セグウェイの仕組み

一見すると、このデバイス ( Segway ^TM Human Transporterと呼ばれる) はそれほど目立ったものではなく、ハイテク スクーターのように見えます。しかし、それを試した人々は、それははるかにはるかに優れたものであり、まったく異なる移動方法であると主張しています。

この機械の発明者であるディーン・カーメン氏は、セグウェイに特に大きな期待を寄せていました。タイム誌のインタビューで彼は、自分のマシンは「車にとっての車は、馬車にとってのようなものになるだろう」と主張した。

セグウェイはその誇大宣伝に完全には応えていませんが、間違いなく素晴らしいマシンです。この記事では、セグウェイが以前の乗り物と何が違うのかを明らかにし、セグウェイの発明者がセグウェイが世界を変えることができると考えた理由を見ていきます。

ディーン・ケイメン氏がABCの「グッドモーニング・アメリカ」でセグウェイを披露したとき、彼はこの機械を「世界初の自己バランスを備えた人間輸送車」と表現した。動いている機械を見ると、彼が何を言っているのかがわかります。

車とは異なり、セグウェイには車輪が 2 つしかありません。見た目は普通の台車のように見えますが、自力で直立状態を保つことができます。

セグウェイで前後に移動するには、ライダーはわずかに前か後ろに傾くだけです。左または右に曲がるには、ライダーは右ハンドルバーを前または後ろに回します。

このバランス動作がセグウェイの最も素晴らしい点であり、動作の鍵となります。このシステムがどのように機能するかを理解するには、Kamen のデバイスのモデルである人体を考慮することが役立ちます。

立ち上がって前かがみになり、バランスを崩しても、おそらく顔から落ちることはありません。内耳内の液体が変化するため、脳はバランスが崩れていることを認識し、足を前に出して転倒を止めようとします。前傾姿勢を続けると、脳は体を直立状態に保つために足を前に出し続けます。転ぶのではなく、一歩ずつ前に向かって歩きます。

セグウェイもほぼ同じことをしますが、脚の代わりに車輪、筋肉の代わりにモーター、脳の代わりにマイクロプロセッサの集合、内耳平衡システムの代わりに一連の高度な傾斜センサーを備えている点が異なります。あなたの脳と同じように、セグウェイはあなたが前傾していることを認識します。バランスを保つために、適切な速度で車輪を回転させて前進します。

次のセクションでは、セグウェイを構成する部品について見ていきます。

セグウェイの部品

最も基本的なセグウェイは、一連のセンサー、制御システム、モーター システムの組み合わせです。このセクションでは、これらの各要素を見ていきます。

主なセンサー システムはジャイロスコープのアセンブリです。基本的なジャイロスコープは、安定したフレーム内の回転するホイールです。回転する物体は、加えられた力が物体自体とともに移動するため、回転軸の変化に抵抗します。たとえば、回転しているホイールの上部にある点を押すと、加えた力がまだ感じられている間に、その点はホイールの前方に移動します。力の点が動き続けると、ホイールの両端に力がかかり、力は自動的にバランスをとります。 (詳細については、 「ジャイロスコープの仕組み」を参照してください)。

ジャイロスコープ ホイールは外力に対する抵抗力があるため、たとえ傾けても、空間内で (地面に対して) 位置を維持します。しかし、ジャイロスコープのフレームは空間内を自由に動きます。正確なセンサーは、フレームに対するジャイロスコープの回転ホイールの位置を測定することで、物体のピッチ(直立位置からどれだけ傾いているか) とそのピッチ レート(どれくらいの速さで傾いているか) を知ることができます。

この種の乗り物では従来のジャイロスコープは扱いにくくメンテナンスが困難であるため、セグウェイは別の種類の機構で同じ効果を得ています。セグウェイは、シリコンを使用して構築された特別なソリッドステート角速度センサーを使用します。この種のジャイロスコープは、非常に小さなスケールでコリオリ効果を使用して物体の回転を決定します。

簡単に言えば、コリオリ効果は、別の回転する物体に関連して移動する物体が見かけ上回転することです。たとえば、直線的に移動する飛行機は、その下で地球が回転しているため、曲がって見えるようになります。

一般的なソリッドステート シリコン ジャイロスコープは、サポート フレームに取り付けられた小さなシリコン プレートで構成されています。シリコン粒子は、プレート全体に印加される静電流によって移動します。粒子は特定の方法で移動し、それによりプレートが予測可能な方法で振動します。しかし、プレートがその軸を中心に回転すると (つまり、セグウェイがその特定の平面内で回転すると)、粒子はプレートに対して突然移動します。これにより振動が変化し、その変化は回転度に比例します。ジャイロスコープ システムは振動の変化を測定し、この情報をコンピューターに渡します。このようにして、コンピュータはセグウェイが特定の軸に沿って回転していることを把握できます。 (ソリッドステート シリコン ジャイロスコープの詳細については、こちらをご覧ください)。

Segway HT には 5 つのジャイロセンサーが搭載されていますが、前後のピッチと左右への傾き (「ロール」と呼ばれる) を検出するには 3 つだけ必要です。追加のセンサーにより冗長性が追加され、車両の信頼性が高まります。さらに、セグウェイには電解液が充填された 2 つの傾斜センサーが搭載されています。内耳と同様に、このシステムは液体表面の傾きに基づいて、地面に対する自身の位置を判断します。

すべての傾斜情報は、車両の「頭脳」、つまりマイクロプロセッサーのクラスターを構成する2 つの電子コントローラー回路基板に渡されます。セグウェイには合計 10 個のマイクロプロセッサが搭載されており、合計すると一般的なPCの約 3 倍の処理能力を誇ります。通常、両方のボードは連携して動作しますが、一方のボードが故障すると、もう一方のボードがすべての機能を引き継ぎ、システムがライダーに故障を通知し、正常にシャットダウンできるようにします。

セグウェイは転倒しないように非常に正確な調整を行う必要があるため、これだけの頭脳が必要になります。通常の動作では、コントローラー ボードは位置センサーを 1 秒あたり約 100 回チェックします。マイクロプロセッサは、すべての安定性情報を監視し、それに応じていくつかの電気モーターの速度を調整する高度なソフトウェアを実行します。電気モーターは、一対の充電式ニッケル水素 (NIMH) バッテリーまたはリチウムイオン (Li-ion) バッテリーによって駆動され、各車輪を独立して可変速度で回転させることができます。

車両が前傾すると、モーターが両輪を前方に回転させて車両の傾きを防ぎます。車両が後傾すると、モーターが両方の車輪を後方に回転させます。ライダーがハンドルバー コントロールを操作して左または右に回転すると、モーターが一方の車輪を他方の車輪よりも速く回転させるか、車輪を逆方向に回転させて車両を回転させます。

これは確かに素晴らしいマシンですが、本当に、一部の人が主張しているように、インターネットと同じくらい重要なのでしょうか?次のセクションでは、このマシンが現代世界にどのような影響を与える可能性があるかを見ていきます。

セグウェイ vs. 自動車

発明家のディーン・ケイメン氏は、セグウェイは車とほぼ同じ機能を備えていないため、車を完全に置き換えることはできないと認めています。標準の HTi80 モデルは時速約 12 マイル(時速 20 キロ) しか出ません。また、15 マイル (24 km) の移動に十分なエネルギーを蓄えるには、家庭用電流に約 6 時間接続しておく必要があります。明らかに、この種のマシンはクロスカントリーロードトリップではあまり役に立ちません。

しかし、カメンは、セグウェイが都市を移動するための優れた選択肢であると信じています。車は多くのスペースを占有するため、制限されたエリア (市街地など) を大勢の人が運転するとすぐに大渋滞が発生します。車を駐車するのも面倒ですし、維持費も高額です。全体として、車は混雑した地域での短距離移動には最適な機械ではありません。

セグウェイは人より少し大きい程度なので、車ほどの渋滞は発生しません。歩道用車両として、通勤者が車道を完全に無視して人混みの中を駆け抜けることができます。スクーターや自転車と同様に、車両も年々かなりの数の歩行者事故に巻き込まれることになります。しかし、セグウェイの支持者らは、セグウェイは比較的遅い速度で移動するため、危険性は歩くのと同じ程度だと主張する。

セグウェイは人々を最高速度で目的地に連れて行くことはできませんが、バンパーからバンパーへとゆっくりと進む交通を高速で通過できます。目的地に到着したら、ライダーは駐車場を気にせずにセグウェイを車内に持ち込むことができます。また、一般家庭用の電気で走行できるため、ガソリンスタンドに立ち寄る必要もありません。

セグウェイは、廊下が狭く大型車両の使用が難しい混雑した倉庫を移動するのにも適した機械です。空港や遊園地などの広い歩行者エリアを移動するのに便利だと思われるかもしれません。人々が車両を使用する方法には実際には制限がありません。セグウェイは、歩く可能性のあるほとんどの場所に収まりますが、より速く目的地に到着し、あまりエネルギーを費やすことはありません。

これまでのところ、セグウェイは世界を変えるほどの大きな進歩を遂げていません。 2002 年以来、販売数は数万台に過ぎません。おそらく、高額な価格が障害となっているのだろう。しかし同社は最近、融資とリースのオプションを提供すると発表した。セグウェイはまた、ガソリン価格の上昇が売上増加につながることを期待している。

カーメン氏は、このマシンに慣れ、その機能を理解すれば、ますます多くの人がこのマシンを欲しがるようになると信じています。この目的を達成するために、彼は当初、消費者市場ではなく、政府機関や大企業をターゲットにしていました。アトランタ警察を含むジョージア州アトランタの 3 つのグループが、市内の路上でセグウェイを初めて試した。現在、シカゴ警察を含むいくつかの警察が HT i180 Police モデルを使用しています。

セグウェイの仕様

これらの仕様は標準 HT i180 モデルのものです。 Segway は、HT i180 Police、Cross-Terrain Transporter (XT)、Golf Transporter (GT)、および小型軽量モデルの p133 の 4 つの追加モデルも提供しています。追加の仕様を確認するには、Segway の製品ページをチェックしてください。

セグウェイの開発とその作成者のストーリーについては、次のページのリンクをご覧ください。