EP3280502B1 - Appareil de locomotion a roulettes - Google Patents

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EP3280502B1
EP3280502B1 EP16719453.9A EP16719453A EP3280502B1 EP 3280502 B1 EP3280502 B1 EP 3280502B1 EP 16719453 A EP16719453 A EP 16719453A EP 3280502 B1 EP3280502 B1 EP 3280502B1
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EP
European Patent Office
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castor
braking
footplate
angle
axis
Prior art date
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Active
Application number
EP16719453.9A
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German (de)
English (en)
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EP3280502A1 (fr
Inventor
Thierry Hilt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3280502A1 publication Critical patent/EP3280502A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3280502B1 publication Critical patent/EP3280502B1/fr
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C17/00—Roller skates; Skate-boards
    • A63C17/04—Roller skates; Skate-boards with wheels arranged otherwise than in two pairs
    • A63C17/06—Roller skates; Skate-boards with wheels arranged otherwise than in two pairs single-track type
    • A63C17/061—Roller skates; Skate-boards with wheels arranged otherwise than in two pairs single-track type with relative movement of sub-parts on the chassis
    • A63C17/064—Roller skates; Skate-boards with wheels arranged otherwise than in two pairs single-track type with relative movement of sub-parts on the chassis comprising steered wheels, i.e. wheels supported on a vertical axis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C17/00—Roller skates; Skate-boards
    • A63C17/14—Roller skates; Skate-boards with brakes, e.g. toe stoppers, freewheel roller clutches
    • A63C17/1409—Roller skates; Skate-boards with brakes, e.g. toe stoppers, freewheel roller clutches contacting one or more of the wheels
    • A63C17/1427—Roller skates; Skate-boards with brakes, e.g. toe stoppers, freewheel roller clutches contacting one or more of the wheels the brake contacting other wheel associated surfaces, e.g. hubs, brake discs or wheel flanks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63C—SKATES; SKIS; ROLLER SKATES; DESIGN OR LAYOUT OF COURTS, RINKS OR THE LIKE
    • A63C2203/00—Special features of skates, skis, roller-skates, snowboards and courts
    • A63C2203/18—Measuring a physical parameter, e.g. speed, distance

Definitions

  • the invention relates to a locomotion apparatus with wheels for moving on a floor.
  • roller skates Many wheeled mobility devices are known as, for example, roller skates.
  • braking with roller skates or other similar locomotion apparatus, such as skateboards or roller skis requires great dexterity and requires many hours of practice before being perfectly mastered. Indeed, for this, it is often necessary to get skid wheels on the ground.
  • Advantage No. 2 is particularly interesting because it greatly facilitates the learning of the braking of the locomotion apparatus.
  • the wheel is a ball and the braking torque is obtained by rubbing pads on this ball.
  • the pads are placed on a bearing axis that passes through the center of the ball.
  • the friction, and therefore the braking torque appears only if the ball rolls in a non-collinear direction with this axis of rolling, that is to say if the steering angle is non-zero.
  • braking is achieved by friction between the pads and the ball. But the latter has the characteristic of having a great adhesion with the ground. Typically, it is fairly soft polymer as for the current known rollers. Under these conditions, it is difficult to control a friction on the small contact surface between the pad and the ball.
  • the invention therefore aims to provide a locomotion device which has the same advantages as the US205 device while allowing a more precise control of the braking torque. It therefore relates to such a locomotion apparatus according to claim 1.
  • the claimed device has the same advantages as that of US205. Indeed, the fact that the wheel can rotate around the axis of rotation allows to limit or prevent, that this wheel slips during braking. In addition, the fact that the braking torque exerted is a function of the amplitude of the steering angle also makes it possible to approach the behavior of an ice skate, a snowboard or a ski.
  • the amplitude of the braking torque depends mainly on the braking command established by the central unit as a function of a measured physical quantity representative of the steering angle.
  • it is much easier to adjust and adjust the relationship between braking torque amplitude and steering angle.
  • Embodiments of this locomotion apparatus may include one or more of the features of the dependent claims.
  • the figure 1 represents a part of a locomotion apparatus 2.
  • the device 2 allows a human being, called thereafter user, to move by rolling on a floor 4.
  • the surface of the ground 4 is flat and extends in a horizontal plane called the ground plane.
  • the device 2 is light enough to be directly transported by hand by its user.
  • the apparatus 2 weighs less than 25 kg or less than 15 kg and preferably less than 10 kg. Its size is also limited. For example, its volume is less than 50 cm 3 .
  • the apparatus 2 is devoid of propulsion means, that is to say of thermal engine or electric propellant on the ground 4 the device 2 and its user.
  • the apparatus 2 is described in the particular case where it consists of two roller skates. Each of these pads is intended to be shod on a respective foot of the user. To simplify the figure 1 and the following figures, only the right shoe 6 is shown. The left pad of the apparatus 2 is deduced by symmetry of the right pad.
  • the pad 6 comprises a sole 8 which extends mainly in a horizontal plane S ( figure 2 ), called the sole plane. On the Figures 1 and 2 this plane S is parallel to the ground 4.
  • the sole 8 is described in more detail with reference to the Figures 1 and 2 .
  • the sole 8 is made of a rigid material which deforms very little under the weight of the user. For example, the maximum amplitude of its deformation in the Z direction between a situation where the weight of the user rests on this sole 8 and a situation where the user is absent, is strictly less than 10 cm and generally less than 1 cm or 5 mm for roll-on applications.
  • the sole 8 has an upper face 10 ( figure 2 ) on which the user's right foot is resting when using the device 2.
  • the pad 6 comprises a fastening device 12 for attaching the user's foot to the face 10 of the sole 8 so that the user can lift the pad 6 by raising the foot.
  • the attachment device 12 is a shoe inside which the user can enter his foot.
  • any other attachment device may be suitable as, for example, straps or loops for attaching the foot on the face 10 of the sole 8.
  • the sole 8 also has a lower face 14 ( figure 2 ) opposite the face 10 and on which are fixed rollers.
  • the orthogonal projection of the sole 8 in the plane S defines a shape that is longer than wide.
  • the longitudinal axis 16 of the sole 8 is defined as being the axis which passes through the center of this orthogonal projection of the sole 8 in the plane S and which is parallel to the largest side of the smaller area rectangle which contains entirely this orthogonal projection.
  • the center of an object is here defined as being the center of gravity of all the points of this object by assigning to each of its points the same weight.
  • the X direction of the XYZ mark is parallel to the axis 16.
  • the transverse axis of the sole 8 is an axis contained in the plane S and parallel to the Y direction.
  • the shoe 6 comprises four wheels 20 to 23.
  • Each wheel is rotatably mounted about a respective bearing axis passing through its center.
  • the rolling axles are always parallel to the S plane.
  • Figures 1 and 2 the rollers 20 to 23 are shown in a particular position, hereinafter referred to as "aligned position".
  • the aligned position the rolling axes of each of the rollers 20 to 23 are all perpendicular to the axis 16.
  • the braking torque which is exerted on each of these rollers is minimum and, preferably, none.
  • the rollers 20 to 23 are aligned one behind the other along the axis 16.
  • the rollers 20 and 23 are the rollers which are, respectively, the most forward and the further back in the X direction.
  • Each wheel 20 to 23 is also movable in rotation about a respective axis of rotation parallel to the Z direction. figure 2 these axes of rotation of the rollers 20 to 23 carry, respectively, the numerical references 26 to 29.
  • the bearing axis of the wheel 20 is referenced 34.
  • the wheel 20 comprises a tread 36 intended to come into direct contact with the ground 4 when the wheel 20 rolls on the ground 4.
  • the tread 36 is often made of polymer and, preferably, in a polymeric material having a significant coefficient of friction.
  • the tread 36 also has on each side of the wheel 20 vertical flanks 38 which do not come into direct contact with the ground 4.
  • the axis 34 is offset towards the front of the axis 26 of rotation.
  • the shortest distance ⁇ between the axis 34 and the axis 26 is non-zero.
  • this distance ⁇ is greater than 1 cm, 2 cm or 3 cm.
  • the axis 34 is in front of the axis 26 in the direction of displacement of the sole 8.
  • the distance ⁇ is chosen so that the point of contact between the ground 4 and the wheel 20 is as close as possible to the position of the point of contact that would be obtained by keeping the wheel 20 locked in the aligned position.
  • the wheel 20 also comprises a toothed wheel 40 rotatably mounted about the axis 26. More precisely, the axis of revolution of this wheel 40 coincides with the axis 26.
  • the toothed wheel 40 is fixed without any degree of freedom to the axis 34 and thus pivots at the same time as this axis 34 about the axis 26.
  • the figure 4 is used to define what is designated by "steering angle ⁇ B " and "angle ⁇ I inclination" of the sole 8.
  • roulette 20 is schematically represented by a circle.
  • the plane S and the axes 16, 26 and 34 correspond to the previously defined plane and axes.
  • the instantaneous direction VD of displacement of the sole 8 by a vector is also represented.
  • the angle ⁇ B is the angle between the axis 16 and the orthogonal projection of the direction VD on the plane S.
  • the angle ⁇ I is the angle between the plane S and the direction VD.
  • the rolling plane R of the wheel 20 and the plane passing through the center of the wheel 20 is perpendicular to its axis 34 rolling. As will be seen later, the rotation of the wheel 20 about its axis 26 is controlled to permanently maintain the plane R parallel to the direction VD to prevent the wheel 20 from skidding on the ground 4 when braking.
  • the figure 5 schematically represents the wheel 20 and a part of the sole 8 in a situation where the direction VD is horizontal and the angle ⁇ B is equal to 90 °.
  • the rolling plane of the wheel 20 is parallel to the direction VD.
  • the position of the wheel 20 in the case where the distance ⁇ is non-zero is represented in solid lines.
  • the position of the wheel 20 in the case where the distance ⁇ is zero is shown in dashed line.
  • the position of a wheel 40 is also represented in solid lines by an oblong shape.
  • the wheel 40 is identical to the wheel 20 except that it is locked in rotation about the axis 26 in the aligned position. Consequently, the position of the wheel 40 corresponds to that observed with a known shoe when the user inclines the sole of the shoe to skid in the direction VD perpendicular to the longitudinal axis of the sole in order to brake quickly
  • the points P 1 and P 2 correspond to the positions of the points of contact between the wheel 20 and the ground, respectively, in the position shown in dotted lines and in the position shown in solid lines.
  • the point P 3 corresponds to the position of the point of contact between the wheel 40 and the ground 4. To simplify, as a first approximation, the position of the point P 3 coincides with the intersection of the axis 26 and the ground 4.
  • ⁇ p D * sin ( ⁇ I ) / sin ( ⁇ B ), where D is the distance between the lower face 14 of the sole 8 and the ground 4 along the axis 26.
  • This value ⁇ p varies as a function of the values of the angles ⁇ I and ⁇ B.
  • the distance ⁇ is constant.
  • the distance ⁇ is here taken equal to D * sin ( ⁇ IC ) / sin ( ⁇ BC ) to plus or minus 20% or plus or minus 10% or more or less than 5%, where ⁇ IC and ⁇ BC are taken equal to 20 ° and 30 °, respectively.
  • the values ⁇ IC and ⁇ BC correspond to average values observed on known pads during a skid braking.
  • the distance D is equal to 90 mm, which leads to a distance ⁇ equal to 61.5 mm.
  • the inertial unit 50 is fixed without any degree of freedom to the sole 8.
  • the inertial unit 50 comprises a triaxial gyro 56 and a triaxial accelerometer 58.
  • the gyro 56 measures the rotational angular velocity of the sole 8 around three non-collinear axes and, advantageously, orthogonal to each other.
  • the measurement axes of the gyrometer 56 are parallel to the X, Y and Z directions.
  • the measurement axes of the accelerometer 58 are preferably parallel to the X, Y and Z directions.
  • the accelerometer 58 makes it possible to measure the direction VD whereas the integration of the measurements of the gyrometer 56 makes it possible to calculate the angles ⁇ B and ⁇ I.
  • the central unit 52 typically comprises a programmable electronic calculator 60 adapted to execute instructions recorded on an information recording medium.
  • the central unit 52 also comprises a memory 62 which contains the instructions necessary to execute the method of the figure 9 .
  • the device 54 is a controllable electrical device capable of simultaneously rotating the rollers 20 to 23 in response to the pivoting commands transmitted by the central unit 52.
  • this device 54 comprises a worm 70 which extends in parallel. to the axis 16 of the sole 8.
  • This screw 70 is located under the sole 8 and meshes directly and simultaneously each of the toothed wheels of the rollers 20 to 23.
  • the notched wheels of the rollers 21 to 23 bear, respectively, the numerical references 72, 73 and 74.
  • the meshing of the toothed wheel 40 with the screw 70 is shown in more detail on the figure 7 .
  • the screw 70 rotates on itself about its longitudinal axis which extends parallel to the axis 16.
  • a conical or frustoconical toothed wheel 76 is fixed without any degree of freedom on a proximal end of the screw 70.
  • the axis of revolution of this wheel 76 coincides with the longitudinal axis of the screw 70.
  • the wheel 76 meshes directly with another conical or frustoconical toothed wheel 78 whose axis of revolution is perpendicular and parallel to the direction Z.
  • the device 54 also comprises a controllable electric actuator 79 which rotates the toothed wheel 78 about its axis of revolution.
  • the actuator 79 is controlled by the central unit 52.
  • the actuator 79 is a stepping electric motor or the like.
  • the pad 6 also comprises an electro-mechanical braking device 80 of each of the casters 20 to 23 shown in FIG. figure 8 .
  • an electro-mechanical braking device 80 of each of the casters 20 to 23 shown in FIG. figure 8 To simplify the description and figure 8 , only the braking of the wheel 20 is shown and described in detail. The braking of the other rollers 21 to 23 is obtained in the same way as described for the wheel 20.
  • the actuator that pulls the brake cable is typically common to all the wheels to be braked.
  • the device 80 here comprises two buffers 82 and 84 braking. Each of these buffers 82 and 84 is movable between an advanced position and a retracted position. Only the retracted position is represented on the figure 8 . In the position advanced, the buffers 82 and 84 exert pressure on the wheel 20 to slow it down. For example, the pads 82 and 84 rub on the flanks 38 of the wheel 20 to slow it down. In the retracted position, the pads 82 and 84 do not exert or exert a minimum pressure on the roller 20 so that it is not braked. Here, in the retracted position, the pads 82 and 84 do not rub on the wheel 20. Typically, the pads 82 and 84 are made of polymer to increase the coefficient of friction.
  • each buffer 82, 84 is placed vis-à-vis a respective sidewall 38 of the wheel 20.
  • the buffers 82 and 84 are each placed on a respective end of jaws 86 and 88 of a pincer 90.
  • These jaws 86, 88 are rotatably mounted about the same axis 92 parallel to the Z direction.
  • each jaw 86, 88 is extended, respectively, by handles 94 and 96.
  • the handle and the corresponding jaw form only one rigid piece.
  • Each distal end of the handles 94 and 96 is mechanically attached to a respective end of a brake cable 100.
  • the dots that appear in the representation of the cable 100 only indicate that the cable 100 is not represented in full.
  • the cable 100 extends from the distal ends of the handles 94, 96 to the axis 26, then rises along the axis 26 in the Z direction to the sole 8 and then extends under the sole 8 to an actuator 104.
  • the actuator 104 is capable of pulling the proximal end of the cable 100 until the pressure exerted by the pads 82, 84 on the sidewalls 38 is equal to a pressure setpoint.
  • the pressure setpoint is contained, typically, in the brake control transmitted to the actuator 104 by the central unit 52. More specifically, when the actuator 104 pulls on the cable 100, the distal ends of the handles 94, 96 move closer to each other, which moves the buffers 82, 84 from their retracted position to their advanced position.
  • the actuator 104 is an electric actuator controllable by the central unit 52.
  • the device 80 also includes a return block 106 which automatically returns the buffers 82 and 84 from their advanced position to their retracted position as soon as the cable 100 relaxes.
  • the block 106 permanently urges the buffers 82 and 84 to their retracted position.
  • the block 106 is a spring or a piece of rubber housed between the jaws 86 and 88 and which permanently exerts a restoring force on these jaws which move them away from each other.
  • the buffers 82, 84, the pincer 90 and the block 106 are integral with the wheel 20 and pivot at the same time as the wheel 20 pivots about its axis 26.
  • the actuator 104 is fixed without any degree of freedom on the sole 8.
  • the actuators 80 and 104, the central unit 52 and the inertial unit 50 are housed inside the same housing 110 ( figure 1 ) fixed without any degree of freedom on the sole 8.
  • this housing 110 is attached to the rear of the liner 12.
  • the housing 110 has a source 112 ( figure 1 ) power supply that supplies electricity to all the elements of the pad 6 which require such a power supply.
  • the source 112 is an electric battery or a rechargeable battery or not.
  • the inertial unit 50 continuously measures the angular velocity and the acceleration of the sole 8 around the X, Y and Z directions and then transmits each of these measurements to the central unit 52.
  • the central unit 52 acquires these measures to process them.
  • the central unit 52 calculates the values of the angles ⁇ I and ⁇ B. Steps 120 and 122 are reiterated continuously as long as the apparatus 2 is used.
  • the user starts with a phase 124 of acceleration or displacement at a constant speed during which he does not wish to brake.
  • the user moves by doing what is known as the "skater's step".
  • the axis 16 and the direction VD are aligned.
  • the central unit 52 keeps the rollers in their aligned position at least when they roll on the ground 4. Therefore, during this phase 124, no braking torque is exerted on the wheels 20 to 23 by the device 80.
  • the buffers 82 and 84 are thus maintained in their retracted position.
  • the central unit 52 establishes a pivoting control of the rollers 20 to 23 to maintain their respective rolling surfaces parallel to the direction VD and to place their rolling axes. respective to their respective axes of rotation in the direction of the direction VD.
  • the central unit 52 establishes a pivot control that rotates each of the rollers 20 to 23 about its axis of rotation by an angle - ⁇ B opposite the calculated angle ⁇ B.
  • This pivoting instruction is incorporated in the pivot control which is transmitted to the steering device 54 and more specifically to its actuator 79.
  • a step 134 in response, the actuator 79 rotates the toothed wheel 78 by an angle corresponding to the setpoint contained in the received pivot control.
  • the rotation of the toothed wheel 78 causes a rotation corresponding to the screw 70 by means of the toothed wheel 76.
  • the rotation of the screw 70 on itself rotates, simultaneously, all the toothed wheels 40 and 72 to 74. This therefore causes a simultaneous pivoting of each wheel 20 to 23 around their respective axes of rotation which maintains the running surface of each of these wheels parallel to the direction VD.
  • the sole 8 and more precisely, the axis 16 of this sole is no longer parallel to the direction in which the rollers 20 to 23 roll.
  • the central unit 52 establishes a braking control of the rollers 20 to 23 to exert a braking torque on each of the rollers 20 to 23 whose amplitude increases as the absolute values of angles ⁇ B and ⁇ I , calculated in step 130, increases.
  • the central unit 52 calculates a pressure setpoint that increases proportionally to the absolute values of the angles ⁇ B and ⁇ I.
  • the setpoint Cp thus determined is then incorporated into a braking command established by the unit 52 and then transmitted to the braking device 80 and more precisely to its actuator 104.
  • the actuator 104 pulls the cable 100 until the pressure exerted by the buffers 82 and 84 on the sidewalls 38 of the rollers is equal to the pressure setpoint Cp contained in the command braking received.
  • step 134 returns the rollers 20 to 23 in their aligned position.
  • step 140 leads to a zero pressure setpoint. Therefore, at the next execution of step 142, the actuator 104 relaxes the cable 100 until the buffers 82 and 84 no longer exert any pressure on the wheel 20. The block 106 then automatically returns the buffers 82 and 84 to their retracted position.
  • the braking phase then ends and the user returns to the displacement phase 124.
  • the device 2 allows the user to brake in "snowplow", that is to say, by placing the pads in the same position as it would have to brake snowplow with skis or ice skates.
  • the figure 10 represents a shoe 150 identical to the pad 6 except that the braking device 80 is replaced by an electro-mechanical device 152 braking. To simplify the figure 10 , only the elements of the shoe 150 which differ from those of the shoe 6 are shown is described in more detail. The other elements are identical to those of the pad 6. In particular, the wheel steering device 20 23 of the shoe 150 is the same as that of the shoe 6. Only the braking device of the wheel 20 is shown on the figure 10 . The braking device of the other rollers 21 to 23 is identical to the braking device of the wheel 20.
  • the device 152 includes buffers movable from a retracted position to an advanced position when the brake cable 100 is pulled. These pads automatically return to their retracted position as soon as the cable 100 is loosened.
  • the device 152 comprises the pincer 90 and the pads 82, 84. figure 10 the tongs 90 and the buffers 82, 84 are schematized by a rectangular block bearing the reference 154.
  • the cable 100 is stretched and, alternately relaxed, not by a specific actuator such as the actuator 104 but using the same electric actuator 79 as used in the steering device 54.
  • the device 152 comprises a mechanism 156 which converts a pivoting of the wheel 20 about the axis 26 into a tension of the cable 100.
  • the mechanism 156 tends all the more the cable 100 than the absolute value of the pivoting angle of the wheel 20 about the axis 26 increases.
  • the mechanism 156 converts a pivoting wheel 20 into a displacement of the buffers 82, 84 to their advanced position. Conversely, the more the pivot angle decreases, the more the tension on the cable 100 decreases.
  • the mechanism 156 includes an anchor point 158 to which is attached, without any degree of freedom, the proximal end of the cable 100.
  • the point 158 is fixed without any degree of freedom on the 8.
  • the opposite ends of the cable 100 are attached, without any degree of freedom, to the ends of the handles 94 and 98 as described with reference to FIG. figure 8 .
  • the mechanism 156 also comprises two pairs 160, 162 of pions vis-à-vis.
  • the pair 160 is fixed without any degree of freedom under the sole 8.
  • the pair 162 is secured to the wheel 20 and pivots at the same time as the wheel 20 about the axis 26.
  • the pair 162 is placed forward the axis 26 of rotation, that is to say the side of the axis 26 opposite the side where the pincer 90 and the axis 34 of rolling.
  • the shortest distance between the pair 162 and the axis 26 is greater than 5 mm or 1 cm and generally less than 10 cm.
  • Each pair 160, 162 comprises two pins, respectively 164, 165 and 166, 167.
  • the cable 100 passes between the two pins 164 and 165 and between the two pins 166 and 167.
  • the pins 164 and 165 are symmetrical to each other. other relative to a plane parallel to the X and Z directions and passing through the axis 26.
  • the two pins 166 and 167 are symmetrical to one another with respect to a plane perpendicular to the axis 34 and passing through the axis 26.
  • the pair 160 is the symmetrical pair 162 relative to a plane perpendicular to the axis 16.
  • the pin 164 is now described in more detail with reference to the figure 12 .
  • the pin 164 here corresponds to a quarter of a wheel having a circular groove 170 on its outer periphery.
  • the dimensions of this groove 170 are sufficient to receive the cable 100 and prevent it from sliding in the Z direction when the cable is supported and received inside this groove.
  • the pins 165 and 166 abut on the cable 100 and the curve. Since the proximal end of the cable 100 is attached without any degree of freedom to the anchoring point 158, this curvature of the cable 100 results in traction on the distal ends of the handles 94 and 96. jaws 86 and 88 and thus the braking of the wheel 20 by friction with the pads 82 and 84.
  • the amplitude of the braking torque is greater than the amplitude of the pivoting of the wheel 20 around the axis 26 is important, that is to say that the absolute value of the angle ⁇ B is large. In contrast, in this embodiment, the amplitude of the braking torque is independent of the value of the angle ⁇ I.
  • the control of the braking torque as a function of the angle ⁇ I can be omitted.
  • the pad 6 can be simplified.
  • the measurement of the angle ⁇ I can be omitted.
  • the braking torque exerted on the wheels is not necessarily proportional to the absolute value of the angle ⁇ B.
  • the amplitude of the braking torque is constant and non-zero as soon as the angle ⁇ B is greater than a predetermined threshold.
  • the amplitude of the braking torque may also increase non-linearly, for example exponentially, as a function of the absolute value of the angle ⁇ B.
  • Braking a wheel can be done differently.
  • braking can also be achieved by using electromagnetic forces.
  • one or more permanent magnets are fixed without any degree of freedom on the wheel and the braking device comprises coils capable of generating magnetic fields which slow the movement of the permanent magnets.
  • the braking device has only one buffer or on the contrary more than two buffers may come rub on the same wheel.
  • the braking device can also be realized, for example, as described in the application US2013277924 except that the brake cable is pulled by the actuator 104 and not by a movement towards the rear of the user.
  • the mechanism 156 can be realized differently.
  • the number of pions may be different.
  • other embodiments of the pin 164 are possible.
  • the groove 170 is omitted.
  • the face of the pin intended to bear on the cable 100 does not present no roughness likely to hurt or wear this cable 100.
  • this support surface does not need to be circular, it can also be elliptical.
  • the braking device can also be provided to brake only a limited number of rollers and not all the wheels of the apparatus 2. For example, only the rollers 20 and 23 are braked. The other wheels 21 and 22 are not braked.
  • the toothed wheel 40 can be replaced by a simple notched angular sector.
  • the steering device comprises a roller actuator which directly drives the wheel in rotation about its axis of rotation. In this case, the worm 70 and the toothed wheels 40 and 72 to 74 are omitted.
  • a damper can be housed between each wheel and the sole to cushion the bumps and asperities of the ground.
  • a damper typically introduces an additional degree of freedom of movement of the wheel relative to the sole in the Z direction.
  • rollers are always entirely under the sole as in the examples described above. Indeed, it is sufficient that at least a portion of the tread of the wheel is under the sole. The other part of the tread may protrude above the sole through a housing provided for this purpose in this sole.
  • the number of wheels can be any.
  • the locomotion apparatus comprises only one or two or more wheels.
  • the locomotion device may also include additional free wheels.
  • These free rollers are mounted free to rotate about their respective axes of rotation.
  • the running axis of these free wheels is also offset by a non-zero distance ⁇ of their axis of rotation so that they are automatically aligned without the aid of an electric actuator on the instantaneous direction of movement of the device.
  • One of these free wheels can, for example, be used to measure the angle ⁇ B.
  • the locomotion device comprises only free wheels.
  • the steering device is omitted.
  • the locomotion apparatus comprises a mechanism for adjusting the distance ⁇ .
  • this mechanism is a sliding rail or slide mechanism that adjusts the distance ⁇ even during use of the locomotion device.
  • the locomotion apparatus also comprises a controllable electric actuator that moves the adjustment mechanism according to a distance adjustment command ⁇ generated by the central unit 52.
  • the central unit generates, at each control instant, an adjustment command which maintains the distance ⁇ during braking equal to the distance D * sin ( ⁇ I ) / sin ( ⁇ B ) .
  • the distance ⁇ is constant and zero.
  • the central unit 52 may comprise one or more electronic computers. In the case where it comprises several electronic computers, one of them is for example specifically programmed to control the steering device while another of these electronic computers is specifically programmed to control the braking device.
  • the first central unit fixed on the first sole and the second central unit fixed on the second sole comprise, respectively, a first and a second transceiver.
  • These transceivers allow data exchange between the first and second CPUs.
  • the first central unit transmits to the second central unit data on the braking torque and / or the steering angle that it controls.
  • the second CPU takes into account the data received to determine the braking torque and / or the steering angle to be applied to the wheels attached to the second sole.
  • the difference between the braking torques applied on the wheels fixed on each of these insoles is limited.
  • These transceivers are typically wireless transceivers such as radio-frequency transceivers, Bluetooth or Wifi.
  • the central unit 52 can be programmed differently. For example, alternatively, during the phase 124, the unit 52 controls the devices 54 and 80 to keep the rollers 20 to 23 in the aligned position. As soon as the unit 52 detects that the user wants to brake, in response, it immediately proceeds to the phase 128 during which it maintains the rolling plane of each wheel aligned with the direction VD and, at the same time, brakes each wheel as previously described. For example, the unit 52 detects that the user wants to brake when the angle ⁇ B varies abruptly. A sudden variation of the angle ⁇ B can be detected by continuously comparing the derivative, with respect to time, of the angle ⁇ B to a predetermined threshold SB. As long as this threshold SB is not crossed, the unit 52 remains in the phase 124 where the rollers are maintained in the aligned position. As soon as this threshold SB is crossed, the unit 52 proceeds to the phase 128.
  • the inertial unit 50 may comprise additional sensors such as, for example, a triaxial magnetometer. These additional sensors measure additional information that is transmitted to the central unit 52. The central unit 52 can use this additional information on the displacement. the sole 8 to improve the determination of the angle ⁇ B or ⁇ I. This CPU can also use this additional information to establish pivoting or braking commands which are, in addition, a function of its orientation in the Earth's magnetic field.
  • additional sensors such as, for example, a triaxial magnetometer. These additional sensors measure additional information that is transmitted to the central unit 52.
  • the central unit 52 can use this additional information on the displacement. the sole 8 to improve the determination of the angle ⁇ B or ⁇ I.
  • This CPU can also use this additional information to establish pivoting or braking commands which are, in addition, a function of its orientation in the Earth's magnetic field.
  • the gyro 56 is replaced by a gyroscope which directly measures the rotation around the X, Y and Z directions rather than the angular velocity around these directions.
  • the power source 112 may include an energy recovery system for generating electricity to power the braking and steering devices.
  • the energy recovery system comprises photovoltaic panels or a dynamometric machine whose rotor is rotated by the rotation of the rollers about their respective bearing axis.
  • the energy recovery system can be used to directly power the braking and steering devices or simply to recharge a battery.
  • the energy recovery system can also exploit other sources of energy present in the environment where the locomotion device is used, for example, the vibrations of the wheels caused by irregularities of the soil on which the vehicle moves. apparatus.
  • the housing 110 may be placed elsewhere than behind the liner 12.
  • the housing may be housed on or under the sole 8.
  • the mechanism for transmitting the movement of the actuators is adapted according to this new position of the housing .
  • the use of truncated notched wheels may become unnecessary depending on the position of the housing.
  • the locomotion apparatus has been described above in the particular case where it is a roller skate. However, all that has been described above applies to any type of wheeled locomotion device used by a user to move on a floor. In particular, what has been described above applies to skateboards, scooters, roller skis or roller skis. In the case of a skateboard or a scooter, the locomotion device does not include a device for attaching the feet of the user on the sole.

Description

  • L'invention concerne un appareil de locomotion à roulettes pour se déplacer sur un sol.
  • De nombreux appareils de locomotion à roulettes sont connus comme, par exemple, les patins à roulettes. Toutefois, le freinage avec des patins à roulettes ou tout autre appareil de locomotion similaire, tel que des planches à roulettes ou des skis à roulettes, demande une grande dextérité et nécessite de nombreuses heures de pratique avant d'être parfaitement maîtrisé. En effet, pour cela, il faut souvent arriver à faire déraper les roulettes sur le sol.
  • Diverses améliorations ont déjà été imaginées pour remédier à cet inconvénient. Par exemple, la demande US2002153205 , notée par la suite US205, décrit un appareil de locomotion et plus précisément, des patins à roulettes. Ces patins à roulettes comportent chacun :
    • une semelle s'étendant principalement dans un plan appelé « plan de la semelle » et sur laquelle au moins l'un des pieds de l'utilisateur est destiné à venir se reposer lors de l'utilisation de l'appareil par cet utilisateur,
    • au moins une roulette mécaniquement raccordée à la semelle pour rouler sur le sol, cette roulette étant montée en rotation autour d'un axe de roulement parallèle au plan de la semelle et aussi autour d'un axe de rotation perpendiculaire au plan de la semelle, et
    • un dispositif de freinage apte à exercer sur la roulette un couple de freinage dont l'amplitude varie en fonction d'un angle de braquage, l'angle de braquage étant l'angle entre :
      • un axe longitudinal de la semelle, cet axe longitudinal étant fixé sans aucun degré de liberté à la semelle et contenu dans le plan de la semelle, et
      • la projection orthogonale, sur le plan de la semelle, de la direction instantanée de déplacement de cette semelle.
  • L'appareil de US205 présente plusieurs avantages dont notamment :
    1. 1. de permettre de freiner sans avoir à faire déraper la roulette, et
    2. 2. d'imiter le comportement des patins à glace ou des skis, c'est-à-dire de déclencher le freinage en mettant la semelle en biais par rapport à la direction instantanée de déplacement de l'appareil.
  • L'avantage n° 2 est particulièrement intéressant car il facilite grandement l'apprentissage du freinage de l'appareil de locomotion.
  • Plus précisément, dans l'appareil de US205, la roulette est une boule et le couple de freinage est obtenu par frottement de tampons sur cette boule. Les tampons sont placés sur un axe de roulement qui passe par le centre de la boule. Le frottement, et donc le couple de freinage, n'apparaît que si la boule roule dans une direction non colinéaire avec cet axe de roulement, c'est-à-dire si l'angle de braquage est non nul. Dans l'appareil de US205, le freinage est réalisé par un frottement entre les tampons et la boule. Or cette dernière a pour caractéristique d'avoir une grande adhérence avec le sol. Typiquement, elle est en polymère assez mou comme pour les roulettes actuelles connues. Dans ces conditions, il est difficile de contrôler un frottement sur la petite surface de contact entre le tampon et la boule.
  • De l'état de la technique est également connu de :
  • L'invention vise donc à proposer un appareil de locomotion qui présente les mêmes avantages que l'appareil de US205 tout en permettant un contrôle plus précis du couple de freinage. Elle a donc pour objet un tel appareil de locomotion conforme à la revendication 1.
  • L'appareil revendiqué présente les mêmes avantages que celui de US205. En effet, le fait que la roulette puisse pivoter autour de l'axe de rotation permet de limiter, voire d'empêcher, que cette roulette dérape lors du freinage. De plus, le fait que le couple de freinage exercé soit fonction de l'amplitude de l'angle de braquage permet aussi de se rapprocher du comportement d'un patin à glace, d'un snowboard ou d'un ski.
  • Enfin, dans l'appareil de locomotion revendiqué, l'amplitude du couple de freinage dépend principalement de la commande de freinage établie par l'unité centrale en fonction d'une grandeur physique mesurée représentative de l'angle de braquage. Ainsi, il est beaucoup plus facile de régler et d'ajuster la relation entre l'amplitude du couple de freinage et l'angle de braquage.
  • Les modes de réalisation de cet appareil de locomotion peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes.
  • Ces modes de réalisation de l'appareil de locomotion présentent en outre les avantages suivants :
    • L'utilisation d'un dispositif électro-mécanique commandable de braquage de la roulette permet de conserver la roulette alignée sur la direction instantanée de déplacement de la semelle même lorsque cette roulette ne touche plus le sol. On évite ainsi les à-coups et freinages incontrôlés qui se produisent au moment où une roulette touche à nouveau le sol après avoir été soulevée. Cela facilite donc l'usage de l'appareil de locomotion.
    • L'utilisation d'un actionneur électrique commun au dispositif de freinage et au dispositif de braquage simplifie la fabrication de l'appareil de locomotion.
    • L'utilisation d'un pion, tel qu'une roue à gorge, pour tendre et détendre le câble de frein en fonction du pivotement de la roue autour de son axe de rotation permet de réaliser simplement un mécanisme apte à transformer un pivotement de cette roue en un déplacement du tampon de freinage.
    • Le déport de l'axe de roulement de la roulette par rapport à son axe de rotation d'une distance Δ permet de rapprocher le point de contact entre la roulette et le sol de la position qu'occupe ce point de contact lors d'un freinage avec un appareil de locomotion identique mais dans lequel la roulette ne peut pas pivoter autour de l'axe de rotation.
    • L'utilisation d'une vis sans fin engrenée avec une roue crantée pour faire pivoter la roulette autour de son axe de rotation permet de maintenir l'angle de pivotement de la roulette sans consommer ou en minimisant la consommation d'énergie électrique.
    • Utiliser un actionneur qui commande la pression exercée par le tampon de freinage sur la roulette permet d'obtenir un couple de freinage qui ne dépend pas de l'usure de ce tampon ou de la roulette.
    • Programmer l'unité centrale pour que l'amplitude du couple de freinage augmente au fur et à mesure que l'angle de braquage augmente permet de reproduire de façon réaliste le comportement en freinage des patins à glace ou des skis. Cela facilite donc l'utilisation de l'appareil de locomotion.
    • Programmer l'unité centrale pour que l'amplitude du couple de freinage augmente au fur et à mesure que l'inclinaison de la semelle par rapport à la direction instantanée de déplacement augmente, permet aussi d'imiter plus précisément le comportement, en freinage, des patins à glace ou des skis. Ceci facilite donc le contrôle du freinage de l'appareil de locomotion par l'utilisateur.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
    • La figure 1 est une illustration schématique, en vue de côté, d'une partie d'un appareil de locomotion ;
    • La figure 2 est une illustration schématique, en vue de dessus, d'une semelle de l'appareil de la figure 1 ;
    • La figure 3 est une illustration schématique et en perspective d'une roulette de l'appareil de la figure 1 ;
    • La figure 4 est une illustration schématique de différents plans et axes de l'appareil de la figure 1, utilisée pour définir un angle de braquage αB et un angle d'inclinaison αI ;
    • La figure 5 est une illustration schématique de la roulette de la figure 3, utilisée pour expliquer l'intérêt d'un déport de l'axe de roulement de cette roulette par rapport à son axe de rotation ;
    • La figure 6 est une illustration schématique d'un dispositif de braquage des roulettes de l'appareil de la figure 1 ;
    • La figure 7 est une illustration schématique et en vue de dessus d'une partie du dispositif de braquage de la figure 6 ;
    • La figure 8 est une illustration schématique d'un dispositif de freinage de l'appareil de la figure 1 ;
    • La figure 9 est un organigramme d'un procédé de fonctionnement de l'appareil de la figure 1 ;
    • Les figures 10 et 11 sont des illustrations schématiques en vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de freinage des roulettes de l'appareil de la figure 1;
    • La figure 12 est une illustration schématique et en perspective d'un pion utilisé dans le dispositif de freinage de la figure 10.
  • Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
  • La figure 1 représente une partie d'un appareil 2 de locomotion. L'appareil 2 permet à un être humain, appelé par la suite utilisateur, de se déplacer en roulant sur un sol 4. Ici, la surface du sol 4 est plane et s'étend dans un plan horizontal appelé plan du sol. L'appareil 2 est suffisamment léger pour être directement transporté à la main par son utilisateur. Par exemple, l'appareil 2 pèse moins de 25 kg ou moins de 15 kg et, de préférence, moins de 10 kg. Son encombrement est également limité. Par exemple, son volume est inférieur à 50 cm3. Dans ce mode de réalisation, l'appareil 2 est dépourvu de moyens de propulsion, c'est-à-dire de moteur thermique ou électrique apte à propulser sur le sol 4 l'appareil 2 et son utilisateur.
  • A titre d'illustration, l'appareil 2 est décrit dans le cas particulier où celui-ci se compose de deux patins à roulettes. Chacun de ces patins est destiné à être chaussé sur un pied respectif de l'utilisateur. Pour simplifier la figure 1 et les figures suivantes, seul le patin droit 6 est représenté. Le patin gauche de l'appareil 2 se déduit par symétrie du patin droit.
  • Le patin 6 comporte une semelle 8 qui s'étend principalement dans un plan horizontal S (figure 2), appelé plan de la semelle. Sur les figures 1 et 2, ce plan S est parallèle au sol 4.
  • Par la suite, toutes les figures sont orientées par rapport à un repère orthogonal XYZ fixé sans aucun degré de liberté à cette semelle 8. Les directions X et Y sont contenues dans le plan S.
  • La semelle 8 est décrite plus en détail en référence aux figures 1 et 2. La semelle 8 est réalisée dans un matériau rigide qui se déforme très peu sous le poids de l'utilisateur. Par exemple, l'amplitude maximum de sa déformation dans la direction Z entre une situation où le poids de l'utilisateur repose sur cette semelle 8 et une situation où l'utilisateur est absent, est strictement inférieure à 10 cm et généralement inférieure à 1 cm ou 5 mm pour les applications de type patin à roulettes. La semelle 8 comporte une face supérieure 10 (figure 2) sur laquelle repose le pied droit de l'utilisateur lors de l'utilisation de l'appareil 2.
  • Le patin 6 comporte un dispositif d'attache 12 pour attacher le pied de l'utilisateur sur la face 10 de la semelle 8 de manière à ce que l'utilisateur puisse soulever le patin 6 en levant le pied. Dans le cas particulier représenté ici, le dispositif d'attache 12 est un chausson à l'intérieur duquel l'utilisateur peut introduire son pied. Toutefois, tout autre dispositif d'attache peut convenir comme, par exemple, des sangles ou des boucles permettant d'attacher le pied sur la face 10 de la semelle 8.
  • La semelle 8 comporte également une face inférieure 14 (figure 2) opposée à la face 10 et sur laquelle sont fixées des roulettes.
  • Typiquement, la projection orthogonale de la semelle 8 dans le plan S définit une forme qui est plus longue que large. On définit l'axe longitudinal 16 de la semelle 8 comme étant l'axe qui passe par le centre de cette projection orthogonale de la semelle 8 dans le plan S et qui est parallèle au plus grand côté du rectangle de plus petite surface qui contient entièrement cette projection orthogonale. Le centre d'un objet est ici définit comme étant le barycentre de tous les points de cet objet en affectant à chacun de ses points le même poids. Ici, la direction X du repère XYZ est parallèle à l'axe 16. L'axe transversal de la semelle 8 est un axe contenu dans le plan S et parallèle à la direction Y.
  • Dans ce mode de réalisation, le patin 6 comporte quatre roulettes 20 à 23. Chaque roulette est montée en rotation autour d'un axe de roulement respectif passant par son centre. Les axes de roulement sont toujours parallèles au plan S. Dans les figures 1 et 2, les roulettes 20 à 23 sont représentées dans une position particulière, appelée par la suite « position alignée ». Dans la position alignée, les axes de roulement de chacune des roulettes 20 à 23 sont tous perpendiculaires à l'axe 16. De plus, dans cette position alignée, le couple de freinage qui s'exerce sur chacune de ces roulettes est minimum et, de préférence, nul. Dans ce mode de réalisation, dans la position alignée, les roulettes 20 à 23 sont alignées les unes derrière les autres le long de l'axe 16. Les roulettes 20 et 23 sont les roulettes qui sont, respectivement, le plus en avant et le plus en arrière dans la direction X.
  • Chaque roulette 20 à 23 est également déplaçable en rotation autour d'un axe respectif de rotation parallèle à la direction Z. Sur la figure 2, ces axes de rotation des roulettes 20 à 23 portent, respectivement, les références numériques 26 à 29.
  • A l'exception de leur position les unes par rapport aux autres sous la semelle 8, ces roulettes 20 à 23 sont structurellement identiques les unes aux autres. Ainsi, seule la roulette 20 est décrite plus en détail en référence à la figure 3.
  • Sur la figure 3, l'axe de roulement de la roulette 20 porte la référence 34. La roulette 20 comporte une bande de roulement 36 destinée à venir directement en contact sur le sol 4 lorsque la roulette 20 roule sur ce sol 4. La bande de roulement 36 est souvent réalisée en polymère et, de préférence, dans un matériau polymère présentant un coefficient de friction important. Ici, la bande de roulement 36 présente également de chaque côté de la roulette 20 des flancs verticaux 38 qui ne viennent pas en contact directement avec le sol 4.
  • L'axe 34 est déporté vers l'avant de l'axe 26 de rotation. Autrement dit, la distance Δ la plus courte entre l'axe 34 et l'axe 26 est non nulle. Typiquement, cette distance Δ est supérieure à 1 cm, 2 cm ou 3 cm. De plus, comme cela est visible sur la figure 2, lors de l'utilisation du patin 6, l'axe 34 se trouve devant l'axe 26 dans la direction de déplacement de la semelle 8.
  • La distance Δ est choisie pour que le point de contact entre le sol 4 et la roulette 20 soit aussi près que possible de la position du point de contact qui serait obtenu en maintenant la roulette 20 bloquée dans la position alignée.
  • La roulette 20 comporte aussi une roue crantée 40 montée en rotation autour de l'axe 26. Plus précisément, l'axe de révolution de cette roue 40 est confondu avec l'axe 26. La roue crantée 40 est fixée sans aucun degré de liberté à l'axe 34 et pivote donc en même temps que cet axe 34 autour de l'axe 26.
  • La figure 4 est utilisée pour définir ce que l'on désigne par « angle αB de braquage » et « angle αI d'inclinaison » de la semelle 8. Pour simplifier cette figure 4, seule la roulette 20 est schématiquement représentée par un cercle. Sur cette figure, le plan S et les axes 16, 26 et 34 correspondent au plan et axes précédemment définis. On a également représenté la direction instantanée VD de déplacement de la semelle 8 par un vecteur. L'angle αB est l'angle entre l'axe 16 et la projection orthogonale de la direction VD sur le plan S. L'angle αI est l'angle entre le plan S et la direction VD.
  • Le plan R de roulement de la roulette 20 et le plan passant par le centre de la roulette 20 est perpendiculaire à son axe 34 de roulement. Comme on le verra par la suite, la rotation de la roulette 20 autour de son axe 26 est commandée pour maintenir en permanence le plan R parallèle à la direction VD afin d'éviter à la roulette 20 de déraper sur le sol 4 lors d'un freinage.
  • Sur cette figure 4, on a également représenté la distance Δ qui sépare les axes 26 et 34 de la roulette 20.
  • La figure 5 représente schématiquement la roulette 20 et une partie de la semelle 8 dans une situation où la direction VD est horizontale et l'angle αB est égal à 90°. Dans cette figure, le plan de roulement de la roulette 20 est parallèle à la direction VD. La position de la roulette 20 dans le cas où la distance Δ est non nulle est représentée en trait plein. La position de la roulette 20 dans le cas où la distance Δ est nulle est représentée en trait pointillé. La position d'une roulette 40 est également représentée en trait plein par une forme oblongue. La roulette 40 est identique à la roulette 20 sauf qu'elle est bloquée en rotation autour de l'axe 26 dans la position alignée. Par conséquent, la position de la roulette 40 correspond à celle qui est observée avec un patin connu lorsque l'utilisateur incline la semelle du patin pour déraper dans la direction VD perpendiculaire à l'axe longitudinal de la semelle afin de freiner rapidement
  • Les points P1 et P2 correspondent aux positions des points de contact entre la roulette 20 et le sol, respectivement, dans la position représentée en pointillés et dans la position représentée en trait plein. Le point P3 correspond à la position du point de contact entre la roulette 40 et le sol 4. Pour simplifier, en première approximation, la position du point P3 est confondue avec l'intersection de l'axe 26 et du sol 4.
  • Sur la figure 5, on constate qu'une distance Δ nulle correspond à un point P1 éloigné du point P3 dans la direction VD. A l'inverse, dès que la distance Δ est non nulle, le point P2 se rapproche du point P3 dans la direction VD. Il existe même une valeur Δp de la distance Δ pour laquelle la distance entre les points P2 et P3 dans la direction VD est nulle comme représentée sur la figure 5. Minimiser cet écart entre les points P2 et P3 dans la direction VD est intéressant car cela rend l'utilisation du patin 6 plus intuitive et similaire à celle des patins connus. La valeur Δp qui annule l'écart entre les points P2 et P3 dans la direction VD est donnée par la relation suivante : Δp = D*sin(αI)/sin(αB), où D est la distance entre la face inférieure 14 de la semelle 8 et le sol 4 le long de l'axe 26. Cette valeur Δp varie en fonction des valeurs des angles αI et αB. Toutefois, dans ce mode de réalisation, la distance Δ est constante. Ainsi, pour minimiser cet écart entre les points P2 et P3 dans la majorité des situations d'utilisation, la distance Δ est ici prise égale à D*sin(αIC)/sin(αBC) à plus ou moins 20% ou plus ou moins 10% ou plus ou moins 5% près, où αIC et αBC sont pris égaux, respectivement à 20° et à 30°. Les valeurs αIC et αBC correspondent à des valeurs moyennes observées sur des patins connus lors d'un freinage par dérapage.
  • Par exemple, ici la distance D est égale à 90 mm, ce qui conduit à une distance Δ égale à 61,5 mm.
  • La figure 6 représente les différents éléments du patin 6 mis en oeuvre pour maintenir le plan de roulement de chacune des roulettes 20 à 23 parallèle à la direction VD lors du freinage. A cet effet, le patin 6 comporte :
    • une centrale inertielle 50 capable de mesurer des grandeurs physiques représentatives des angles αB et αI, c'est-à-dire des grandeurs physiques à partir desquelles les valeurs de ces angles αB et αI peuvent être déterminées,
    • une unité centrale 52 qui établit à partir des mesures de la centrale inertielle 50 une commande de pivotement des roulettes 20 à 23 autour de leur axe respectif de rotation, et
    • un dispositif électro-mécanique 54 de braquage apte à faire simultanément pivoter chacune des roulettes 20 à 23 autour de leurs axes respectifs de rotation d'un angle imposé par la commande de pivotement établie par l'unité centrale 52.
  • La centrale inertielle 50 est fixée sans aucun degré de liberté à la semelle 8. Typiquement, la centrale inertielle 50 comporte un gyromètre triaxe 56 et un accéléromètre triaxe 58. Le gyromètre 56 mesure la vitesse angulaire de rotation de la semelle 8 autour de trois axes non colinéaires et, avantageusement, orthogonaux entre eux. Par exemple, les axes de mesure du gyromètre 56 sont parallèles aux directions X, Y et Z. De façon similaire, les axes de mesure de l'accéléromètre 58 sont, de préférence, parallèles aux directions X, Y et Z. L'accéléromètre 58 permet de mesurer la direction VD tandis que l'intégration des mesures du gyromètre 56 permet de calculer les angles αB et αI.
  • L'unité centrale 52 comporte typiquement un calculateur électronique programmable 60 apte à exécuter des instructions enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. A cet effet, l'unité centrale 52 comporte également une mémoire 62 qui contient les instructions nécessaires pour exécuter le procédé de la figure 9.
  • Le dispositif 54 est un dispositif électrique commandable apte à faire pivoter simultanément les roulettes 20 à 23 en réponse aux commandes de pivotement transmises par l'unité centrale 52. A cet effet, ce dispositif 54 comporte une vis sans fin 70 qui s'étend parallèlement à l'axe 16 de la semelle 8. Cette vis 70 est située sous la semelle 8 et engrène directement et simultanément chacune des roues crantées des roulettes 20 à 23. Sur la figure 6, les roues crantées des roulettes 21 à 23 portent, respectivement, les références numériques 72, 73 et 74. L'engrènement de la roue crantée 40 avec la vis 70 est représenté plus en détail sur la figure 7. La vis 70 tourne sur elle-même autour de son axe longitudinal qui s'étend parallèlement à l'axe 16.
  • Une roue crantée conique ou tronconique 76 est fixée sans aucun degré de liberté sur une extrémité proximale de la vis 70. L'axe de révolution de cette roue 76 est confondu avec l'axe longitudinal de la vis 70.
  • La roue 76 engrène directement une autre roue crantée conique ou tronconique 78 dont l'axe de révolution est perpendiculaire et parallèle à la direction Z.
  • Le dispositif 54 comporte aussi un actionneur électrique commandable 79 qui entraîne en rotation la roue crantée 78 autour de son axe de révolution. L'actionneur 79 est commandé par l'unité centrale 52. Par exemple, l'actionneur 79 est un moteur électrique pas à pas ou similaire.
  • Le patin 6 comporte également un dispositif électro-mécanique 80 de freinage de chacune des roulettes 20 à 23 représenté sur la figure 8. Pour simplifier la description et la figure 8, seul le freinage de la roulette 20 est représenté et décrit en détail. Le freinage des autres roulettes 21 à 23 est obtenu de la même façon que ce qui est décrit pour la roulette 20. De plus, l'actionneur qui tire le câble de frein est typiquement commun à l'ensemble des roulettes à freiner.
  • Le dispositif 80 comporte ici deux tampons 82 et 84 de freinage. Chacun de ces tampons 82 et 84 est déplaçable entre une position avancée et une position rétractée. Seule la position rétractée est représentée sur la figure 8. Dans la position avancée, les tampons 82 et 84 exercent une pression sur la roulette 20 pour la freiner. Par exemple, les tampons 82 et 84 frottent sur les flancs 38 de la roulette 20 pour la freiner. Dans la position rétractée, les tampons 82 et 84 n'exercent pas ou exercent une pression minimale sur la roulette 20 de sorte que celle-ci n'est pas freinée. Ici, dans la position rétractée, les tampons 82 et 84 ne frottent pas sur la roulette 20. Typiquement, les tampons 82 et 84 sont réalisés en polymère pour accroître le coefficient de frottement. Ici, chaque tampon 82, 84 est placée en vis-à-vis d'un flanc 38 respectif de la roulette 20.
  • A titre d'illustration, les tampons 82 et 84 sont placés chacun sur une extrémité respective de mâchoires 86 et 88 d'une tenaille 90. Ces mâchoires 86, 88 sont montées en rotation autour d'un même axe 92 parallèle à la direction Z. De l'autre côté de l'axe 92, chaque mâchoire 86, 88 se prolonge, respectivement, par des poignées 94 et 96. La poignée et la mâchoire correspondantes ne forment qu'une seule pièce rigide. Chaque extrémité distale des poignées 94 et 96 est attachée mécaniquement à une extrémité respective d'un câble 100 de frein. Sur la figure 8, les pointillés qui apparaissent dans la représentation du câble 100 indiquent seulement que le câble 100 n'est pas représenté en entier. Le câble 100 s'étend depuis les extrémités distales des poignées 94, 96 jusqu'à l'axe 26, puis remonte le long de l'axe 26 dans la direction Z jusqu'à la semelle 8 puis s'étend sous la semelle 8 jusqu'à un actionneur 104. L'actionneur 104 est capable de tirer l'extrémité proximale du câble 100 jusqu'à ce que la pression exercée par les tampons 82, 84 sur les flancs 38 soit égale à une consigne de pression. La consigne de pression est contenue, typiquement, dans la commande de freinage transmise à l'actionneur 104 par l'unité centrale 52. Plus précisément, lorsque l'actionneur 104 tire sur le câble 100, les extrémités distales des poignées 94, 96 se rapprochent l'une de l'autre, ce qui déplace les tampons 82, 84 de leur position rétractée vers leur position avancée. L'actionneur 104 est un actionneur électrique commandable par l'unité centrale 52.
  • Le dispositif 80 comporte aussi un bloc 106 de rappel qui ramène automatiquement les tampons 82 et 84 de leur position avancée vers leur position rétractée dès que le câble 100 se détend. Typiquement, le bloc 106 sollicite en permanence les tampons 82 et 84 vers leur position rétractée. Par exemple, le bloc 106 est un ressort ou un morceau de caoutchouc logé entre les mâchoires 86 et 88 et qui exerce en permanence une force de rappel sur ces mâchoires qui les éloignent l'une de l'autre.
  • Les tampons 82, 84, la tenaille 90 et le bloc 106 sont solidaires de la roulette 20 et pivotent en même temps que la roulette 20 pivote autour de son axe 26. L'actionneur 104 est quant à lui fixé sans aucun degré de liberté sur la semelle 8.
  • Les actionneurs 80 et 104, l'unité centrale 52 et la centrale inertielle 50 sont logés à l'intérieur d'un même boîtier 110 (figure 1) fixé sans aucun degré de liberté sur la semelle 8. Ici, ce boîtier 110 est fixé à l'arrière du chausson 12. De plus, le boîtier 110 comporte une source 112 (figure 1) d'alimentation électrique qui alimente en électricité l'ensemble des éléments du patin 6 qui nécessitent une telle alimentation. Par exemple, la source 112 est une batterie électrique ou une pile rechargeable ou non.
  • Le fonctionnement de l'appareil 2 va maintenant être décrit en référence au procédé de la figure 9.
  • Initialement, l'utilisateur chausse chacun des patins puis commence à patiner pour se déplacer sur le sol 4.
  • A partir de ce moment, lors d'une étape 120, la centrale inertielle 50 mesure en permanence la vitesse angulaire et l'accélération de la semelle 8 autour des directions X, Y et Z puis transmet chacune de ces mesures à l'unité centrale 52.
  • Lors d'une étape 122, l'unité centrale 52 acquiert ces mesures pour les traiter. En particulier, l'unité centrale 52 calcule les valeurs des angles αI et αB. Les étapes 120 et 122 sont réitérées en permanence tant que l'appareil 2 est utilisé.
  • En parallèle, l'utilisateur débute par une phase 124 d'accélération ou de déplacement à vitesse constante lors de laquelle il ne souhaite pas freiner. Par exemple, l'utilisateur se déplace en effectuant ce qui est connu sous l'expression du « pas du patineur ». Lors de l'exécution du pas du patineur, à chaque fois qu'un patin roule sur le sol 4, l'axe 16 et la direction VD sont alignés. Ainsi, pendant cette phase 124, l'unité centrale 52 maintient les roulettes dans leur position alignée au moins lorsqu'elles roulent sur le sol 4. Par conséquent, lors de cette phase 124, aucun couple de freinage n'est exercé sur les roulettes 20 à 23 par le dispositif 80. Les tampons 82 et 84 sont donc maintenus dans leur position rétractée.
  • Lorsque l'utilisateur souhaite freiner, il braque brusquement ses patins de manière à ce que l'angle αB et, éventuellement l'angle αI varient brusquement. Une brusque variation de l'un de ces angles αB ou αI est ici interprétée par l'unité centrale 52 comme le signalement de la volonté de l'utilisateur de freiner. Dès lors, la phase 124 s'interrompt et se poursuit par une phase 128 de freinage.
  • Lors de la phase 128, et plus précisément lors d'une étape 132, l'unité centrale 52 établit une commande de pivotement des roulettes 20 à 23 pour maintenir leurs plans de roulement respectifs parallèles à la direction VD et pour placer leurs axes de roulement respectifs devant leurs axe de rotation respectifs dans le sens de la direction VD. Par exemple, pour cela, l'unité centrale 52 établit une commande de pivotement qui fait pivoter chacune des roulettes 20 à 23 autour de son axe de rotation d'un angle -αB opposé à l'angle αB calculé. Cette consigne de pivotement est incorporée à la commande de pivotement qui est transmise au dispositif 54 de braquage et plus précisément à son actionneur 79.
  • Lors d'une étape 134, en réponse, l'actionneur 79 fait tourner la roue crantée 78 d'un angle correspondant à la consigne contenue dans la commande de pivotement reçue. La rotation de la roue crantée 78 entraîne une rotation correspondante de la vis 70 par l'intermédiaire de la roue crantée 76. La rotation de la vis 70 sur elle-même entraîne en rotation, simultanément, toutes les roues crantées 40 et 72 à 74. Cela provoque donc un pivotement simultané de chaque roulette 20 à 23 autour de leurs axes respectifs de rotation qui maintient le plan de roulement de chacune de ces roulettes parallèle à la direction VD. Dans ces conditions, la semelle 8 et plus précisément, l'axe 16 de cette semelle n'est plus parallèle à la direction dans laquelle roulent les roulettes 20 à 23.
  • De plus, en parallèle des étapes 132 à 134, lors d'une étape 140, l'unité centrale 52 établit une commande de freinage des roulettes 20 à 23 pour exercer un couple de freinage sur chacune des roulettes 20 à 23 dont l'amplitude augmente au fur et à mesure que les valeurs absolues des angles αB et αI, calculés lors de l'étape 130, augmente. Par exemple, l'unité centrale 52 calcule une consigne de pression qui augmente proportionnellement aux valeurs absolues des angles αB et αI. Ici, l'unité centrale 52 utilise la relation suivante pour établir la consigne Cp de pression : Cp=| αB|*|αI|*γ, où γ est une constante positive prédéterminée.
  • La consigne Cp ainsi déterminée est ensuite incorporée dans une commande de freinage établie par l'unité 52 puis transmise au dispositif 80 de freinage et plus précisément à son actionneur 104.
  • Lors d'une étape 142, en réponse, l'actionneur 104 tire le câble 100 jusqu'à ce que la pression exercée par les tampons 82 et 84 sur les flancs 38 des roulettes soit égale à la consigne Cp de pression contenue dans la commande de freinage reçue.
  • Lorsque l'utilisateur ne souhaite plus freiner, il déplace le patin 6 pour aligner à nouveau son axe longitudinal sur la direction VD et maintient la semelle 8 parallèle au sol 4. Dans ces conditions, les angles αB et αI s'annulent. Dès lors, l'exécution de l'étape 134 ramène les roulettes 20 à 23 dans leur position alignée. De même, l'exécution de l'étape 140 conduit à une consigne de pression nulle. Dès lors, à l'exécution suivante de l'étape 142, l'actionneur 104 détend le câble 100 jusqu'à ce que les tampons 82 et 84 n'exercent plus aucune pression sur la roulette 20. Le bloc 106 ramène alors automatique les tampons 82 et 84 vers leur position rétractée.
  • La phase de freinage se termine alors et l'utilisateur retourne à la phase 124 de déplacement.
  • On notera que l'appareil 2 permet à l'utilisateur de freiner en « chasse-neige », c'est-à-dire en plaçant les patins dans la même position qu'il l'aurait fait pour freiner en chasse-neige avec des skis ou des patins à glace.
  • La figure 10 représente un patin 150 identique au patin 6 sauf que le dispositif 80 de freinage est remplacé par un dispositif électro-mécanique 152 de freinage. Pour simplifier la figure 10, seuls les éléments du patin 150 qui diffèrent de ceux du patin 6 sont représentés est décrits plus en détail. Les autres éléments sont identiques à ceux du patin 6. En particulier, le dispositif de braquage des roulettes 20 à 23 du patin 150 est le même que celui du patin 6. Seul le dispositif de freinage de la roulette 20 est représenté sur la figure 10. Le dispositif de freinage des autres roulettes 21 à 23 est identique au dispositif de freinage de la roulette 20.
  • Le dispositif 152 comporte des tampons déplaçables d'une position rétractée vers une position avancée quand on tire sur le câble 100 de frein. Ces tampons reviennent automatiquement vers leur position rétractée dès que l'on détend le câble 100. Par exemple, pour cela, le dispositif 152 comporte la tenaille 90 et les tampons 82, 84. Sur la figure 10, la tenaille 90 et les tampons 82, 84 sont schématisés par un bloc rectangulaire qui porte la référence 154.
  • Contrairement au dispositif 80, le câble 100 est tendu et, en alternance détendu, non pas par un actionneur spécifique tel que l'actionneur 104 mais à l'aide du même actionneur électrique 79 que celui utilisé dans le dispositif 54 de braquage. A cet effet, le dispositif 152 comporte un mécanisme 156 qui transforme un pivotement de la roulette 20 autour de l'axe 26 en une tension du câble 100. Ici, le mécanisme 156 tend d'autant plus le câble 100 que la valeur absolue de l'angle de pivotement de la roulette 20 autour de l'axe 26 augmente. Ainsi, le mécanisme 156 transforme un pivotement de la roulette 20 en un déplacement des tampons 82, 84 vers leur position avancée. A l'inverse, plus l'angle de pivotement diminue, plus la tension sur le câble 100 diminue. Lorsque les roulettes sont dans leur position alignée, les tampons 82 et 84 sont dans leur position rétractée. Pour faire cela, à titre d'illustration, le mécanisme 156 comporte un point d'ancrage 158 auquel est attaché, sans aucun degré de liberté, l'extrémité proximale du câble 100. Le point 158 est fixé sans aucun degré de liberté sur la semelle 8. Les extrémités opposées du câble 100 sont attachées, sans aucun degré de liberté, aux extrémités des poignées 94 et 98 comme décrit en référence à la figure 8. Le mécanisme 156 comporte aussi deux paires 160, 162 de pions en vis-à-vis. La paire 160 est fixée sans aucun degré de liberté sous la semelle 8. La paire 162 est solidaire de la roulette 20 et pivote en même temps que la roulette 20 autour de l'axe 26. De préférence, la paire 162 est placée en avant de l'axe 26 de rotation, c'est-à-dire du côté de l'axe 26 opposé au côté où se trouve la tenaille 90 et l'axe 34 de roulement. Typiquement, la distance la plus courte entre la paire 162 et l'axe 26 est supérieure à 5 mm ou 1 cm et généralement inférieure à 10 cm.
  • Chaque paire 160, 162 comporte deux pions, respectivement 164, 165 et 166, 167. Le câble 100 passe entre les deux pions 164 et 165 puis entre les deux pions 166 et 167. Les pions 164 et 165 sont symétriques l'un de l'autre par rapport à un plan parallèle aux directions X et Z et passant par l'axe 26. Les deux pions 166 et 167 sont symétriques l'un de l'autre par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe 34 et passant par l'axe 26. Dans la position alignée, la paire 160 est le symétrique de la paire 162 par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe 16. Ainsi, seul le pion 164 est maintenant décrit plus en détail en référence à la figure 12.
  • Le pion 164 correspond ici au quart d'une roue comportant une gorge circulaire 170 sur sa périphérie extérieure. Les dimensions de cette gorge 170 sont suffisantes pour recevoir le câble 100 et l'empêcher de glisser dans la direction Z lorsque le câble est en appui et reçu à l'intérieur de cette gorge.
  • Comme illustré sur la figure 11, quand la roue 20 pivote autour de l'axe 26, les pions 165 et 166 viennent en appui sur le câble 100 et le courbe. Étant donné que l'extrémité proximale du câble 100 est attachée sans aucun degré de liberté au point 158 d'ancrage, cette courbure du câble 100 se traduit par une traction sur les extrémités distales des poignées 94 et 96. Cette traction entraîne la fermeture des mâchoires 86 et 88 et donc le freinage de la roulette 20 par friction avec les tampons 82 et 84. Avec le dispositif 152, l'amplitude du couple de freinage est d'autant plus importante que l'amplitude du pivotement de la roulette 20 autour de l'axe 26 est importante, c'est-à-dire que la valeur absolue de l'angle αB est grande. Par contre, dans ce mode de réalisation, l'amplitude du couple de freinage est indépendante de la valeur de l'angle αI.
  • De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, même dans le cas du patin 6, la commande du couple de freinage en fonction de l'angle αI peut être omise. Dans ce cas, le patin 6 peut être simplifié. En particulier, la mesure de l'angle αI peut être omise.
  • Le couple de freinage exercé sur les roulettes n'est pas nécessairement proportionnel à la valeur absolue de l'angle αB. Par exemple, dans un autre mode de réalisation, l'amplitude du couple de freinage est constante et non nulle dès que l'angle αB est supérieur à un seuil prédéterminé. L'amplitude du couple de freinage peut aussi augmenter non linéairement, par exemple exponentiellement, en fonction de la valeur absolue de l'angle αB.
  • Le freinage d'une roulette peut être réalisé différemment. Par exemple, le freinage peut aussi être obtenu en utilisant des forces électromagnétiques. Dans ce dernier cas, typiquement, un ou plusieurs aimants permanents sont fixés sans aucun degré de liberté sur la roulette et le dispositif de freinage comporte des bobines aptes à générer des champs magnétiques qui freinent le déplacement des aimants permanents.
  • Dans une autre variante, le dispositif de freinage ne comporte qu'un seul tampon ou au contraire plus de deux tampons susceptibles de venir frotter sur la même roulette. Le dispositif de freinage peut aussi être réalisé, par exemple, comme décrit dans la demande US2013277924 sauf que le câble de frein est tiré par l'actionneur 104 et non pas par un mouvement vers l'arrière de l'utilisateur.
  • Le mécanisme 156 peut être réalisé différemment. Par exemple, le nombre de pions peut être différent. De plus, d'autres modes de réalisation du pion 164 sont possibles. Par exemple, si la hauteur du pion est suffisante, la gorge 170 est omise. De préférence, la face du pion destinée à venir en appui sur le câble 100 ne présente aucune aspérité susceptible de blesser ou d'user ce câble 100. Toutefois, pour cela, cette face d'appui n'a pas besoin d'être circulaire, elle peut aussi être elliptique.
  • Le dispositif de freinage peut aussi être prévu pour freiner uniquement un nombre limité de roulettes et non pas toutes les roulettes de l'appareil 2. Par exemple, seules les roulettes 20 et 23 sont freinées. Les autres roulettes 21 et 22 ne sont pas freinées.
  • D'autres modes de réalisation du dispositif de braquage sont possibles. Par exemple, la roue crantée 40 peut être remplacée par un simple secteur angulaire cranté. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de braquage comporte un actionneur par roulette qui entraîne directement en rotation la roulette autour de son axe de rotation. Dans ce cas, la vis sans fin 70 et les roues crantées 40 et 72 à 74 sont omis.
  • De nombreux autres modes de réalisation des roulettes sont possibles. Par exemple, un amortisseur peut être logé entre chaque roulette et la semelle pour amortir les bosses et aspérités du sol. Un tel amortisseur introduit typiquement un degré de liberté supplémentaire de déplacement de la roulette par rapport à la semelle dans la direction Z.
  • Il n'est pas non plus nécessaire que les roulettes soient toujours entièrement situées sous la semelle comme dans les exemples décrits précédemment. En effet, il suffit qu'au moins une partie de la bande de roulement de la roulette soit sous la semelle. L'autre partie de la bande de roulement peut dépasser au-dessus de la semelle à travers un logement prévu à cet effet dans cette semelle.
  • Le nombre de roulettes peut être quelconque. Par exemple en variante, l'appareil de locomotion ne comporte qu'une seule roulette ou deux roulettes ou plus.
  • En plus des roulettes dont l'angle de braquage est commandé par le dispositif de braquage, l'appareil de locomotion peut aussi comporter des roulettes libres supplémentaires. Ces roulettes libres sont montées libre en rotation autour de leurs axes de rotation respectifs. De préférence, l'axe de roulement de ces roulettes libres est également déporté d'une distance Δ non nulle de leur axe de rotation pour qu'elles s'alignent automatiquement sans l'aide d'actionneur électrique sur la direction instantanée de déplacement de l'appareil. Une de ces roulettes libres peut, par exemple, être utilisée pour mesurer l'angle αB.
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'appareil de locomotion comporte uniquement des roulettes libres. Dans ce cas, le dispositif de braquage est omis.
  • En variante, l'appareil de locomotion comporte un mécanisme d'ajustement de la distance Δ. Par exemple, ce mécanisme est un mécanisme à rail coulissant ou à coulisse qui permet de régler la distance Δ même en cours d'utilisation de l'appareil de locomotion. Dans ce cas, de préférence, l'appareil de locomotion comporte également un actionneur électrique commandable qui déplace le mécanisme d'ajustement en fonction d'une commande de réglage de la distance Δ générée par l'unité centrale 52. Typiquement, l'unité centrale génère, à chaque instant de commande, une commande d'ajustement qui maintient la distance Δ lors du freinage égale à la distance D*sin(αI)/sin(αB).
  • Dans une autre variante, la distance Δ est constante et nulle.
  • L'unité centrale 52 peut comporter un ou plusieurs calculateurs électroniques. Dans le cas où elle est comporte plusieurs calculateurs électroniques, l'un d'entre eux est par exemple spécifiquement programmé pour commander le dispositif de braquage tandis qu'un autre de ces calculateurs électroniques est spécifiquement programmé pour commander le dispositif de freinage.
  • Dans le cas des patins décrits précédemment et dans le cas plus général où l'appareil comporte une première et une seconde semelles mécaniquement indépendantes l'une de l'autre pour recevoir chacune un pied respectif de l'utilisateur, la première unité centrale fixée sur la première semelle et la seconde unité centrale fixée sur la seconde semelle comportent, respectivement, un premier et un second émetteurs-récepteurs. Ces émetteurs-récepteurs permettent un échange de données entre les première et seconde unités centrales. Par exemple, la première unité centrale transmet à la seconde unité centrale des données sur le couple de freinage et/ou l'angle de braquage qu'elle commande. En réponse, la seconde unité centrale prend en compte les données reçues pour déterminer le couple de freinage et/ou l'angle de braquage à appliquer sur les roulettes fixées à la seconde semelle. Par exemple, grâce aux données transmises, l'écart entre les couples de freinage appliqués sur les roulettes fixées sur chacune de ces semelles est limité. Ces émetteurs-récepteurs sont typiquement des émetteurs-récepteurs sans fil tel que des émetteurs-récepteurs radiofréquence, Bluetooth ou Wifi.
  • L'unité centrale 52 peut être programmée différemment. Par exemple, en variante, lors de la phase 124, l'unité 52 commande les dispositifs 54 et 80 pour maintenir les roulettes 20 à 23 dans la position alignée. Dès que l'unité 52 détecte que l'utilisateur veut freiner, en réponse, elle procède immédiatement à la phase 128 lors de laquelle elle maintient le plan de roulement de chaque roulette aligné sur la direction VD et, en même temps, freine chaque roulette comme décrit précédemment. Par exemple, l'unité 52 détecte que l'utilisateur veut freiner lorsque l'angle αB varie brusquement. Une brusque variation de l'angle αB peut être détectée en comparant en permanence la dérivée, par rapport au temps, de l'angle αB à un seuil prédéterminé SB. Tant que ce seuil SB n'est pas franchit, l'unité 52 reste dans la phase 124 où les roulettes sont maintenues dans la position alignée. Dès que ce seuil SB est franchit, l'unité 52 procède à la phase 128.
  • La centrale inertielle 50 peut comporter des capteurs supplémentaires comme, par exemple, un magnétomètre triaxe. Ces capteurs supplémentaires mesurent des informations supplémentaires qui sont transmises à l'unité centrale 52. L'unité centrale 52 peut utiliser ces informations supplémentaires sur le déplacement de la semelle 8 pour améliorer la détermination de l'angle αB ou αI. Cette unité centrale peut aussi utiliser ces informations supplémentaires pour établir des commandes de pivotement ou de freinage qui sont, en plus, fonction de son orientation dans le champ magnétique terrestre.
  • En variante, le gyromètre 56 est remplacé par un gyroscope qui mesure directement la rotation autour des directions X, Y et Z plutôt que la vitesse angulaire autour de ces directions.
  • La source d'alimentation 112 peut comporter un système de récupération d'énergie permettant de générer de l'électricité pour alimenter les dispositifs de freinage et de braquage. Par exemple, le système de récupération d'énergie comporte des panneaux photovoltaïques ou une machine dynamométrique dont le rotor est entraîné en rotation par la rotation des roulettes autour de leur axe de roulement respectif. Le système de récupération d'énergie peut être utilisé pour alimenter directement les dispositifs de freinage et de braquage ou simplement pour recharger une batterie.
  • Le système de récupération d'énergie peut également exploiter d'autres sources d'énergie présentes dans le milieu ambiant où l'appareil de locomotion est utilisé comme par exemple, les vibrations des roues provoquées par des irrégularités du sol sur lequel se déplace l'appareil.
  • Le boîtier 110 peut être placé ailleurs que derrière le chausson 12. Par exemple, le boîtier peut être logé sur ou sous la semelle 8. Dans ce cas, le mécanisme de transmission du mouvement des actionneurs est adapté en fonction de cette nouvelle position du boîtier. En particulier, l'usage de roues crantées tronconiques peut devenir inutile selon la position du boîtier.
  • L'appareil de locomotion a été décrit ci-dessus dans le cas particulier où il s'agit de patin à roulettes. Toutefois, tout ce qui a été décrit ci-dessus s'applique à tout type d'appareil de locomotion à roulettes utilisé par un utilisateur pour se déplacer sur un sol. En particulier, ce qui a été décrit ci-dessus s'applique à des planches à roulettes, des trottinettes, des skis à roulettes ou rollers skis. Dans le cas d'une planche à roulettes ou d'une trottinettes, le dispositif de locomotion ne comporte pas de dispositif d'attache des pieds de l'utilisateur sur la semelle.

Claims (12)

  1. Appareil de locomotion à roulettes pour se déplacer sur un sol, cet appareil comportant :
    - une semelle (8) s'étendant principalement dans un plan appelé « plan de la semelle » et sur laquelle au moins l'un des pieds de l'utilisateur est destiné à venir se poser lors de l'utilisation de l'appareil par cet utilisateur,
    - au moins une roulette (20-23) mécaniquement raccordée à la semelle pour rouler sur le sol, cette roulette étant montée en rotation autour d'un axe (34) de roulement parallèle au plan de la semelle et aussi autour d'un axe (26-29) de rotation perpendiculaire au plan de la semelle,
    - un dispositif (80 ; 152) de freinage apte à exercer sur la roulette un couple de freinage dont l'amplitude varie en fonction d'un angle de braquage, l'angle de braquage étant l'angle entre :
    • un axe longitudinal de la semelle, cet axe longitudinal étant fixé sans aucun degré de liberté à la semelle et contenu dans le plan de la semelle, et
    • la projection orthogonale, sur le plan de la semelle, de la direction instantanée de déplacement de cette semelle,
    caractérisé en ce que :
    - le dispositif (80 ; 152) de freinage est un dispositif électro-mécanique commandable apte à exercer un couple de freinage sur la roulette qui varie en fonction d'une commande de freinage reçue, et
    - l'appareil de locomotion comporte :
    • une centrale inertielle (50) apte à mesurer une grandeur physique représentative de l'angle de braquage, et
    • une unité centrale (52) programmée pour établir la commande de freinage en fonction de la grandeur physique mesurée par la centrale inertielle et transmettre la commande de freinage établie au dispositif de freinage de manière à exercer sur la roulette un couple de freinage qui varie en fonction de l'angle de braquage.
  2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel :
    - l'appareil comporte en plus un dispositif (54) électro-mécanique commandable de braquage de la roulette, ce dispositif étant apte à faire pivoter la roulette autour de son axe (26) de rotation d'un angle qui est déterminé à partir d'une commande de pivotement reçue, et
    - l'unité centrale (52) est également programmée en plus pour établir, à chaque instant de commande du pivotement de la roulette et en fonction de la grandeur physique mesurée par la centrale inertielle à cet instant, une commande de pivotement qui maintient l'axe de roulement de la roulette perpendiculaire à la direction instantanée de déplacement de la semelle.
  3. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le dispositif (152) de freinage et le dispositif (54) de braquage comportent un actionneur (79) électrique commun commandable, apte à faire pivoter d'un angle prédéterminé la roulette autour de son axe de rotation en réponse à une commande de pivotement.
  4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (152) de freinage comporte :
    • au moins un tampon (82, 84) déplaçable entre une position avancée dans laquelle il exerce une pression sur la roulette pour la freiner et une position rétractée dans laquelle il n'exerce aucune pression ou une pression plus faible sur la roulette, et
    • un mécanisme (156) apte à transformer le pivotement de la roulette dans un sens autour de son axe de rotation en un déplacement du tampon de sa position rétractée vers sa position avancée et un pivotement de la roulette en sens opposé autour de son axe de rotation en un déplacement du tampon de sa position avancée vers sa position rétractée.
  5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel :
    - le dispositif (152) de freinage comporte un bloc (106) de rappel qui exerce en permanence une force qui ramène le tampon vers sa position rétractée, et
    - le mécanisme (156) apte à transformer un pivotement de la roulette en un déplacement du tampon comporte :
    • un câble (100) attaché, d'un côté, à un point (158) d'ancrage fixé sans aucun degré de liberté sur la semelle et, de l'autre côté, au tampon, et
    • au moins un pion (164, 165, 166, 167) déplaçable par la rotation de la roulette entre :
    - une position excentrée dans laquelle il vient tendre le câble et provoque ainsi le déplacement du tampon de sa position rétractée vers sa position avancée à l'encontre de la force de rappel du bloc de rappel, et
    - une position alignée dans laquelle le câble est détendu et autorise ainsi le déplacement du tampon de sa position avancée vers sa position rétractée sous l'action de la force de rappel du bloc de rappel.
  6. Appareil selon la revendication 2, dans lequel la distance Δ la plus courte entre l'axe (34) de roulement de la roulette et l'axe (26) de rotation de cette même roulette est supérieure ou égale à 1 cm, et l'unité centrale (52) est programmée pour établir, à chaque instant de commande, une commande de pivotement qui maintient en plus l'axe de roulement de la roulette devant son axe de rotation dans le sens de la direction de déplacement instantanée de la semelle.
  7. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le dispositif (54) de braquage comporte :
    - une roue crantée (40) fixée sans aucun degré de liberté à la roulette (20) et montée en rotation autour de l'axe (26) de rotation de cette roulette,
    - une vis (70) sans fin engrenée avec la roue crantée et s'étendant parallèlement au plan de la semelle, et
    - un actionneur électrique (79) apte à faire tourner la vis sans fin d'un nombre de tours déterminé à partir de la commande de pivotement reçue pour faire pivoter la roulette d'un angle correspondant autour de son axe de rotation.
  8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (80) de freinage comporte :
    - au moins un tampon (82, 84) déplaçable entre une position avancée dans laquelle il exerce une pression sur la roulette pour la freiner, et une position rétractée dans laquelle il n'exerce aucune pression ou une pression plus faible sur la roulette, et
    - un actionneur (104) électrique commandable, mécaniquement raccordé au tampon, cet actionneur étant apte à exercer sur le tampon une pression, en direction de la position avancée égale à une consigne de freinage contenue dans la commande de freinage reçue.
  9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité centrale (52) est programmée pour que le couple de freinage exercé par le dispositif de freinage sur la roulette augmente au fur et à mesure que la valeur absolue de l'angle de braquage augmente.
  10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
    - la centrale inertielle (50) est également apte à mesurer une grandeur physique représentative d'un angle d'inclinaison de la semelle, l'angle d'inclinaison étant l'angle entre le plan de la semelle et la direction instantanée de déplacement de cette semelle,
    - l'unité centrale (52) est également programmée pour établir la commande de freinage en fonction, en plus, de la grandeur physique mesurée représentative de l'angle d'inclinaison, la commande de freinage établie en fonction de la grandeur physique représentative de l'angle d'inclinaison correspondant à un couple de freinage d'autant plus grand que la valeur absolue de l'angle d'inclinaison est grande.
  11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'appareil de locomotion est directement transportable à la main par son utilisateur.
  12. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'appareil comporte :
    - deux semelles mécaniquement indépendantes l'une de l'autre, un pied respectif de l'utilisateur étant destiné à venir se poser, lors de l'utilisation de l'appareil par cet utilisateur, sur chacune de ces semelles,
    - fixés sur chaque semelle, au moins un exemplaire de ladite au moins une roulette, un exemplaire du dispositif de freinage, un exemplaire de la centrale inertielle, un exemplaire de l'unité centrale et un émetteur-récepteur apte à permettre la communication entre les unités centrales fixées sur chacune des semelles.
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