奥运上Segway思维车原理

草原蒙狼 · 发表于 2009-9-29 07:50:20

Segway 思维车（中文翻译：赛格威思维车）是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具，是都市用交通工具的一种。由美国发明家狄恩·卡门（Dean Kamen）与他的DEKA研发公司（DEKA Research and Development Corp.）团队发明设计，并创立赛格威责任有限公司（Segway LLC.）。

简介

由于Segway 思维车是一种前所未见的崭新交通工具，因此很难用传统的分类方式定义它的种类。有人认为Segway 思维车应该是一种双轮版的单轮车（Unicycle），有人认为它应该是动力滑板车（Stand-up Scooter）的一种，但它是单轴双轮设计，与双轴双轮的传统滑板车有些不同。而在某些比较正式的场合（例如官方的道路法规）中，Segway 思维车这种交通工具又被称作“电动个人辅助机动装置”（Electric Personal Assistive Mobility Device, EPAMD），俗称电动代步车。
segway 赛格威思维车摄位车

　　Segway 思维车产品的中文名称名称“赛格威”思维车，segway 起源于英文单字“Segue”，意指“流畅平顺地走”，用来形容这种交通工具可以让人们骑著在都市里面毫无障碍地移动。

　　该自动平衡单脚滑行设备在未与公众见面之前一直被称为“活力产品（Ginger）”和“信息技术(It)”。卡门相信它有潜力缩短行程，代替汽车，改变城市观光前景。

　　首先，使用者要双脚站在由两个轮子支撑的平板上，抓牢类似自行车的手柄。然后学会如何前后移动滑行车，以及转动手柄来旋转方向。该车装有双轮，由陀螺仪操控，其宽度不超过普通成年人的肩宽，重为80磅，电池驱动。该车在操作时不需要刹车装置或者节流杆，当驾驶者身体前倾时，机车前进；当驾驶者身体直立时，机车停止。Segway 思维车运用动态平衡的原理，当身体移动时，动作中的重心会不断改变，并达到平衡。就如同人体站立前倾时会失去平衡，但人体天生的平衡器官会告知大脑这一情形，并由大脑下达移动脚步的指令以维持平衡。Segway用轮子取代了脚的功能，复制了人类高精密的平衡动作。Segway 思维车使用费用低廉，移动安静便利，其动力来源为两组镍氢充电电池，并配备有电子式充电系统，充满电平均的续航力在16公里以上。有人把它称作“塞格威人力运输单脚滑行车”，有人称作“Segway人类运输机”，一些美国人和媒体统一把它简称为 Segway 思维车。

原理

Segway 思维车的运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（Dynamic Stabilization）的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪（Solid-State Gyroscopes）来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。假设我们以站在车上的驾驶人与车辆的总体重心纵轴作为参考线。当这条轴往前倾斜时，赛格威车身内的内置电动马达会产生往前的力量，一方面平衡人与车往前倾倒的扭矩，一方面产生让车辆前进的加速度，相反的，当陀螺仪发现驾驶人的重心往后倾时，也会产生向后的力量达到平衡效果。因此，驾驶人只要改变自己身体的角度往前或往后倾，赛格威就会根据倾斜的方向前进或后退，而速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比。原则上，只要赛格威有正确打开电源且能保持足够运作的电力，车上的人就不用担心有倾倒跌落的可能，这与一般需要靠驾驶人自己进行平衡的滑板车等交通工具大大不同。

segway 赛格威思维车摄位车

　　如果以第一款 Segway 产品，Segway随意车（Segway HT，HT是Human Transporter、人类运输器的缩写）为例，这辆车上装置了五个固态陀螺仪。事实上，车辆只需要三个陀螺仪就可以完全掌控车身的前后倾与侧倾程度，因此多出的两个陀螺仪其实是用来确保行车安全的备用装置。车辆的能量来源是两个镍氢（NiMH）充电电池，较后期的车款上也可以选配蓄电量更大的锂充电电池。除了前后倾修正与前进后退外，赛格威的转向可透过两种不同的方式达到，其中一种是如同大部分的脚踏车类或摩托车类交通工具一般，驾驶人在车辆持续前进（或者后退，这就是只有赛格威办得到的动作）的状态中将自己的身体重心往左右倾斜，利用自身重量所产生、与车身纵轴垂直的分量，作为转弯时的向心力而达到转向的目的。除此之外驾驶人也可以扭转赛格威的龙头（把手）部份，使车辆左右两个车轮产生转速差，例如当龙头向左转时，右轮的转速会比左轮快，达到向左转的效果。必要时，赛格威甚至可以做出一轮向前一轮向后的动作，达到原地转向的效果，因此大幅提升这种交通工具的机动性。因为这种高度的机动性，再加上玻璃纤维材料制成的车轮，其踏面面积其实不比人类的双脚大上多少，因此理论上赛格威可以到达得了人类所能走到的大部分地方，甚至包括路边的人行道或落差不会太大的阶梯（虽然部分地区的交通法规，禁止赛格威在这类地点行驶）。

有必要介绍一下背景，对喜欢玩新玩意创新的人有所启发大公司玩制造，小公司玩创新

Segway 思维车的诞生源起，最早是起因于迪恩·卡门的DEKA与美国大型医疗器材生产商娇生（Johnson & Johnson）的子公司独立科技（Independence Technology）所合作开发的一种自动平衡式动力轮椅－－iBOT。卡门观察人类走路的姿势特性，领悟到其实人类之所以可以平稳地直立行走，是因为体内灵敏的平衡器官可以精确地判断出身体重心的改变量，透过小脑的即时反应，然后利用腿部的肌肉即时出力来平衡倾倒的态势。所以当人类的身体前倾时，这种不自主的反应会促使人类伸出其中的一只脚往前踩来平衡身体，所以透过这种前倾、往前踏脚、前倾、往前踏脚的动作循环，即构成了“步行”这种动作。因此卡门尝试使用精密的陀螺仪来代替人类的前庭与耳蜗等平衡器官，以电动马达与车轮代替人类的双脚，发展出所谓的“动态稳定”概念，并且由娇生获得这种技术在医疗领域商业销售的专利权，成立独立科技来销售iBOT。

　　有别于专门提供给残障或老弱人士使用、价位高昂的动力轮椅，卡门进一步想到，如果将一样的理念拿给行动正常的一般人使用未尝不可，于是开始有了赛格威的诞生概念。1999年7月27日卡门创立了雅克罗责任有限公司（Acros LLC.），主旨是利用动态稳定技术来开发生产一种高效率、零污染的运输工具，并且开始开发新产品，计划代号叫作“姜”（Ginger）。

　　2001年2月，新的研发与制造厂在美国新罕布夏州贝福特（Bedford, New Hampshire）破土动工，并且在11月时将公司名称改为 Segway 责任有限公司，在这段期间，关于这种跨时代崭新交通概念的消息早已传遍各界，但却鲜少有人知道细节。卡门在12月3日正式公开了Segway 思维车（Segway HT）的原型车，并且声称它是人类史上第一辆能够自主平衡（Self-Balancing）的运输工具。

　　第一辆赛格威的预产车是在2002年1月推出。2月15日时，该公司所在地新罕布夏州通过州法案，允许赛格威这种电动个人辅助机动装置（EPAMD）能在该州内的路旁人行道上行驶，而透过赛格威公司的到处游说，在2002年底之前，美国共有31个州通过立法，允许EPAMD能在人行道上使用。

　　第一辆实际量产的产品，一辆序列编号022111000001的Segway HT i167正式出厂，而这辆具有纪念价值的量产车，当然很自然地变为狄恩·卡门个人的收藏。如同产品在工业概念上的创新，赛格威在销售上也采取很另类的作法，他们选择了美国的网络书店－－亚马逊书店（Amazon.com）－－作为他们第一个经销商，并且在亚马逊网站上开放前三辆量产随意车的竞标，以便筹措资金设立一个名为“科技启发与确认”（For Inspiration and Recognition of Science and Technology，FIRST）的非营利基金会，鼓励更多人投入创造发明的行列。最后，Segway HT的一号、二号与三号车分别以160,100美元、104,100美元与100,600美元的高价卖出。

　　2002年4月23日，佐治亚州的亚特兰大市政府向赛格威采购了一批新车，使得该市成为这种新运具的第一个官方使用单位，之后陆续又有许多不同等级的官方单位跟进。而2002年11月18日时，赛格威正式在亚马逊网站上进行预购活动，开始实际量产销售给一般的民众。

　　2003年1月16日，一家法国的私人运输公司凯欧利（Keolis）与Segway 公司签署协议，要在法国发展利用赛格威便利车作为大众运输工具的计划。除了在法国各地的火车站、机场设置 Segway 的出租服务点外，也包含了一个名为“氧气站”（Station Oxygène）的创新计划，这个计划预计在全法国各大城市建立一个 Segway 便利车与其他零污染交通工具的出租网络，让旅客可以用甲地租车乙地还车、只以计时定价的方式租赁适当的交通工具，来降低人员运输在都市地区所造成的空气污染问题，这也是 Segway 第一次销售到美国之外的其他国家。该公司的计划已经在2003年中时实现，第戎（Dijon）的市观光办公室是其第一个客户，开始提供到当地游玩的旅客 Segway 车作为市区游览的工具。除此之外，在巴黎的香榭丽舍大道（Champs-Elysées）、拉德芳斯（La Défense）等行人徒步区内，也可以租到 Segway 车作为徒步之外的另外一种替代。

　　2003年2月，隶属美国国防部的国防先进研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）与 Segway 签约，将15架 Segway 便利车改装成机器人移动平台（Robotic Mobility Platforms，RMP），让各相关研究机构作为一种稳定、低廉的机器人系统发展平台。不久之后，隶属美国海军、位于加州圣地牙哥的空海作战系统司令部（Space and Naval Warfare Systems Command，SPAWAR）也跟进采购了14架RMP，并且配布给各政府与大学研究单位，作为机器人研究计划的载台，是 Segway 实际应用于军事与科技发展上的衍生案例。

　　2003年10月29日，赛格威与美国大型家庭用品通路商布鲁克史东（Brookstone）达成协议，成为 Segway 第一个全国性的实体销售网，期望以实际展示让潜在消费者试期的方式，拯救 Segway 在上市初期，只透过网络邮购的虚拟销售方式而局限住的推广状态（Segway 原本预计新车在开始上市后的头一年之内应可达到5到10万辆的销售，但结果是他们在21个月内只卖出6000辆新车）。

　　2004年10月11日，Segway 发表了一辆名为“半人马号”（Segway Concept Centaur）的四轮版概念车，是第一辆四轮的赛格威车。

　　2004年11月16日，一个名为“时速10英里的美国”（America at 10 m.p.h.）、由爱好者组成的车队以全程骑乘Segway 的方式，完成了从西雅图到波士顿、横贯美洲大陆的尝试。

　　2005年3月1日，Segway 一口气发表了三种新款的衍生车型，其中包括了赛格威越野车（Cross-Terrain，XT）与高尔夫球车（Golf Transporter，GT）的特殊用途版本。

　　

草原蒙狼 · 发表于 2009-9-29 07:55:02

看看这家伙的发明你是否已经热血沸腾了呢

发明之父狄恩·卡门谈及创新的麻烦、最新的发明以及美国创新氛围的弊端

对狄恩·卡门（Dean Kamen）来说，今年因为其个人交通产品赛格威（Segway）而显得颇为不顺。
这部两轮、利用身体操纵平衡的滑板车，外型看起来像 T 字型的速克达机车，本被誉为革命性的都会车，结合陀螺仪、计算机和马达制成。但在2006年年初，卡门召回了在美国销售的24000辆塞格威，重新修正了软件上的小错误，这个问题会导致塞格威会措不及防往后倒退。但无论如何，卡门无可争辩地还是美国最著名的发明家。作为设在新罕布夏州曼彻斯特的DEKA研发公司的负责人，他正在挑战更大，更重要的项目：iBOT轮椅。这是用微机电控制的一种具有产业变革意义的轮椅，因为其在石头路面或是草坡上的行走能力, 甚或可以升至站立位置, 大大提升了使用者的心理和生理素质。以下是他和《新闻周刊》记者布莱德·斯通的对话。

斯通：先谈谈一些你的发明。轮椅iBot究竟产生了多大的影响？
卡门：这是个革命性的技术。我们给与残障人们自由。我们不断地收到他们的反馈，他们说：“这种感觉和执法者突然给某个死刑犯缓刑差不多”。轮椅上的人们能伴随着他们的伴侣一起出去，可以自如地爬坡，走一些崎岖的路段，可以方便地去餐馆，这完全改变了他们原来的生活。

斯通：塞格威是否符合你原来想要的？
卡门：太早下结论了。我当然更希望在任何地方都有行政方面的许可。我也希望价格方面能再往下走。我希望锂电池的价钱在100美元，而不是500美元。

斯通：9月，你的公司因为一个小故障开始了第二次回收。这样的决定是不是很难？
卡门：我们公司做的完全正确。我们发现了一个非常隐蔽的错误并且解决了，尽管这个错误可能在很多年之后才能暴露出来。

斯通：你怎样描述美国创新的现状？
卡门：有一小部分人们冲在最前沿，这些人做的事情能让你大吃一惊。如果你不在这个潮流的前端，你会发现难理解他们的作为，并且很难成为其中的一部分。现在不像过去人们打开汽车的引擎盖，自然而然地知道里面就是引擎。现在人们看到了新科技，如同看魔法一般。

斯通：今天有很多新发明就是个新主意，然后取得专利权，而不是去彻底实践，实现构想。你怎么看？
卡门：人们学习如何玩转专利制度无可厚非。关键我们所冒改革专利制度之险不能太大，不能走得太远。我怕我们自己正在破坏这个机制，这正如同对待运动员使用类固醇，我们的目标是把类固醇在棒球运动中消失，而不是把这个运动彻底制止。

斯通：你反对专利立法提案，如“专利改革法案”，原因何在？
卡门：这些提案会导致大公司在研发上大力投入的热情降到冰点，那些小公司或者个人也没获得风险投资商和各种资源的垂青。

斯通：你对那些商业构想(business idea)专利的看法是怎么样的，比如网上的“一键订购”？
卡门：我们得保证专利机制容纳所有非常高层次的专利申请；这些发明必须是独一无二的，而不是那些高明的技巧。

斯通：你觉得创新是否可以解决全球人口爆炸和升温问题？
卡门：我非常相信，只要通过新能源，新应用，还有更好的交流——比如让世界的基因学和蛋白质组学联合起来制造一种万能的小虫，这些小东西可以通过转换各种植物的能量成为燃料来直接提供能源。我并不认为能源将是一个问题

草原蒙狼 · 发表于 2009-9-29 08:07:43

发现、思考、创新

革命性的新轮椅给我们的启示你有创新欲望了吗

6月30日报道：人类知道怎样飞往月球，但大多数无法走路的人仍想四处走动的话，必须依赖200年之久的老技术——坐在轮椅上面。一位发明家已然断言，现在到了让坐轮椅的人顺利进入21世纪的时候了。他声称，他的轮椅可以让你想去哪里就去哪里。他对自己的绝密发明一直保守着秘密——直到现在。
　　轮椅可以带你四处走动，但是残疾人可能想去的一些地方，轮椅还是去不了。听说过“受限于轮椅”这句话吧？那实际上可想而知，轮椅正是受限于世界上一般不那么平坦易行的路面。但是，如果有人想出了一种器械，像他们说的那样，轮椅去不了的地方它都能去又会如何呢？
　　搞这种发明可能是一个人的天职，他有金钱、天赋与时间投入这样的项目。那就是像迪安·卡门这样的人。
　　他是美国最受尊敬的发明家之一。他是医学界的托马斯·爱迪生。在卡门的多项发明当中，有一种是便携式肾透析机。他早期的奇思妙想使他赚进了几百万美元，但金钱并不是促使迪安·卡门搞发明的动力。
　　“除非我相信一项方案会极大地改善很多人的生活，我才会为之全力以赴。”卡门说。
　　9年前，卡门偶见一个年轻人正费力地把自己坐着的轮椅移上马路牙子之际，就想要为他改进生活了。
5 c$ }( |. j1 Z/ i* N* ~+ D" C　　“我仅仅是关注实际上十分不合理的情况而已。”他说，“只不过在我看来，根本的问题在于这个世界还不是为坐下去高度为39英寸（合0.99米）的人们所设计的。” " }" q, G7 G7 L. S. i7 u
　　卡门考虑用革命性的新手段来解决这个老问题。要是搞不出一个会上楼的轮椅，能否做出一部像人一样会站起来并保持平衡的机器呢？
　　
　　这部非同一般的轮椅车能做什么事？
* ^ e- Q# l1 ]! r% K+ K. k　　它能爬楼梯，通过沙地，甚至能提升高度，使人够得到货架的上层。最让人兴奋的不是这辆轮椅车的技术，而是选择，即你可以从甲处到乙处去，怎么走都行。这可不是在做吸引人的试验的机动车辆，世人无法一睹其详。这辆轮椅车的制造商打算让它在外界使用，它很快就能面市了。
　　为了使其发明走进大众市场，卡门需要一个资力相当足的公司相助。于是他与强生公司取得联系。到底需要多长时间这种车才可以面市呢？
　　“我们认为在18至24个月之内。” 该公司的技术副总裁罗伯特·嘉辛博士说，“这必须经过食品药品管理局严格的批准程序。”
　　由于轮椅是一种医用设备，它必须经由美国食品与药物管理局检验。似此，轮椅车不仅像自行车或割草机，更像是一种药物了。考虑到事实上任何的失败都可能是灾难性的，卡门的工程师们对他们的新机器做了来回摆动、左右摇晃、颠簸行进、浸水行驶、剧烈撞击等等测试。
　　迪安·卡门的新轮椅能够改变世界吗？这要一直等到美国食品药物管理局批准它在实验室之外使用，它不再属于发明家个人之物的时候才能见分晓。但有一点可以肯定，他们情绪激动的感染力已经可以感受到了。
　　欲知价格多少，你可要站稳了：迪安·卡门这项发明在其上市时的价格将在2万美元左右。但是，因为它可节省定制家用坡道和寬门道，以及车用机械升降机的费用，省下的钱足以抵消所花的钱了。

草原蒙狼 · 发表于 2009-9-29 08:14:45

Not all balancing bots need to have two wheels. This contraption is called the Loony-Cycle. It was built as a design project by an English technical boarding school. It uses a gyroscopic effect to stay upright similar to a coin rolling on edge. It has two small fans that pushes the wheel from side to side using the camber of the tire to turn automatically. While the Loony-Cycle does not use a microchip for balance it is a excellent example of creative thinking.

这个很牛。

草原蒙狼 · 发表于 2009-9-29 08:18:30

轮椅革命图片

两个轮子着地，稳定性如此之好？？？

samsang · 发表于 2010-8-26 21:17:41

很强悍，很震撼的发明。

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奥运上Segway思维车 原理

奥运上Segway思维车原理