En esencia, un Segway combina sensores sofisticados, un sistema de control en tiempo real y motores de alta precisión. Este artículo analiza cada componente.
El corazón del sistema es un trío de sensores giroscópicos. Un giroscopio tradicional utiliza una rueca en un marco rígido; la rueda resiste el par externo, lo que permite que el vehículo detecte la inclinación y la velocidad angular. En la práctica, una rueda que gira mantiene estable su eje y cualquier fuerza aplicada se distribuye alrededor de la circunferencia de la rueda, anulando efectivamente las perturbaciones externas. (Para obtener más información, consulte Cómo funcionan los giroscopios .)
Debido a que la rueda que gira está fija con respecto al bastidor del vehículo, el sistema puede medir el cabeceo (inclinación hacia adelante o hacia atrás) y el balanceo (inclinación hacia la izquierda o hacia la derecha) del Segway. Estos datos precisos son esenciales para mantener el equilibrio.
Los giroscopios mecánicos tradicionales serían voluminosos y requerirían mucho mantenimiento para un vehículo portátil. En cambio, los Segways emplean un giroscopio de silicio de estado sólido que explota el efecto Coriolis a escala microscópica. El efecto Coriolis describe cómo un objeto en movimiento parece desviarse cuando se observa desde un marco de referencia giratorio, similar a cómo un avión parece girar porque la Tierra gira debajo de él.
Un giroscopio de silicio típico consta de una placa microfabricada montada sobre un soporte. Una corriente electrostática impulsa partículas sobre la placa, induciendo un patrón de vibración predecible. Cuando el dispositivo gira alrededor de su eje, las partículas se desplazan con respecto a la placa, alterando la amplitud de la vibración en proporción a la velocidad de rotación. El sensor captura este cambio y envía los datos a la computadora de a bordo, lo que permite la detección del movimiento angular en tiempo real. Para obtener más detalles técnicos, explore los giroscopios de silicio de estado sólido . .
El Segway HT integra cinco sensores giroscópicos:tres son suficientes para la detección de cabeceo hacia adelante/atrás y balanceo hacia la izquierda/derecha, mientras que las unidades adicionales brindan redundancia para mejorar la confiabilidad. Como complemento a los giroscopios, hay dos sensores de inclinación llenos de electrolitos que imitan el sistema vestibular del oído interno y determinan la orientación relativa a la gravedad basándose en la inclinación de la superficie del fluido.
Todas las salidas de los sensores alimentan la arquitectura de control de placa dual del vehículo. Dos placas de circuito, cada una de las cuales alberga un grupo de microprocesadores, gestionan el sistema. El Segway alberga diez microprocesadores en total, que ofrecen aproximadamente tres veces la potencia computacional de una PC de escritorio estándar. La configuración de placa dual ofrece tolerancia a fallas:si una placa falla, la otra toma el control, alerta al usuario e inicia un apagado seguro.
Tal peso computacional es necesario para la lógica de estabilidad del Segway. Los controladores toman muestras de los datos del sensor a ~100 Hz y ejecutan algoritmos sofisticados que ajustan las velocidades del motor para contrarrestar cualquier desviación de la vertical. Los motores eléctricos, alimentados por baterías de hidruro metálico de níquel (NiMH) o de iones de litio (Li-Ion), pueden hacer girar cada rueda de forma independiente a velocidades variables.
Cuando el vehículo se inclina hacia adelante, ambos motores aceleran hacia adelante para contrarrestar la inclinación. Por el contrario, una inclinación hacia atrás desencadena un movimiento inverso. La dirección se logra mediante velocidades diferenciales de las ruedas o ruedas contrarrotativas, lo que permite que el Segway gire hacia la izquierda o hacia la derecha.
Si bien el Segway puede no rivalizar con el impacto transformador de Internet, su ingeniería representa una notable convergencia de física, electrónica y software:un ejemplo de cómo la experiencia multidisciplinaria puede generar una solución de transporte altamente confiable y autoequilibrada.
