RU2667224C2 - Method for providing possibility of riding on roller skates with single roller - Google Patents

Abstract

FIELD: sports equipment.

SUBSTANCE: way to ensure the possibility of riding on roller skates with a single roller. Patent makes it possible to build roller skates with an intelligent power drive having only one roller on the shoe. Method of maintaining equilibrium on such skates assumes the creation in each roller of an artificial axial moment of inertia, which counteracts a rapid change in the speed of the roller. This moment allows the roller to avoid spontaneous rolling out of the ridge from under the center of gravity of the body. Skater receives support and the ability to ensure exchange rate equilibrium. Another feature of the method is the ability to maintain a new roller speed, which he receives the next time he touches the asphalt. This allows one to quickly gain and quench speed and use the usual techniques of riding on traditional “ice” skates. System provides for energy recovery during rollers maneuvers, this is realized when using a processor, a special power circuit, a storage capacitor and a battery. One-roller construction allows to eliminate the main disadvantage of roller skates, their braking on a curvilinear trajectory and to approximate the sensations during their operation to skating on ice skates. Formula for the method and the device for its implementation contains 19 points. Invention relates to the field of consumer goods and can be used as sports equipment for outdoor activities and fitness.

EFFECT: product is highly technological, uses a large share of the software and hardware product, it is assumed that there is a significant interest in the device on the world market.

7 cl, 3 dwg

Description

Способ обеспечения возможности езды на роликовых коньках с одним роликом и устройство для его реализации. Устройство, построенное в соответствии с предлагаемым способом удержания равновесия это, по сути, одно-роликовые коньки с интеллектуальным приводом. По уровню техники такое изделие будет содержать высокую долю программно-аппаратного продукта, а современные программно-аппаратные средства способны преобразовать старую привычную вещь в совершенно новый продукт, который оказывается востребованным на рынке.A method of providing the possibility of riding on roller skates with a single roller and a device for its implementation. A device constructed in accordance with the proposed method of maintaining equilibrium is, in fact, single-roller skates with intelligent drive. By the level of technology, such a product will contain a high proportion of software and hardware product, and modern software and hardware can transform an old familiar thing into a completely new product that is in demand on the market.

Изобретение относится к области изделий широкого потребления и может быть использовано как спортивный инвентарь для активного отдыха и занятий спортом и фитнесом.The invention relates to the field of consumer goods and can be used as sports equipment for outdoor activities and sports and fitness.

В соответствии с патентной формулой способ обеспечения возможности езды на роликовых коньках с одним роликом заключается в том, что ролику придается значительный осевой момент инерции, который препятствует быстрому выкатыванию нагруженного тяжестью конькобежца ролика из-под центра тяжести тела. Этот момент инерции создает для роллера виртуальную опору в курсовом направлении и позволяет сохранять равновесие и выполнять необходимые для езды маневры.In accordance with the patent formula, the method of providing the possibility of riding on roller skates with a single roller is that the roller is given a significant axial moment of inertia, which prevents the roller loaded with gravity from quickly rolling out from under the center of gravity of the body. This moment of inertia creates a virtual support for the roller in the directional direction and allows you to maintain balance and perform the necessary maneuvers for the ride.

Легкий ролик имеет очень небольшой естественный осевой момент инерции. Поэтому по предлагаемому способу необходимый осевой момент инерции создается искусственно с помощью активного привода, встроенного в ролик конька. Такой активный привод может быть реализован, например, на двигателе, в котором токи через обмотки взаимодействуют с постоянными магнитами. При этом создается усилие, противодействующее быстрому изменению угловой скорости ролика.The light roller has a very small natural axial moment of inertia. Therefore, according to the proposed method, the necessary axial moment of inertia is created artificially using an active drive built into the ridge roller. Such an active drive can be implemented, for example, on an engine in which currents through windings interact with permanent magnets. This creates a force that counteracts the rapid change in the angular velocity of the roller.

Такой активный привод управляется процессором по описанному в настоящей заявке алгоритму. Так при ускорении ролика вперед процессор дает команду на торможение привода. Т.е. ЭДС, возникающая в обмотках двигателя при движении в поле постоянных магнитов через открытые по команде процессора ключи, вызывает в обмотках ток, тормозящий вращение ролика. При этом кинетическая энергия движения конькобежца запасается в аккумуляторе или конденсаторе.Such an active drive is controlled by the processor according to the algorithm described in this application. So when accelerating the roller forward, the processor gives a command to brake the drive. Those. The EMF that occurs in the motor windings when moving in the field of permanent magnets through the keys opened by the processor command causes the current in the windings to inhibit the rotation of the roller. In this case, the kinetic energy of the skater's movement is stored in the battery or capacitor.

При замедлении ролика, напротив, процессор дает команду на ускорение привода. Т.е. через обмотки двигателя пропускаются токи в противоположном направлении, в результате чего создается усилие, противодействующее резкому замедлению ролика. При этом расходуется, в том числе, и запасенная ранее энергия. Поскольку процессор реагирует мгновенно, создается эффект искусственного осевого момента инерции ролика (как будто бы ролик изготовлен из массивного металлического диска).When the roller slows down, on the contrary, the processor gives a command to accelerate the drive. Those. currents are passed through the motor windings in the opposite direction, as a result of which a force is created that counteracts a sharp deceleration of the roller. In this case, the previously stored energy is also consumed. Since the processor responds instantly, the effect of an artificial axial moment of inertia of the roller is created (as if the roller were made of a massive metal disk).

Процессор в своих вычислениях использует информацию об изменении угловой скорости ролика. Такую информацию можно получить, анализируя ЭДС, возникающую на катушках или с помощью специального датчика, что описано в аппаратной части формулы. При ускорении ролика период поступающих импульсов сокращается, при замедлении ролика импульсы приходят реже. Также об изменении угловой скорости ролика можно судить по крутизне фронтов или по величине амплитуды импульсов.The processor in its calculations uses information about the change in the angular velocity of the roller. Such information can be obtained by analyzing the EMF arising on the coils or using a special sensor, which is described in the hardware of the formula. When the roller accelerates, the period of incoming pulses decreases, while the roller slows down, pulses come less often. Also, the change in the angular velocity of the roller can be judged by the steepness of the fronts or by the magnitude of the amplitude of the pulses.

Для полноценной и комфортной езды на таких коньках способ предусматривает еще и такое условие. После отрыва ролика от поверхности качения угловая скорость его не сохраняется. Фиксируется и стабилизируется новая угловая скорость, полученная роликом в момент соприкосновения его с поверхностью качения. Что это дает. Роллер может, например, оттолкнуться от равномерно движущейся опорной ноги под углом к направлению движения и перенести вес тела на другую ногу. При этом тело приобретает дополнительный импульс, а скорость движения увеличивается (так называемый, коньковый ход). Именно эта возросшая скорость будет зафиксирована процессором. Или возможно подпрыгнуть, развернуться на 180 градусов и продолжить движение в том же направлении задом. Можно использовать такую методику. Предварительно отклонившись назад, оторвать правую ногу от поверхности и коснуться ею асфальта, одновременно сдвигая ее назад и перенося на нее тяжесть тела. Левая нога при этом отрывается от опоры. Процессор будет поддерживать заданную вами меньшую скорость, тело пойдет вперед, компенсируя первоначальное отклонение. Энергия от этого замедления будет запасена в конденсаторе или аккумуляторе. Совершая этот маневр попеременно левой и правой ногами в достаточно быстром темпе можно эффективно сбросить скорость, не прибегая к экстренному торможению. Обратный процесс с наклоном вперед позволит разгоняться за счет аккумулятора, не утруждая себя необходимостью отталкиваться от опорной ноги.For a full and comfortable ride on such skates, the method also provides such a condition. After the roller is torn off the rolling surface, its angular velocity is not maintained. The new angular velocity obtained by the roller at the moment of its contact with the rolling surface is fixed and stabilized. What does it give. A scooter can, for example, push off from a uniformly moving supporting leg at an angle to the direction of movement and transfer body weight to the other leg. In this case, the body acquires an additional impulse, and the speed of movement increases (the so-called ridge course). It is this increased speed that will be recorded by the processor. Or it is possible to bounce, turn 180 degrees and continue moving in the same direction backwards. You can use this technique. Having previously deviated back, tear off the right leg from the surface and touch it with asphalt, while simultaneously shifting it back and transferring the weight of the body to it. The left leg is detached from the support. The processor will maintain your lower speed, the body will go forward, compensating for the initial deviation. The energy from this deceleration will be stored in a capacitor or battery. Performing this maneuver alternately left and right feet at a fairly fast pace, you can effectively slow down without resorting to emergency braking. The reverse process with an inclination forward allows you to accelerate due to the battery, without bothering yourself with the need to push off from the supporting leg.

Информацию об отрыве конька от поверхности качения процессор может получить, например, от датчика давления, располагающегося на конструкции конька. Поднимая ногу, конькобежец разгружает конек и сенсор давления или контактный микровыключатель, расположенный, например, под стелькой ботинка информирует процессор об этом событии.The processor can obtain information about the separation of the ridge from the rolling surface, for example, from a pressure sensor located on the ridge structure. Raising the leg, the skater unloads the skate and the pressure sensor or contact micro switch located, for example, under the insole of the boot informs the processor about this event.

Кроме функции подержания постоянства угловой скорости в целях сохранения равновесия процессор управляет разгоном и торможением конькобежца. Имеется в виду, прежде всего, экстренное торможение, инициируемое через задающее устройство, описываемое в аппаратной части формулы. Если аккумулятор имеет достаточную емкость, возможно реализовать также пассивное равномерное движение роллера или режим ускорения.In addition to maintaining a constant angular velocity in order to maintain balance, the processor controls the acceleration and braking of the skater. This refers, first of all, to emergency braking initiated through a master device described in the hardware of the formula. If the battery has sufficient capacity, it is also possible to realize passive uniform motion of the roller or acceleration mode.

Далее идет описание работы устройства по приведенным рисункам, (фиг. 1 - фиг. 3)The following is a description of the operation of the device according to the figures, (Fig. 1 - Fig. 3)

1 - роликовый конек1 - roller skate

2 - привод2 - drive

3 - ролик3 - roller

4 - ботинок4 - boot

5 - корпус5 - case

6 - подшипник6 - bearing

7 - постоянный магнит7 - permanent magnet

8 - обмотка8 - winding

9 - зубчатая передача9 - gear

10 - датчик давления10 - pressure sensor

11 - датчик угла поворота11 - angle sensor

12 - силовая схема12 - power circuit

13 - микропроцессор13 - microprocessor

14 - задающее устройство14 - master device

15 - накопительный конденсатор15 - storage capacitor

16 - аккумулятор16 - battery

17 - блок управления17 - control unit

Устройство, позволяющее реализовать способ обеспечения возможности езды на роликовых коньках с одним роликом, состоит из двух роликовых коньков (1) и связанного с ними блока управления (17). Коньки с блоком связаны жгутом, через который осуществляется обмен информацией и энергетические воздействия.A device that allows you to implement a method of providing the opportunity to ride on roller skates with a single roller, consists of two roller skates (1) and the associated control unit (17). Skates are connected to the block by a harness through which information is exchanged and energy influences.

Как видно из рисунка, роликовые коньки необычные, - на ботинках в раме закреплено всего по одному ролику (3). Непосредственно в ролик (3) - фиг. 1 справа или через зубчатую передачу (9) фиг. 1 слева встраивается активный привод (2). Привод представляет собой комбинацию из обмоток (8) (катушек), расположенных на неподвижной части конструкции и постоянных магнитов (7) на подвижной части конструкции. При повороте ролика в обмотках наводится ЭДС и, если цепь обмотки замкнута, через нее течет ток, поле которого взаимодействует с полем постоянных магнитов. Манипулируя величиной и направлением тока через обмотки можно затормаживать или ускорять ролик в соответствии с алгоритмом работы.As can be seen from the figure, roller skates are unusual - only one roller is fixed to the shoes in the frame (3). Directly to the roller (3) - FIG. 1 to the right or through the gear (9) of FIG. 1 the active drive (2) is integrated on the left. The drive is a combination of windings (8) (coils) located on the fixed part of the structure and permanent magnets (7) on the moving part of the structure. When the roller is turned in the windings, an EMF is induced and, if the winding circuit is closed, a current flows through it, the field of which interacts with the field of permanent magnets. By manipulating the magnitude and direction of the current through the windings, the roller can be braked or accelerated in accordance with the operation algorithm.

Кроме того, в корпус (5) роликового конька (!) встроен датчик угла поворота (ГГ), передающий информацию микропроцессору (13) о текущей угловой скорости ролика (3) и датчик давления (10), передающий информацию процессору (13) о текущем уровне давления на ролик (4). Именно этой информацией процессор руководствуется в своих вычислениях.In addition, a rotation angle sensor (GG) is integrated in the housing (5) of the roller ridge (!), Which transmits information to the microprocessor (13) about the current angular speed of the roller (3) and a pressure sensor (10) that transmits information to the processor (13) about the current pressure level on the roller (4). It is this information that the processor is guided in its calculations.

Активный привод (2) приводился в действие от силовой схемы (12). Эта схема манипулирует токами в обмотках (регулирует, коммутирует, усиливает), запасает энергию в накопительном конденсаторе (15) при затормаживании ролика.The active drive (2) was driven by a power circuit (12). This circuit manipulates the currents in the windings (regulates, commutes, amplifies), stores energy in the storage capacitor (15) when the roller is braked.

Силовая схема (12) управляется от микропроцессора (13), а энергию получает от накопительного конденсатора (15) и аккумулятора (16). Микропроцессор (13) запрограммирован по алгоритму, реализующему заявляемый способ.The power circuit (12) is controlled from the microprocessor (13), and receives energy from the storage capacitor (15) and the battery (16). The microprocessor (13) is programmed according to an algorithm that implements the inventive method.

Как видно из рисунка фиг. 3, по входам микропроцессор (13), получает информацию от датчика угла поворота (11), от датчика давления (10), задающего устройства (14), от накопительного конденсатора (15) и аккумулятора (16). Связь с накопительным конденсатором и аккумулятором позволяет процессору с помощью силовой схемы постоянно поддерживать на конденсаторе постоянный средней величины заряд, а при возможности подзаряжать аккумулятор. Накопительный конденсатор (15) имеет большую емкость, что позволяет оперативно обменивать кинетическую энергию движения роллера на электрическую энергию заряда конденсатора, а также осуществлять обратный процесс.As can be seen from the figure of FIG. 3, the microprocessor (13) receives information from the angle sensor (11), from the pressure sensor (10), the master device (14), from the storage capacitor (15) and the battery (16). Communication with the storage capacitor and the battery allows the processor using the power circuit to constantly maintain a constant average charge on the capacitor, and if possible recharge the battery. The storage capacitor (15) has a large capacity, which allows you to quickly exchange the kinetic energy of the movement of the roller for the electric energy of the charge of the capacitor, as well as to carry out the reverse process.

Задающее устройство (14)) позволяет вводить режим управления активным приводом (2), а именно уровень создаваемого осевого момента инерции, чувствительность датчика давления (10) и управлять режимом экстренного торможения. В зависимости от режима катания (прогулочный, тренировочный, экстремальный), в зависимости от опыта и навыков спортсмена через задающее устройство можно вводить уровень осевого момента инерции, т.е. величину сопротивления ролика к его ускорению или замедлению. При подаче команды на экстренное торможение кинетическая энергия движения спортсмена переводится в дополнительный заряд конденсатора, т.е. реализуется режим рекуперации.The master device (14)) allows you to enter the control mode of the active drive (2), namely the level of the created axial moment of inertia, the sensitivity of the pressure sensor (10) and control the emergency braking mode. Depending on the riding mode (walking, training, extreme), depending on the athlete’s experience and skills, the level of axial moment of inertia, i.e. the amount of resistance of the roller to its acceleration or deceleration. When an emergency braking command is issued, the kinetic energy of the athlete’s movement is transferred to an additional capacitor charge, i.e. The recovery mode is implemented.

Оперативное управление задающим устройством (14) может быть вынесено на ручной пульт или осуществляться через голосовой канал. В этом случае добавляется соответствующее аппаратное устройство - кнопочный пульт или ларингофонная приставка.Operational control of the master device (14) can be carried out on a hand-held remote control or through a voice channel. In this case, the corresponding hardware device is added - a keypad or laryngophone prefix.

Рассмотрим более подробно идеологию заявки. Роликовые коньки по своим потребительским качествам хуже традиционных (ледяных) коньков потому, что тормозят на криволинейной траектории. А можно их сделать лучше традиционных, достаточно поставить на ботинок всего один ролик. Но при этом возникает неудобство, - при малейшем отклонении точки касания роликом опоры от проекции центра тяжести возникает выталкивающая сила и конек стремительно выкатывается из-под конькобежца. Предлагаемый способ позволяет устранить этот недостаток. Как удержать равновесие на коньке с одним роликом? Нужно увеличить осевой момент инерции ролика. Представим себе вместо ролика массивный металлический вал. Чтобы раскрутить такой вал, нужно приложить значительную силу в течение довольно длительного времени. И наоборот, такой ролик-вал будет продолжать крутиться при тормозящем усилии, продвигая конек вперед. Удержание равновесия с такими роликами, если, конечно, абстрагироваться от их большого веса, не составит труда. Однако можно создать искусственный осевой момент инерции с помощью активного силового привода, вмонтированного в ролик конька. При попытке ролика ускориться силовой привод тормозит это ускорение, а возникающая при этом энергия запасается в конденсаторе. При замедлении ролика энергия конденсатора подается на силовой привод и ролик подталкивается вперед. Возникает полная аналогия большого осевого момента инерции ролика.Consider in more detail the ideology of the application. In terms of consumer qualities, roller skates are worse than traditional (ice) skates because they slow down on a curved path. And you can make them better than traditional ones, just put on the boot just one roller. But at the same time there is an inconvenience - at the slightest deviation of the point of contact by the roller of the support from the projection of the center of gravity, a buoyant force arises and the skate quickly rolls out from under the skater. The proposed method allows to eliminate this disadvantage. How to maintain balance on a skate with a single roller? It is necessary to increase the axial moment of inertia of the roller. Imagine a massive metal shaft instead of a roller. To untwist such a shaft, it is necessary to apply considerable force for a rather long time. Conversely, such a roller-shaft will continue to spin under braking force, moving the skate forward. Maintaining balance with such rollers, unless, of course, abstracted from their heavy weight, is not difficult. However, it is possible to create an artificial axial moment of inertia using an active power drive mounted in the ridge roller. When the roller tries to accelerate, the power drive slows down this acceleration, and the energy arising from this is stored in the capacitor. When the roller slows down, the capacitor energy is supplied to the power drive and the roller is pushed forward. There is a complete analogy to the large axial moment of inertia of the roller.

Другой важный принцип, заложенный в интеллектуальные коньки состоит в том, что при касании ролика конька опоры, он принимает и начинает сохранять ту скорость, которая была в момент касания. Это позволяет спортсмену и разгоняться и тормозить. Отталкиваясь одной ногой и перенося тяжесть на другую мы изменяем скорость движения. Кроме того, интеллектуальный привод позволяет запасать энергию при торможении и возвращать ее при разгоне. Это облегчает катание и делает его более легким и увлекательным. Аккумулятор дает дополнительные возможности для длительных прогулок.Another important principle embedded in intellectual skates is that when you touch the roller of the skate of the support, it accepts and begins to maintain the speed that was at the moment of contact. This allows the athlete to accelerate and slow down. Based on one foot and transferring the weight to the other, we change the speed of movement. In addition, an intelligent drive allows you to store energy during braking and return it during acceleration. This makes it easier to ride and makes it easier and more fun. The battery provides additional opportunities for long walks.

Искусственный осевой момент инерции имеет преимущество перед естественным: - его можно при необходимости регулировать или отключать. Если мы оторвали конек от земли и, шагнув, вновь коснулись поверхности уже с другой скоростью, ролик не противодействует, а принимает эту новую скорость и стабилизирует ее значительным осевым моментом инерции. Это дает новые тактические возможности роллеру. Можно, например, подпрыгнуть, развернуться на сто восемьдесят градусов и катиться дальше в том же направлении задом.The artificial axial moment of inertia has an advantage over the natural one: - it can be adjusted or disabled if necessary. If we tear off the horse from the ground and, having stepped, again touched the surface at a different speed, the roller does not counteract, but accepts this new speed and stabilizes it with a significant axial moment of inertia. This gives new tactical opportunities to the scooter. You can, for example, bounce, turn around one hundred and eighty degrees and roll further in the same direction backwards.

Силовой привод ролика осуществляется от силовой схемы, управляемой процессором. Если в конструкцию роликового конька встроить датчик давления, то информацию от этого датчика можно использовать для оперативного изменения величины и направления осевого момента инерции. Другой встроенный датчик анализирует скорость углового вращения ролика. Процессор, анализируя информацию этого датчика, с высокой точностью определяет ускорение или замедление ролика и дает команду на силовую схему, которая либо тормозит, либо ускоряет ролик.The power drive of the roller is carried out from a power circuit controlled by the processor. If a pressure sensor is integrated in the design of the roller skate, then the information from this sensor can be used to quickly change the magnitude and direction of the axial moment of inertia. Another built-in sensor analyzes the speed of the angular rotation of the roller. The processor, analyzing the information of this sensor, determines with high accuracy the acceleration or deceleration of the roller and gives a command to the power circuit, which either slows down or accelerates the roller.

Роль накопителя энергии играет конденсатор, емкость которого выбирается из возможности запасти кинетическую энергию роллера при экстренном его торможении. Так человек массой 80 кг, который движется со скоростью 10 километров в час, обладает кинетической энергией около 300 джоулей. V=10/3.6=2.78 m/cThe role of the energy storage device is played by a capacitor, the capacity of which is selected from the ability to store the kinetic energy of the roller during emergency braking. So a person weighing 80 kg, which moves at a speed of 10 kilometers per hour, has a kinetic energy of about 300 joules. V = 10 / 3.6 = 2.78 m / s

W=m*V*V/2=80*2.78*2.78/2=309 джоулей.W = m * V * V / 2 = 80 * 2.78 * 2.78 / 2 = 309 joules.

В то же время современный электролитический конденсатор (например, EPCOSB 4345 С=12000 mkF U=450 V, масса 1.9 kG) может запасти энергию в 1200 джоулей.At the same time, a modern electrolytic capacitor (for example, EPCOSB 4345 C = 12000 mkF U = 450 V, mass 1.9 kG) can store energy of 1200 joules.

W=C*U*U/2=12000*450*450/2000000=1215 джоулей, что заведомо превышает нужную величину, (где m - масса, V - скорость, W - энергия, U - напряжение, С - емкость в единицах СИ).W = C * U * U / 2 = 12000 * 450 * 450/2000000 = 1215 joules, which obviously exceeds the desired value, (where m is mass, V is speed, W is energy, U is voltage, C is capacity in units SI).

Все оперативные маневры роллера выполняются практически без потери энергии, - она запасается и вновь возвращается через конденсатор. При этом происходит кратковременный обмен значительными энергиями. Для упрощения и нормализации режимами управления параллельно конденсатору через соответствующую схему подключается аккумулятор небольшой емкости, который поддерживает некоторый средний уровень заряда конденсатора. Аккумулятор рассчитан на небольшой ток и может как разряжаться, так и постепенно заряжаться. Если использовать аккумулятор значительной емкости, человек может без затраты особых усилий передвигаться на значительное расстояние, т.е. использовать роликовые коньки, как транспортное средство.All operational maneuvers of the roller are carried out practically without loss of energy - it is stored and returned again through the capacitor. In this case, a short-term exchange of significant energies occurs. To simplify and normalize the control modes in parallel to the capacitor, an accumulator of small capacity is connected through an appropriate circuit, which supports a certain average charge level of the capacitor. The battery is designed for low current and can both discharge and gradually charge. If you use a battery of significant capacity, a person can travel a considerable distance without any special effort, i.e. Use inline skates as a vehicle.

В зависимости от величины осевого момента инерции, который можно выбирать на пульте процессора, роллер может использовать разную тактику катания. При большом значении осевого момента инерции человек может спокойно пройти из раздевалки, спуститься по лестнице, пройти шагом по дорожке. Привод сохраняет почти нулевую скорость ролика, который служит достаточно надежной опорой.Depending on the magnitude of the axial moment of inertia, which can be selected on the remote control of the processor, the roller can use different riding tactics. With a large value of the axial moment of inertia, a person can safely walk out of the locker room, go down the stairs, and walk a step along the path. The drive maintains an almost zero speed of the roller, which serves as a fairly reliable support.

При желании начать движение роллер отталкивается, допустим, правой ногой от дорожки и выдвигает левую ногу вперед. При этом запоминается и стабилизируется скорость левой ноги в момент ее касания дорожки. Роллер переносит тяжесть тела на левую ногу, отклоняясь при этом корпусом вперед. Далее он отталкивается уже левой ногой, отрывая правую от дорожки. Набрав необходимую скорость, он только сохраняет курсовое и боковое равновесие. По такой же методике можно замедлять скорость движения. При экстренном торможении роллер отклоняется назад и включает на ручном пульте или через голосовой канал соответствующую команду.If you want to start the movement, the roller is repelled, for example, with the right foot from the track and pushes the left foot forward. At the same time, the speed of the left leg is memorized and stabilized at the moment it touches the track. The scooter transfers the weight of the body to the left leg, while leaning forward with the body. Then he pushes off with his left foot, tearing his right from the track. Having gained the necessary speed, he only maintains directional and lateral balance. Using the same technique, you can slow down the speed of movement. In case of emergency braking, the roller deflects back and turns on the corresponding command on the hand transmitter or through the voice channel.

При катании с малым осевым моментом инерции от роллера требуется большее мастерство и опыт. Но и возможностей он получает гораздо больше. Становятся возможными легкие развороты с перегрузками и набором скорости на виражах, смены направления и прыжки из поворота, разгона «по змейке», движения по малому кругу вперед или назад. Промежуточное запасание и возврат энергии, а также малые потери в подшипнике сделают катание на однороликовых коньках не менее привлекательным, чем на традиционных, ледяных. Решающее значение для комфортной езды имеет качество программирования контроллера, выбор наиболее удачного алгоритма программы.When skating with a small axial moment of inertia, more skill and experience are required from the roller. But he gets much more opportunities. It is possible to make light turns with overloads and speed gain on turns, changing directions and jumping out of a turn, accelerating “along the snake”, moving in a small circle forward or backward. The intermediate storage and return of energy, as well as small losses in the bearing, will make skating on single-roller skates no less attractive than on traditional ice skates. Crucial for a comfortable ride is the quality of the controller programming, the choice of the most successful program algorithm.

Можно привести примеры ряда устройств, передвигающихся на одном колесе. Например, одноколесный велосипед - моноцикл. На нем эквилибрист, поворачивая педали вперед или назад, перемещает точку опоры колеса относительно проекции центра тяжести на поверхность опоры таким образом, чтобы сохранять равновесие. При определенном навыке это доступно почти любому человеку, - в цирковом училище этот предмет является обязательным зачетом. Аналогично достигается езда на одном заднем колесе современного мотоцикла, где ручка газа очень чувствительно воздействует на обороты двигателя. Некоторые транспортные средства снабжают устройством, автоматически реализующим баланс поддержания курсового равновесия. Это такие устройства, как Segway, Segwheel, Honda U3-X, Enicycle, Toyota Winglet.Examples of a number of devices moving on one wheel can be given. For example, a unicycle is a unicycle. On it, the balancer, turning the pedals forward or backward, moves the wheel support point relative to the projection of the center of gravity on the support surface in such a way as to maintain balance. With a certain skill, this is available to almost anyone, - in the circus school this subject is an obligatory offset. Similarly, riding on one rear wheel of a modern motorcycle is achieved, where the throttle stick very sensitively affects the engine speed. Some vehicles are equipped with a device that automatically implements the balance of maintaining the course balance. These are devices such as Segway, Segwheel, Honda U3-X, Enicycle, Toyota Winglet.

Здесь отолитовый аппарат человека заменяется датчиками ориентации в пространстве (в Сегвее это гироскопические и жидкостные датчики наклона, в других аппаратах -двухосевые и трехосевые акселерометры). Датчики по обратной связи через микропроцессор воздействуют на привод колеса и автоматически корректируют положение точки опоры колеса относительно проекции центра тяжести на опорную плоскость.Here, the human otolith apparatus is replaced by spatial orientation sensors (in Segway, these are gyroscopic and liquid tilt sensors, in other apparatuses they are two-axis and three-axis accelerometers). Sensors feedback through a microprocessor act on the wheel drive and automatically adjust the position of the wheel bearing point relative to the projection of the center of gravity on the reference plane.

Такие транспортные средства используют легкие и мощные бесколлекторные сервомоторы с неодимовыми магнитами. Если проанализировать все эти устройства, можно заметить, что они работают на одном принципе. Один или несколько датчиков-гироскопов отслеживают вертикальность корпуса транспортного средства. При отклонении корпуса от вертикали процессор отдает команду активному приводу на компенсацию этого отклонения. Так сохраняется равновесие. То есть все эти устройства имеют корпус, который пытаются поддерживать в вертикальном положении.Such vehicles use lightweight and powerful brushless servo motors with neodymium magnets. If you analyze all these devices, you will notice that they work on the same principle. One or more gyro sensors monitor the verticality of the vehicle body. When the case deviates from the vertical, the processor instructs the active drive to compensate for this deviation. This maintains balance. That is, all these devices have a housing that they try to maintain in an upright position.

У роликового конька нет тележки - корпуса, ботинок конька меняет свой наклон из разных соображений роллера и реакции процессора на такие наклоны не будут адекватными замыслу спортсмена, к тому же конька ведь два. Размещать гироскоп на корпусе роллера тоже не эффективно, - такая система имела бы мало общего с катанием на коньках. Поэтому заявке на патент используется другой принцип поддержания равновесия. Стабилизируется угловая скорость ролика, причем та скорость, которую ролик получает в момент своего соприкосновения с поверхностью опоры. Это дает не только надежную опору роллеру, но и многочисленные возможности по тактике катания на роликовых коньках.A roller skate does not have a trolley - a body, the skate shoe changes its incline for different reasons of the roller and the reaction of the processor to such inclinations will not be adequate to the athlete's intention, besides there are two skates. Placing a gyroscope on the roller case is also not effective - such a system would have little to do with ice skating. Therefore, the patent application uses a different principle of maintaining equilibrium. The angular velocity of the roller is stabilized, and the speed that the roller receives at the moment of its contact with the surface of the support. This gives not only reliable support to the scooter, but also numerous opportunities for tactics of inline skating.

Суть дальнейших рассуждений легче понять человеку, имеющему собственный опыт катания на роликовых, а лучше на традиционных коньках по льду.The essence of further considerations is easier to understand for a person who has his own experience in roller skating, and better on traditional ice skates.

Режим для начинающих, простейшие движения. Момент инерции выставлен с помощью кнопок на корпусе прибора на максимум. Хождение шагом, можно спуститься по лестнице. При начале движения человек разгружает левую ногу, отводит правую назад, перемещаясь при этом вперед и переносит тяжесть на левую ногу. Привод левого ролика сохраняет полученную при касании земли скорость. Теперь отрывается правая нога, а левой человек отталкивается, увеличивая скорость еще больше. Набрав скорость, можно двигаться равномерно, удерживая равновесие за счет искусственной инерционности роликов.Beginner mode, simple movements. The moment of inertia is set using the buttons on the device to the maximum. Walking step, you can go down the stairs. At the beginning of the movement, a person unloads the left leg, takes the right back, moving forward and transfers the weight to the left leg. The drive of the left roller retains the speed obtained by touching the ground. Now the right leg comes off, and the left person pushes off, increasing speed even more. Having gained speed, you can move evenly, while maintaining balance due to the artificial inertia of the rollers.

Коньковый ход. И вперед и назад. Наиболее мощный разгон спортсмен получает при работе коньковым ходом. Здесь также удобнее пользоваться большим моментом инерции. Опираясь на движущуюся по наклонной линии правую ногу, спортсмен сильно от нее отталкивается и переносит тяжесть на другую ногу. При этом скорость, с которой левый конек встречается с асфальтом, становится больше. То же при движении задним ходом.Skate course. And back and forth. The athlete receives the most powerful acceleration when working with the skating course. It is also more convenient to use a large moment of inertia. Relying on the right leg moving along an inclined line, the athlete strongly repels it and transfers the weight to the other leg. At the same time, the speed with which the left horse meets with asphalt becomes greater. The same when reversing.

Работа на кривых. Наклоны и изменение радиуса кривизны. Движение по синусоиде. В этом режиме максимально проявляется достоинства одно-роликовой конструкции. Появляется свобода маневра и легкость управления траекторией движения, аналогичные катанию на льду. Варьируя радиус кривизны траектории, можно набирать или гасить скорость, выполнять элементы фигурного катания. Доступны крутые развороты и прыжки с изменением направления движения. В этом режиме полезно уменьшить искусственный момент осевой инерции. Интеллектуальный привод без труда решает вопросы экстренного торможения, пассивного разгона и длительной езды на аккумуляторе. Новые роликовые коньки обещают стать выгодным и хорошо продаваемым товаром. Далее идет описание работы устройства по приведенным рисункам.Work on the curves. Slopes and change of radius of curvature. Sine wave motion. In this mode, the advantages of a single-roller design are maximally manifested. There is freedom of maneuver and ease of control of the trajectory, similar to skating on ice. Varying the radius of curvature of the trajectory, you can gain or suppress speed, perform elements of figure skating. There are sharp turns and jumps with a change of direction. In this mode, it is useful to reduce the artificial moment of axial inertia. Intelligent drive easily solves the issues of emergency braking, passive acceleration and long battery life. New inline skates promise to become a profitable and well-selling item. The following is a description of the operation of the device according to the figures.

На фиг. 1 показаны два варианта компоновки устройства. В ролик (3) роликового конька (1) встроен активный привод (2). Он может располагаться непосредственно в корпусе ролика (рисунок справа), либо активный привод выносится в сторону, (рисунок слева). В этом случае вращение от привода передается через зубчатую передачу (9). Это позволяет уменьшить диаметр ролика и снизить требования к пусковому моменту и мощности силового привода. На роторе силового привода (2) располагаются мощные постоянные магниты (7), а в статоре размещены обмотки (8).In FIG. 1 shows two device configurations. An active drive (2) is integrated in the roller (3) of the roller skate (1). It can be located directly in the roller case (figure on the right), or the active drive is carried out to the side, (figure on the left). In this case, rotation from the drive is transmitted through the gear train (9). This allows you to reduce the diameter of the roller and reduce the requirements for starting torque and power of the power drive. Powerful permanent magnets (7) are located on the rotor of the power drive (2), and windings (8) are placed in the stator.

На фиг. 2 показан тот же роликовый конек 1, вид сбоку. На разрезе видны видны постоянные магниты ротора (7) и обмотки статора (8). Кроме того, показан датчик углового перемещения (11). Контроллер на основании информации с этого датчика вычисляет скорость изменения угла поворота ролика, а значит, определяет скорость его ускорения или замедления. В корпус роликового конька встроен также датчик давления (10). Это аналоговый датчик, он дает информацию для процессора о степени опоры роллером в данный момент на конек.In FIG. 2 shows the same roller skate 1, side view. Permanent rotor magnets (7) and stator windings (8) are visible in the section. In addition, an angular displacement sensor (11) is shown. The controller on the basis of information from this sensor calculates the rate of change of the angle of rotation of the roller, and therefore determines the speed of its acceleration or deceleration. A pressure sensor (10) is also integrated in the body of the roller skate. This is an analog sensor, it gives information for the processor about the degree of support of the roller at the moment on the ridge.

Роликовые коньки (1) связаны проводами с блоком управления (17), смотри фиг. 3. Блок управления находится на поясе роллера. Микропроцессор (13) на основании получаемой информации и в соответствии с заложенным алгоритмом управляет силовой схемой (12). Жирными линиями показаны сильноточные связи. Кроме накопительного конденсатора (15) и аккумулятора (16) на блок-схеме показано задающее устройство (14). С этого устройства может быть задан режим тренировки, в частности уровень осевого момента инерции. Кроме того, задающее устройство (14) может иметь продолжение в виде выносного ручного пульта или микрофона голосового управления. Эти устройства также обеспечивают режим экстренного торможения роллера.Roller skates (1) are connected by wires to the control unit (17), see fig. 3. The control unit is located on the roller belt. The microprocessor (13), on the basis of the information received and in accordance with the embedded algorithm, controls the power circuit (12). Bold lines indicate high current bonds. In addition to the storage capacitor (15) and the battery (16), a block diagram shows a driver (14). From this device, a training mode can be set, in particular, the level of the axial moment of inertia. In addition, the driver (14) may have a continuation in the form of a remote handheld remote control or voice control microphone. These devices also provide emergency braking for the roller.

Claims (7)

1. Способ обеспечения возможности езды на роликовых коньках с одним роликом, характеризующийся тем, что ролику придается значительный осевой момент инерции, который препятствует быстрому выкатыванию ролика из-под центра тяжести тела, нагруженного тяжестью конькобежца, отличающийся тем, что осевой момент инерции создается искусственно с помощью активного привода, встроенного в ролик конька, и этот активный привод управляется процессором по определенному алгоритму.1. A method of providing the possibility of riding on roller skates with a single roller, characterized in that the roller is given a significant axial moment of inertia, which prevents the roller from quickly rolling out from under the center of gravity of a body loaded with the weight of the skater, characterized in that the axial moment of inertia is artificially created with using an active drive built into the skate roller, and this active drive is controlled by the processor according to a specific algorithm. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при ускорении ролика вперед процессор дает команду на торможение привода, при этом кинетическая энергия движения конькобежца запасается в аккумуляторе или конденсаторе.2. The method according to p. 1, characterized in that when the roller accelerates forward, the processor gives a command to brake the drive, while the kinetic energy of the skater's movement is stored in the battery or capacitor. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при замедлении ролика процессор дает команду на ускорение привода, при этом расходуется, в том числе, и запасенная ранее энергия.3. The method according to p. 1, characterized in that when the roller is slowed down, the processor gives a command to accelerate the drive, while previously stored energy is also consumed. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процессор в своих вычислениях использует информацию об изменении угловой скорости ролика.4. The method according to p. 1, characterized in that the processor in its calculations uses information about the change in the angular velocity of the roller. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отрыва ролика от поверхности качения угловая скорость его не сохраняется, фиксируется и стабилизируется новая угловая скорость, полученная роликом в момент соприкосновения его с поверхностью качения.5. The method according to p. 1, characterized in that after the separation of the roller from the rolling surface, its angular velocity is not maintained, the new angular velocity obtained by the roller at the moment of contact with the rolling surface is fixed and stabilized. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что информацию об отрыве конька от поверхности качения процессор получает от датчика давления, располагающегося на конструкции конька.6. The method according to p. 1, characterized in that the processor receives information about the separation of the ridge from the rolling surface from a pressure sensor located on the ridge structure. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, кроме функции поддержания постоянства угловой скорости в целях сохранения равновесия, процессор управляет разгоном и торможением конькобежца.7. The method according to p. 1, characterized in that, in addition to maintaining a constant angular velocity in order to maintain balance, the processor controls the acceleration and braking of the skater.

Images