Brevet FR3024336A1 — publié le 20160205

Semelle motorisée pour marche assistée. L'invention concerne une chaussure dont la semelle est motorisée - première option - ou bien un patin amovible attachant à une chaussure standard une semelle motorisée - seconde option -. L'invention, l'une ou l'autre option, est décrite ci après extensivement dans sa seconde option. La première option consiste à l'intégrer le patin décrit ci après à une chaussure adaptée à la pointure de l'utilisateur, il s'agit d'une combinaison connue par l'homme de l'art rentrant donc dans le champ de sa compétence et donc de l'invention revendiquée. L'objectif de l'invention idéalisé figure 2 consiste à supporter le pied et ou la chaussure 11 de l'utilisateur par une semelle qui est une courroie motorisée 13 présentant les caractéristiques essentielles suivantes : C'est semelle est : - flexible afin de conserver le confort de la marche naturelle et d'absorber les inégalités du sol plate et large et la plus fine possible afin d'assurer un appui latéral suffisant sans porte à faux potentiellement préjudiciable aux chevilles. antidérapante afin d'assurer la motricité. robuste afin de supporter l'abrasion. siliceuse pour le confort de l'utilisateur et de son entourage légère pour un meilleur confort puissante, afin de garantir l'équilibre de l'utilisateur à grande vitesse ou lors changements d'allure ergonomique par l'action d'une motorisation intuitive - incurvée aux extrémités afin d'absorber en souplesse les inégalités du sol comme un ski - aisé à entretenir, par le bénéfice d'un démontage simple de la courroie. Cette semelle peut assurer à elle seule le déplacement et/ou io l'équilibre de l'utilisateur restant droit les deux pieds au sol jambes tendues, elle peut aussi assister cet utilisateur en démultipliant l'efficacité de ses enjambées en combinant l'effort musculaire à la motricité électrique, soit dans un mode de marche à enjambées allongée, soit dans un mode de 15 patinage mieux sécurisé et moins fatiguant que celui les patins à roues libres. Cette semelle se différentie de l'art existant car tant le ski sur herbe à chenille que les patins à roulettes même motorisés 20 surélèvent notablement le pied de l'utilisateur, imposent un maintien des chevilles, sont lourds et ou encombrants, et d'une ergonomie insuffisante. Le mode de réalisation préférentiel mais non exclusif de 25 l'invention est décrit par les figure suivantes : A chaque fois qu'il est nécessaire pour la compréhension la même pièce et ou la fonction est représentée selon deux perspectives complémentaires. 30 FIG.1 représente le mode de réalisation selon l'option 2. FIG.2 représente la fonction idéalisée de l'invention. FIG.3 représente le berceau dans lequel est fixés pied et chaussure selon l'option 2, étant entendu qu'il s'agit d'une une fonction intégrée à la chaussure selon l'option 1. FIG.4 représente la pièce structurelle flexible principale dans laquelle se loge le berceau. FIG.5 représente la motorisation de la semelle courroie. FIG.6 représente un détail de réalisation du guidage de la semelle courroie. FIG.7 représente un détail de réalisation du galet de transmission et d'un galet de guidage. FIG.8 représente la pièce intercalaire souple avec les galets séparateurs. FIG.9 représente le principe de suspension de la semelle courroie. FIG.10 représente le principe de traitement du signal des capteurs et de commande de la vitesse. FIG.11 représente deux chaussures standards à semelle plate. Références des figure Pieds & chaussure 11 Lanière de fixation 12 Semelle courroie 13 Structure 14 Transmission 15 Connexion électrique 16 Electronique de contrôle 17 Fermeture de la lanière 18 Berceau 31 Tiges et ancrage lanière 32 Structure 41 moteur 51 galet d'appui 52 Séparateur flexible 53 galet tendeur et transmetteur 54 Rouleau intercalaires 61 Axe des rouleaux intercalaires 62 Roulement à billes 71 Nervures du galet 72 poutre flexible 81 Contrôleur de moteur 101 Semelle de chaussure 111 Description détaillée de la mise en oeuvre de l'option 2. Figure 1 représente deux perspectives de la vue d'ensemble de l'invention dont le pied de l'utilisateur et ou sa chaussure 11, les lanières de maintien souples 12, (par exemple en tissu en caoutchouc renforcé, ou en polyamide), la courroie semelle 13, (par exemple une courroie de transmission du type poly-V en caoutchouc vulcanisé renforcé par des fibres), la structure porteuse flexible 14, (par exemple en polyamide), un organe de transmission de la motorisation 15 (par exemple en acier ou en aluminium), une connexion à une source d'énergie électrique externe ou amovible 16, une électronique de traitement de signaux et de contrôle de moteur 17, et un moyen de fermeture 18 des dites lanières souples 12 (par exemple par boucle ou ® velcro non représenté). Figure 2 représente deux perspectives de la fonction idéale de motorisation d'un pied 11 par une semelle courroie 1 mettant en évidence la finesse de cette motorisation, la large surface d'appui aussi bien longitudinale que latérale, les surfaces avant et arrières recourbées comme une semelle de ski pour absorber les reliefs sans buter dessus et pour freiner en pointant le talon sans diminuer la surface de contact. Elle illustre que la dite semelle courroie expose approximativement la même surface de roulement au sol que la semelle 111 de la chaussure 11 représentée seule figure 11. La Figure 3 illustre le berceau 32 et les ancrages 32 des lanières 12 qui sont les extrémités de tiges structurantes par exemple en acier. Ce berceau qui épouse la forme de la chaussure sera dans le cadre de l'option 1 intégré dans un chausson de la même façon qu'il existe des patins à roulette avec roulettes intégrées à la chaussure et d'autres avec les roulettes sur un berceau fixé par lanière. Cette figure expose aussi 4 capteurs de force par exemple à résistance variable en fonction de la force, qui mesurent la répartition des forces d'appui du pieds, Al à l'avant droite, A4 avant gauche, A2 arrière droit, A3 arrière gauche. L'équilibre debout impose que les forces mesurée en par Al et A4 équilibrent celles mesurées par A3 et A2. En cas d'écart, l'équilibre se rétablit si le pied est motorisé dans la direction des forces d'appui les plus importantes. Pour maintenir l'équilibre de l'utilisateur en toute circonstance la motorisation développe donc un effort toujours proportionnel et dans le sens de la différence des forces mesurées entre l'avant et l'arrière du pied. Comme dans un tournant le pied extérieur doit aller plus vite mais l'appui se fait sur son coté intérieur, les forces mesurées coté intérieur seront préférentiellement pondérées. Accélérer résulte alors d'un appui de l'avant du pied et ralentir d'un appui de l'arrière des pieds, ce qui reste compatible avec le maintient automatique de la condition d'équilibre à l'arrêt aussi bien qu'en mouvement. La figure 4 illustre la structure flexible 41 dans laquelle vient se verrouiller le berceau 31 au moyen de ses tiges 32. Cette structure expose la surface d'appui nécessaire aux capteurs de force, contient la motorisation 51 et l'électronique de contrôle 17 et c'est à cette structure qu'est attaché la courroie semelle 13 par le biais de galets 54 et de roulement à billes 71. Cette structure comporte aussi des tiges, par exemple en acier, qui constituent aussi les axes des galets 52 roulant sur la dite courroie 13. La figure 5 expose la chaine de motorisation de la dite semelle courroie, en l'état le moteur 51, les galets 52 prenant appui sur la courroie, un séparateur 53 enclot dans la courroie, et enfin les dits galets 54 assurant la tension de la courroie et la transmission de la motorisation. La figure 6 expose la nature du séparateur 53 constitué de galets 61 tournant librement autour d'axes 62, ces galets sont nervurés comme le sont les galets 54 coopérant avec la dite courroie 13 nervurée de type poly-V. De par ces nervures la dite courroie 13 est parfaitement guidée longitudinalement par ces dits rouleaux 61 et ne peut donc se décaler latéralement en conséquence d'un effort latéral. Les dits rouleaux sont solidaires du dit séparateur flexible 53 guidé par les flancs de la dite structure 41 en contact avec la poutre flexible 81. La figure 7 détaille le roulement à bille 71 du galet 54 ainsi que les nervures 72 nécessaires au guidage et à la transmission du couple. La figure 8 expose le séparateur flexible 53 et ses cotés flexibles mais structurants 81. La figure 9 illustre qu'une pression sur la semelle 13 intercale les galets 61 du séparateur flexible 53 entre deux galets d'appui solidaires de la structure 41 en tendant la dite courroie 13. Par ce procédé la dite courroie est utilisée comme une suspension souple afin de répartir sur une grande surface les déformations ponctuelles de la bande de roulement ; réduire les vibrations transmises, et imposer une tension de courroie proportionnelle à l'effort de traction nécessaire pour un rendement optimisé et éviter les déchirures de la courroie résultant d'une concentration de contraintes. Selon une mise en oeuvre recommandée de l'invention tous les galets sont en polyamide sauf 54 en aluminium ou en acier, et tous les axes sont en acier trempé à haute limite d'élasticité. La figure 10 illustre le traitement des signaux délivrés par les capteurs de force Al A2 A3 A4 transmis au contrôleur de moteur 101 dont la commande de vitesse est analogique. Ce traitement génère une tension proportionnelle à la différence des forces entre l'avant et l'arrière du pied, dont l'impédance de source est abaissée par un amplificateur suiveur U1, le dit signal est filtré par un dérivateur et transmis à un second amplificateur U2, puis transmis au contrôleur de moteur qui délivre le couple instantané et un mouvement du pied nécessaire au maintien de l'équilibre quelque soit sa vitesse moyenne. L'objectif atteint par le filtre dérivateur et additionneur, la combinaison de R2 et C3, est double : pallier l'inertie de la structure et du moteur en rendant plus dynamiques les compensations instantanées, assurer aussi un io amortissement critique des oscillations qui pourraient résulter d'une régulation trop dynamique. La vitesse moyenne du pied résulte elle d'une intégration de la force et du délai du déséquilibre mesuré. 15 La vitesse moyenne du pied augmente ou diminue donc continument si l'utilisateur maintient un appui déséquilibré du pied vers l'avant ou vers le talon respectivement. A contrario, le maintien d'une vitesse constante est obtenu 20 à l'équilibre des forces entre l'avant et l'arrière du pied ce qui est une condition de confort et d'équilibre naturel, si les conditions R6 = R7 Cl = C2 R4/R5 = R3/R2 R8 = R9 et R1 supérieur à R4 et R5 sont réunies. 25 Ceci a comme effet secondaire très favorable que soulever le pied à vitesse constante et à l'équilibre n'entraine aucune variation de la vitesse de la courroie soulevée car l'absence de force d'appui réalise elle aussi cette même condition d'équilibre, (0 = 0 se vérifie comme F = F), et ceci 30 quelle que soit la vitesse courante intégrée. Il est donc possible et loisible à l'utilisateur de franchir tout obstacle à vitesse constante mais aussi de patiner en soulevant alternativement les pieds quand la variation relative de vitesse de la courroie ne contribue qu'au maintient de l'équilibre - quelque soit la vitesse moyenne-. Il est donc aussi possible à l'utilisateur de combiner la propulsion électrique résultant du moteur à une propulsion musculaire au pas du marcheur ou au pas du patineur. Le freinage d'urgence s'effectue sur les talons, l'accélération sur la ponte des pieds. Tourner s'effectue à l'arrêt Par un appui d'un pied sur la pointe l'autre sur le talon. A vitesse constante par la même action mais aussi par l'effet prépondérant des capteurs du capteur placé sous le coté intérieur. Selon l'invention ce traitement analogique du signal des capteurs de force peut s'effectuer pareillement de façon numérique après digitalisation des signaux. Dans ce cas le contrôleur de moteur sera préférentiellement commandé par un signal de commande de vitesse numérique. L'utilisateur utilisera de préférence un patin ou une chaussure selon l'invention par pied, ce qui n'exclue cependant pas les unijambistes du plaisir de patiner en étant électriquement assistés... L'énergie électrique est transmise selon l'invention par le biais d'un connecteur 16 à l'électronique de contrôle. Ceci inclut que la source d'énergie est solidaire du dit patin ce qui en fait un système autonome. La source peut aussi être déportée et l'énergie transmise par un câble, ce qui présente comme avantage que les deux patins partagent par exemple une même batterie, disposent alternativement de la puissance maximum de la dite batterie, et l'épuisent solidairement ce qui en optimise l'usage. Dans ce contexte la dite batterie déportée sera portée à la ceinture ou dans un sac à dos. Elle sera alors dimensionnée par l'utilisateur en fonction de ses besoins d'autonomie et de puissance, un utilisateur lourd et sportif privilégiera une batterie à forte puissance et haute tension, un utilisateur léger et endurant une batterie à forte énergie et basse tension. La maintenance de l'invention est rendue aisée par le fait que les galets 54 sont démontables. Les solutions décrites sont des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention selon l'option 1 et l'option 2, elles peuvent donc être combinées entre elles et avec des solutions alternatives dans l'état de l'art pour parvenir au même résultat. Elles réalisent une chaussure ou patin motorisé supportant le pied de l'utilisateur par une structure caractérisés en qu'ils comportent - une courroie au contact o du sol par sa face inférieur o d'un séparateur muni de galets libres par sa face interne o d'une seconde série de galets libres porteurs par sa face supérieure o d'au moins deux galets tendeurs - un moteur électrique relié par une transmission mécanique à au moins un des dits galets tendeurs une électronique de contrôle connectée o au dit moteur o à au moins deux capteurs de force d'appui o une source d'énergie amovible par le biais d'un connecteur intégré. et en ce que lesdits seconde série de galets libres porteurs, galets tendeurs, moteur et électronique sont cinématiquement reliés à ladite structure. ledit séparateur et la courroie ne sont pas cinématiquement relié à ladite structure mais déformables. et en ce que ladite électronique détermine la vitesse moyenne au moyen d'un filtre intégrateur de la différence de force mesurée entre les deux capteurs. et en ce que ladite électronique détermine la vitesse instantanée au moyen d'un filtre dérivateur de la différence de force mesurée entre les deux capteurs, et de ladite vitesse moyenne. et en ce que la dite courroie les dits galets tendeurs et les galets dudit séparateurs sont nervurés. REVENDICATIONS. 1) Chaussure ou patin motorisé supportant le pied de l'utilisateur par une structure caractérisés en qu'ils comportent une courroie au contact o du sol par sa face inférieur o d'un séparateur muni de galets libres par sa face interne o d'une seconde série de galets libres porteurs par sa face supérieure o d'au moins deux galets tendeurs un moteur électrique relié par une transmission mécanique à au moins un des dits galets tendeurs une électronique de contrôle connectée o au dit moteur o à au moins deux capteurs de force d'appui o une source d'énergie amovible par le biais d'un connecteur intégré. 2) Chaussure ou patin motorisé supportant le pied de l'utilisateur par une structure selon la revendication 1 caractérisés en ce que lesdits seconde série de galets libres porteurs, galets tendeurs, moteur et électronique sont cinématiquement reliés à ladite structure. ledit séparateur et la courroie ne sont pas cinématiquement relié à ladite structure mais déformables. 3) Chaussure ou patin motorisé supportant le pied de l'utilisateur par une structure selon la revendication 1 caractérisés en ce que ladite électronique détermine lavitesse moyenne au moyen d'un filtre intégrateur de la différence de force mesurée entre les deux capteurs. 4) Chaussure ou patin motorisé supportant le pied de l'utilisateur par une structure selon la revendication 1 caractérisés en ce que ladite électronique détermine la vitesse instantanée au moyen d'un filtre dérivateur de la différence de force mesurée entre les deux capteurs, et de ladite vitesse moyenne. 5) Chaussure ou patin motorisé supportant le pied de l'utilisateur par une structure selon la revendication 1 caractérisés en ce que la dite courroie les dits galets tendeurs et les galets dudit séparateurs sont nervurés.