I kärnan kombinerar en Segway sofistikerade sensorer, ett kontrollsystem i realtid och motorer med hög precision. Den här artikeln dissekerar varje komponent.
Hjärtat i systemet är en trio av gyroskopiska sensorer. Ett traditionellt gyroskop använder ett snurrande hjul i en stel ram; hjulet motstår externt vridmoment, vilket gör att fordonet kan upptäcka lutning och vinkelhastighet. I praktiken håller ett snurrande hjul sin axel stabil, och all applicerad kraft fördelas runt hjulets omkrets, vilket effektivt eliminerar yttre störningar. (För en djupare dykning, se Hur gyroskop fungerar .)
Eftersom det snurrande hjulet är fixerat i förhållande till fordonets ram, kan systemet mäta stigningen (luta framåt eller bakåt) och rullningen (luta åt vänster eller höger) på Segway. Dessa exakta uppgifter är viktiga för att upprätthålla balansen.
Traditionella mekaniska gyroskop skulle vara skrymmande och underhållstunga för ett bärbart fordon. Istället använder Segways ett kiselgyroskop i fast tillstånd som utnyttjar Coriolis-effekten i mikroskopisk skala. Coriolis-effekten beskriver hur ett rörligt föremål tycks avböjas när det observeras från en roterande referensram – liknande hur ett plan verkar vända eftersom jorden roterar under det.
Ett typiskt kiselgyroskop består av en mikrotillverkad platta monterad på ett stöd. En elektrostatisk ström driver partiklar på plattan, vilket inducerar ett förutsägbart vibrationsmönster. När anordningen roterar kring sin axel, förskjuts partiklarna i förhållande till plattan, vilket förändrar vibrationsamplituden i proportion till rotationshastigheten. Sensorn fångar denna förändring och vidarebefordrar data till omborddatorn, vilket möjliggör realtidsdetektering av vinkelrörelse. För mer teknisk information, utforska solid-state kiselgyroskop .
Segway HT integrerar fem gyroskopiska sensorer – tre är tillräckliga för att detektera framåt/bakåt och vänster/höger rullning, medan de extra enheterna ger redundans för att öka tillförlitligheten. Som komplement till gyron finns två elektrolytfyllda lutningssensorer som efterliknar det vestibulära systemet i innerörat och bestämmer orienteringen i förhållande till gravitationen baserat på vätskeytans lutning.
Alla sensorutgångar matas in i fordonets dubbla styrarkitektur. Två kretskort, var och en med ett kluster av mikroprocessorer, hanterar systemet. Segway har totalt tio mikroprocessorer, som levererar ungefär tre gånger så mycket beräkningskraft som en vanlig stationär PC. Dubbelbrädeskonfigurationen erbjuder feltolerans:om en bräda misslyckas tar den andra över, varnar föraren och initierar en säker avstängning.
En sådan beräkningskraft krävs för Segwayens stabilitetslogik. Regulatorerna samplar sensordata vid ~100Hz och kör sofistikerade algoritmer som justerar motorhastigheter för att motverka eventuella avvikelser från vertikal. Elmotorerna, som drivs av antingen nickelmetallhydrid (NiMH) eller litiumjonbatterier (Li-Ion), kan snurra varje hjul oberoende av varandra med varierande hastigheter.
När fordonet lutar framåt accelererar båda motorerna framåt för att motverka lutningen. Omvänt utlöser en bakåtlutning omvänd rörelse. Styrningen uppnås genom differentiella hjulhastigheter eller motroterande hjul, vilket gör att Segwayen kan svänga åt vänster eller höger.
Även om Segway kanske inte konkurrerar med internets transformativa inverkan, representerar dess konstruktion en anmärkningsvärd konvergens av fysik, elektronik och mjukvara – ett exempel på hur multidisciplinär expertis kan ge en mycket pålitlig, självbalanserande transportlösning.
