Un monociclo elettrico è un trasportatore personale autobilanciato con una sola ruota. Il ciclista controlla la velocità inclinandosi in avanti o indietro e sterza ruotando l’unità con i piedi. Il meccanismo di auto-bilanciamento utilizza giroscopi e accelerometri in modo simile a quello utilizzato dal Segway PT.

Teoria del funzionamento
Il problema della creazione di un monociclo auto bilanciato, un monociclo autoalimentato che si equilibra in tutte e tre le dimensioni, è un problema interessante nella teoria della robotica e del controllo. Il lavoro teorico sul problema del monociclo è completato dal lavoro nella costruzione di veri monocicli meccanicamente montati.

In primo luogo, un monociclo autoequilibrato può essere considerato come un sistema di controllo non lineare simile a un pendolo invertito bidimensionale con un carrello monociclo alla sua base: tuttavia, ci sono molti effetti di ordine superiore che partecipano alla modellazione del sistema completo. La rotazione della ruota motrice stessa può fornire un controllo unidimensionale (cioè in avanti e indietro): il controllo in altre dimensioni richiede generalmente altri attuatori, quali pendoli ausiliari, ruote di reazione o controllo del momento del giroscopio collegato al pendolo principale del monociclo.

La maggior parte delle unità commerciali sono autobilanciate solo nella direzione di marcia (asse singolo) con stabilità laterale fornita dal ciclista; anche i dispositivi a doppio asse completamente autobilanciati più complessi necessitano di auto-bilanciamento da un lato all’altro. I meccanismi di controllo di entrambi utilizzano giroscopi a momento di controllo, ruote di reazione e / o pendoli ausiliari e possono essere considerati come pendolo invertito.

Costruzione

Aspetto
La ruota è in una custodia di plastica con una maniglia per il trasporto del dispositivo. Sul pannello superiore è presente un pulsante di accensione / spegnimento, un indicatore di carica della batteria e un connettore di ricarica. A destra ea sinistra vi sono simmetricamente due gradini su cui si trova il cavaliere. Le pedane a monokolos, di regola, si sviluppano per convenienza di trasferimento del dispositivo. All’interno è un potente motore elettrico (250-2000 watt), i giroscopi che mantengono il bilanciere e le batterie ricaricabili. Il monowheel non ha né il retro né il lato anteriore, il funzionamento del dispositivo è completamente simmetrico.

Il principio del lavoro
Quando l’alimentazione è accesa, giroscopi elettronici e accelerometri iniziano a cambiare la coppia del motore in modo che il corpo ruota inclinato dal pedale attraverso i pedali ripristini la posizione orizzontale. L’equilibrio longitudinale si ottiene “avvicinando” il dispositivo sotto il centro di gravità (il ciclista con una ruota mono), e l’equilibrio trasversale dinamico è dovuto alla forza centrifuga di rotazione che si verifica quando la ruota è inclinata verso i lati. Pertanto, il monowheel è controllato spostando il centro di gravità (inclinando il corpo) in avanti, indietro e lateralmente. Con un punto fermo, l’utente del dispositivo deve appoggiarsi su una gamba.

Apprendimento
A differenza di altri veicoli personali, come scooter elettrico e segway, il monowheel richiede più tempo di allenamento. Alcuni dei primi modelli di mono-ruote erano dotati di due ruote, oltre a ruote rimovibili aggiuntive per i pedali, al fine di semplificare l’allenamento, ma questo approccio non ha trovato ampia applicazione. È necessario consolidare le abilità in ordine di priorità: salire sui pedali e scendere (controllare la ruota con un piede), prendere velocità e frenare (spostare il centro di gravità), sterzare per mantenere il bilanciamento trasversale, girare. L’allenamento dura da un’ora (con un assistente esperto) a 2-3 giorni (completamente indipendente).

Storia

Sperimentazione anticipata
Un monowheel a forza di mano fu brevettato nel 1869 da Richard C. Hemming con un’unità di pedalata brevettata nel 1885. Vari monovolanti motorizzati furono sviluppati e dimostrati negli anni ’30 senza successo commerciale e Charles F Taylor ottenne un brevetto per un ‘ un unico supporto e ruota motrice ‘nel 1964 dopo circa 25 anni di sperimentazione.

caratteristiche
Oggi ci sono molti diversi modelli di monocolore. Molti di loro hanno parametri simili:

Peso: 8,5-29 kg
Velocità massima: 10-50 km / h
Distanza percorsa per carica: 10-240 km
Diametro ruota: 10, 12, 14, 16, 18, 22 pollici.
Opzionale: altoparlante Bluetooth, comunicazione con uno smartphone per indicare velocità, alimentazione e carica della batteria, per impostare restrizioni, luci.

Sicurezza
In alcuni paesi, gli scooter elettrici, incluse le ruote monouso, non possono essere utilizzati sulle autostrade. L’uso di ruote monouso richiede l’uso di dispositivi di protezione per pattini a rotelle, a causa del pericolo di cadute.

In Russia, guidare su un monowheel equivale a un pedone

Il pericolo di guidare un monowheel è un ostacolo: in questo caso, la ruota rallenta drasticamente e non tiene il passo con il pilota che si protende in avanti per inerzia, causando la caduta. Da questo punto di vista, le più potenti mono-ruote sono le più sicure, poiché l’elevata potenza istantanea consente alla ruota di accelerare bruscamente e “guidare” sotto la persona sporgendosi in avanti.

Un altro pericolo è una forte accelerazione / inclinazione in avanti, specialmente quando la ruota mono sta già viaggiando alla massima velocità. Lavorando al limite, non ha il tempo di sviluppare ancora più energia e si spegne. A questo proposito, maggiore è la velocità sviluppata, più pericolosa è la ruota durante una forte accelerazione ad alta velocità. Questo viene compensato solo limitando la velocità massima in combinazione con la capacità in eccesso di alcuni modelli.

Tuttavia, grazie ad un design semplice, in cui non vi è un numero enorme di componenti meccanici, il monowheel è un trasporto più sicuro rispetto, ad esempio, a uno scooter elettrico, che consente di sviluppare una velocità elevata, che spesso rompe il volante, collassa gli assi del meccanismo di piegatura, gli ammortizzatori, il diametro della ruota è più piccolo, il che si ripercuote negativamente anche quando la ruota si alza in piccole fosse e incontra ostacoli. Inoltre, la sicurezza della monovolume aggiunge la sua straordinaria manovrabilità, che non può essere paragonata a nessun altro veicolo della stessa classe.

commercializzazione
Nel 2003, Bombardier ha annunciato un progetto concettuale per un dispositivo utilizzato come veicolo sportivo, l’Embrio. Nel settembre 2004 Trevor Blackwell ha dimostrato un funzionale monociclo auto-bilanciato, utilizzando il meccanismo di controllo simile a quello utilizzato dal Segway PT e pubblicato i disegni come l’Eunicycle. Nel novembre 2006 Janick e Marc Simeray hanno depositato un brevetto statunitense per un dispositivo senza sedile compatto. Nel 2008 RYNO Motors ha dimostrato la sua unità prototipo. Nel gennaio 2009 Focus Designs dimostra l’invenzione del monociclo elettrico. Nell’ottobre 2010 Focus Designs ha pubblicato un video di un monociclo elettrico con motore del mozzo e sedile.

Shane Chen di Inventist ha lanciato la “Solowheel” compatta senza sedile nel febbraio 2011 e nel mese successivo ha concluso un accordo di licenza con i fratelli Simeray e ha depositato un brevetto relativo al dispositivo che è stato contestato dai fratelli Simeray in una relativa richiesta di brevetto presentata nel 2015 .

Alla fine del 2015, la Ford Motor Company brevettò un “monociclo semovente ingaggabile con un veicolo”, destinato ai pendolari dell’ultimo miglio.

Nell’aprile 2018 Ryno Motors pubblica video sull’invenzione della motocicletta a ruota singola.

Cultura popolare
Un monociclo autobilanciato fu descritto nel 1969 in The Man From R.O.B.O.T., un racconto dell’autore di fantascienza Harry Harrison.
Fenton Crackshell, un personaggio Disney, è raffigurato indossando un completo da motociclista robotico come Gizmoduck.
Demolishor, un Decepticon del sequel del 2009 Transformers, la cui modalità robot è un gigantesco monociclo robotico.
I “tumblebugs” in The Roads Must Roll
Il protagonista del browser Flash, Little Wheel.
In The Lorax, il protagonista Ted Wiggins utilizza un monociclo auto-bilanciato con manubrio.
Thor, inventore fittizio della ruota e del pettine, del fumetto B.C ..
Securitrons di Fallout: New Vegas.