EP2531264B1

EP2531264B1 - Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant une marche rapide

Info

Publication number: EP2531264B1
Application number: EP11705948.5A
Authority: EP
Inventors: Paul Chavand
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: US9027690B2; FR2955780A1; JP5863672B2; JP2013517877A; EP2531264A2; US20130025955A1; WO2011092443A3; WO2011092443A2

Description

La présente invention se situe dans le domaine de la mobilité urbaine, et concerne un moyen de déplacement individuel permettant de marcher à une vitesse plus élevée que celle de la marche normale, sans aucun mouvement de patinage, sans course de prise d'élan, et sans modifier le rythme, l'amplitude, ni la stabilité longitudinale de la marche naturelle.
L'invention constitue un nouveau moyen individuel de déplacement, en milieu plutôt urbain, qui réalise une combinaison avantageuse de la marche à pied et du trottoir roulant, et qu'on pourrait définir comme une sorte de « tapis roulant embarqué et progressif » qui se déroule sous les chaussures du marcheur. L'invention cumule ainsi plus d'avantages que tous les moyens de déplacement individuel urbain existant actuellement, dont en particulier la rapidité, la sécurité, le confort d'utilisation, le très faible encombrement personnel et la maîtrise immédiate sans apprentissage.
L'invention, définie par l'objet de la revendication 1, consiste en une paire de chaussures roulantes, ou, avantageusement, de sous-semelles roulantes 1-1 adaptables par fixation rapide 1-2 aux semelles de chaussures normales d'un marcheur, et permettant la marche à une vitesse deux à trois fois plus élevée (supplément de vitesse pouvant atteindre de l'ordre de 8km/h) sans apprentissage et en toute sécurité.
Ces chaussures ou sous-semelles roulantes 1-1 comprennent une platine supérieure 1-11, 1-14 (sous-semelle proprement dite) montée sur un châssis reposant sur au moins un jeu de roues 2-4 ou de chenilles 2-5 en contact avec le sol. Elles comportent une articulation latérale 1-3 autorisant les mouvements naturels des talons par rapport aux pointes de pieds 1-10 lors de la marche normale, ce qui leur procure un confort supérieur aux rollers, par exemple. Cette articulation latérale de la partie arrière 2-2 (un peu plus de la moitié de la sous-semelle) par rapport à la partie avant 2-3 est obtenue grâce à un axe ou un système à charnières 1-3, la partie arrière pouvant ainsi pivoter dans le plan vertical pour suivre le décollement et l'élévation du talon du pied porteur par rapport à sa pointe 1-10, qui se produisent naturellement en milieu et fin de pas lors de la marche normale.
Chacune de ces deux parties peut supporter seule le poids du corps tout en roulant sur des roues 2-4 ou des chenilles 2-5, de telle sorte que, quelque soit la vitesse initiale de la chaussure ou sous-semelle roulante par rapport au sol, le poids du corps repose successivement, selon les phases du pas du pied porteur, sur l'extrémité arrière de la partie arrière lors du poser de talon 1-11, puis sur l'ensemble des deux parties, puis sur la seule partie avant 1-12 lors de la dernière phase du pas.
Il est connu le document WO 01/87436 A1 qui divulgue une chaussure roulante articulée latéralement, mais selon une fonction différente de celle décrite ci-dessus. En effet, l'articulation latérale de cette chaussure roulante est destinée à permettre une sorte de mouvement de balancier des pieds « ...du marcheur, qui, en exerçant alternativement la pression du poids de son corps sur la semelle d'arrière en avant et d'un pied sur l'autre » (page 3, lignes 27 à 29) fournit de la motricité en avant ; ce mouvement est décrit en deux temps : « ...dans un premier temps, en descendant, sous la pression du poids du corps de l'utilisateur s'exerçant sur le talon, le ressort amortisseur 5 de l'arrière se comprime et celui de l'avant se décomprime » (page 8 lignes 25 à 27), puis, « Dans un deuxième temps, en descendant, sous la pression du poids du corps de l'utilisateur s'exerçant sur la pointe du pied, le ressort amortisseur 5 de l'avant se comprime et celui de l'arrière se décomprime » (page 9 lignes 1 à 3), montrant qu'il porte sur l'ensemble de la semelle, dont la rotation globale autour de l'articulation a pour but d'activer les « mécanismes moteurs », mais sans modifier sensiblement l'orientation du talon relativement à la pointe de pied. A aucun endroit ce document ne divulgue d'ailleurs la possibilité de l'élévation du talon du pied porteur par rapport à sa pointe, ayant notamment pour effet de fermer de manière significative l'angle formé par le talon et la pointe du pied (cf. figure 2 du présent document).
Un jeu de roues de chaque côté de la chaussure ou sous-semelle lui confère une stabilité latérale. Avec en outre une totale stabilité longitudinale permettant de conserver l'amplitude de la marche naturelle, et constituant le fondement technique de l'invention (voir ci-dessous), l'invention maintient le marcheur en équilibre naturel de marche sans effort particulier, ni nécessité de maintien des chevilles, quelques soient la phase du pas et la vitesse initiale, par rapport au sol, des chaussures ou sous-semelles roulantes.
Le principe de fonctionnement de l'invention repose sur la compensation de la force naturelle de dérapage en avant ou en arrière, c'est-à-dire de la composante parallèle au sol, en avant lors de l'attaque du talon 1-5a, et en arrière lors de la phase finale du pas 1-5b, de la force transmise à chaque chaussure ou sous-semelle roulante par la jambe porteuse, compensation ne pouvant pas être un freinage, qui empêcherait les roues de prendre la vitesse nécessaire à l'obtention d'une marche à vitesse plus élevée que celle de la marche normale.
En effet, lors de la marche naturelle, la force de poids du marcheur, appliquée en son centre de gravité, peut être décomposée en deux forces : une composante parallèle au sol et une composante ayant pour direction la jambe porteuse 1-6, laquelle a pour intensité P.g.cos αp / cos α (où P désigne le poids du marcheur, α l'angle entre la normale au sol et la jambe porteuse 1-7, αp l'angle de pente du sol 2-11 par rapport à l'horizontale, et g l'accélération de la pesanteur). Cette composante transmise par la jambe porteuse peut, elle-même, être décomposée, en son point d'application à la chaussure ou sous-semelle roulante, en une composante normale au sol, annulée par la réaction du sol, et une composante parallèle au sol 1-5a et 1-5b, ayant pour intensité algébrique P.g.cos αp.tg α (avec les mêmes notations). Cette composante parallèle au sol est une force de dérapage relativement importante : par exemple, pour un marcheur ayant un angle maximal de pas α égal à 14°, l'intensité maximale de cette force, en avant comme en arrière, est de l'ordre du quart de son poids.
Bien que tout marcheur expérimente ce dérapage très occasionnellement, lorsque le sol devient glissant (feuille morte mouillée, neige, verglas, etc.), conditions dans lesquelles il réduit d'ailleurs instinctivement l'amplitude de son pas, donc la valeur de l'angle α et de la force de dérapage qui en dépend presque linéairement, il l'oublie presque tout le temps, en raison de la force de frottement de sa semelle de chaussure sur le sol, qui la compense exactement. Ce n'est que lorsqu'un manque d'adhérence de la semelle sur le sol vient surprendre le marcheur, que cette force de dérapage le déséquilibre et peut le faire chuter, par ce qu'il est convenu d'appeler le « grand écart ».
De la même façon, en montant sur un dispositif pouvant rouler librement, la force de frottement n'existe plus (en négligeant les frottements de la mécanique), et on devient « un patineur », qui doit gérer en permanence son équilibre, en évitant surtout les mouvements de la marche naturelle.
Telle qu'est décrite l'invention objet du document WO 01/87436 A1 précédemment cité, aucune analyse complète n'est faite de l'effet de la force de dérapage sur un système roulant devant permettre la marche, et les notions de force de compensation du dérapage, de conservation de l'amplitude et de stabilité longitudinale de la marche normale ne sont aucunement divulguées. En particulier, la force de dérapage en avant subie par le pied lors de la première phase du pas (poser de talon) n'est pas compensée par une force en arrière, tous les « mécanismes moteurs » décrits et illustrés ayant pour effet de « transmettre » ou « renforcer » ou « multiplier » la motricité en avant des roues motrices au moyen de chaque « chaîne cinématique », et aucune motricité en arrière autre qu'un freinage n'étant mentionnée ; ainsi la motricité qui s'exerce alors dans le sens avant amplifie encore le dérapage en grand écart, ce qui est confirmé par la description du pas : « Un pas avec l'appareil, c'est-à-dire une simple pression arrière suivie d'une pression avant permet déjà de parcourir plusieurs mètres. » (page 9 lignes 10 et 11).
La présente invention réalise la compensation de la force de dérapage, en avant ou en arrière, en créant artificiellement une force opposée 1-13a et 1-13b, grâce à un système moteur couplé aux roues motrices 1-4, et contrôlé par un système d'asservissement de la vitesse des roues motrices, qui affranchit cette vitesse de l'effet de la force de dérapage tendant à l'augmenter (dérapage avant) ou à la diminuer (dérapage arrière) en ajustant à tout instant le couple moteur, dans un sens ou dans l'autre, à la valeur de compensation, quelle que soit la valeur de l'angle α 1-7 de la jambe porteuse par rapport à la normale au sol, et quelle que soit la vitesse initiale par rapport au sol de la chaussure ou sous-semelle roulante. Afin d'obtenir la meilleure compensation sur l'ensemble de la chaussure ou sous-semelle roulante, au moins une courroie, avantageusement crantée 2-16, ou tout autre moyen mécanique équivalent (chaîne, engrenages, arbre de transmission) permet de coupler solidairement l'ensemble de ses essieux et roues.
Plusieurs types de moteurs, correspondant à plusieurs sources d'énergie, sont exploitables pour produire cette force de compensation : moteur inertiel, constitué d'au moins un volant d'inertie couplé aux roues motrices via une forte démultiplication, et utilisant l'énergie cinétique stockée par le volant d'inertie, moteur électrique, utilisant l'énergie d'une batterie électrique rechargeable, moteur à énergie potentielle de gravité, utilisant, comme stockage d'énergie, la hauteur par rapport au sol du marcheur lui-même, moteur mécanique à énergie élastique, stockée dans un ressort mécanique, pneumatique ou hydropneumatique, ou encore tout système moteur obtenu par combinaison, en tout ou partie, de ces types d'énergie. Dans tous les cas, et avec les notations qui précèdent, l'intensité algébrique de la force de compensation créée par le système moteur doit être aussi proche que possible de la valeur - P.g.cos αp.tg α, le type de chaque système d'asservissement dépendant du type de moteur contrôlé. Dans toute la suite, on négligera le terme cos αp, la pente du sol étant supposée très faible.
Le moteur utilisé peut avantageusement être réversible, c'est-à-dire pouvant fonctionner soit en mode moteur, en fournissant un couple moteur par consommation d'énergie, soit en mode générateur, en produisant de l'énergie lorsqu'on lui fournit un couple moteur. En effet, dès que la sous-semelle roulante a acquis de la vitesse par rapport au sol, la force de dérapage travaille lors de son déplacement en avant pendant la phase talon (depuis l'attaque du talon jusqu'au redressement de la jambe porteuse perpendiculairement au sol), ce travail (dans le sens de la force, donc positif) produisant une énergie W, et, pendant la phase pointe (depuis la perte d'orthogonalité de la jambe porteuse avec le sol jusqu'au dernier appui sur la pointe de pied), ce travail (dans le sens contraire de la force, donc négatif) consommant l'énergie W (on admet la symétrie des angles entre les deux phases). La réversibilité du moteur permet alors de récupérer l'énergie produite lors de la phase talon, pour la consommer lors de la phase pointe, ce qui, à vitesse constante de la chaussure ou sous-semelle roulante, ne consomme ainsi pratiquement aucune énergie externe (selon le rendement du moteur dans chacun de ses deux modes de fonctionnement).
Le système moteur peut être complété par un système de roue à cliquet 2-8 qui permet d'éviter tout recul lorsque les chaussures ou sous-semelles roulantes sont à l'arrêt.
Par ailleurs, la symétrie, lors de chaque pas, de la force de dérapage arrière sur une jambe et de la force de dérapage avant sur l'autre, fait que les chaussures ou sous-semelles roulantes ne peuvent ainsi acquérir de vitesse. Il faut donc leur adjoindre un dispositif « accélérateur » complémentaire, créant une surcompensation dans le sens avant pour permettre l'augmentation progressive, en quelques pas, de la vitesse globale du marcheur. Par une action moindre sur cet accélérateur, le marcheur peut également compenser les forces de frottement de l'ensemble des mécanismes, et ainsi conserver sa vitesse. Cet accélérateur est constitué par un système moteur d'accélération couplé aux roues motrices, à énergie soit électrique, soit potentielle de gravité, permettant de fournir un couple moteur supplémentaire aux roues motrices dans le sens de la marche, et une « commande de pointe de pied », située au niveau de la partie avant de la platine supérieure, qui permet d'augmenter ce couple moteur proportionnellement à la pression qu'elle subit de la pointe du pied porteur. Afin de permettre un roulage libre sans accélération lorsque le marcheur souhaite « se laisser rouler » sans marcher sur ses chaussures ou sous-semelles roulantes, cette commande de pointe de pied n'est active que lorsque la partie arrière de la platine supérieure s'élève par rapport à la partie avant (phase de fin de pas).
Enfin, un système de freinage progressif et efficace 2-15 permet un arrêt en un pas ou plusieurs, selon le souhait du marcheur, grâce une action spécifique du pied sur la chaussure ou sous-semelle roulante, telle que par exemple le maintien du talon au sol tout en levant la pointe du pied au-delà de que ce qui est nécessaire pour la marche normale 1-9.
Un premier mode particulier de réalisation de l'invention utilise un moteur à inertie, composé d'au moins un volant d'inertie couplé aux roues motrices via une forte démultiplication, l'énergie du moteur étant alors l'énergie cinétique emmagasinée dans chaque volant d'inertie en rotation rapide 2-6. Le double avantage de ce type de moteur est qu'il est presque parfaitement réversible pendant la durée très faible de chaque pas, et que l'indépendance de sa vitesse, donc de celle des roues motrices, par rapport à la force de dérapage, résulte intégralement de sa propriété, intrinsèque à l'inertie, de résister à tout changement forcé de sa vitesse par un contre-couple d'inertie ; l'asservissement de la vitesse est donc par nature intégré au moteur. De façon intuitive, il se passe la même chose, à un niveau d'énergie bien supérieur, que dans une voiture miniature à moteur à friction : de même que la voiture résiste à l'avancement forcé (la « friction ») qui permet de lancer son moteur, le moteur inertiel, sous réserve d'une démultiplication suffisante 1-4, résiste très fortement à la force de dérapage en avant lors de la phase talon, tout en emmagasinant l'énergie produite par cette force ; inversement, de même qu'il faut produire un effort symétrique pour stopper la voiture à friction, le moteur inertiel contre la force de dérapage en arrière lors de la phase pointe, en restituant l'énergie qu'il vient d'emmagasiner en phase talon. Le compromis idéal à trouver consiste à minimiser au maximum le poids du volant (donc celui de la chaussure ou sous-semelle roulante) en augmentant la démultiplication, dans la limite cependant de la vitesse angulaire maximale admissible (limitée par les vibrations ou le risque d'éclatement du volant).
Du fait de l'effet gyroscopique (forte inertie directionnelle dans le plan du volant d'inertie), il peut être avantageux de dédoubler le volant d'inertie en deux volants parallèles tournant en sens contraire (disposition dite « contrarotative »), de façon à annuler l'effet gyroscopique et permettre une orientation latérale totalement libre de chaque pied, comme lors de la marche normale.
Dans ce premier mode particulier de réalisation de l'invention, la commande de pointe de pied de l'accélérateur est la partie avant de la platine supérieure 2-3, également articulée latéralement, pour constituer une pédale couplée mécaniquement aux roues motrices par des crémaillères 2-7, câbles, chaînes, courroies, ou engrenages 2-12, qui augmente la vitesse des roues motrices grâce à l'énergie potentielle de gravité apportée par la pression du poids du corps du marcheur sur sa pointe de pied et son enfoncement de quelques millimètres ou centimètres, selon la vitesse initiale acquise auparavant par la chaussure ou sous-semelle roulante. Tant que la partie arrière de la platine supérieure ne s'élève pas, un renfort de prolongement sous la partie avant (cf. figure 2) bloque cette pédale en position haute, son couplage mécanique avec les roues motrices étant alors débrayé ; en fin d'abaissement de la pédale, tout comme pendant sa remontée, ce couplage est également débrayé, ce qui permet dans les trois cas un roulage libre à partir de la vitesse acquise. Ce débrayage du couplage mécanique entre la pédale et les roues motrices lorsque la partie arrière de la platine supérieure n'est pas élevée, ou lorsque la pédale est en fin d'abaissement ou en mouvement de remontée, est obtenu grâce à un bras articulé sur le même axe que la pédale, mais indépendamment d'elle, supportant un engrenage intermédiaire 2-12 toujours en prise avec la crémaillère de la pédale, et muni d'un ressort l'élevant vers le haut en position dégagée, pour réaliser un couplage temporaire « enclenchant à l'effort dans le bon sens ».
Un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention utilise un moteur électrique couplé aux roues motrices par une démultiplication adaptée au régime nominal du moteur. Dans ce cas, l'énergie électrique est stockée dans une batterie électrique rechargeable, et l'ajustement du couple moteur à une valeur aboutissant à la compensation de la force de dérapage est obtenu par un système électronique d'asservissement de la vitesse de rotation des roues motrices à la consigne de vitesse souhaitée, la vitesse de rotation étant mesurée grâce à un capteur spécifique ; il est doublement avantageux d'utiliser un moteur électrique réversible, par exemple un moteur électrique à courant continu qui se comporte en dynamo lorsque la motricité de son rotor est produite par un moyen externe, même partiellement (compte tenu des rendements imparfaits de ce type de moteur-générateur), car son fonctionnement en mode générateur, lors du dérapage avant, d'une part contribue naturellement à la stabilité de la vitesse, le générateur résistant d'autant plus qu'il produit d'énergie, et d'autre part récupère partiellement l'énergie produite, ce qui réduit significativement la consommation du moteur pendant chaque pas. De plus, cette réversibilité peut permettre, par extension, l'utilisation des chaussures ou sous-semelles roulantes dans les pentes, la batterie restituant dans les montées l'énergie électrique que le moteur-générateur a produite en limitant la vitesse dans les descentes.
Dans ce deuxième mode particulier de réalisation de l'invention, la commande de pointe de pied de l'accélérateur est un capteur de pression de la pointe du pied sur la partie avant de la platine supérieure, qui, dès que la partie arrière de la platine supérieure est élevée par rapport à cette partie avant, agit directement sur la consigne de vitesse du système électronique d'asservissement pour augmenter la vitesse souhaitée proportionnellement à la mesure de pression obtenue.
Un troisième mode particulier de réalisation de l'invention utilise un moteur mécanique exploitant l'énergie potentielle de gravité du marcheur lui-même, grâce à un mécanisme d'assiette variable de la platine supérieure de la sous-semelle, rendue mobile verticalement par rapport au châssis, et couplé mécaniquement aux roues motrices de façon réversible par des crémaillères, câbles, chaînes, courroies ou engrenages. Ce type de moteur mécanique est parfaitement réversible, l'énergie potentielle de gravité fournie par l'abaissement de la platine supérieure, donc du marcheur lui-même, qui constitue ainsi le dispositif de stockage d'énergie, produisant le couple moteur, et, inversement, toute motricité externe en avant fournie aux roues motrices produisant l'élévation du marcheur, donc l'énergie potentielle de gravité correspondante. De plus, le couple délivré par le moteur est proportionnel au poids du marcheur quelle que soit sa vitesse, ce qui ne laisse plus que l'angle α 1-7 comme variable d'ajustement de la force de compensation à obtenir.
L'asservissement de la vitesse des roues motrices est obtenu dans ce cas par l'ajustement du couple moteur à la valeur de compensation de la force de dérapage au niveau du couplage aux roues motrices, par au moins un variateur rotatif de couple, dont la variation de couple est commandée par la variable caractéristique de la force de dérapage, à savoir l'angle α, mesuré au moyen d'un capteur spécifique à chacune des phases talon ou pointe du pas.
Pour la phase talon du pas, un moyen mécanique de réaliser le capteur de l'angle α 1-7 consiste à monter l'axe des roues arrières sur un ressort à compression lui autorisant un léger déplacement vertical par rapport au châssis, et de disposer un bras articulé en une extrémité sur cet axe 3-17, et muni d'une roulette à son extrémité libre 3-18, avec, très près de son articulation, un point de levier par une seconde articulation solidaire du châssis ; la roulette de ce bras articulé est maintenue élevée par l'effet de levier vers le haut dû à la pression vers le bas du ressort sur l'axe des roues arrières lorsque celles-ci ne sont pas en contact avec le sol, et pressée sur le sol par l'effet de levier vers bas dès que l'axe des roues arrières touche le sol en comprimant vers le haut son ressort sous l'effet du poids du marcheur ; la mesure de l'angle α lors de la phase talon du pas est alors obtenue au moyen d'un capteur mécanique de l'inclinaison de la platine supérieure par rapport au bras articulé en contact avec le sol, inclinaison égale à l'angle α à un écart constant près. Pour la phase pointe du pas, un moyen de réaliser le capteur mécanique de l'angle α consiste à mesurer directement l'angle formé par la partie arrière 2-2 et la partie avant 2-3 de la platine supérieure, dont la valeur est très proche de α en raison de la quasi orthogonalité entre la partie arrière et la jambe porteuse, la partie avant étant parallèle au sol à ce moment.
Un des moyens de réaliser le variateur rotatif de couple consiste à adapter aux contraintes de l'invention le classique système mécanique des doubles cônes inversés avec courroie, en s'affranchissant notamment de la courroie glissante qui ne permet pas la variation de couple lorsque le moteur est à l'arrêt, pour en faire un système à « doubles cônes curvilignes inversés et superposés » 3-10, dont les axes 3-11 restent maintenus dans le même plan vertical. La variation de couple en fonction de l'angle α 1-7 est constituée par couplage du capteur de l'angle α à la commande de l'inclinaison de l'axe du cône curviligne supérieur dans ce plan vertical 3-19, 3-16, qui fait rouler ce cône curviligne sur le cône curviligne inférieur le long de leur génératrice respectivement inférieure et supérieure 3-12, les deux cônes pouvant également tourner autour de leur axe respectif pour la transmission du couple 3-13, qui est ainsi fonction du rapport des rayons des disques de section en leur point de contact. On élimine ainsi la courroie glissante, qui ne pourrait pas glisser à l'arrêt, et on peut déterminer librement, pour chaque angle d'inclinaison de l'axe du cône supérieur, donc pour chaque angle α mesuré mécaniquement comme décrit ci-dessus, le rapport souhaité des rayons, ce qui détermine le profil curviligne 3-20 des cônes.
Dans ce type de variateur rotatif de couple à doubles cônes curvilignes inversés et superposés, la faible surface de la zone de contact des deux cônes impose de minimiser les glissements. Le frottement nécessaire à la transmission du couple sur la zone de contact des cônes curvilignes peut être obtenu à la fois par le choix d'un matériau suffisamment rugueux ou adhérent, et par application d'une force de pression suffisante sur l'axe du cône curviligne supérieur 3-21, cette force pouvant utiliser, en tout ou partie, la composante normale au sol de la force appliquée à la platine supérieure par la jambe porteuse 3-19, ou des ressorts de pression sur les paliers ou roulements de l'axe du cône curviligne supérieur 3-22.
Dans ce troisième mode particulier de réalisation de l'invention, la compensation de la force de dérapage ne doit s'effectuer que temporairement, c'est-à-dire uniquement pendant les phases talon ou pointe du pas, au cours desquelles la force de dérapage n'est pas nulle ; lors de la phase intermédiaire du pas, durant laquelle aucune force de dérapage ne s'exerce, la butée de la commande du variateur de couple correspondant à la valeur nulle de l'angle α active donc un mécanisme de débrayage du couplage aux roues motrices, afin de leur permettre de tourner librement ; ce mécanisme de débrayage bloque en même temps le système d'assiette variable, donc le dispositif de stockage de l'énergie potentielle de gravité, afin de conserver l'énergie stockée en phase talon pour pouvoir la restituer en phase pointe, le débrayage cessant alors avec déblocage du dispositif de stockage d'énergie.
Enfin, l'accélérateur de ce troisième mode de réalisation de l'invention est en tous points identique à celui du premier mode de réalisation (version cinétique).
Un quatrième mode particulier de réalisation de l'invention utilise un moteur mécanique exploitant l'énergie d'un dispositif de stockage d'énergie élastique, comportant au moins un ressort linéaire 3-5 ou rotatif, qu'il soit mécanique 3-5, pneumatique ou hydropneumatique, et couplé mécaniquement aux roues motrices de façon réversible par des crémaillères, câbles 3-8, chaînes, courroies ou engrenages. La force de compensation devant toujours être proportionnelle au poids du marcheur, ce ressort est de type « à force constante » ; de tels ressorts existent sur le marché, en général sous forme de ressorts à spirale pour les enrouleurs, ces ressorts étant prévus pour être jumelés de diverses façons selon la force et l'extension souhaitée ; on peut aussi obtenir la force constante à partir d'un ressort linéaire classique de raideur constante, à élongation ou compression, mécanique 3-6, pneumatique ou hydropneumatique, couplé à un câble de traction 3-1 s'enroulant sur une came 3-7 dont la variation angulaire de rayon est calculée pour compenser, via le couple résultant, la variation de la force du ressort linéaire en fonction de son élongation ou de sa compression.
La force constante du système élastique doit être préréglée en fonction du poids du marcheur ; un dispositif de précontrainte du ressort peut-être utilisé, comme par exemple une vis de réglage 3-9, ainsi qu'un choix ab initio du ressort selon le poids de l'utilisateur, ces deux moyens pouvant être complémentaires (après le choix du ressort, possibilité d'adaptation de sa force, par exemple selon l'habillement et la charge momentanés du marcheur). Ce type de moteur est également parfaitement réversible, l'énergie élastique produisant, en mode moteur, un couple moteur constant, et, inversement, un couple moteur externe produisant, en mode générateur, l'énergie élastique. Le système d'asservissement de la vitesse des roues motrices de ce quatrième mode particulier de réalisation de l'invention peut être réalisé avec au moins un variateur de couple en tous points identique à celui du troisième mode particulier de réalisation décrit ci-dessus. De même pour le mécanisme de débrayage du couplage aux roues motrices avec blocage du système de stockage de l'énergie, c'est-à-dire, dans ce cas, le système élastique, pendant la phase intermédiaire du pas, durant laquelle aucune force de dérapage ne s'exerce.
Ici encore, l'accélérateur de ce quatrième mode de réalisation de l'invention est en tout point identique à celui du premier mode de réalisation (version cinétique).
Les figures ci-après décrivent l'ensemble des mécanismes principaux de l'invention.

La figure 1 décrit le principe général, illustré dans le premier mode particulier de réalisation de l'invention (énergie cinétique).
La figure 2 détaille, toujours dans ce premier mode particulier, le fonctionnement de la charnière d'articulation entre la partie avant et la partie arrière de la sous-semelle roulante, ainsi que le détail de l'accélérateur.
La figure 3 montre les principaux mécanismes de la version la plus complexe (énergie élastique).

Cette invention ouvre un large domaine industriel de production de masse des différentes versions de ces chaussures ou sous-semelles roulantes, leur marché étant le grand public au moins des grandes et moyennes villes du monde, et un marché complémentaire étant basé sur des versions sportives.

Claims

Moyen de déplacement individuel permettant de marcher à une vitesse plus élevée que celle de la marche normale, constitué par une paire de chaussures roulantes, ou de sous-semelles roulantes (1-1) adaptables par fixation rapide (1-2) aux semelles de chaussures normales d'un marcheur, et tel que les chaussures ou sous-semelles roulantes comprennent une partie arrière et une partie avant, composée chacune d'une platine supérieure (1-11,1-14) montée sur un châssis reposant sur au moins un jeu de roues (2-4) ou de chenilles (2-5) en contact avec le sol, caractérisé en ce que ces parties arrière et avant sont articulées latéralement entre elles (1-3) pour suivre les mouvements naturels des talons par rapport aux pointes de pied (1-10), la partie arrière avec un jeu arrière de roues (2-4) ou de chenilles (2-5) étant décollée du sol, respectivement en appui sur le sol, par rapport à la partie avant avec un jeu avant de roues (2-4) ou de chenilles (2-5) qui est en appui sur le sol, respectivement décollée du sol, lors de la marche normale, ces parties arrière et avant permettant la marche à vitesse plus élevée, par les seuls mouvements de la marche normale et en conservant le rythme, l'amplitude, et la stabilité longitudinale, sans aucun mouvement de patinage et sans course de prise d'élan, grâce à la combinaison d'un système moteur, couplé aux roues motrices, composé d'au moins un moteur à énergie soit cinétique (1-4), soit électrique, soit potentielle de gravité, soit élastique (3-5), soit encore de plusieurs moteurs combinant en tout ou partie ces types d'énergie, avec un système d'asservissement ajustant à tout instant le couple moteur, dans un sens ou dans l'autre, à une valeur de compensation (1-13a, 1-13b) affranchissant la vitesse des roues motrices de l'effet de la force de dérapage que constitue la composante parallèle au sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à chaque chaussure ou sous-semelle roulante par la jambe porteuse (1-6), quelle que soit la valeur de l'angle α (1-7) de la jambe porteuse par rapport à la normale au sol, et quelle que soit la vitesse initiale par rapport au sol de la chaussure ou sous-semelle roulante.
Moyen de déplacement individuel selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes comporte une articulation latérale, autour d'un axe ou d'un système à charnières (1-3), qui permet à la partie arrière (2-2) de pivoter dans le plan vertical par rapport à la partie avant (2-3), pour suivre le décollement et l'élévation du talon du pied porteur par rapport à sa pointe (1-10), qui se produisent naturellement en milieu et fin de pas lors de la marche normale ; chacune de ces deux parties étant adaptée à supporter seule le poids du corps tout en roulant sur des roues (2-4) ou sur au moins une chenille (2-5).
Moyen de déplacement individuel selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque chaussure ou sous-semelle roulante comporte un accélérateur créant une surcompensation dans le sens avant pour permettre l'augmentation progressive, en quelques pas, de la vitesse globale du marcheur, constitué par un système moteur d'accélération couplé aux roues motrices, à énergie soit électrique, soit potentielle de gravité, permettant de fournir un couple moteur supplémentaire aux roues motrices dans le sens de la marche, et par une commande de pointe de pied située au niveau de la partie avant de la platine supérieure, qui, lorsque la partie arrière est élevée par rapport à cette partie avant, permet d'augmenter ce couple moteur proportionnellement à la pression qu'elle subit de la pointe du pied porteur.
Moyen de déplacement individuel selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le système moteur comporte au moins un moteur inertiel, à énergie cinétique, composé d'un volant d'inertie ou d'un système contrarotatif de volants d'inertie (2-6), couplé aux roues motrices via une forte démultiplication (1-4) ; le système d'asservissement de la vitesse du moteur, donc de celle des roues motrices, étant inhérent au moteur inertiel, qui résiste physiquement à tout changement de régime du fait du contre-couple d'inertie engendré lors de toute variation forcée de sa vitesse.
Moyen de déplacement individuel selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le système moteur comporte au moins un moteur électrique couplé aux roues motrices, utilisant l'énergie stockée dans au moins une batterie électrique rechargeable ; l'ajustement du couple moteur à la valeur contribuant ou aboutissant à la compensation de la force de dérapage étant obtenu par un système électronique d'asservissement de la vitesse de rotation des roues motrices à la consigne de vitesse souhaitée, la vitesse de rotation étant mesurée grâce à un capteur spécifique ; la commande de pointe de pied de l'accélérateur étant un capteur de pression de la pointe du pied sur la partie avant de la platine supérieure, qui, dès que la partie arrière s'élève par rapport à la partie avant, agit directement sur la consigne de vitesse du système électronique d'asservissement pour augmenter la vitesse souhaitée proportionnellement à la mesure de pression obtenue.
Moyen de déplacement individuel selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le système moteur comporte au moins un moteur mécanique exploitant l'énergie potentielle de gravité du marcheur lui-même, grâce à un mécanisme d'assiette variable de la platine supérieure de la sous-semelle, rendue mobile verticalement par rapport au châssis, et couplé mécaniquement aux roues motrices par des crémaillères, câbles, chaînes, courroies ou engrenages, et via au moins un variateur rotatif de couple, le dispositif de stockage d'énergie étant alors le marcheur lui-même, dont l'énergie potentielle de gravité augmente lorsqu'il est élevé et diminue lorsqu'il est abaissé par rapport au sol ; l'asservissement de la vitesse des roues motrices étant réalisé par le variateur rotatif de couple, dont la variation de couple est commandée par la variable caractéristique de la force de dérapage, à savoir l'angle α (1-7), mesuré au moyen d'un capteur spécifique à chacune des phases talon ou pointe du pas.
Moyen de déplacement individuel selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le système moteur comporte au moins un moteur mécanique exploitant l'énergie d'un dispositif de stockage d'énergie élastique, comportant au moins un ressort à force constante, qu'il soit linéaire ou rotatif, mécanique, pneumatique ou hydropneumatique, la force constante étant ajustable au départ par un préréglage initial (3-9) selon le poids du marcheur ; ce ressort étant couplé mécaniquement aux roues motrices par des crémaillères, câbles (3-8), chaînes, courroies ou engrenages, et via au moins un variateur rotatif de couple (3-10) ; l'asservissement de la vitesse des roues motrices étant réalisé par le variateur rotatif de couple, dont la variation est commandée par la variable caractéristique de la force de dérapage, à savoir l'angle α (1-7), mesuré au moyen d'un capteur spécifique à chacune des phases talon ou pointe du pas.
Moyen de déplacement individuel selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ressort à force constante peut être obtenu à partir d'un ressort linéaire classique de raideur constante, mécanique (3-6), pneumatique ou hydropneumatique, par couplage à un câble de traction (3-1) s'enroulant sur une came (3-7) dont la variation angulaire de rayon est calculée pour compenser, via le couple résultant, la variation de la force du ressort linéaire en fonction de son élongation ou de sa compression.
Moyen de déplacement individuel selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le variateur rotatif de couple, permettant une variation de couple même lorsque le moteur est à l'arrêt, est un système à doubles cônes curvilignes inversés et superposés (3-10), dont les axes (3-11) restent maintenus dans le même plan vertical, la variation de couple en fonction de l'angle α (1-7) étant commandée par couplage du capteur de l'angle α à une commande de l'inclinaison de l'axe du cône curviligne supérieur dans ce plan vertical (3-16, 3-19), qui fait rouler ce cône curviligne sur le cône curviligne inférieur le long de leur génératrice respectivement inférieure et supérieure (3-12) ; les deux cônes pouvant également tourner autour de leur axe respectif pour la transmission du couple (3-13), qui est ainsi fonction du rapport des rayons des disques de section en leur point de contact ; le frottement nécessaire à la transmission du couple sur la zone de contact des cônes curvilignes étant obtenu par application d'une force de pression suffisante sur l'axe du cône curviligne supérieur (3-21), cette force pouvant utiliser, en tout ou partie, la composante normale au sol de la force appliquée à la platine supérieure par la jambe porteuse (3-19), ou des ressorts de pression sur les paliers ou roulements de l'axe du cône curviligne supérieur (3-22).
Moyen de déplacement individuel selon la revendications 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le couplage entre le système moteur et les roues motrices comporte un mécanisme de débrayage avec blocage du dispositif de stockage d'énergie, assiette de la platine ou ressort, se déclenchant automatiquement lorsque que la commande du variateur de couple correspond à la valeur nulle de l'angle α, et se réenclenchant automatiquement sinon, de façon à permettre un roulage libre de la chaussure ou sous-semelle roulante à partir de sa vitesse acquise lorsqu'elle n'est soumise à aucune force de dérapage.
Moyen de déplacement individuel selon la revendication 3 ou cette revendication 3 et l'une des revendications 4 et 6 à 10, caractérisé en ce que la commande de pointe de pied permettant l'augmentation progressive, en quelques pas, de la vitesse globale du marcheur, est la partie avant de la platine supérieure (2-3), également articulée latéralement, pour constituer une pédale couplée mécaniquement aux roues motrices par des crémaillères (2-7), câbles, chaînes, courroies, ou engrenages (2-12), qui augmente la vitesse des roues motrices grâce à l'énergie potentielle de gravité apportée par la pression du poids du corps du marcheur sur sa pointe de pied et son enfoncement de quelques millimètres ou centimètres, selon la vitesse initiale acquise auparavant par la chaussure ou sous-semelle roulante ; tant que la partie arrière de la platine supérieure ne s'élève pas, cette pédale étant bloquée et son couplage avec les roues motrices étant débrayé, et, en fin d'abaissement et pendant la remontée de la pédale, ce couplage étant également débrayé, pour permettre dans les trois cas un roulage libre à partir de la vitesse acquise.