Category: Wie funktioniert der Segway?
Segway Smart MotionTM - Die wissenschaftliche Basis hinter der Technologie
Als Dean Kamen den Segway Personal Transporter (PT) in ABCs Sendung "Good Morning America" vorstellte, beschrieb er das Gerät als "das weltweit erste selbstbalancierende Fortbewegungsmittel für Menschen". Betrachtet man das Gerät in Bewegung, versteht man, was er meint. Anders als ein Auto, hat der Segway nur zwei Räder. Das Besondere daran: er ist in der Lage, selbständig aufrecht zu stehen.
Um sich auf dem Segway PT vorwärts oder rückwärts zu bewegen, lehnt sich der Fahrer leicht nach vorne oder nach hinten. Um nach links oder rechts zu lenken, bewegt der Fahrer einfach die LeanSteer Lenkstange nach links oder rechts. Die Fähigkeit, selbständig das Gleichgewicht zu halten, ist die faszinierendste Eigenschaft am Segway PT und ist der Schlüssel zu seiner Bedienung. Um zu verstehen, wie dieses System funktioniert, ist es hilfreich, Kamens Modell für das Gerät zu betrachten - den menschlichen Körper. Der Segway PT macht ziemlich genau dasselbe, mit dem Unterschied, dass er statt Füßen Räder hat, statt Muskeln einen Motor, eine Ansammlung von Mikroprozessoren statt einem Gehirn und eine Gruppe von ausgeklügelten Gleichgewichtssensoren anstelle des Gleichgewichtssinnes im Innenohr. Wie unser Gehirn, weiß der Segway PT, wann man sich nach vorne lehnt. Um das Gleichgewicht zu erhalten, bewegt er die Räder genau in der richtigen Geschwindigkeit und man bewegt sich vorwärts. Segway nennt dieses Verhalten "Dynamische Stabilisierung" und hat diesen einzigartigen Prozess patentiert, der dem Segway PT ermöglicht, auf nur zwei Rädern das Gleichgewicht zu halten.
Das Gehirn und die Muskeln
Der Segway PT besteht aus einem intelligenten Netzwerk aus Sensoren, mechanischen Komponenten, einem Antriebssystem und Kontrollsystemen. In dem Moment, in dem Sie auf das Gerät steigen, beginnen fünf Gyroskopsensoren und zwei Beschleunigungssensoren 100mal pro Sekunde das Gelände und Ihre Körperposition zu analysieren.
Segway PTs verwenden einen speziellen Festkörper Winkelsensor. Diese Art von Gyroskopsensor beurteilt die Rotation eines Objektes unter Brücksichtigung des Coriolis-Effektes auf einer sehr kleinen Skala. Der Segway PT hat fünf Gyroskopsensoren, obwohl er eigentlich nur drei benötigen würde, um die Gewichtsverlagerung nach vorne und hinten ("pitch" genannt), die Gewichtsverlagerung nach links und rechts ("roll" genannt) und das Lenken nach links oder rechts ("yaw" genannt) zu messen. Die zusätzlichen Sensoren dienen der Redundanz, um das Produkt noch zuverlässiger zu machen. Die Informationen über die Gewichtsverlagerung des Fahrers und seine Steuerbewegungen werden zusammen mit den Informationen zusätzlicher Neigungswinkel-Sensoren zum "Gehirn" des Segway PT weitergeleitet.
Das Gehirn besteht aus zwei redundanten elektronischen Schaltplatinen die jeweils mit einer Gruppe von Mikroprozessoren ausgestattet sind. Auch die Batterien und Motorwicklungen sind doppelt ausgeführt. Diese arbeiten zusammen und teilen sich die zum Antrieb notwendige Arbeitslast. Der Segway PT verfügt auch darüber hinaus noch über einige zusätzliche Mikroprozessoren. Das Fahrzeug benötigt soviel Rechenkapaziät, weil es in kürzester Zeit präzise Berechnungen anstellen muss, um ein Kippen zu verhindern. Wenn eine Schaltplatine während der Fahrt ausfällt (oder die zugehörige Batterie, Motorwicklungen oder Verkabelungen), übernimmt die andere Hälfte alle Funktionen. Das System informiert den Fahrer von dem Fehler und kann kontrolliert deaktiviert werden.
Die Mikroprozessoren werden von einer fortschrittlichen Software benutzt, die das Fahrzeug steuert. Dieses Programm überwacht alle Informationen die von den Gyroskopsensoren eintreffen und passt demgemäß die Geschwindigkeit der Elektromotoren an. Die Elektromotoren, die von zwei wiederaufladbaren Lithium-Ionen Batterien versorgt werden, können jedes Rad unabhängig in verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen.