Um monociclo elétrico é um transportador pessoal de auto-equilíbrio com uma única roda. O piloto controla a velocidade inclinando-se para a frente ou para trás e gira girando a unidade usando os pés. O mecanismo de auto balanceamento usa giroscópios e acelerômetros de maneira similar à usada pelo Segway PT.

Teoria de Operação
O problema de criar um monociclo auto-equilibrado, um monociclo autoalimentado que equilibra em todas as três dimensões, é um problema interessante na robótica e na teoria de controle. O trabalho teórico sobre o problema do monociclo é complementado pelo trabalho na construção de monociclos montados mecanicamente reais.

Primeiro, um monociclo auto-balanceado pode ser considerado como um sistema de controle não-linear semelhante a um pêndulo invertido bidimensional com um carrinho de monociclo em sua base: no entanto, há muitos efeitos de ordem superior que participam da modelagem do sistema completo. A rotação da própria roda motriz pode fornecer controle unidimensional (isto é, para frente e para trás): o controle em outras dimensões geralmente requer outros atuadores, como pêndulos auxiliares, rodas de reação ou controle de momento do giroscópio preso ao pêndulo principal do monociclo.

A maioria das unidades comerciais são auto-balanceadas somente no sentido de deslocamento (eixo único) com estabilidade lateral sendo fornecida pelo piloto; dispositivos de eixo duplo de autoequilíbrio mais complexos também precisam se equilibrar de lado a lado. Os mecanismos de controle de ambos usam giroscópios de momento de controle, rodas de reação e / ou pêndulos auxiliares e podem ser considerados como pêndulo invertido.

Construção

Aparência
A roda está em uma caixa de plástico com uma alça para transportar o dispositivo. No painel superior há um botão liga / desliga, um indicador de carga da bateria e um conector de carga. À direita e à esquerda há simetricamente dois degraus em que o cavaleiro se encontra. Footboards em monokolos, por via de regra, desenvolvem-se para a conveniência da transferência do dispositivo. No interior há um poderoso motor elétrico de blisks (250-2000 watts), os giroscópios que mantêm a roda de balanço e as baterias recarregáveis. A roda não tem as costas nem o lado da frente, o funcionamento do dispositivo é completamente simétrico.

O princípio do trabalho
Quando a energia é ligada, os giroscópios e acelerômetros eletrônicos começam a alterar o torque do motor de forma que a caixa da roda inclinada pelo pedal através dos pedais restaure a posição horizontal. O equilíbrio longitudinal é alcançado “aproximando” o dispositivo sob o centro de gravidade (o ciclista com uma roda) e o equilíbrio dinâmico é devido à força centrífuga de rotação que ocorre quando a roda é inclinada para os lados. Assim, a roda é controlada movendo o centro de gravidade (inclinando o corpo) para frente, para trás e para os lados. Com um ponto final, o usuário do dispositivo deve se apoiar em uma perna.

Aprendendo
Ao contrário de outros veículos pessoais, como o scooter elétrico e o segway, o monowheel requer mais tempo de treinamento. Alguns dos primeiros modelos de mono-rodas foram equipados com duas rodas, bem como rodas removíveis adicionais para pedais, a fim de simplificar o treinamento, mas essa abordagem não encontrou ampla aplicação. É necessário consolidar as habilidades em ordem de prioridade: levantar os pedais e desmontar (controlar a roda com um pé), pegar velocidade e freio (mudar o centro de gravidade), dirigir para manter o equilíbrio transversal, girar. O treinamento leva de uma hora (com um assistente experiente) para 2-3 dias (completamente independente).

História

Experimentação precoce
Uma roda monowheel de mão foi patenteada em 1869 por Richard C. Hemming com uma unidade de pedaleira patenteada em 1885. Várias rodas motorizadas foram desenvolvidas e demonstradas durante a década de 1930 sem sucesso comercial e Charles F Taylor recebeu uma patente para um veículo com um único apoio e roda motriz ‘em 1964, após cerca de 25 anos de experimentação.

Características
Hoje existem muitos modelos diferentes de monocolaces. A maioria deles tem parâmetros semelhantes:

Peso: 8,5-29 kg
Velocidade máxima: 10 a 50 km / h
Distância de viagem por carga: 10-240 km
Diâmetro da roda: 10, 12, 14, 16, 18, 22 polegadas.
Opcional: Bluetooth-speaker, comunicação com um smartphone para indicar a velocidade, potência e carga da bateria, para definir restrições, luzes.

Segurança
Scooters elétricos, incluindo monowheels, não podem ser usados ​​em rodovias em alguns países. O uso de mosqueteiros requer o uso de equipamentos de proteção para patins, devido ao perigo de quedas.

Na Rússia, andar em uma roda é igual a um pedestre

O perigo de andar em uma roda-gigante está atingindo um obstáculo: nesse caso, a roda diminui drasticamente e não acompanha o ritmo do piloto inclinado para a frente pela inércia, o que faz com que ele caia. Deste ponto de vista, as mais poderosas mono-rodas são as mais seguras, já que a alta potência instantânea permite que a roda acelere rapidamente e “dirija” sob a pessoa inclinada para frente.

Outro perigo é uma acentuada aceleração / inclinação para frente, especialmente quando a roda-gigante já está viajando a velocidade máxima. Trabalhando no limite, não tem tempo para desenvolver ainda mais energia e desligar. A este respeito, quanto maior a velocidade desenvolvida, mais perigosa é a roda durante a aceleração acentuada a alta velocidade. Isso é compensado apenas pela limitação da velocidade máxima em combinação com o excesso de capacidade de alguns modelos.

No entanto, graças a um design simples, em que não há um grande número de componentes mecânicos, o monowheel é um transporte mais seguro do que, por exemplo, uma scooter elétrica, que permite desenvolver uma alta velocidade, que muitas vezes quebra o volante, colapsa os eixos do mecanismo de dobragem, amortecedores, o diâmetro da roda é menor, o que também afeta negativamente quando a roda fica mesmo em pequenos buracos e encontros com obstáculos. Além disso, a segurança do monowheel adiciona sua manobrabilidade surpreendente, que não pode ser comparada com qualquer outro veículo da mesma classe.

Comercialização
Em 2003, a Bombardier anunciou um projeto conceitual para um dispositivo usado como veículo esportivo, o Embrio. Em setembro de 2004, Trevor Blackwell demonstrou um monociclo de autoequilíbrio funcional, usando o mecanismo de controle similar ao usado pelo Segway PT e publicou os desenhos como o Eunicycle. Em novembro de 2006, Janick e Marc Simeray entraram com uma patente nos Estados Unidos por um dispositivo compacto sem assento. Em 2008, a RYNO Motors demonstrou sua unidade protótipo. Em janeiro de 2009, a Focus Designs demonstra um monociclo elétrico para o inventor da Segway. Em outubro de 2010, a Focus Designs publicou um vídeo de um monociclo elétrico com motor de cubo e assento.

Shane Chen, da Inventist, lançou o compacto ‘Solowheel’ sem assento em fevereiro de 2011 e no mês seguinte concluiu um acordo de licenciamento com os irmãos Simeray e registrou uma patente relacionada ao dispositivo que foi desafiado pelos irmãos Simeray em um pedido de patente relacionado em 2015 .

No final de 2015, a Ford Motor Company patenteou um “monociclo auto-propulsionado com veículo”, destinado a passageiros de última milha.

Em abril de 2018 Ryno Motors, publica vídeo sobre a invenção da motocicleta de roda única.

Cultura popular
Um monociclo de auto-equilíbrio foi descrito em 1969 em The Man From ROBOT, um conto do autor de ficção científica Harry Harrison.
Fenton Crackshell, um personagem da Disney, é representado usando um traje robótico monociclo como Gizmoduck.
Demolishor, um Decepticon da sequência de Transformers de 2009, cujo modo robô é um gigantesco monociclo robótico.
Os “tumblebugs” em The Roads Must Roll
O protagonista do jogo de browser Flash, Little Wheel.
Em The Lorax, o protagonista Ted Wiggins usa um monociclo de auto-equilíbrio com guidão.
Thor, inventor fictício da roda e do pente, da banda desenhada BC.
Securitrons de Fallout: New Vegas.