SEGlife у Флізензі
Принцип роботи
Коли Дін Камен представив Segway Personal Transporter (PT) в шоу ABC "Доброго ранку Америка", він описав пристрій як "перший у світі самобалансуючий транспортний засіб для людей". Якщо ви дивитесь на пристрій в русі, ви розумієте, що він має на увазі. На відміну від автомобіля, Segway має лише два колеса. Особливість цього: він здатний самостійно стояти прямо.
Щоб сісти на Segway PT вперед або назад щоб рухатись, водій трохи нахиляється вперед або назад. Щоб після ліворуч або праворуч Для керування водієм просто рухається LeanSteer Кермо ліворуч або праворуч.
Як працює динамічна стабілізація
Вміння самостійно підтримувати рівновагу є найбільш захоплюючою якістю Segway PT і є ключем до його роботи. Щоб зрозуміти, як працює ця система, корисно розглянути модель Камена для пристрою - людське тіло.
Якщо ви встаєте і нахиляєтесь вперед так далеко, що втрачаєте рівновагу, зазвичай не падаєте на обличчя. Мозок знає, що ви вийшли з рівноваги, тому що рідина у вашому внутрішньому вусі перемістилася. Тож це змушує вас рухати ногу вперед, щоб уникнути падіння. Поки ви нахиляєтеся вперед, мозок продовжуватиме рухати ногами вперед. Замість того, щоб падати, ви йдете вперед, крок за кроком.
Segway PT робить майже те саме, за винятком того, що має колеса замість ніг, двигун замість м’язів, колекцію мікропроцесорів замість мозку та набір складних датчиків балансу замість відчуття рівноваги у внутрішньому вусі. Як і наш мозок, Segway PT знає, коли нахилятися вперед. Щоб зберегти рівновагу, він обертає колеса з точно правильною швидкістю, і ви рухаєтеся вперед. Segway називає таку поведінку "Динамічна стабілізація"і запатентував цей унікальний процес, що дозволяє Segway PT балансувати лише на двох колесах.
Мозок і м’язи
PT Segway складається з одного інтелектуальна мережа датчиків, механічних компонентів, системи приводу та систем управління. Як тільки ви наступите на пристрій, п’ять датчиків гіроскопа та два датчики прискорення починають аналізувати місцевість і положення вашого тіла 100 разів на секунду.
PT-машини Segway використовують спеціальний твердотільний датчик кута. Цей тип датчика гіроскопа оцінює обертання об’єкта в дуже малому масштабі, враховуючи ефект Коріоліса.
Сила Коріоліса описує ефект того, що рухомі тіла відхиляються в обертовій системі відліку з точки зору спостерігача, що обертається. Наприклад, якщо ви спостерігаєте літак, який, здається, летить прямолінійно, ця лінія виглядає кривою, оскільки земля рухається внизу.
У Segway PT - п’ять Гіроскопні датчики, хоча йому знадобиться лише три, щоб отримати Зміна ваги Виміряйте вперед і назад (так званий "крок"), зміщення ваги вліво і вправо (так зване "нахил") і рульове управління вліво або вправо (так зване "похитування"). Додаткові датчики використовуються для резервування, щоб зробити виріб ще більш надійним. Інформація про зміну ваги водія та його рульові рухи передається в "мозок" Segway PT разом з інформацією від додаткових датчиків кута нахилу.
Мозок складається з двох надлишкових електронних плат, кожна оснащена групою мікропроцесорів. Акумулятори та обмотки двигуна також дублюються. Вони працюють разом і ділять навантаження, необхідне для їх стимулювання. PT Segway також має кілька додаткових мікропроцесорів. Автомобіль потребує такої великої обчислювальної потужності, оскільки йому потрібно зробити точні розрахунки в найкоротші терміни, щоб запобігти його перекиданню. Якщо друкована плата виходить з ладу під час руху (або відповідного акумулятора, обмоток двигуна або проводки), друга половина бере на себе всі функції. Система інформує водія про помилку і може бути деактивована контрольованим способом.
Мікропроцесори використовуються вдосконаленим програмним забезпеченням, яке керує автомобілем. Ця програма контролює всю інформацію, що надходить від датчиків гіроскопа, і відповідно регулює швидкість електродвигунів. Електродвигуни, що живляться від двох літій-іонних акумуляторних батарей, можуть самостійно рухати кожне колесо з різною швидкістю.
Коли автомобіль нахилений вперед, двигуни рухають обидва колеса вперед, щоб запобігти його перекиданню. При нахилі транспортного засобу назад двигуни рухають обидва колеса назад. Коли водій перевертає кермо LeanSteer, щоб повернути ліворуч або праворуч, двигуни рухаються на одне колесо швидше, ніж інше, або рухають колеса в протилежних напрямках, щоб змусити автомобіль повернутись. Під час руху Segway PT спрямовує точно правильний радіус кривої, який необхідний для підтримання рівноваги з урахуванням відцентрових сил.
Технологія та компоненти
SEGWAY містить десятки окремих деталей, які були ретельно розроблені, виготовлені та протестовані для спільної роботи в синхронному блоці. Описані нижче компоненти SEGWAY HT включають схему управління, датчики балансу, двигуни, шестерні, шини, колеса та акумулятори.
Пристрій управління
Дві складні плати управління від Delphi Electronics забезпечують як мозок, так і м’язи для системи. Delphi Electronics було обрано партнером на основі їх досвіду масового виробництва високоякісної автомобільної електроніки для таких же вимогливих задач, як подушки безпеки.
Кожна плата управління оснащена процесором сигналу Texas Instruments, який контролює всю систему SEGWAY HT і перевіряє 100 разів на секунду на наявність помилок або інших станів, що вимагають негайної реакції. Він зчитує інформацію з датчиків балансу (BSA), щоб визначити, нахиляється водій вперед чи назад. Ця інформація призводить до миттєвої енергії, що надходить від акумуляторів на двигуни через набір з 12 "високоенергетичних польових транзисторів із сильним струмом" (FET). Ці розрахунки відбуваються сто разів на секунду, а двигуни регулюються до тисячі разів на секунду - час відгуку набагато більший, ніж час сприйняття людиною. Хоча кожна плата управління може повністю контролювати SEGWAY HT, якщо інша плата виходить з ладу (кожна плата підключена до електричної схеми обох двигунів), обчислювальна потужність розподіляється в нормальних робочих умовах.
Датчики балансу
Мережа датчиків балансу (BSA), вироблена Silicon Sensing Systems, - це елегантно сконструйований надзвичайно надійний, але надзвичайно чутливий пристрій.
Цей маленький кубик довжиною близько 3 дюймів містить п’ять фіксованих кільцевих датчиків вібратора (гіроскопи), які використовують ефект Коріоліса для вимірювання швидкості обертання. Ці крихітні кільця створені для електромеханічної вібрації. При їх обертанні створюється невелика сила, яку можна виміряти за допомогою електроніки внутрішнього датчика.
Кожен гіроскоп прикріплений під власним кутом, що дозволяє вимірювати різні напрямки руху. Бортові комп’ютери SEGWAY постійно порівнюють інформацію з усіх п’яти гіроскопів, щоб вирішити, чи передає один із п’яти датчиків неправильні дані. Якщо це так, дані від решти датчиків будуть використовуватися, поки не відбудеться контрольоване безпечне відключення.
Два датчики нахилу, наповнені рідиною електроліту, надають інформацію про гравітацію - так само, як наше внутрішнє вухо працює з нашим почуттям рівноваги. BSA контролюється двома незалежними мікропроцесорами і ділиться на дві незалежні половини з причин надмірності. Навіть зв'язок між половинками є оптичним, щоб запобігти поширенню електричних несправностей з одного боку на іншу.
Двигуни
Двигуни SEGWAY HT багато в чому унікальні. Виготовлені компанією Pacific Scientific, підрозділом компанії Danaher, вони є найпотужнішими двигунами за своєю масою та класом, які коли-небудь йшли у масове виробництво. Кожен двигун забезпечує безперервну потужність 1,5 кВт - це 2 к.с.!
Двигуни використовують безщіткову сервотехнічну технологію, що означає відсутність контактів, які могли б зношуватися і знижувати продуктивність. Магніти виготовлені з дуже потужного рідкісноземельного металу: неодиму-заліза-бору. Кожен двигун оснащений двома незалежними обмотками, кожна з яких управляється власною платою управління. За нормальних робочих умов обидві обмотки працюють паралельно і ділять навантаження. У разі несправності двигун може негайно деактивувати дефектну сторону і використовувати решту обмоток для підтримки контролю над SEGWAY HT до його зупинки. Двигун був ретельно налаштований на потужність до 8000 обертів на хвилину, що забезпечує дуже високі рівні потужності в невеликому пучку. Надлишкові, безконтактні аналогові датчики дають зворотний зв'язок від двигуна на SEGWAY HT, вимірюючи положення магнітів. Вісь двигуна є єдиною рухомою частиною.
спосіб передавання
Шини та колеса
Michelin був одним з перших партнерів у розробці SEGWAY HT. Шини SEGWAY HT були спеціально розроблені для цього продукту з використанням унікальної суміші шин (суміш діоксиду кремнію замість традиційно використовуваних матеріалів на основі вуглецю). Це забезпечує збільшене утримання та мінімізує утворення слідів, особливо на внутрішніх поверхнях. Шини безкамерні і вимагають лише низького внутрішнього тиску в шинах. Ця особлива розробка підвищує комфорт водіння та мінімізує опір тертю.
Шина встановлена на не менш унікальному колесі: колесо виготовлене з передового інженерного термопластика, вибраного у співпраці з GE Plastics. Композитний матеріал забезпечує малу вагу, чудову довговічність та зменшує шум від системи приводу. Колесо відливається навколо кованої сталевої рами без використання кріплень, які з часом можуть ослабнути. Підвіска між цією рамою та передавальним числом виконана запатентованою шестигранною конусною системою. Таким чином, колесо може бути встановлене або зняте за допомогою однієї гайки, але все ще має захист системи з кількома болтами, яка зазвичай використовується в звичайних додатках.
Батареї
SEGWAY HT використовує дві NiMH батареї на 72 вольт, розроблені у співпраці з SAFT (субпідрядником Alcatel). Ці гібридні клітини нікель-метал забезпечують максимально високі енергетичні показники відповідно до наявної сьогодні хімії. Вони оптимізовані, щоб підтримувати баланс SEGWAY HT в найекстремальніших умовах. Це не звичайні батареї стільникових телефонів!
Кожна батарея складається з мережі високоефективних комірок та спеціально розробленої плати управління, яка постійно контролює температуру та напругу акумулятора в різних точках. Цей компонент включений в іншу разову заявку від GE Thermoplastics. Акумуляторна коробка ущільнюється методом вібраційного зварювання, який утворює єдину суцільну структуру із зовнішньої сторони композиту. Ущільнювач захищає від вологи і є настільки міцним, що без проблем витримав усі екстремальні випробування, про які думали наші техніки.
Електроніка, вбудована в акумулятор, забезпечує "інтелектуальну" зарядку. Власник повинен лише підключити SEGWAY HT до розетки, і акумулятор автоматично вибирає відповідну швидкість зарядки залежно від температури, напруги та рівня заряду. Акумулятори швидко заряджаються, а потім переходять у режим балансу та обслуговування. Власник SEGWAY HT не повинен турбуватися про час - просто підключіть його, а решта робиться автоматично.
У звичайних робочих умовах SEGWAY HT ретельно контролює обидва акумулятори та рівномірно розряджає їх. У малоймовірному випадку виходу з ладу акумулятора система також може працювати від однієї батареї і підтримуватиме рівновагу до тих пір, поки не буде повністю зупинено.
Як це відчувається
Їзду на Segway PT не можна порівняти з будь-яким іншим досвідом, оскільки нічого подібного ще ніколи не робилося. Наступайте, і ваші інстинкти підкажуть, як тримати рівновагу, як і будь-який інший звичайний засіб пересування на двох колесах. Майже миттєво ви помітите, що Segway балансує для вас так, ніби це продовження вашого тіла. Нахиліться трохи вперед, і ви побачите, що Segway PT не транспортує вас самостійно, а відповідає вам і вашим вказівкам.
Ви пам’ятаєте сни, де ви відчували, що летите? Ви відчуваєте свободу, безтурботність і впевненість. Ви відчуваєте, що земля рухається під вами, але ви не торкаєтесь її. Вони ковзають по ньому. Ви відчуваєте силу і швидкість, відчуваєте безпеку і повний контроль. Все почувається природно, безпечно та інстинктивно. Це відчуття водіння Segway PT.
Ось що сказали люди, які їздили на Segway PT про її інтуїтивні та ковзаючі властивості:
"Я вважаю, що на Segway HT дуже весело їздити. Це безпечно, стабільно і вражає застосування цифрових технологій. Легко навчитися їздити і, багато в чому, просто фантастично".
Уолт Моссберг, Wall Street Journal
"Водіння Segway настільки інтуїтивне, що здається, що воно якось пов’язане з центральною нервовою системою".
Журнал Fortune
"Segway неймовірно стабільний, незалежно від того, стоїть він на місці чи їде".
Ден Бриклін, співавтор VisiCalc, першої електронної таблиці