FR2955780A1

FR2955780A1 - Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant une marche rapide

Info

Publication number: FR2955780A1
Application number: FR1000409A
Authority: FR
Inventors: Paul Chavand
Original assignee: Individual
Current assignee: Rollkers SAS
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-08-05
Also published as: WO2011092443A2; JP2013517877A; WO2011092443A3; US9027690B2; EP2531264B1; EP2531264A2; US20130025955A1; JP5863672B2

Abstract

La présente invention concerne un moyen de déplacement individuel urbain. Elle consiste en une paire de chaussures roulantes, ou, avantageusement, de sous-semelles roulantes (1) adaptables par fixation rapide (2) aux semelles des chaussures d'un marcheur, qui permettent la marche à une vitesse plus élevée sans modifier le rythme ni l'amplitude de la marche naturelle, et ce sans aucun mouvement de patinage ni de course de prise d'élan. Les sous-semelles roulantes comportent une articulation latérale (3) autorisant les mouvements naturels des talons par rapport aux pointes de pieds lors de la marche normale (4). Le principe de fonctionnement de l'invention repose sur la compensation (9) des forces parallèles au sol, en avant lors de l'attaque du talon (5), et en arrière lors de la phase finale du pas (6), la sous-semelle pouvant ainsi rouler librement en conservant, lors d'un pas normal, sa vitesse initiale. Plusieurs sources de compensation sont exploitables : un volant d'inertie (7) couplé aux roues, un ressort mécanique, hydraulique ou hydropneumatique, le poids du marcheur, ou un moteur électrique. Un dispositif complémentaire de surcompensation avant (8) permet l'augmentation progressive, en quelques pas, de la vitesse globale du marcheur. Cette invention ouvre un large domaine industriel de production de masse des différentes versions de ces chaussures ou sous-semelles roulantes, leur marché étant le grand public au moins des grandes et moyennes villes du monde, et un marché complémentaire basé sur des versions plus sportives étant assez probable.

Description

La présente invention se situe dans le domaine de la mobilité urbaine, et concerne un moyen de déplacement individuel urbain permettant de marcher à une vitesse plus élevée que celle de la marche normale. Il est intéressant d'analyser les moyens actuels de déplacement individuel urbain, hors véhicules à moteur (mobylettes, scooters, motos...), selon des critères tels que la rapidité, la sécurité, l'encombrement personnel, les risques de vol ou de dégradation, la faculté à passer partout, le confort d'utilisation, et le type de public visé. Pour les moyens de déplacement individuel urbain les plus utilisés (marche à pied, bicyclette, trottinette, rollers ou skate-board, chaussures à roulettes de talon, tapis roulants ou escalators), cette analyse montre que les deux moyens cumulant le maximum d'avantages sont la marché à pied (ce qui correspond à son usage très majoritaire), puis, plus curieusement, les tapis roulants ou escalators, malgré un usage très minoritaire dû à leur très faible présence, en raison de la lourdeur de leur infrastructure. La présente invention tire parti de ce constat, en créant un nouveau moyen individuel de déplacement urbain qui réalise une sorte de combinaison avantageuse de la marche à pied et du tapis roulant, combinaison que l'on pourrait définir comme une sorte de « tapis roulant embarqué » qui se déroule sous les chaussures du marcheur. Selon la même analyse que ci-dessus, l'invention présente alors plus d'avantages que tous les moyens de déplacement individuel urbain existant actuellement, dont les avantages importants de rapidité, sécurité, confort d'utilisation, et faible encombrement personnel. L'invention consiste en une paire de chaussures roulantes, ou, avantageusement, de sous-semelles roulantes (1-1) adaptables par fixation rapide (1-2) aux semelles des chaussures d'un marcheur, et permettant la marche à une vitesse plus élevée (supplément de vitesse pouvant atteindre 7 km/h) sans modifier le rythme ni l'amplitude de la marche naturelle, et ce sans aucun mouvement de patinage ni de course de prise d'élan. Ces sous-semelles roulantes comportent une articulation latérale (1-3) autorisant les mouvements naturels des talons par rapport aux pointes de pieds lors de la marche normale (1-10), ce qui leur procure un confort supérieur aux rollers, par exemple. Cette articulation latérale de la partie arrière (2-2) de chaque sous-semelle roulante (un peu Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 2955780 -2- plus de la moitié de la sous-semelle) par rapport à la partie avant (2-3) peut être obtenue grâce à un axe ou un système à charnières (1-3), la partie arrière pouvant ainsi pivoter dans le plan vertical pour suivre le décollement et l'élévation du talon du pied porteur, qui se produisent naturellement en milieu et fin de pas lors de la marche normale (1-10). 5 Chacune de ces deux parties peut supporter seule le poids du corps tout en roulant sur des roues (2-4), de telle sorte que, quelque soit la vitesse propre de la sous-semelle roulante par rapport au sol, le poids du corps repose successivement, selon les phases du pas du pied porteur, sur l'extrémité arrière de la partie arrière lors du poser de talon (1-11), puis sur l'ensemble des deux parties de la sous-semelle, puis sur la seule 10 partie avant (1-12) lors de la dernière phase du pas. Un jeu de roues de chaque côté de la sous-semelle lui confère une stabilité latérale. Avec en outre une totale stabilité longitudinale, constituant le fondement technique de l'invention (voir ci-dessous), la paire de sous-semelles roulantes maintient le marcheur en équilibre naturel sans effort particulier, ni nécessité de maintien des chevilles, 15 quelques soient la phase du pas et la vitesse propre des sous-semelles roulantes, avec un contrôle total de l'augmentation de vitesse, en quelques pas, ainsi qu'un système de freinage efficace (arrêt d'urgence en un pas ou deux) (1-9). Le principe de fonctionnement de l'invention repose sur la compensation des forces parallèles au sol, en avant lors de l'attaque du talon (1-5a), et en arrière lors de la phase 20 finale du pas (1-5b), forces qui ne sont perçues par le marcheur que lorsque le sol devient glissant. Cette compensation n'est pas un freinage des roues, mais consiste à annuler ces forces, et la sous-semelle peut ainsi rouler librement en conservant, lors d'un pas normal, sa vitesse initiale. Lors de la marche, la force de poids du marcheur peut être décomposée en deux forces : 25 une composante parallèle au sol et une composante ayant pour direction la jambe porteuse (1-6). Cette composante transmise par la jambe porteuse, d'intensité P.g.cos (a - ai,) (où P désigne le poids du marcheur, a l'angle entre la normale au sol et la jambe porteuse (1-7), ap l'angle de pente du sol (2-11) par rapport à l'horizontale, et g l'accélération de la pesanteur) peut elle-même être décomposée, en son point 30 d'application à la sous-semelle roulante, en une composante normale au sol, annulée par la réaction du sol, et une composante parallèle au sol (1-5a et 1-5b), généralement annulée Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide -3- par les forces de frottement de la semelle de chaussure sur le sol (en cas de sol glissant, c'est cette composante qui déséquilibre le marcheur et peut le faire chuter). Cette composante parallèle au sol a pour intensité algébrique P.g.cos (a - ap).sin a (avec les mêmes notations).

Le principe de la compensation de cette force consiste à créer artificiellement une force opposée (1-13a et 1-13b). Plusieurs sources d'énergie sont exploitables pour produire cette force de compensation : l'énergie cinétique, par utilisation d'un volant d'inertie couplé aux roues de la sous-semelle roulante, l'énergie élastique d'un ressort mécanique, hydraulique ou hydropneumatique, l'énergie potentielle du marcheur, telle que transmise par la jambe porteuse (1-6), l'énergie électrique, ou encore toute combinaison de ces types d'énergies. Dans tous les cas, et d'après ce qui précède, l'intensité algébrique de cette force de compensation doit idéalement être égale à - P.g.cos (a - ap).sin a . Tant que la sous-semelle roulante ne commence pas à rouler, le travail de ces forces est nul, et aucune énergie n'est consommée (cas identique à celui de la marche avec des chaussures normales, qui frottent sans glisser sur le sol). En revanche, dès que la sous-semelle roulante acquiert de la vitesse, les forces parallèles au sol travaillent, et le bilan énergétique se décompose comme suit : lors de la phase talon (depuis l'attaque du talon jusqu'au redressement de la jambe porteuse perpendiculairement au sol), la composante parallèle au sol de la force transmise par la jambe porteuse produit, lors de son déplacement en avant, un travail positif W ; en revanche, lors de la phase pointe (depuis la perte d'orthogonalité de la jambe porteuse avec le sol jusqu'au dernier appui sur la pointe de pied), la composante parallèle au sol de la force transmise par la jambe se déplace dans le sens contraire de sa direction, et consomme le travail (négatif) ùW (on admet la symétrie des angles entre les deux phases). Le bilan énergétique est donc globalement nul en fin de pas, mais via un stockage momentané d'énergie. C'est le stockage momentané dans la sous-semelle roulante de cette énergie intermédiaire qui constitue le fondement physique de l'invention : lors de la phase talon, l'énergie W produite est totalement prélevée et stockée par un moyen spécifique, et ainsi non transformée en énergie cinétique propre à la sous-semelle roulante, laquelle conserve donc sa vitesse ; inversement, lors de la phase pointe, l'énergie stockée est restituée sous forme du travail W de la force de compensation (1-13b), conservant ainsi l'énergie Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide cinétique propre à la sous-semelle roulante, laquelle garde donc toujours sa vitesse. La sous-semelle roulante conservant sa vitesse dans les deux cas, il n'y a donc jamais dérapage ni perte d'équilibre. Un mode particulier de réalisation de l'invention utilise le moyen le plus simple de stocker temporairement l'énergie d'un pas, quelque soit la vitesse de la sous-semelle roulante. Il s'agit du stockage sous forme d'énergie cinétique dans un volant d'inertie (2-6). De façon intuitive, il se passe alors la même chose que dans une voiture miniature à moteur à friction : de même que la voiture résiste à l'avancement forcé, la sous-semelle résiste très fortement au dérapage en avant lors de la phase talon, sous réserve d'une démultiplication suffisante (1-4). Le compromis idéal à trouver consiste à minimiser au maximum le poids du volant (donc celui de la sous-semelle roulante) en augmentant la démultiplication, dans la limite cependant de la vitesse angulaire maximale admissible par les roulements et de la résistance mécanique du volant (qui risque l'éclatement).

Dans cette version inertielle de l'invention, le volant d'inertie joue également le rôle d'un générateur de couple (le couple d'inertie), la valeur de la force d'inertie qui s'applique à la sous-semelle roulante (1-13a et 1-13b) étant alors égale à -1/(1 + m/M) fois la composante parallèle au sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse (où m est la masse pesante totale de la sous-semelle roulante, et M la masse inerte équivalente du système inertiel, très supérieure à m si la démultiplication (1-4) est suffisante) ; cette force d'inertie constitue donc une compensation presque parfaite de la composante parallèle au sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle roulante par la jambe porteuse, et ce quelques soient le poids P du marcheur, l'angle a (1-7) de la jambe porteuse, et la vitesse propre de la sous- semelle roulante. Du fait de l'effet gyroscopique (forte inertie directionnelle dans le plan du volant d'inertie), il peut être avantageux de dédoubler le volant d'inertie en deux volants parallèles tournant en sens contraire (disposition dite « contrarotative »), de façon à annuler l'effet gyroscopique et permettre une orientation latérale totalement libre de chaque pied, comme lors de la marche normale. Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide Afin d'obtenir la meilleure compensation sur l'ensemble de la sous-semelle, une courroie, avantageusement crantée (2-16), ou tout autre moyen mécanique équivalent (chaîne, engrenages, arbres de transmission, etc.) permet de coupler solidairement l'ensemble des essieux et roues de la sous-semelle roulante.

Enfin, ce mode particulier de réalisation de l'invention est complété par un système de roue à cliquet (2-8) qui permet d'éviter tout recul lorsque les sous-semelles roulantes sont à l'arrêt. Une deuxième façon de stocker temporairement l'énergie du pas consiste à utiliser l'énergie potentielle élastique d'un ressort, qu'il soit mécanique, hydraulique ou hydropneumatique. Un couplage linéaire-rotatif ou rotatif-rotatif, selon le type de ressort utilisé, permet alors d'engendrer un couple résistant en phase talon, et moteur en phase pointe du pas. Ce couplage constitue le générateur de couple, et doit intervenir de façon temporaire, selon la phase du pas nécessitant la compensation. Dans ce cas, trois difficultés sont à résoudre : en premier lieu, la force de compensation devant toujours être proportionnelle au poids P du marcheur, la raideur initiale du ressort doit être adaptée en conséquence ; un dispositif de précontrainte du ressort peut-être envisagé, comme par exemple une vis de réglage (3-9), ainsi qu'un choix ab initio du type de ressort selon le poids de l'utilisateur, ces deux moyens pouvant être complémentaires (après le choix du ressort, possibilité d'adaptation de sa raideur selon l'habillement et la charge du marcheur). La seconde difficulté provient du fait que la force de compensation doit également être indépendante de la vitesse de la sous-semelle ; or cette vitesse agit directement sur l'élongation ou la compression du ressort, et par conséquent sur la force qu'il transmet ; il y a donc lieu de « linéariser » la force du ressort, pour obtenir ce qu'il est convenu d'appeler en mécanique un « ressort à force constante ». De tels ressorts existent sur le marché, en général sous forme de ressorts à spirale pour les enrouleurs, ces ressorts étant prévus pour être jumelés de diverses façons selon la force souhaitée. On peut aussi obtenir la force constante à partir d'un ressort rectiligne à élongation ou compression (3-6), couplé à une came de linéarisation (3-7). Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 1 2955780 -6- La troisième difficulté est due au fait que la force de compensation doit enfin dépendre de la valeur des angles a et ap , et plus précisément être proportionnelle à cos (a - ap).sin a. Il s'agit donc de modifier en fonction de a et ap le couple désormais constant qui va s'exercer sur une des roues motrices de la sous-semelle roulante. Cette 5 roue devant pouvoir tourner à une vitesse quelconque, il y a lieu d'utiliser un variateur rotatif de couple, piloté par l'angle a de la jambe porteuse, et selon la bonne fonction de variation. Un des moyens de réaliser ce variateur rotatif de couple consiste à adapter aux contraintes de l'invention (en s'affranchissant notamment de la courroie glissante) le 10 classique système des doubles cônes inversés, pour en faire un système à « doubles cônes curvilignes inversés et superposés » (3-10), dont les axes (3-11) restent maintenus dans le même plan vertical. Les deux cônes curvilignes peuvent rouler l'un sur l'autre à la fois dans ce plan vertical le long de leurs génératrices inférieure et supérieure (3-12) pour la variation de couple en fonction de l'angle a (1-7), et autour de leur axe respectif pour la 15 transmission du couple (3-13). On élimine ainsi la courroie glissante, qui ne pourrait pas glisser à l'arrêt, et on peut déterminer librement le profil courbé (3-20) des génératrices des cônes curvilignes de façon à obtenir le bon rapport des diamètres en leur zone de contact. Pour le variateur rotatif arrière (3-2a), la prise en compte de l'angle a est obtenue par un 20 bras articulé (3-17) sur l'axe arrière de la sous-semelle, imposant l'angle de l'axe du cône inférieur (3-17) et muni d'une roulette à son autre extrémité (libre). Ce bras comporte un mécanisme le faisant tomber au sol dès le poser de talon (3-18). En rendant l'axe du cône supérieur arrière solidaire (3-19) de la platine supérieure arrière de la sous-semelle, les deux axes se positionnent naturellement à l'angle a recherché. 25 Il reste alors à configurer les paramètres détaillés (notamment les démultiplications) de ce dispositif pour obtenir le rapport cos a.sin a des couples, très voisin de la valeur idéale : cos (a - ap).sin a. (ap étant ici supposé très faible). Afin que la compensation ne s'effectue que temporairement, c'est-à-dire pendant la phase adéquate du pas, les points de départ et d'arrivée du cône curviligne supérieur activent un mécanisme respectivement d'embrayage et de débrayage. Le mécanisme de débrayage du variateur rotatif arrière (3-2a) bloque en même temps le ressort stockant Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 2955780 -7- l'énergie (3-5), tandis que le mécanisme d'embrayage du variateur rotatif avant (3-2b) libère le ressort, de telle sorte que l'énergie élastique soit conservée pendant la phase médiane du pas. L'obtention du variateur rotatif avant (3-2b) utilise les mêmes principes, différant 5 seulement en ce que le bras articulé de capture de l'angle a n'est plus nécessaire (puisque la partie avant de la sous-semelle est déjà au sol), mais doit être remplacé par un couplage spécifique (3-16) de l'axe du cône curviligne supérieur avant à la platine supérieure arrière (2-2), dont l'élévation reflète l'inclinaison de la jambe porteuse. Dans ces variateurs rotatifs de couple à doubles cônes curvilignes inversés et superposés, 10 la faible surface de la zone de contact des deux cônes impose de minimiser les glissements. Le frottement nécessaire à la transmission du couple sur la zone de contact des cônes curvilignes peut être obtenu à la fois par le choix d'un matériau suffisamment rugueux ou adhérent, et par application d'une force de pression suffisante sur le cône curviligne supérieur (3-21), cette force pouvant utiliser, en tout ou partie, la composante 15 normale au sol de la force appliquée à la sous-semelle roulante par le pied porteur (3-19), ou des ressorts de pression sur les paliers ou roulements de l'axe du cône curviligne supérieur (3-22). Au final, le couplage linéaire-rotatif (3-8) du ressort à force constante au variateur rotatif de couple (3-2a et 3-2b) constitue un générateur de couple (résistant puis moteur), ce 20 variateur étant lui-même couplé, au moment nécessaire, en mode rotatif-rotatif (3-4) à l'une des roues motrices de la sous-semelle. On obtient ainsi la force de compensation recherchée, et ce quelques soient la vitesse de la sous-semelle roulante et les angles a etap. La troisième façon de stocker temporairement l'énergie du pas consiste à utiliser 25 l'énergie potentielle de gravité du marcheur lui-même. Le système est de principe identique à celui qui précède, mais simplifié par le fait que la force de compensation résulte de la composante normale au sol de la force transmise par la jambe porteuse, dont l'intensité, égale à P.g.cos (a- ap).cos a, intègre déjà l'angle de pente du sol. La platine supérieure de la sous-semelle est alors rendue mobile verticalement par un système 30 d'assiette variable couplé en mode linéaire-rotatif (de façon mécanique, hydraulique ou hydropneumatique) au variateur rotatif de couple ; c'est ce couplage linéaire-rotatif qui Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide -8- tient lieu ici de générateur de couple ; dans ce cas, le profil curviligne des cônes est calculé de façon à obtenir, pour chaque valeur de l'angle a, le rapport idéal P.g.cos (a- ap).sin a / P.g.cos (a - ap).cos a= tg a. La quatrième façon de stocker temporairement l'énergie du pas consiste à utiliser une batterie électrique rechargeable ; dans ce cas, le générateur de couple est constitué par un moteur électrique, jouant également le rôle de générateur électrique, et le variateur rotatif de couple est obtenu par un régulateur électronique de couple ; le moteur électrique est dans ce cas couplé en mode rotatif-rotatif à une roue motrice, éventuellement via un démultiplicateur rotatif-rotatif de sortie ; la régulation électronique assure la production d'un couple indépendant de la vitesse du moteur (donc de la vitesse propre de la sous-semelle roulante), et ajusté, grâce à une détection à la fois du poids P du marcheur (par exemple via un capteur de pression) et des angles a et ap (par exemple par un système à potentiomètres), à une valeur proportionnelle à P.g.cos (a- ap).sin a; ce système mixte de moteur-générateur peut permettre, par extension, l'utilisation des chaussures ou sous-semelles roulantes dans les pentes, la batterie restituant dans les montées l'énergie électrique que le moteur a produite en limitant la vitesse dans les descentes. Les quatre moyens exposés jusqu'ici, qu'ils soient utilisés individuellement ou en combinaison en tout ou partie, ont pour fonction de compenser les forces parallèles au sol qui résultent de la force transmise à la sous-semelle roulante par la jambe porteuse. Cela étant acquis, les sous-semelles roulantes sont stables longitudinalement et permettent de marcher en garantissant l'équilibre naturel du marcheur, notamment sans recours à un quelconque dispositif de maintien des chevilles. Néanmoins, la symétrie, lors de chaque pas, des forces avant et arrière parallèles au sol, fait que les sous-semelles roulantes ne peuvent ainsi acquérir de vitesse. Il faut donc leur adjoindre un dispositif « accélérateur » complémentaire, créant une surcompensation avant pour permettre l'augmentation progressive, en quelques pas, de la vitesse globale du marcheur. Par une action moindre sur cet accélérateur, le marcheur peut également compenser les forces de frottement de l'ensemble des mécanismes, et ainsi conserver sa vitesse.

Cet accélérateur est constitué par un générateur de couple, de nature mécanique, hydraulique, pneumatique, hydropneumatique, ou électrique, qui crée une force motrice Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide dans le sens de la marche en agissant sur une des roues motrices d'autant plus fortement que le marcheur appuie sur sa pointe de pied en élevant son talon. Dans le cas d'un générateur de couple mécanique, hydraulique, pneumatique, ou hydropneumatique, c'est l'énergie potentielle de gravité du marcheur qui engendre le couple moteur (de façon analogue au moyen de compensation à énergie potentielle de gravité décrit précédemment), grâce à un couplage linéaire-rotatif ou rotatif-rotatif (2-7, 2-12) de la platine supérieure avant de la sous-semelle avec une des roues motrices, cette partie avant s'abaissant de quelques millimètres ou centimètres, selon la vitesse propre acquise par la chaussure ou sous-semelle roulante. Tant que le talon ne s'élève pas, ou en fin d'abaissement de la platine supérieure avant, ce couplage est débrayé pour permettre un roulage libre à partir de la vitesse acquise. Un bras articulé supportant un engrenage intermédiaire, et muni d'un ressort l'élevant vers le haut en position dégagée, peut jouer ce rôle de couplage temporaire « enclenchant à l'effort dans le bon sens » (2-12). Dans le cas d'un générateur électrique de couple, il s'agit d'un système de batteries et moteur électriques, avec régulateur électronique de couple (analogue au moyen de compensation à énergie électrique décrit précédemment), activé par un capteur électronique de la pression exercée par la pointe du pied dès que le talon s'élève. La sécurité d'une circulation en voies piétonnières, même à faible vitesse, impose qu'un tel équipement soit capable d'être stoppé rapidement. L'invention est donc complétée par un dispositif de freinage (1-9), constitué par un levier articulé (2-13), pouvant avantageusement consister en une lame de ressort, positionné à l'arrière de la chaussure ou sous-semelle roulante, et muni d'une roulette (2-14) à son extrémité libre. Dès que la roulette touche le sol (1-9), le levier active un frein (2-15) qui agit sur au moins un des organes de roulement, et ce d'autant plus fort que le levier est plus fortement poussé par la roulette au sol. Le freinage est ainsi obtenu lorsque le marcheur pose ou maintient le talon au sol tout en levant la pointe du pied au-delà de que ce qui est nécessaire pour la marche normale, et agit de façon progressive, d'autant plus efficacement que la pointe du pied est élevée. Enfin, l'adjonction de chenilles (2-5) peut avantageusement étendre le domaine de circulation de ces sous-semelles roulantes à des voies dont l'état de surface est nettement Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 2955780 -10- moins adapté au roulage que les voies goudronnées (trottoirs ou allées en graviers, trottoirs ou espaces dallés, etc.). Il peut s'agir d'une chenille par côté, voire de deux chenilles parallèles à segments décalés par côté, afin d'obtenir un roulage presque totalement lisse. On peut également utiliser une seule bande roulante, éventuellement 5 divisée en plusieurs bandes roulantes parallèles à segments décalés afin de lisser le roulage. Si une chenille englobe les deux parties (avant et arrière) d'une sous-semelle roulante, elle doit être articulée pour respecter l'articulation de ces deux parties. Les figures ci-après décrivent l'ensemble des principes et des mécanismes principaux de l'invention.

10 La figure 1 décrit le principe général, illustré dans le mode particulier de réalisation de l'invention (version inertielle). La figure 2 détaille, toujours dans ce mode particulier, le fonctionnement de la charnière d'articulation entre la partie avant et la partie arrière de la sous-semelle roulante. La figure 3 montre les principaux mécanismes de la version la plus complexe (énergie 15 élastique). Cette invention ouvre un large domaine industriel de production de masse des différentes versions de ces chaussures ou sous-semelles roulantes, leur marché étant le grand public au moins des grandes et moyennes villes du monde, et un marché complémentaire basé sur des versions plus sportives étant assez probable. Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide

Claims

Revendications1) Moyen de déplacement individuel permettant de marcher à une vitesse plus élevée que celle de la marche normale, constitué d'une paire de chaussures roulantes, ou de sous-semelles roulantes (1-1) adaptables par fixation rapide (1-2) aux semelles des chaussures d'un marcheur, et caractérisé en ce que d'une part les chaussures ou sous-semelles roulantes sont articulées latéralement (1-3) pour suivre les mouvements naturels des talons par rapport aux pointes de pieds lors de la marche normale [1], et d'autre part permettent la marche à vitesse plus élevée sans modifier le rythme ni l'amplitude de la marche naturelle, sans aucun mouvement de patinage ni de course de prise d'élan [2], grâce à des moyens de compensation (inertielle (1-4), gravitationnelle, élastique ou électrique, ou encore utilisant une quelconque combinaison de ces types d'énergie) de la composante parallèle au sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à chaque chaussure ou sous-semelle roulante par la jambe porteuse (1-6), quelque soit la valeur de l'angle a (1-7) de la jambe porteuse par rapport à la normale au sol, et quelque soit la vitesse propre par rapport au sol de la chaussure ou sous-semelle roulante [3] ; ces moyens de compensation peuvent comporter un moyen complémentaire (1-8) permettant d'obtenir, à la sollicitation du marcheur, une « surcompensation avant, c'est-à-dire une force motrice dans le sens de la marche, qui permet de maintenir la vitesse acquise en compensant les frottements, et d'accélérer les chaussures ou sous-semelles roulantes, ce qui augmente progressivement, en quelques pas, la vitesse globale du marcheur [4] ; ils peuvent également comporter un dispositif de freinage (1-9) [5]. L'ensemble de ces moyens confère aux chaussures ou sous-semelles roulantes une stabilité longitudinale qui maintient le marcheur en équilibre naturel sans effort particulier ni recours au maintien de la cheville, quelques soient la phase du pas et la vitesse propre des chaussures ou sous-semelles roulantes, et lui permettent d'acquérir en quelques pas une vitesse plus élevée que celle de la marche normale.
2) Moyen de déplacement individuel selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, les mouvements naturels de la cheville et du pied, lors de la marche, sont rendus possibles par l'articulation latérale [1], autour d'un axe ou d'un système à charnières (1-3), de la partie arrière de la sous-semelle roulante (2-2) par rapport à la partie avant de la sous- Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 2955780 - 12 - semelle roulante (2-3), la partie arrière pouvant ainsi pivoter dans le plan vertical pour suivre le décollement et l'élévation du talon du pied porteur, qui se produisent naturellement en milieu et fin de pas lors de la marche normale (1-10) ; chacune de ces deux parties peut supporter seule le poids du corps tout en roulant sur des roues (2-4) 5 ou sur des chenilles (2-5) (éventuellement articulées de façon à suivre le mouvement de la semelle) ou encore sur une large chenille unique (articulée de la même façon), de telle sorte que, quelque soit la vitesse propre de la sous-semelle roulante par rapport au sol, le poids du corps repose successivement, selon les phases du pas du pied porteur, sur l'extrémité arrière de la partie arrière lors du poser de talon (1-11), puis 10 sur l'ensemble des deux parties de la sous-semelle, puis sur la seule partie avant (1-12) lors de la dernière phase du pas.
3) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, les moyens de compensation [3] de la composante parallèle au 15 sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse (1-6), utilisent d'une part un dispositif de stockage de l'énergie, sous forme d'énergie soit cinétique (volant d'inertie (2-6)), soit potentielle élastique (ressort mécanique (3-5) ou pneumatique ou hydropneumatique), soit potentielle gravitationnelle (élévation ou abaissement du marcheur), soit potentielle électrique (batterie), soit encore sous forme 20 d'une combinaison de tout ou partie de ces formes d'énergie [6], et d'autre part des moyens de production d'une force de compensation parallèle au sol (1-13a, 1-13b) et opposée à la composante parallèle au sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse (1-6) [7] ; ces moyens de production [7] d'une force de compensation sont temporairement couplés au dispositif de stockage de l'énergie [6], 25 de façon à emmagasiner, en début de pas, l'énergie produite par le travail de la composante parallèle au sol (1-5a) de la force motrice appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse (1-6) lors du déplacement de la sous-semelle roulante pendant la phase de compensation sur la partie arrière (poser de talon et redressement de la jambe porteuse), puis à restituer cette énergie pour produire, en fin de pas, le travail 30 de la force motrice de compensation (1-13b) lors du déplacement de la sous-semelle roulante pendant la phase de compensation sur la partie avant (élévation du talon et inclinaison en avant de la jambe porteuse). Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 2955780 - 13 -
4) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, chacun des moyens de production [7] d'une force de compensation parallèle au sol et opposée à la composante parallèle au sol de la force 5 appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse, est constitué par le couplage successif, entre le dispositif de stockage de l'énergie [6] et au moins un des organes de roulement de la sous-semelle (roue, chenille, courroie ou essieu), de tout ou partie des éléments suivants : un générateur de couple dont le couple est toujours proportionnel au poids P du marcheur (kg) et indépendant de la vitesse propre de la chaussure ou 10 sous-semelle roulante (m/s) [8], un variateur rotatif de couple dont le rapport des couples varie en fonction de l'angle a (1-7) entre la jambe porteuse et la normale au sol (radians) [9], et un démultiplicateur rotatif dont la sortie est couplée à l'organe de roulement, et pouvant comporter un mécanisme à cliquet (2-8) bloquant tout déplacement arrière de la sous-semelle roulante [10] ; cet ensemble d'éléments 15 couplés successivement l'un à l'autre est configuré de telle sorte que la force résultante (1-13a, 1-13b) s'exerçant sur le centre de l'organe de roulement, donc sur la sous-semelle roulante, soit aussi proche que possible de l'opposée de la composante parallèle au sol (1-5a, 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse, c'est-à-dire ait pour intensité idéale (en newtons) : - P.g.cos (a - ap).sin a, où 20 P (kg) est le poids du marcheur, g (m/s2) l'accélération de la pesanteur, et ap (radians) l'angle de pente du sol par rapport à l'horizontale (2-11) ; enfin, ce couplage entre le dispositif de stockage de l'énergie et l'organe de roulement peut comporter un mécanisme de débrayage automatique avec, si nécessaire, blocage du dispositif de stockage de l'énergie [6], de façon à permettre un roulage libre de la chaussure ou 25 sous-semelle roulante à partir de sa vitesse acquise, lorsque que la jambe porteuse est perpendiculaire au sol (a = 0), situation dans laquelle plus aucune composante parallèle au sol ne s'exerce sur la chaussure ou sous-semelle roulante.
5) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous- 30 semelles roulantes, le dispositif de stockage de l'énergie [6] est un système inertiel, comportant un volant d'inertie (2-6) ou plusieurs, éventuellement en disposition contrarotative (pour ne pas pénaliser la maniabilité de la chaussure ou sous-semelle Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide-14- roulante), et couplé à l'organe de roulement via une forte démultiplication (1-4) ; dans ce cas, le système inertiel constitue également le générateur de couple [8], du fait du contre-couple d'inertie engendré lors de toute variation forcée de sa vitesse ; la valeur de la force d'inertie qui en résulte au niveau de la sous-semelle. roulante (1-13a et 1-13b) est alors égale à -1/(1 + m/M) fois la composante parallèle au sol (1-5a et 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse, où m est la masse pesante de la sous-semelle roulante, et M la masse inerte équivalente du système inertiel, très supérieure à m ; cette force d'inertie constitue donc une compensation presque parfaite de la composante parallèle au sol (1-5a , 1-5b) de la force appliquée à la sous-semelle par la jambe porteuse, et ce quelques soient le poids P du marcheur, l'angle a (1-7), et la vitesse propre de la sous-semelle roulante. Le variateur rotatif de couple [9] n'est donc pas nécessaire dans ce cas.
6) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le dispositif de stockage de l'énergie [6] est un ressort dit « à force constante » (3-5), ou un système de plusieurs ressorts dits « à force constante », soit rotatif (ressorts en spirale,, tels que ceux utilisés pour les enrouleurs), soit linéaire (systèmes de ressorts linéaires (3-6) couplés à des cames de linéarisation (3-7), ou système hydraulique ou hydropneumatique équivalent) ; dans le premier cas, le générateur de couple [8] est constitué par couplage rotatif-rotatif ; dans le second cas, le générateur de couple [8] est constitué par un couplage linéaire-rotatif (3-8) ; du fait que la force élastique est quasi constante quelque soit l'élongation ou la compression, le couple élastique engendré est indépendant de la vitesse propre de la sous-semelle roulante ; la valeur quasi constante de cette force élastique est ajustable à une valeur proportionnelle au poids P du marcheur par un dispositif de préréglage agissant sur la force initiale du système élastique (par exemple une vis de réglage (3-9)) ; ainsi, pour chaque valeur de l'angle a (1-7), le rapport idéal de couple du variateur rotatif de couple [9] est proportionnel à la valeur : cos(a - ap).sin a.
7) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le dispositif de stockage de l'énergie [6] est un système d'assiette variable de la platine supérieure (1-14) de la sous-semelle roulante, qui exploite l'énergie potentielle Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide 2955780 -15- de gravité du marcheur lui-même, qui est ainsi élevé ou abaissé par rapport au sol ; ce système d'assiette variable est réalisé par un couplage linéaire-rotatif (mécanique, hydraulique ou hydropneumatique) aux endroits adéquats de la platine supérieure de la sous-semelle roulante, qui constitue en même temps le générateur de couple [8] ; 5 du fait que la composante normale au sol de la force appliquée à la platine supérieure par la jambe porteuse a pour intensité, avec les notations précédentes : P.g.cos(a - ap).cos a, le couple ainsi engendré est proportionnel au poids P du marcheur, et indépendant de la vitesse propre de la sous-semelle roulante ; ainsi, pour chaque valeur de l'angle a (1-7), le rapport idéal de couple du variateur rotatif 10 de couple [9] est proportionnel à tg(a).
8) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le dispositif de stockage de l'énergie [6] est une batterie électrique rechargeable ; dans ce cas, le générateur de couple [8] est un moteur électrique, jouant également, en 15 fonctionnement inversé, le rôle de générateur électrique, et le variateur rotatif de couple [9] est obtenu par un régulateur électronique de couple ; le moteur électrique est dans ce cas couplé en mode rotatif-rotatif à l'organe de roulement, éventuellement via un démultiplicateur rotatif-rotatif [10] de sortie ; la régulation électronique assure la production d'un couple indépendant de la vitesse du moteur (donc de la vitesse 20 propre de la sous-semelle roulante), et ajusté, grâce à une détection à la fois du poids P du marcheur (par exemple via un capteur de pression) et des angles a et ap (par exemple par un système à potentiomètres), à une valeur proportionnelle à P.g.cos(a- ap).sin a; ce système mixte de moteur-générateur permet, par extension, l'utilisation des chaussures ou sous-semelles roulantes dans les pentes, la batterie 25 restituant dans les montées l'énergie électrique que le moteur a produite en limitant la vitesse dans les descentes.
9) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen complémentaire de surcompensation avant [4], permettant l'augmentation progressive, en quelques pas, de la vitesse 30 globale du marcheur, est constitué par un générateur de couple, de nature mécanique, hydraulique, pneumatique, hydropneumatique ou électrique, qui crée une force motrice dans le sens de la marche en agissant sur l'organe de roulement d'autant plus Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide-16- fortement que le marcheur appuie sur sa pointe de pied en élevant son talon ; dans le cas d'un générateur de couple mécanique, hydraulique, pneumatique, ou hydropneumatique, c'est l'énergie potentielle de gravité du marcheur qui engendre le couple moteur (de façon analogue au moyen de compensation décrit dans la revendication n°7), grâce à un couplage linéaire-rotatif ou rotatif-rotatif (2-7, 2-12) de la platine supérieure avant de la sous-semelle avec l'organe de roulement, cette partie avant s'abaissant de quelques millimètres ou centimètres, selon la vitesse propre acquise par la chaussure ou sous-semelle roulante ; tant que le talon ne s'élève pas, ou en fin d'abaissement de la platine supérieure avant, ce couplage est débrayé pour permettre un roulage libre à partir de la vitesse acquise ; dans le cas d'un générateur électrique de couple, il s'agit d'un système de batteries et moteur électriques, avec régulateur électronique de couple (analogue au moyen de compensation décrit dans la revendication 8), activé par un capteur électronique de la pression exercée par la pointe du pied dès que le talon s'élève.
10) Moyen de déplacement individuel selon la revendication 4, caractérisé en ce que le variateur rotatif de couple [9] est un système à « doubles cônes curvilignes inversés et superposés » (3-10), dont les axes (3-11) restent maintenus dans le même plan vertical, et pouvant rouler l'un sur l'autre à la fois dans ce plan vertical le long de leurs génératrices inférieure (cône curviligne supérieur) et supérieure (cône curviligne inférieur) (3-12) pour la variation de couple en fonction de l'angle a (1-7), et autour de leur axe respectif pour la transmission du couple (3-13) ; l'axe du cône curviligne inférieur avant (3-2b) est solidaire de la partie avant de la sous-semelle (3-14) ; l'axe du cône curviligne supérieur avant (3-2b) est orienté à l'angle a grâce à un couplage spécifique avec la platine supérieure arrière de la sous-semelle (3-16) ; l'axe du cône curviligne inférieur arrière (3-2a) est fixé à un bras mobile (3-17) articulé sur l'axe arrière de la sous-semelle, et muni d'une roulette à son autre extrémité (libre), et qui tombe au sol dès le poser de talon (3-18) ; l'axe du cône curviligne supérieur arrière (3-2a) est solidaire (3-19) de la platine supérieure arrière de la sous-semelle, ce qui lui confère naturellement l'angle a par rapport à l'axe du cône inférieur, solidaire du bras mobile tombé au sol lors du poser de talon (3-18) ; de plus, la forme des génératrices des cônes curvilignes (3-20) est calculée de façon à fournir, pour chaque inclinaison a (1-7) du cône curviligne supérieur (3-12), le rapport de couple idéal Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide- 17 - selon le type du dispositif de stockage de l'énergie [6], tel que défini dans les revendications précédentes ; afin de minimiser les glissements dans le variateur rotatif de couple, le frottement nécessaire à la transmission du couple sur la zone de contact des cônes curvilignes est obtenu par application d'une force de pression suffisante sur l'axe du cône curviligne supérieur (3-21), cette force pouvant utiliser, en tout ou partie, la composante normale au sol de la force appliquée à la platine de la sous-semelle roulante par le pied porteur (3-19), ou des ressorts de pression (3-22) sur les paliers ou roulements de l'axe du cône curviligne supérieur.
11) Moyen de déplacement individuel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chacune des deux chaussures ou sous-semelles roulantes, le dispositif de freinage (1-9) [5] est constitué par un levier articulé (2-13), pouvant avantageusement consister en une lame de ressort, positionné à l'arrière de la chaussure ou sous-semelle roulante, muni d'une roulette (2-14) à son extrémité libre, et activant, dès que la roulette touche le sol (1-9), des patins ou des mâchoires de frein (2-15) qui agissent sur au moins un des organes de roulement, et ce d'autant plus fort que le levier est poussé par la roulette au sol ; le freinage est ainsi obtenu lorsque le marcheur pose ou maintien le talon au sol tout en levant la pointe du pied au-delà de que ce qui est nécessaire pour la marche normale, et agit de façon progressive, d'autant plus efficacement que la pointe du pied est élevée. Chaussures ou sous-semelles roulantes permettant la marche rapide