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Quando Dean Kamen ha presentato Segway HT durante il programma della ABC “Good Morning America”, ha descritto la macchina come “Il primo sistema di trasporto umano auto-bilanciato” Quando vedete la macchina in movimento, riuscite a capire quello che sta dicendo. A differenza di una macchina, il Segway HT ha solo due ruote, assomiglia ad un normale carrello a mano che riesce a stare in equilibrio da solo

Per andare avanti o indietro sul Segway HT, l’utente deve solo inclinarsi leggermente in avanti o indietro. Per girare a destra o a sinistra, l’utente deve semplicemente girare il polso verso destra o verso sinistra.







L’equilibrio è il risultato più sorprendente ottenuto da Segway HT ed è la chiave del suo funzionamento. Per poter capire come funziona questo sistema, si deve prendere in considerazione il funzionamento del modello usato da Kamen: il corpo umano.

Se state in piedi e vi inclinate un po’ in avanti, perdete l’equilibrio ma molto probabilmente non cadrete a faccia avanti. Il vostro cervello, infatti, sa che non siete bilanciati grazie ad un fluido all’interno dell’orecchio che, spostandosi, suggerisce di mettere avanti una gamba in modo da evitarvi di cadere. Se continuate ad inclinarvi in avanti il vostro cervello continuerà a farvi portare avanti le gambe. Invece di cadere camminate in avanti, un passo per volta.

Il Segway HT funziona più o meno nello stesso modo, solo che ha le ruote e non le gambe, il motore al posto dei muscoli, un insieme di microprocessori invece del cervello e una serie di valori angolari e sensori di inclinazione al posto dell’organo di equilibrio dell’orecchio. Come il cervello, il Segway HT sa che vi state inclinando in avanti. Per mantenere l’equilibrio, muove le ruote alla stessa velocità e si sposta in avanti. Questo modo di funzionamento è stato battezzato “stabilizzazione dinamica”ed è alla base del brevetto che permette al Segway HT di stare in equilibrio su due sole ruote.




Il Segway HT non è altro che una combinazione di sensori, un sistema di controllo e un sistema di trazione (motori). In questo capitolo osserviamo da vicino questi elementi.

Il sistema sensorio primario è composto da un gruppo di giroscopi. Un giroscopio non è altro che una ruota che gira in un quadro stabile.
Un oggetto che gira oppone resistenza ai movimenti del suo asse di rotazione, perché vi è una forza che si muove con l’oggetto. varia le variazioni vengono trasmesse anche al suo asse di rotazione sottoforma di forze contrarie ( e viceversa). Se ad esempio poniamo della pressione su di un punto alla sommità di una ruota che gira, questo punto si muove in avanti mentre la forza applicata rimane manifesta. Mentre il punto si sposta, si manifesta una forza anche sul lato opposto – bilanciando il sistema.

Proprio perché resiste all’applicazione di forze esterne, un giroscopio tenderà a mantenere la propria posizione nello spazio (in relazione al suolo) anche se viene inclinato. Ma il “sistema-giroscopio” è libero all’interno del Segway HT. Misurando la posizione del giroscopio in relazione al Segway è possibile determinare la posizione di quest’ultimo. Con un sensore preciso è possibile, oltre a determinare l’angolo di ogni giroscopio, determinarne la velocità angolare (velocità nella quale il Segway si inclina.

Un giroscopio convenzionale sarebbe troppo voluminoso e difficile da mantenere all’interno del Segway. Per questo motivo Segway utilizza un meccanismo leggermente diverso. Si tratta di un sensore montato con un angolo determinato. Questo tipo di giroscopio al silicio determina la posizione e la velocità di un oggetto applicando il principio di Corioli in piccola scala.

Semplificando, il principio di Corioli descrive la deviazione di un oggetto in relazione alla rotazione di un altro. Così, a causa della rotazione della terra, l’acqua scende dallo scarico del lavandino formando un vertice (ruotando) invece di scendere linearmente.

Un tipico giroscopio al silicio è composto da un disco di silicio fissato in una cornice di sostegno. Le particelle di silicio vengono mosse tramite una corrente elettrica attraverso il disco. Il movimento è particolare, prevedibile e le vibrazioni avvengono a frequenze note. Muovendo l’asse del giroscopio (capita ad esempio inclinando il Segway HT) le particelle si muovono in modo diverso variando la frequenza di base. Il sistema di giroscopi misura queste variazioni e le trasmette al computer. In questo modo il Segway HT è in grado di calcolare i propri movimenti e reagire di conseguenza.

Anche se basterebbero 3 sensori per stabilire l’inclinazione in avanti, indietro e laterale, il Segway HT ha 5 giroscopi. I sensori in eccesso hanno funzione di ridondanza e rendono il Segway HT più affidabile. Tutte le informazioni raccolte dai sensori vengono trasmesse al cervello del Segway che consiste in due circuiti dotati ognuno di una serie di microprocessori che messi assieme hanno una potenza di calcolo di tre volte superiore a quella di un normale PC. Al veicolo questa potenza di calcolo serve per poter calcolare rapidamente la posizione in ogni istante e mantenere così il suo passeggero in equilibrio. Se uno dei due circuiti dovesse rompersi, l’altro riesce comunque ad assolvere la sua funzione e ad informare l’utente del guasto.

I microprocessori vengono gestiti tramite programmi molto evoluti che controllano tutte le informazioni dei giroscopi e che regolano di conseguenza la velocità del Segway. I motori,alimentati da batterie NiMH o Li-Ion, possono far girare le due ruote in modo autonomo e indipendente anche a velocità o sensi diversi.

Se il Segway HT si inclina in avanti, i motori si muovono entrambi in avanti. Stessa cosa all’indietro, mentre se l’utente utilizza la manopola per il cambio di direzione i motori gireranno a velocità diverse o addirittura in senso opposto per girare sul posto.
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