Sådan fungerer Segways

Ved første øjekast, denne enhed (kaldet Segway ^TM Menneskelig transportør ) virker ikke så bemærkelsesværdigt-det ligner en højteknologisk scooter. Men folk, der har prøvet det, hævder, at det er meget, meget mere - en helt anden måde at komme rundt på.

Dean Kamen, maskinens opfinder, havde særligt store forhåbninger til Segway. I et interview med Time Magazine, han hævdede, at hans maskine "vil være for bilen, hvad bilen var for hesten og vognen."

Selvom Segway ikke helt har levet op til sin hype, det er helt sikkert en fantastisk maskine. I denne artikel, vi finder ud af, hvad der adskiller Segway fra tidligere køretøjer, og vi vil se, hvorfor dens opfinder troede, at det kunne ændre verden.

Da Dean Kamen afslørede Segway på ABCs "Good Morning America, "beskrev han maskinen som" verdens første selvbalancerende menneskelig transportør. "Når du ser på maskinen i bevægelse, du får en idé om, hvad han taler om.

I modsætning til en bil, Segway har kun to hjul - det ligner en almindelig håndvogn - men alligevel formår det at forblive oprejst af sig selv.

For at gå frem eller tilbage på Segway, rytteren læner sig bare lidt frem eller tilbage. For at dreje til venstre eller højre, rytteren drejer det højre styr frem eller tilbage.

Denne balancegang er det mest fantastiske ved Segway, og det er nøglen til dets drift. For at forstå, hvordan dette system fungerer, det hjælper med at overveje Kamen's model for enheden - menneskekroppen.

Hvis du rejser dig og læner dig fremad, så du er ude af balance, du falder sandsynligvis ikke på dit ansigt. Din hjerne ved, at du er ude af balance, fordi væske i dit indre øre forskyder sig, så det udløser dig til at lægge benet frem og stoppe faldet. Hvis du bliver ved med at læne dig fremad, din hjerne vil blive ved med at lægge dine ben fremad for at holde dig oprejst. I stedet for at falde, du går fremad, et skridt ad gangen.

Segway gør stort set det samme, bortset fra at den har hjul i stedet for ben, en motor i stedet for muskler, en samling af mikroprocessorer i stedet for en hjerne og et sæt sofistikerede vippesensorer i stedet for et indre øre balanceringssystem. Ligesom din hjerne, Segway ved, hvornår du læner dig fremad. For at bevare balancen, det drejer hjulene med den helt rigtige hastighed, så du går videre.

I det næste afsnit, vi ser på de dele, der udgør Segway.

Den 14. september, 2006, Segway, Inc., huskede alle 23, 000 scootere fremstillet til dato på grund af en softwarefejl, der kan få hjulene til at vende retning. Flere ryttere er faldet af deres Segways og har lidt skader som ødelagte tænder og et brudt håndled. Segway tilbyder en gratis softwareopgradering, der løser problemet, som fås hos Segway -forhandlere og servicecentre [ref].

1. Segway dele
2. Segway vs. biler
3. Segway -specifikationer

Segway dele

På sit mest grundlæggende, Segway er en kombination af en række sensorer, et kontrolsystem og et motorsystem. I dette afsnit, vi ser på hvert af disse elementer.

Det primære sensorsystem er en samling af gyroskoper. Et grundlæggende gyroskop er et roterende hjul inde i en stabil ramme. Et roterende objekt modstår ændringer i dets rotationsakse, fordi en påført kraft bevæger sig sammen med selve objektet. Hvis du skubber på et punkt øverst på et roterende hjul, for eksempel, det punkt bevæger sig rundt til forsiden af ​​hjulet, mens det stadig mærker den kraft, du påførte. Når kraftpunktet bliver ved med at bevæge sig, det ender med at anvende kraft i modsatte ender af hjulet - kraften balancerer sig selv. (Se hvordan gyroskoper fungerer for at lære mere).

På grund af dets modstand mod ydre kraft, et gyroskophjul vil bevare sin position i rummet (i forhold til jorden), selvom du vipper den. Men gyroskopets ramme vil bevæge sig frit i rummet. Ved at måle positionen af ​​gyroskopets roterende hjul i forhold til rammen, en præcis sensor kan fortælle det tonehøjde af et objekt (hvor meget det vipper væk fra en opretstående position) såvel som dets pitch rate (hvor hurtigt det vipper).

Et konventionelt gyroskop ville være besværligt og svært at vedligeholde i denne slags køretøjer, så Segway får den samme effekt med en anden slags mekanisme. Segways bruger en special solid-state vinkelhastighedsføler konstrueret ved hjælp af silicium. Denne slags gyroskop bestemmer et objekts rotation ved hjælp af Coriolis effekt i meget lille skala.

Kort fortalt, Coriolis -effekten er den tilsyneladende drejning af et objekt, der bevæger sig i forhold til et andet roterende objekt. For eksempel, et fly, der rejser i en lige linje, ser ud til at dreje, fordi jorden roterer under den.

Et typisk silicium-gyroskop i fast tilstand består af en lille siliciumplade monteret på en støtteramme. Siliciumpartiklerne bevæges af en elektrostatisk strøm påføres på tværs af pladen. Partiklerne bevæger sig på en bestemt måde, hvilket får pladen til at vibrere på en forudsigelig måde. Men når pladen drejes rundt om sin akse (dvs. når Segway roterer i det pågældende plan), partiklerne skifter pludselig i forhold til pladen. Dette ændrer vibrationer, og ændringen står i forhold til rotationsgraden. Gyroskopsystemet måler ændringen i vibrationer, og videregiver disse oplysninger til computeren. På denne måde, computeren kan finde ud af, hvornår Segway roterer langs bestemte akser. (Tjek dette websted for mere information om solid-state silicium gyroskoper).

Segway HT har fem gyroskopiske sensorer, selvom den kun har brug for tre til at registrere fremad og bagud tonehøjde samt læne sig til venstre eller højre (kaldet "rulle"). De ekstra sensorer tilføjer redundans, for at gøre bilen mere pålidelig. Derudover Segway har to vippesensorer fyldt med elektrolytvæske. Ligesom dit indre øre, dette system finder ud af sin egen position i forhold til jorden baseret på hældningen af ​​væskeoverfladen.

Al hældningsinformation videregives til køretøjets "hjerne", to elektroniske controller kredsløb omfattende en klynge af mikroprocessorer. Segway har i alt 10 indbyggede mikroprocessorer, som praler, i alt, omkring tre gange kraften fra en typisk pc. Normalt, begge bestyrelser arbejder sammen, men hvis et bræt går i stykker, den anden overtager alle funktioner, så systemet kan underrette rytteren om en fejl og lukke graciøst ned.

Segway kræver så meget hjernekraft, fordi den skal foretage ekstremt præcise justeringer for ikke at vælte. Ved normal drift, kontrolkortene kontrollerer positionssensorerne cirka 100 gange i sekundet. Mikroprocessorerne kører et avanceret stykke software, der overvåger alle oplysninger om stabilitet og justerer hastigheden på flere elektriske motorer i overensstemmelse hermed. De elektriske motorer, som drives af et par genopladelige nikkelmetalhydrid (NIMH) eller litium-ion (Li-ion) batterier, kan dreje hvert af hjulene uafhængigt ved variable hastigheder.

Når bilen læner sig fremad, motorerne drejer begge hjul fremad for at undgå at vippe over. Når bilen læner baglæns, motorerne drejer begge hjul baglæns. Når rytteren betjener styret til at dreje til venstre eller højre, motorerne drejer det ene hjul hurtigere end det andet, eller drej hjulene i modsatte retninger, så køretøjet roterer.

Dette er bestemt en fantastisk maskine, men er det virkelig lige så vigtigt som internettet, som nogle har hævdet? I det næste afsnit, vi vil se, hvilken slags indvirkning denne maskine kan have på den moderne verden.

Segway vs. biler

Opfinder Dean Kamen indrømmer, at Segway aldrig helt kan erstatte bilen, fordi den ikke har nær de samme muligheder. Standard HTi80 -modellen går kun 12 miles i timen (20 km / t), og den skal tilsluttes husholdningens elektriske strøm i cirka seks timer for at gemme nok juice til en rejse på 24 kilometer. Naturligvis, denne slags maskine ville ikke gøre dig meget godt på en langrendstur.

Men Kamen tror ikke, at Segway er en overlegen mulighed for at komme rundt i en by. Biler fylder meget, så så snart du har en flok mennesker, der kører i et begrænset område (som en bygade), du får tunge trafikpropper. Det er også besværligt at parkere biler, og de er meget dyre at vedligeholde. Alt i alt, en bil er ikke en optimal maskine til korte ture i et overfyldt område.

Segway er kun lidt større end en person, så det forårsager ikke så meget overbelastning som en bil. Som en fortovskøretøj , det lader pendlere zip gennem folkemængderne, springer vejbanerne helt over. Ligesom scootere og cykler, køretøjerne vil blive involveret i et stort antal fodgængerulykker år for år. Men Segways tilhængere siger, at det kun er lige så farligt som at gå, da køretøjet kører med relativt lave hastigheder.

Selvom det ikke kan få folk til deres destinationer i topfart, Segwayen kan lynes ved langsom bevægelse, kofanger til kofanger trafik. Når de kommer til deres destination, ryttere kan bære deres Segways inde med sig uden at bekymre sig om parkering. Og der er ingen grund til at stoppe ved tankstationen, da køretøjet kører normalt husholdningens elektricitet .

Segways er også gode maskiner til at komme rundt i overfyldte lagre, hvor stramme korridorer gør det svært at bruge større biler. Folk kan finde dem nyttige til at komme rundt i store fodgængerområder, såsom lufthavne eller forlystelsesparker. Der er virkelig ingen grænse for, hvordan folk kan bruge bilen. Segwayen kan passe de fleste steder, du måtte gå, men det får dig hurtigere dertil, og du vil ikke udøve meget energi.

Indtil nu, Segway har ikke gjort store fremskridt med at ændre verden. Siden 2002 har salget har kun talt i titusinder. Den heftige prisskilt har sandsynligvis været en hindring. Imidlertid, selskabet meddelte for nylig, at det vil tilbyde finansierings- og leasingmuligheder. Segway håber også, at stigende gaspriser vil bidrage til at øge salget.

Kamen tror på, at flere og flere mennesker vil have maskinen, efter de bliver fortrolige med det og ser, hvad det er i stand til. Til denne ende, han målrettede oprindeligt statslige organer og store virksomheder, ikke forbrugermarkedet. Tre grupper i Atlanta, Georgien, herunder Atlanta Police Department, var de første til at prøve Segway på byens gader. I øjeblikket flere politistyrker, herunder Chicago Police Department, bruge HT i180 Police -modellen.

Kun tre år efter sit første mobile vidunder, folkene på Segway fokuserede på en firhjulet, sporty søskende til den originale Segway - i øjeblikket navngivet Centaur.

Absolut at dele meget lignende slægt (den vigtigste gyroskop-afbalancerede base), den nye knægt på Segway -blokken er udstyret med mere end to ekstra hjul. Styringen udnytter både drive-by-wire-teknologi og almindelig styremekanik. Mens det firehjulede design giver det ekstra manøvredygtighed og lidt mere hastighed, chauffører kan skifte mellem at bruge alle fire hjul eller bare to.

Tænk på det som at have en SUV:Til gadekørsel, der er ingen grund til at tænde firhjulstræk-systemet i din Touareg; men når du vil tage det off-road, kapaciteten er der. Centaur er en SUV, også - en "Segway" nyttebil, i stand til at dække mere jord, bogstaveligt talt, end dens ældre sib.

For nu, Centauren er blot en prototype under udvikling.

Segway -specifikationer

Disse specifikationer er for standard HT i180 -modellen. Segway tilbyder også fire ekstra modeller:HT i180 Police, Cross-Terrain Transporter (XT), Golf Transporter (GT) og p133, en lille, letvægts model. For at se yderligere specifikationer, tjek Segways produktside.

• Tophastighed: 12,5 miles i timen (20 km / t). Dette er cirka tre gange den typiske ganghastighed.
• Vægt: 38 kg (83 lbs)
• Bredde: Segway'erne fodspor (hvor meget plads den dækker på jorden) er 19 x 25 tommer (48 x 63,5 cm). Dette gør Segway omtrent samme bredde som en person i gennemsnitlig størrelse, så det fylder ikke meget på gaden. Platformen er 20 cm fra jorden.
• Vægtkapacitet: 260 kg (118 kg) rytter og last.
• Rækkevidde: Ca. 28 km på jævnt underlag, med en enkelt opladning på et lithium-ion (Li-ion) batteri, og 8-12 miles med en enkelt opladning på et NiMH (nikkelmetalhydrid) batteri.
• Driver interface: Segway har en lille LCD -skærm, der fortæller føreren, hvor meget batteristrøm der er tilbage, og hvor godt køretøjet fungerer. Skærmen viser et tegneserie ansigt, som udtrykker køretøjets generelle tilstand.

• Motorer: Hvert af Segways hjul drives af en 2-hestes elmotor, der ikke producerer emissioner.
• Smitte: Transmission i to trin, bygget af Segway og Axicon Technologies, har et kompakt gearforhold på 24:1. Det bruger en spiralformet gearmontering, der reducerer støj betydeligt. Segway -teamet konfigurerede de to masker i gearkasse (de punkter, hvor gear tilsluttes) for at få lyd til præcis to oktaver en del. Det betyder, at lydene er i harmoni , så gearkassen larmer mere musikalsk. Gearene er også designet til at have ikke -integrerede gearforhold , hvilket betyder, at tandhjulene tænder på forskellige punkter fra revolution til revolution. Dette minimerer slitage for at forlænge gearkassens levetid.
• Computer: Segways hjerne består af to kredsløb, placeret i bilens chassis. Kortene, som prale af i alt 10 mikroprocessorer, arbejder normalt sammen, men hver kan fungere uafhængigt i tilfælde af et computerproblem. Hvis man går i stykker, det andet printkort vil bremse køretøjet gradvist for at undgå en ulykke.
• Strøm: Segway drives af to genopladelige batterier. Segways kommer med enten lithium-ion (Li-ion) eller nikkelmetalhydrid (NIMH) batterier. Batterierne overvåges konstant af et printkort, som kommunikerer eventuelle præstationsproblemer til den centrale hjerne. Batterierne kan genoplades med husholdningsstrøm. Dean Kamen anslår, at en Segway koster et sted omkring 5 øre om dagen i elregninger.
• Sensorer :Segway bruger fem gyroskoper og en samling andre hældningssensorer til at holde sig oprejst. Der kræves kun tre gyroskoper - de ekstra sensorer er inkluderet som en sikkerhedsforanstaltning. Segway har en ekstra vægtsensor indbygget i sin platform for at fortælle computeren, hvornår en rytter har trådt på.
• Bremser: Segway har ikke et bremsesystem. At stoppe, rytteren står oprejst uden at læne sig frem eller tilbage, og køretøjet fastholder sin position.
• Drejningsradius: Da den kun har to hjul, Segway kan rotere omkring en enkelt akse (hjulene drejer i modsatte retninger). Dette giver Segway en venderadius på nul.
• Hjul: Segway-hjulet består af et smedet hjulnav i stål med en glasforstærket termoplastisk kant. Hvert hjul er fastgjort til drivakslen med en enkelt møtrik. Dækkene er lavet af en silica -forbindelse, hvilket giver god trækkraft selv på våde overflader.
• Sikkerhed: Segway bruger et elektronisk nøglesystem. Nøglen, der ligner en bil lettere, gemmer en 128-bit krypteret digital kode. Køretøjet starter ikke, medmindre nøglen er sat i porten. Nøglen kan også gemme indstillinger for køretøjsdrift. Segways indeholder en nøgle til "begynderfunktion, "hvor køretøjet har en lavere maksimal hastighed, og en nøgle til "erfaren tilstand". Segway planlægger at tilbyde programmerbare nøgler ned ad vejen, som godt lader brugerne gemme bestemte driftsindstillinger.
• Chassis: Segways følsomme elektroniske udstyr er anbragt i et robust chassis i trykstøbt aluminium. Ifølge Segway, chassiset kan modstå 7 tons kraft.
• Betjeningsaksel: Aluminiumsakslen, der holder Segway's styr, kan justeres til forskellige højder. Ryttere kan fastgøre clips til skaftet for at bære tasker eller anden last.

For information om udviklingen af ​​Segway og historien om dens skaber, tjek linkene på den næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer gyroskoper
• Sådan fungerer motorer
• Sådan fungerer batterier
• Sådan fungerer biler
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer patenter
• Sådan fungerer mikroprocessorer
• Sådan fungerer Hoverboards

Flere store links

• Segway Chat
• Statslovgivning vedrørende Segway
• Segway officielle websted
• Patent nr. 6, 302, 230:Personlige mobilitetskøretøjer og metoder
• Få din Segway med på afbetalingsplanen