Русский сигвей. Челябинские конструкторы изобрели безаварийный шаровый гироскутер
5 Октября 2016
Проехаться с ветерком на гироскутере сегодня мечтают многие любители экстрима. Но у зарубежных новомодных «игрушек» масса минусов: они не только слишком дороги, но и неповоротливы, а потому небезопасны.
-
Виртуальный йог. Челябинские ученые разрабатывают гаджет для саморегуляции организма по биотехнологии
-
Беспилотный форсаж. Челябинские ученые придумали систему безопасности авто без водителя
Как сделать электросамокат суперманевренным, безопасным, научить его моментально разворачиваться и гонять без риска опрокинуться на трассе? Эту цель поставили перед собой челябинские ученые и конструкторы, разрабатывающие амбициозный проект создания «Русского сигвея» — 3-D гироскутера, оснащенного необычным шаровым двигателем с произвольной осью вращения. Наш собеседник — один из его авторов, изобретатель Александр Фекличев.
Самокат без колес?
— В свое время мальчишки гоняли на скейтбордах, а состоятельные экстремалы — на байках и квадроциклах. Почему сегодня молодежь встала на сигвей?
— Первые модели сигвея (от американской компании-производителя Segwey Inc.) появились в 2000 году и произвели фурор на рынке. Такой скутер легко проедет там, где не сможет машина, мотоцикл или даже велосипед. Например, на нем можно заехать в лифт, передвигаться в аэропорту, по складским и торговым помещениям. Его применяют на производстве, для передвижения по обширным территориям, а например, в Париже — для проведения экскурсий.
Секрет в его конструкции — это самобалансирующий электросамокат, экологически чистый и компактный вид транспорта, доступный практически всем. Бурное развитие электроники и микропроцессорной техники, появление портативных аккумуляторов большой емкости позволило сделать гироскутеры доступными. Сегодня в мире их ежегодно выпускается более 700 тысяч, и этот рынок непрерывно растет.
— А в чем новизна вашего проекта?
— Хотя рынок гироскутеров находится на пике популярности и растет ежегодно на 20-25 %, за все это время не было придумано ничего оригинального и нового. Традиционная компоновка сигвеев остается неизменной — это либо пара колес на одной оси, либо моноколесо. Совершенствование гироскутеров в основном идет в плане модернизации их отдельных узлов (аккумуляторов, электромоторов, системы управления), дизайна и внешнего вида, интеграции с мобильными устройствами и гаджетами. Мы же предлагаем решение, которое не только принципиально меняет конструкцию, но и открывает совершенно новые возможности. Идея в том, чтобы придать гироскутеру дополнительное измерение движения! Именно так: за счет изменения конструкции он преодолеет силу инерции и обретет маневренность пешехода.
Для этого вместо традиционной схемы шасси из пары колес или одного моноколеса мы решили применить колесо — шар, которое может вращаться одновременно в трех измерениях. Теперь сигвей может двигаться в двух направлениях, одновременно вращаясь вокруг своей оси. На нем можно выписывать самые замысловатые виражи фигурного катания!
А вместо сердца — шаровый мотор!
— А в мире, и в России в частности, уже были попытки создать нечто подобное?
— Идея создать «шароход» в общем‑то не нова и уже давно будоражит умы изобретателей. К примеру, студенты инженерного колледжа Чарльза Дэвидсона при американском университете Сан Хосе разработали прототип мотоцикла Spherical Drive System, оснащенного вместо традиционных колес шарами. Но применить этот принцип для гироскутера в сочетании с инновационным шаровым двигателем — наше изобретение, аналогов которому в России нет. Вообще, из стран СНГ только в Белоруссии недавно запустили производство гироскутеров, но по традиционной колесной схеме и из китайских комплектующих. Мы же разрабатываем совершенно новый продукт, на собственной технологической платформе. Изюминка проекта — в разработке высокомоментного шарового двигателя с произвольной осью вращения.
Ванька-встанька «в 3D формате»
— А что это за мотор, в чем его уникальность?
— Для создания такого 3D-сигвея необходимо разработать совершенно новый вид электродвигателя — шарового, который сможет мгновенно передавать крутящий момент для обеспечения баланса тела человека. Его новизна в том, что сферический ротор двигателя одновременно будет движителем (колесом-шаром), контактирующим с поверхностью, по которой едет сигвей. При этом на ротор действуют большие нагрузки, а сам двигатель должен обладать высокой надежностью и простотой конструкции. Он будет приводиться в действие мощным электромагнитом и вращаться по сигналам гироскопа. Сигвей абсолютно безопасен: он как ванька-встанька никогда не упадет и будет двигаться в сторону наклона. А в качестве источника питания будут служить ионно-литиевые батареи с двухчасовым запасом хода.
Пока таких двигателей в мире нет. В рамках проекта по созданию шарового двигателя и электропривода мы привлекаем специалистов ЮурГУ.
Три степени свободы
— Какие при этом придется решать технические проблемы?
— Шар — это самая оптимальная фигура, обладающая всеми тремя степенями свободы движения. Но при разработке шарового двигателя нужно решить ряд нетривиальных научно-технических задач. К примеру, как устранить противоречие по требованию к размерам зазора между ротором и статором? С одной стороны, он должен быть минимальным, чтобы хорошо передавать магнитное поле, а с другой — достаточно большим, чтобы грязь не застревала в корпусе и не мешала езде. Это противоречие помог разрешить наш консультант Игорь Иванов, специалист корейской компании «Самсунг». Он предложил поставить на шаровой двигатель «плавающий» электрод, соединенный с очистителем, он будет соскребать налипающий мусор.
— Не упадет ли ваш сигвей при движении?
— Вовсе нет. Ориентироваться в пространстве ему поможет гироскоп. Сегодня в различных отраслях уже применяются сходные технологии балансировки. Наиболее близкие — это системы управления и стабилизации самобалансирующих электросамокатов (гироскутеров и сигвеев), а также летательные аппараты типа мультикоптеров, где также используются гироскопы.
Известны так называемые галономические системы управления движением, использующие в качестве «привода сферы» системы роликов, направленных в разных осях. Эти устройства нашли широкое применение в индустрии игрушек. А в последнее время активно развиваются системы навигации в виде гироскопов с газодинамическим подвесом шарового ротора.
Другой вариант — плоские планарные системы приводов для точной ориентации таких устройств в двух направлениях. Однако во всех этих устройствах в качестве силового привода используются стандартные электродвигатели. Сферический же ротор, как правило, расположен внутри, не соприкасается с внешней средой и не передает силовых нагрузок.
Народный инвест?
— А какова сфера применения шарового двигателя? И есть ли от него реальная польза?
— Шаровой двигатель можно применять в конструкции космических кораблей для системы стабилизации так называемых паразитных (лишних) вращений. Если заставить ротор вращаться в противоположную сторону, система гироскопов остановит неконтролируемый эффект юлы. Этот принцип уже используется в системах ориентации бурового инструмента: как и в нашем двигателе, внутри его шарик вращается с огромной скоростью. Он как бы втягивает воздух и тот приобретает большую плотность, защищая гироскоп от поломок.
Кроме того, такой гироскоп с газодинамической подвеской может применяться в промышленности — например, робототехнике. Но, на мой взгляд, самая перспективная сфера применения — это индустрия развлечений и спорт. Можно представить хоккей (или футбол) «на шарах», роллеродром, роботов-официантов…
В перспективе вполне возможно создать шаровой гироскутер на воздушной либо магнитной подушке, который будет «летать», перевозя на автопилоте пассажиров либо грузы. Но для этого потребуется огромная энергия, мощные аккумуляторы.
— Не будет ли проект слишком затратным? Как привлечь инвесторов?
— По нашим расчетам, на запуск проекта потребуется 7 млн рублей, в том числе 2 млн — на финансирование первого этапа. Но, по прогнозам, эти затраты скоро окупятся, поскольку интерес к таким ноу-хау растет. Согласно анализу, выполненному ЮУТПП по нашему заказу, в 2015 году из КНР в Россию было импортировано 3 959 гироскутеров на общую сумму 8,8 млн рублей. В ходе реализации проекта за три года будет создано высокотехнологичное предприятие с годовым оборотом 15 млн долларов и прибылью порядка 5 миллионов. Мы планируем создать 100 новых рабочих мест со средней выработкой на человека более 9 млн рублей в год.
В рамках госпрограммы «Старт» мы направили проект в фонд поддержки инновационного малого бизнеса, подыскиваем инвесторов. Когда изготовим опытный образец, выставим его для получения народного финансирования на интернет-площадку «краунд-файндинг». Хочется верить, что наш проект заинтересует всех, кому не безразлична судьба ноу-хау, который завтра может войти в арсенал российского спорта.
Самокат без колес?
— В свое время мальчишки гоняли на скейтбордах, а состоятельные экстремалы — на байках и квадроциклах. Почему сегодня молодежь встала на сигвей?
— Первые модели сигвея (от американской компании-производителя Segwey Inc.) появились в 2000 году и произвели фурор на рынке. Такой скутер легко проедет там, где не сможет машина, мотоцикл или даже велосипед. Например, на нем можно заехать в лифт, передвигаться в аэропорту, по складским и торговым помещениям. Его применяют на производстве, для передвижения по обширным территориям, а например, в Париже — для проведения экскурсий.Секрет в его конструкции — это самобалансирующий электросамокат, экологически чистый и компактный вид транспорта, доступный практически всем. Бурное развитие электроники и микропроцессорной техники, появление портативных аккумуляторов большой емкости позволило сделать гироскутеры доступными. Сегодня в мире их ежегодно выпускается более 700 тысяч, и этот рынок непрерывно растет.
— А в чем новизна вашего проекта?
— Хотя рынок гироскутеров находится на пике популярности и растет ежегодно на 20-25 %, за все это время не было придумано ничего оригинального и нового. Традиционная компоновка сигвеев остается неизменной — это либо пара колес на одной оси, либо моноколесо. Совершенствование гироскутеров в основном идет в плане модернизации их отдельных узлов (аккумуляторов, электромоторов, системы управления), дизайна и внешнего вида, интеграции с мобильными устройствами и гаджетами. Мы же предлагаем решение, которое не только принципиально меняет конструкцию, но и открывает совершенно новые возможности. Идея в том, чтобы придать гироскутеру дополнительное измерение движения! Именно так: за счет изменения конструкции он преодолеет силу инерции и обретет маневренность пешехода.
Для этого вместо традиционной схемы шасси из пары колес или одного моноколеса мы решили применить колесо — шар, которое может вращаться одновременно в трех измерениях. Теперь сигвей может двигаться в двух направлениях, одновременно вращаясь вокруг своей оси. На нем можно выписывать самые замысловатые виражи фигурного катания!
А вместо сердца — шаровый мотор!
— А в мире, и в России в частности, уже были попытки создать нечто подобное?
— Идея создать «шароход» в общем‑то не нова и уже давно будоражит умы изобретателей. К примеру, студенты инженерного колледжа Чарльза Дэвидсона при американском университете Сан Хосе разработали прототип мотоцикла Spherical Drive System, оснащенного вместо традиционных колес шарами. Но применить этот принцип для гироскутера в сочетании с инновационным шаровым двигателем — наше изобретение, аналогов которому в России нет. Вообще, из стран СНГ только в Белоруссии недавно запустили производство гироскутеров, но по традиционной колесной схеме и из китайских комплектующих. Мы же разрабатываем совершенно новый продукт, на собственной технологической платформе. Изюминка проекта — в разработке высокомоментного шарового двигателя с произвольной осью вращения.
Ванька-встанька «в 3D формате»
— А что это за мотор, в чем его уникальность?
— Для создания такого 3D-сигвея необходимо разработать совершенно новый вид электродвигателя — шарового, который сможет мгновенно передавать крутящий момент для обеспечения баланса тела человека. Его новизна в том, что сферический ротор двигателя одновременно будет движителем (колесом-шаром), контактирующим с поверхностью, по которой едет сигвей. При этом на ротор действуют большие нагрузки, а сам двигатель должен обладать высокой надежностью и простотой конструкции. Он будет приводиться в действие мощным электромагнитом и вращаться по сигналам гироскопа. Сигвей абсолютно безопасен: он как ванька-встанька никогда не упадет и будет двигаться в сторону наклона. А в качестве источника питания будут служить ионно-литиевые батареи с двухчасовым запасом хода.
Пока таких двигателей в мире нет. В рамках проекта по созданию шарового двигателя и электропривода мы привлекаем специалистов ЮурГУ.
Три степени свободы
— Какие при этом придется решать технические проблемы?
— Шар — это самая оптимальная фигура, обладающая всеми тремя степенями свободы движения. Но при разработке шарового двигателя нужно решить ряд нетривиальных научно-технических задач. К примеру, как устранить противоречие по требованию к размерам зазора между ротором и статором? С одной стороны, он должен быть минимальным, чтобы хорошо передавать магнитное поле, а с другой — достаточно большим, чтобы грязь не застревала в корпусе и не мешала езде. Это противоречие помог разрешить наш консультант Игорь Иванов, специалист корейской компании «Самсунг». Он предложил поставить на шаровой двигатель «плавающий» электрод, соединенный с очистителем, он будет соскребать налипающий мусор.
— Не упадет ли ваш сигвей при движении?
— Вовсе нет. Ориентироваться в пространстве ему поможет гироскоп. Сегодня в различных отраслях уже применяются сходные технологии балансировки. Наиболее близкие — это системы управления и стабилизации самобалансирующих электросамокатов (гироскутеров и сигвеев), а также летательные аппараты типа мультикоптеров, где также используются гироскопы.
Известны так называемые галономические системы управления движением, использующие в качестве «привода сферы» системы роликов, направленных в разных осях. Эти устройства нашли широкое применение в индустрии игрушек. А в последнее время активно развиваются системы навигации в виде гироскопов с газодинамическим подвесом шарового ротора.
Другой вариант — плоские планарные системы приводов для точной ориентации таких устройств в двух направлениях. Однако во всех этих устройствах в качестве силового привода используются стандартные электродвигатели. Сферический же ротор, как правило, расположен внутри, не соприкасается с внешней средой и не передает силовых нагрузок.
Народный инвест?
— А какова сфера применения шарового двигателя? И есть ли от него реальная польза?
— Шаровой двигатель можно применять в конструкции космических кораблей для системы стабилизации так называемых паразитных (лишних) вращений. Если заставить ротор вращаться в противоположную сторону, система гироскопов остановит неконтролируемый эффект юлы. Этот принцип уже используется в системах ориентации бурового инструмента: как и в нашем двигателе, внутри его шарик вращается с огромной скоростью. Он как бы втягивает воздух и тот приобретает большую плотность, защищая гироскоп от поломок.
Кроме того, такой гироскоп с газодинамической подвеской может применяться в промышленности — например, робототехнике. Но, на мой взгляд, самая перспективная сфера применения — это индустрия развлечений и спорт. Можно представить хоккей (или футбол) «на шарах», роллеродром, роботов-официантов…
В перспективе вполне возможно создать шаровой гироскутер на воздушной либо магнитной подушке, который будет «летать», перевозя на автопилоте пассажиров либо грузы. Но для этого потребуется огромная энергия, мощные аккумуляторы.
— Не будет ли проект слишком затратным? Как привлечь инвесторов?
— По нашим расчетам, на запуск проекта потребуется 7 млн рублей, в том числе 2 млн — на финансирование первого этапа. Но, по прогнозам, эти затраты скоро окупятся, поскольку интерес к таким ноу-хау растет. Согласно анализу, выполненному ЮУТПП по нашему заказу, в 2015 году из КНР в Россию было импортировано 3 959 гироскутеров на общую сумму 8,8 млн рублей. В ходе реализации проекта за три года будет создано высокотехнологичное предприятие с годовым оборотом 15 млн долларов и прибылью порядка 5 миллионов. Мы планируем создать 100 новых рабочих мест со средней выработкой на человека более 9 млн рублей в год.
В рамках госпрограммы «Старт» мы направили проект в фонд поддержки инновационного малого бизнеса, подыскиваем инвесторов. Когда изготовим опытный образец, выставим его для получения народного финансирования на интернет-площадку «краунд-файндинг». Хочется верить, что наш проект заинтересует всех, кому не безразлична судьба ноу-хау, который завтра может войти в арсенал российского спорта.
Поделиться
