Устройство роликовых коньков с одним роликом
ROLLER SKATES DEVICE WITH ONE ROLLER

(по п. 1) Предлагается устройство коньков, позволяющее сохранять равновесие при езде на одном ролике, заключающееся в том, что при нарушении равновесия конструкция позволяет перемещать ось ролика (7) в направлении сместившегося центра тяжести тела конькобежца, отличающегося тем, что ось ролика (7) размещается на подвижном рычаге (4), который имеет возможность совершать колебательные движения относительно голени конькобежца. В тексте формулы и в начале описания даются ссылки на фиг. 2. и фиг. 3. На рисунке представлена кинематическая схема обсуждаемой конструкции в исходном положении и в положении, когда стопа ноги несколько развернута в направлении вниз - под себя. В обычных роликовых коньках ролики закрепляются непосредственно на корпусе ботинка. В настоящем устройстве ролик (6), вращающийся на оси (7), как видно из рисунка, располагается на конце подвижного рычага (4). При смещении центра тяжести конькобежца вперед (нарушении равновесия) подвижный рычаг (4) и соответственно ролик (6) имеет возможность также сместиться вперед, перемещая точку опоры навстречу возможному падению.
(по п. 2) Следующим отличием предлагаемого устройства является то, что подвижный рычаг (4) крепится на жестком чехле (3), охватывающим голень, и ось рычага (5) неподвижна относительно голени. Этот чехол одевается на ногу в виде чулка и удерживается с помощью шнуровки, липучки или молнии. Боковые поверхности этого чехла достаточно жесткие, чтобы закрепленная на них ось (5) подвижного рычага (4) оставалась неподвижной и служила опорой коньку. Нижняя часть чулка не заходит на пальцы и пятку, но охватывает подошву, ограничивая возможное перемещение чехла вверх под действием силы реакции опоры.
(по п. 3) Следующим отличием предлагаемого устройства является то, что вес тела полностью опирается на чехол (3), и через него и через подвижный рычаг (4) на ролик (6), а легкий ботинок (1) поддерживает стопу и не предназначен для восприятия нагрузки от веса и бокового наклона корпуса конькобежца. В обычной конструкции роликового конька реакция опоры передается на раму конька и через нее на стопу конькобежца, туго затянутую ботинком. Нагрузка при езде, особенно на высоких роликах, предъявляет серьезные требования к устойчивости лодыжки, и требуют длительной тренировки. В настоящей конструкции нагрузка непосредственно передается на более мощный коленный сустав, что делает езду более комфортной. На голеностопный сустав в основном возлагается функция поддержания равновесия.
(по п. 4) Следующим отличием предлагаемого устройства является то, что ботинок (1), закрепленный на раме (8), используется для привода подвижного рычага (4). На стопу ноги надет легкий ботинок (1), закрепленной на некой конструкции или раме (8), воспринимающей вращательные движения стопы и передающие их на ось (11), вынесенную на верхнюю часть рамы (8). При незначительном наклоне стопы вниз под себя плечо рамы (8) преобразует это вращательное движение в достаточно значительное линейное перемещение оси (11).
(по п. 5) Следующим отличием предлагаемого устройства является то, что привод подвижного рычага (4) осуществляется через промежуточный рычаг (9), закрепленный на подвижном рычаге (4) и раме (8) с помощью осей (11 и 10) соответственно. Рама (8) по сути, поворачивается вокруг голеностопного сустава (2) и ее ось (11) кроме линейного перемещения подвержена также радиальному смещению. Чтобы компенсировать это смещение потребовался короткий промежуточный рычаг (9), имеющий оси (10 и 11).
(по п. 6) Следующим отличием предлагаемого устройства является то, что положение осей (10 и 11) на соответствующих рычагах выбрано таким образом, что при развороте стопы вниз под себя ролик (6) смещается вперед, а при развороте стопы вперед вверх ролик (6) смещается назад. Выбирая положение осей (10, 11) на рычагах, можно подобрать наиболее удобную амплитуду колебания подвижного рычага (4) в зависимости от угла разворота стопы.
В своих крайних положениях ролик (6) касается тормозных пластин (12). Плавное касание приводит к торможению, а зажатые ролики позволяют перемещаться шагом. На рисунках показана конструкция со сдвоенным роликом, она реализует более низкую и устойчивую посадку. При удлинении подвижного рычага (4) или уменьшении амплитуды его качания возможна более компактная конструкция с одним роликом (6), перемещающимся под средней линией стопы, что не противоречит представленной на рисунках кинематической схеме.
Коньки на одном ролике не получают распространения потому, что удерживать на них равновесие очень сложно: при незначительном отклонении центра тяжести от точки опоры ролик быстро выкатывается из-под конькобежца. Изменение конструкции конька, позволяющее оси, на которой размещен ролик, перемещаться вдоль стопы, облегчает сохранение равновесия на таких коньках.
Рассмотрим задачу по сохранению равновесия тела, центр тяжести которого находится выше точки опоры, на абсолютно гладкой поверхности. В каждый момент силе тяжести противодействует реакция опоры, равная по величине и противоположная по направлению. При нарушении равновесия, направления действия этих сил не совпадают, и появляется момент, разворачивающий все тело или выталкивающий точку опоры, если она подвижна. Для восстановления равновесия необходимо сместить точку опоры в позицию, находящуюся за точкой пересечения вектора силы тяжести с плоскостью опоры. Тогда появится момент сил, действующих на массу в противоположном направлении и восстанавливающих равновесие. Поскольку поверхность гладкая, моменты сил, необходимые для поддержания баланса между положением центра тяжести тела и точкой опоры как бы «одалживается» у момента инерции тела.
На фиг. 1 показано, как реакция опоры R взаимодействует с массой конькобежца при развороте стопы для случаев «ледяного» и роликового коньков. Предполагается, что центр тяжести конькобежца сместился вперед, и необходимо произвести корректирующее воздействие. В обоих случаях производится диктуемый естественной реакцией человека разворот стопы в направлении вниз - под себя, допустим, на 10 градусов относительно оси голеностопного сустава XX. Из рисунка видно, что в первом случае точка опоры уходит вперед, и сила реакции R2 направлена на возвращение состояния равновесия. В случае с роликовым коньком точка опоры смещается в противоположную сторону, что лишь усугубляет разбалансировку системы. Это значит, что, если конькобежец хочет научиться сохранять равновесие на обычных роликовых коньках с одним роликом, он должен отработать и закрепить у себя реакцию разворота стопы вперед - вверх в начале падения вперед, и наоборот. Как показывает практика, это возможно, но совершенно противоестественно, вызывает отторжение и неприемлемо для массового пользователя. Природа слишком прочно внедрила в каждого из нас блок рефлекторных реакций опорно-двигательного аппарата на потерю равновесия.
Таким образом, чтобы конькобежец, переходя на однороликовые коньки, мог использовать свои прежние навыки по удержанию равновесия на льду, при начале падения вперед и соответствующем инстинктивном развороте стопы вниз - под себя ролик конька должен выдвигаться вперед. Движение стопы в обратном направлении должно приводить к перемещению опорного ролика назад. Этого можно достичь с помощью разных конструкций, наиболее простая из которых представлена в настоящей заявке.
Перечень позиций и обозначений по фиг. 1.
• R1 - реакция опоры на вес конькобежца до разворота стопы.
• R2 - реакция опоры на вес конькобежца после разворота стопы в указанном направлении.
• XX - ось голеностопного сустава.
Перечень позиций и обозначений по фиг. 2 и фиг. 3.
1. Стопа конькобежца и соответственно легкий ботинок, в который она заключена.
2. Ось голеностопного сустава.
3. Жесткий чехол, охватывающий голень конькобежца.
4. Подвижный рычаг.
5. Ось подвижного рычага (5) на жестком чехле (3).
6. Ролик конька.
7. Ось ролика конька (6).
8. Рама, на которой закреплен легкий ботинок (1)
9. Промежуточный рычаг.
10. Ось, скрепляющая подвижный рычаг (5) и промежуточный рычаг (9).
11. Ось, скрепляющая раму (8) и промежуточный рычаг (9).
12. Тормозные пластины.