能通过本项技术得到根本性的解决。
本项技术能构建出城市进一步发展对人员与物资流动要求的立体空间交通运载技术，也能构建出解决城市的停车难立体停车技术，能为城市的发展（包括对建筑的结构形态的发展，甚至对城市的结构形态发展）提供二种全新的技术支撑。本项技术有可能是一项会对城市发展产生重大而深远影响的技术。
4.2 对提高社会生产力的作用
生产机器、生产工具，是创造物质财富的装备，是社会生产力的最重要的组成部分。提高生产工具的生产能力，是科学技术在不断追求的目标。生产作业机械（包括直接的及间接的生产作业机械）生产能力的提高，涉及到社会财富的增长，涉及到经济实力的增长，因此提高生产工具的生产能力是世界众多国家、众多研究机构、众多企业的长期的研究课题，并且一直在为这些研究投入大量人力、物力及财力。
目前绝大部分的生产作业机械都是以机械技术为主体技术构成的。机械科学技术是一门古老的科学技术，也是一门很成熟的科学技术，有着很丰富的技术单元，如运动功能单元（机构），结构单元（标准件）等，生产机械的设计制造是以这些技术单元为元素而构建出来的，这些技术元素虽然也在随着科学技术的进步而进步，但很少有重大原理性的技术进步。目前绝大部分的生产作业机械的技术进步，主要表现在新材料的引用，制造工艺的进步，其它技术的融入，如现代控制技术、光电子技术、计算机技术等等。使生产作业机械的自动化水平越来越高，生产能力越来越强。但这种技术进步是受到机械技术制约的，是在机械运动能力极限范围内，向极限靠近的技术进步。是一种百分量幅度的技术进步。
本项技术是一种全新的机械运动平台。在这种运动平台上所构建的生产作业机械，具有：可以同时执行多个目标任务，而大幅度提高产量的生产能力；具有：无形（可以为任何形状）的作业空间，从而能大幅度提高适应作业环境的生产能力；具有：作业空间可以自由扩大延伸的能力，从而能大幅度提高适应生产要求的生产能力；具有：能在多重平面及复杂面（曲面及交叉面）的运动能力，从而能大幅度提高完成复杂生产任务的生产能力。
在这种新的基础运动平台上：能创造出新的，现有技术不能构建的生产作业机械，如能在复杂车间上空穿行的悬挂式起重机，二维运动电梯等等；能构建出现有技术不能实现但又迫切需要的作业设施，如具有快速存取能力的大型及超大型仓储式立体停车库等等。能构建出生产能力比现有技术大幅度提高的生产机械，如具有两个以上加工机具，可同时对一个工件的多个部位加工作业的机床等等。
二维运动机械是多种生产作业机械的基础运动机械。本项技术的实质部分是一种二维空间运动机械，是一种与现有二维空间运动机械具有不同工作原理，不同的结构要素的二维空间运动机械，它能成为众多生产作业机械新的基础运动平台，在这种运动平台上所构建的生产作业机械，在功能特征上，在生产能力上以及结构形态上都出现了根本性的变化，这种变化是使综合生产能力得到倍数量提高的根本性的变化。这种变化能够涉及到众多的技术领域及这些技术领域内的众多生产作业机械。本项技术可能会对社会生产力的提高产生重大的作用。
4.3、在科学、技术、应用方面的研究意义
二维空间运动，是机械技术中普遍涉及到的一种基础性的运动。现有技术的二维空间运动，是通过中间运动件来实现的，这是一种间接方式的二维运动，是一种运动能力受到多种制约的二维运动，本项技术所实现的二维空间运动，是一种直接方式的二维运动，是一种运动能力受到的制约条件大为减少的二维运动，本项发明大大的拓宽了二维空间运动机械的运动能力，为机械技术开劈了一个新的发展空间。这是一个能使大量新的运动机械，如能在三维空间中运动的交通工具，在曲面上运动的机械等等得以诞生的空间；这是一个能使二维空间运动机械的运动能力，获得新的运动极限范围，从而使生产作业机械的生产能力能够获得从百分量级到倍数量级提高的空间；这是一个能对机械科学及机械技术的发展产生重大而深远影响的空间。
本项发明为城市的发展，为社会生产力的提高，开劈了一种全新的研究途径，提供了一种全新的研究视角。在这一研究途径及研究视角内将产生众多的研究对象及研究课题，从而能够形成一个新的研究系统，一个新的研究群集，形成一个新的科学技术研究领域，一个能对城市发展，能对社会生产力提高产生重大而深远影响的科学技术研究领域。
以本项技术为基点，以本项技术为主线，融入现有科学技术，如现有机械技术，现代控制技术，光电子技术、计算机技术等等，能够产生大量新知识，新技术，新产品，新专利。本项技术是一项能够成为知识源，技术源，产品源，专利源的基础技术。
本项技术是一项能够对城市发展，能够对社会生产力的提高产生重大而深远影响，而具有重大研究价值的研究项目。是一项在科学层面，技术层面，应用层面，都具有重大研究价值的研究项目。
4.4 在产业商业上的潜在开发价值
本项技术在产业，商业上具有巨大的潜在开发价值。
附 录
附 1：有关情况介绍
1、能够在垂直壁面及悬挂面以二维方式运动的自行式轮轨运动机械，目前未发现有研究成功的报道。
2、能够在垂直壁面及悬挂面以二维方式运动的机械：己经有利用真空吸附方式的研究及应用的报道，另外还有利用多微点粘附机理（壁虎脚粘附机理）方式的研究报道。
3、在地面道路上，能够转向行驶又能横向行驶的车辆类自行式运动机械，已经有研究成功的报道以及有商品的报道。如2008年日本东京汽车展，曰产公司展出了能转向行驶又能横向行驶的汽车；2006年11月4日东方日报专讯：香港中文大学研发出全球首部四轮转向的汽车----------使汽车可以横行。
项目视频请进入：v.youku.com/v_show/id_XNzYwNjI1MjA=.html
编辑/发表时间：2008-12-12 15:23