首先题主提供的图片都是全向轮。
万向轮是长这样的：
全向轮一般有两种。
一种叫全向轮（Omni wheel），如下图：
另一种叫麦克纳姆轮（Mecanum wheel）：
按照个人参加机器人竞赛的经验，麦轮的承重更大，与地面的摩擦力更大，不容易打滑。全向轮则更灵活快速。(以上只是经验之谈，更严谨的可以参考这里：
【学渣的自我修养】麦克纳姆轮浅谈 - Makeblock - 知乎专栏)
@湾流缺点几乎都说完了。但个人认为，全向轮可以改进的空间还很大，目前的确是只在机器人比赛上看过。
如下图所示的移动平台，是可以在不平坦和不干净的地方使用的。
补充：
1.关于上台阶，只要轮子大一点，上个小台阶不成问题。
2.全向轮结构是复杂，但是所有的转动部位都使用轴承，轴承的密封性还是不错的，沙子灰尘等还是可以忍受的。
最大的优点就是：同时使用3个或以上的全向轮可以实现任意方向的平移，可以进行任何复杂的弧线运动。
如下图几种安装方式：
三轮全向：
四轮全向：
四轮麦轮：
只要根据全向轮的特性和运动的分解合成就可以实现。
承重能力的话，看看我们比赛用的轮子的参数吧。
承重能力大小和轮子的大小正相关，以上所列的都是小轮子（汽车轮子一般是20寸）。
如果全向轮做到了20寸，承重能力还是相当可观的。
而且承重能力也和使用材料，机械设计和加工精度有关。
可以肯定的是，承重能力肯定不会差的。
对于适用范围，个人认为目前用于消费领域的可能性还是不大，至少在汽车上使用还是比较不现实的，虽然技术上难度应该不大。首先全向平移的操作方式不好设计，对于普通人来说，也不好驾驭。而且使用了全向轮的汽车，自由度变大。自由度大了，事故的概率也就更大。
用于无人汽车倒是个不错的选择。
总之，个人认为，全向轮适合应用于全自动操作的场景。