Basicamente, um Segway combina sensores sofisticados, um sistema de controle em tempo real e motores de alta precisão. Este artigo disseca cada componente.

O coração do sistema é um trio de sensores giroscópicos. Um giroscópio tradicional usa uma roda giratória em uma estrutura rígida; a roda resiste ao torque externo, permitindo que o veículo detecte inclinação e velocidade angular. Na prática, uma roda giratória mantém o seu eixo estável e qualquer força aplicada é distribuída em torno da circunferência da roda, anulando efetivamente perturbações externas. (Para um mergulho mais profundo, consulte Como funcionam os giroscópios .)

Como a roda giratória é fixa em relação à estrutura do veículo, o sistema pode medir a inclinação (inclinação para frente ou para trás) e a rotação (inclinação para a esquerda ou direita) do Segway. Esses dados precisos são essenciais para manter o equilíbrio.

Os giroscópios mecânicos tradicionais seriam volumosos e exigiriam muita manutenção para um veículo portátil. Em vez disso, os Segways empregam um giroscópio de silício de estado sólido que explora o efeito Coriolis em escala microscópica. O efeito Coriolis descreve como um objeto em movimento parece desviar quando observado a partir de um referencial giratório - semelhante a como um avião parece girar porque a Terra gira abaixo dele.

Um giroscópio de silício típico consiste em uma placa microfabricada montada em um suporte. Uma corrente eletrostática conduz partículas na placa, induzindo um padrão de vibração previsível. Quando o dispositivo gira em torno do seu eixo, as partículas se deslocam em relação à placa, alterando a amplitude da vibração em proporção à taxa de rotação. O sensor capta esta alteração e encaminha os dados para o computador de bordo, permitindo a detecção em tempo real do movimento angular. Para obter mais detalhes técnicos, explore os giroscópios de silício de estado sólido .

O Segway HT integra cinco sensores giroscópicos – três são suficientes para detecção de inclinação para frente/trás e rotação para esquerda/direita, enquanto as unidades adicionais fornecem redundância para aumentar a confiabilidade. Complementando os giroscópios estão dois sensores de inclinação preenchidos com eletrólitos que imitam o sistema vestibular do ouvido interno, determinando a orientação relativa à gravidade com base na inclinação da superfície do fluido.

Todas as saídas dos sensores alimentam a arquitetura de controle de placa dupla do veículo. Duas placas de circuito, cada uma hospedando um cluster de microprocessadores, gerenciam o sistema. O Segway abriga dez microprocessadores no total, fornecendo cerca de três vezes o poder computacional de um PC desktop padrão. A configuração de placa dupla oferece tolerância a falhas:se uma placa falhar, a outra assume o controle, alerta o motociclista e inicia um desligamento seguro.

Esse peso computacional é necessário para a lógica de estabilidade do Segway. Os controladores coletam dados do sensor a aproximadamente 100 Hz, executando algoritmos sofisticados que ajustam as velocidades do motor para neutralizar qualquer desvio da vertical. Os motores elétricos, alimentados por baterias de níquel-hidreto metálico (NiMH) ou de íons de lítio (Li-Ion), podem girar cada roda independentemente em velocidades variáveis.

Quando o veículo se inclina para frente, ambos os motores aceleram para frente para contrabalançar a inclinação. Por outro lado, uma inclinação para trás desencadeia o movimento reverso. A direção é obtida por velocidades diferenciais das rodas ou rodas em contra-rotação, permitindo que o Segway gire para a esquerda ou para a direita.

Embora o Segway possa não rivalizar com o impacto transformador da Internet, a sua engenharia representa uma notável convergência de física, eletrónica e software – um exemplo de como a experiência multidisciplinar pode produzir uma solução de transporte altamente fiável e com equilíbrio automático.