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標題: 奧運上Segway思維車原理 [打印本頁]

作者: 草原蒙狼 時間: 2009-9-29 07:50
標題: 奧運上Segway思維車原理
Segway 思維車（中文翻譯：賽格威思維車）是一種電力驅動、具有自我平衡能力的個人用運輸載具，是都市用交通工具的一種。由美國發明家狄恩·卡門（Dean Kamen）與他的DEKA研發公司（DEKA Research and Development Corp.）團隊發明設計，并創立賽格威責任有限公司（Segway LLC.）。

簡介

由于Segway 思維車是一種前所未見的嶄新交通工具，因此很難用傳統的分類方式定義它的種類。有人認為Segway 思維車應該是一種雙輪版的單輪車（Unicycle），有人認為它應該是動力滑板車（Stand-up Scooter）的一種，但它是單軸雙輪設計，與雙軸雙輪的傳統滑板車有些不同。而在某些比較正式的場合（例如官方的道路法規）中，Segway 思維車這種交通工具又被稱作“電動個人輔助機動裝置”（Electric Personal Assistive Mobility Device, EPAMD），俗稱電動代步車。
segway 賽格威思維車攝位車

　　Segway 思維車產品的中文名稱名稱“賽格威”思維車，segway 起源于英文單字“Segue”，意指“流暢平順地走”，用來形容這種交通工具可以讓人們騎著在都市里面毫無障礙地移動。

　　該自動平衡單腳滑行設備在未與公眾見面之前一直被稱為“活力產品（Ginger）”和“信息技術(It)”。卡門相信它有潛力縮短行程，代替汽車，改變城市觀光前景。

　　首先，使用者要雙腳站在由兩個輪子支撐的平板上，抓牢類似自行車的手柄。然后學會如何前后移動滑行車，以及轉動手柄來旋轉方向。該車裝有雙輪，由陀螺儀操控，其寬度不超過普通成年人的肩寬，重為80磅，電池驅動。該車在操作時不需要剎車裝置或者節流桿，當駕駛者身體前傾時，機車前進；當駕駛者身體直立時，機車停止。Segway 思維車運用動態平衡的原理，當身體移動時，動作中的重心會不斷改變，并達到平衡。就如同人體站立前傾時會失去平衡，但人體天生的平衡器官會告知大腦這一情形，并由大腦下達移動腳步的指令以維持平衡。Segway用輪子取代了腳的功能，復制了人類高精密的平衡動作。Segway 思維車使用費用低廉，移動安靜便利，其動力來源為兩組鎳氫充電電池，并配備有電子式充電系統，充滿電平均的續航力在16公里以上。有人把它稱作“塞格威人力運輸單腳滑行車”，有人稱作“Segway人類運輸機”，一些美國人和媒體統一把它簡稱為 Segway 思維車。

原理

Segway 思維車的運作原理主要是建立在一種被稱為“動態穩定”（Dynamic Stabilization）的基本原理上，也就是車輛本身的自動平衡能力。以內置的精密固態陀螺儀（Solid-State Gyroscopes）來判斷車身所處的姿勢狀態，透過精密且高速的中央微處理器計算出適當的指令后，驅動馬達來做到平衡的效果。假設我們以站在車上的駕駛人與車輛的總體重心縱軸作為參考線。當這條軸往前傾斜時，賽格威車身內的內置電動馬達會產生往前的力量，一方面平衡人與車往前傾倒的扭矩，一方面產生讓車輛前進的加速度，相反的，當陀螺儀發現駕駛人的重心往后傾時，也會產生向后的力量達到平衡效果。因此，駕駛人只要改變自己身體的角度往前或往后傾，賽格威就會根據傾斜的方向前進或后退，而速度則與駕駛人身體傾斜的程度呈正比。原則上，只要賽格威有正確打開電源且能保持足夠運作的電力，車上的人就不用擔心有傾倒跌落的可能，這與一般需要靠駕駛人自己進行平衡的滑板車等交通工具大大不同。

segway 賽格威思維車攝位車

　　如果以第一款 Segway 產品，Segway隨意車（Segway HT，HT是Human Transporter、人類運輸器的縮寫）為例，這輛車上裝置了五個固態陀螺儀。事實上，車輛只需要三個陀螺儀就可以完全掌控車身的前后傾與側傾程度，因此多出的兩個陀螺儀其實是用來確保行車安全的備用裝置。車輛的能量來源是兩個鎳氫（NiMH）充電電池，較后期的車款上也可以選配蓄電量更大的鋰充電電池。除了前后傾修正與前進后退外，賽格威的轉向可透過兩種不同的方式達到，其中一種是如同大部分的腳踏車類或摩托車類交通工具一般，駕駛人在車輛持續前進（或者后退，這就是只有賽格威辦得到的動作）的狀態中將自己的身體重心往左右傾斜，利用自身重量所產生、與車身縱軸垂直的分量，作為轉彎時的向心力而達到轉向的目的。除此之外駕駛人也可以扭轉賽格威的龍頭（把手）部份，使車輛左右兩個車輪產生轉速差，例如當龍頭向左轉時，右輪的轉速會比左輪快，達到向左轉的效果。必要時，賽格威甚至可以做出一輪向前一輪向后的動作，達到原地轉向的效果，因此大幅提升這種交通工具的機動性。因為這種高度的機動性，再加上玻璃纖維材料制成的車輪，其踏面面積其實不比人類的雙腳大上多少，因此理論上賽格威可以到達得了人類所能走到的大部分地方，甚至包括路邊的人行道或落差不會太大的階梯（雖然部分地區的交通法規，禁止賽格威在這類地點行駛）。

有必要介紹一下背景，對喜歡玩新玩意創新的人有所啟發大公司玩制造，小公司玩創新

Segway 思維車的誕生源起，最早是起因于迪恩·卡門的DEKA與美國大型醫療器材生產商嬌生（Johnson & Johnson）的子公司獨立科技（Independence Technology）所合作開發的一種自動平衡式動力輪椅－－iBOT。卡門觀察人類走路的姿勢特性，領悟到其實人類之所以可以平穩地直立行走，是因為體內靈敏的平衡器官可以精確地判斷出身體重心的改變量，透過小腦的即時反應，然后利用腿部的肌肉即時出力來平衡傾倒的態勢。所以當人類的身體前傾時，這種不自主的反應會促使人類伸出其中的一只腳往前踩來平衡身體，所以透過這種前傾、往前踏腳、前傾、往前踏腳的動作循環，即構成了“步行”這種動作。因此卡門嘗試使用精密的陀螺儀來代替人類的前庭與耳蝸等平衡器官，以電動馬達與車輪代替人類的雙腳，發展出所謂的“動態穩定”概念，并且由嬌生獲得這種技術在醫療領域商業銷售的專利權，成立獨立科技來銷售iBOT。

　　有別于專門提供給殘障或老弱人士使用、價位高昂的動力輪椅，卡門進一步想到，如果將一樣的理念拿給行動正常的一般人使用未嘗不可，于是開始有了賽格威的誕生概念。1999年7月27日卡門創立了雅克羅責任有限公司（Acros LLC.），主旨是利用動態穩定技術來開發生產一種高效率、零污染的運輸工具，并且開始開發新產品，計劃代號叫作“姜”（Ginger）。

　　2001年2月，新的研發與制造廠在美國新罕布夏州貝福特（Bedford, New Hampshire）破土動工，并且在11月時將公司名稱改為 Segway 責任有限公司，在這段期間，關于這種跨時代嶄新交通概念的消息早已傳遍各界，但卻鮮少有人知道細節。卡門在12月3日正式公開了Segway 思維車（Segway HT）的原型車，并且聲稱它是人類史上第一輛能夠自主平衡（Self-Balancing）的運輸工具。

　　第一輛賽格威的預產車是在2002年1月推出。2月15日時，該公司所在地新罕布夏州通過州法案，允許賽格威這種電動個人輔助機動裝置（EPAMD）能在該州內的路旁人行道上行駛，而透過賽格威公司的到處游說，在2002年底之前，美國共有31個州通過立法，允許EPAMD能在人行道上使用。

　　第一輛實際量產的產品，一輛序列編號022111000001的Segway HT i167正式出廠，而這輛具有紀念價值的量產車，當然很自然地變為狄恩·卡門個人的收藏。如同產品在工業概念上的創新，賽格威在銷售上也采取很另類的作法，他們選擇了美國的網絡書店－－亞馬遜書店（Amazon.com）－－作為他們第一個經銷商，并且在亞馬遜網站上開放前三輛量產隨意車的競標，以便籌措資金設立一個名為“科技啟發與確認”（For Inspiration and Recognition of Science and Technology，FIRST）的非營利基金會，鼓勵更多人投入創造發明的行列。最后，Segway HT的一號、二號與三號車分別以160,100美元、104,100美元與100,600美元的高價賣出。

　　2002年4月23日，佐治亞州的亞特蘭大市政府向賽格威采購了一批新車，使得該市成為這種新運具的第一個官方使用單位，之后陸續又有許多不同等級的官方單位跟進。而2002年11月18日時，賽格威正式在亞馬遜網站上進行預購活動，開始實際量產銷售給一般的民眾。

　　2003年1月16日，一家法國的私人運輸公司凱歐利（Keolis）與Segway 公司簽署協議，要在法國發展利用賽格威便利車作為大眾運輸工具的計劃。除了在法國各地的火車站、機場設置 Segway 的出租服務點外，也包含了一個名為“氧氣站”（Station Oxygène）的創新計劃，這個計劃預計在全法國各大城市建立一個 Segway 便利車與其他零污染交通工具的出租網絡，讓旅客可以用甲地租車乙地還車、只以計時定價的方式租賃適當的交通工具，來降低人員運輸在都市地區所造成的空氣污染問題，這也是 Segway 第一次銷售到美國之外的其他國家。該公司的計劃已經在2003年中時實現，第戎（Dijon）的市觀光辦公室是其第一個客戶，開始提供到當地游玩的旅客 Segway 車作為市區游覽的工具。除此之外，在巴黎的香榭麗舍大道（Champs-Elysées）、拉德芳斯（La Défense）等行人徒步區內，也可以租到 Segway 車作為徒步之外的另外一種替代。

　　2003年2月，隸屬美國國防部的國防先進研究計劃署（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）與 Segway 簽約，將15架 Segway 便利車改裝成機器人移動平臺（Robotic Mobility Platforms，RMP），讓各相關研究機構作為一種穩定、低廉的機器人系統發展平臺。不久之后，隸屬美國海軍、位于加州圣地牙哥的空海作戰系統司令部（Space and Naval Warfare Systems Command，SPAWAR）也跟進采購了14架RMP，并且配布給各政府與大學研究單位，作為機器人研究計劃的載臺，是 Segway 實際應用于軍事與科技發展上的衍生案例。

　　2003年10月29日，賽格威與美國大型家庭用品通路商布魯克史東（Brookstone）達成協議，成為 Segway 第一個全國性的實體銷售網，期望以實際展示讓潛在消費者試期的方式，拯救 Segway 在上市初期，只透過網絡郵購的虛擬銷售方式而局限住的推廣狀態（Segway 原本預計新車在開始上市后的頭一年之內應可達到5到10萬輛的銷售，但結果是他們在21個月內只賣出6000輛新車）。

　　2004年10月11日，Segway 發表了一輛名為“半人馬號”（Segway Concept Centaur）的四輪版概念車，是第一輛四輪的賽格威車。

　　2004年11月16日，一個名為“時速10英里的美國”（America at 10 m.p.h.）、由愛好者組成的車隊以全程騎乘Segway 的方式，完成了從西雅圖到波士頓、橫貫美洲大陸的嘗試。

　　2005年3月1日，Segway 一口氣發表了三種新款的衍生車型，其中包括了賽格威越野車（Cross-Terrain，XT）與高爾夫球車（Golf Transporter，GT）的特殊用途版本。

　　

作者: 草原蒙狼 時間: 2009-9-29 07:55
看看這家伙的發明你是否已經熱血沸騰了呢

發明之父狄恩·卡門談及創新的麻煩、最新的發明以及美國創新氛圍的弊端

對狄恩·卡門（Dean Kamen）來說，今年因為其個人交通產品賽格威（Segway）而顯得頗為不順。
這部兩輪、利用身體操縱平衡的滑板車，外型看起來像 T 字型的速克達機車，本被譽為革命性的都會車，結合陀螺儀、計算機和馬達制成。但在2006年年初，卡門召回了在美國銷售的24000輛塞格威，重新修正了軟件上的小錯誤，這個問題會導致塞格威會措不及防往后倒退。但無論如何，卡門無可爭辯地還是美國最著名的發明家。作為設在新罕布夏州曼徹斯特的DEKA研發公司的負責人，他正在挑戰更大，更重要的項目：iBOT輪椅。這是用微機電控制的一種具有產業變革意義的輪椅，因為其在石頭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質。以下是他和《新聞周刊》記者布萊德·斯通的對話。

斯通：先談談一些你的發明。輪椅iBot究竟產生了多大的影響？
卡門：這是個革命性的技術。我們給與殘障人們自由。我們不斷地收到他們的反饋，他們說：“這種感覺和執法者突然給某個死刑犯緩刑差不多”。輪椅上的人們能伴隨著他們的伴侶一起出去，可以自如地爬坡，走一些崎嶇的路段，可以方便地去餐館，這完全改變了他們原來的生活。

斯通：塞格威是否符合你原來想要的？
卡門：太早下結論了。我當然更希望在任何地方都有行政方面的許可。我也希望價格方面能再往下走。我希望鋰電池的價錢在100美元，而不是500美元。

斯通：9月，你的公司因為一個小故障開始了第二次回收。這樣的決定是不是很難？
卡門：我們公司做的完全正確。我們發現了一個非常隱蔽的錯誤并且解決了，盡管這個錯誤可能在很多年之后才能暴露出來。

斯通：你怎樣描述美國創新的現狀？
卡門：有一小部分人們沖在最前沿，這些人做的事情能讓你大吃一驚。如果你不在這個潮流的前端，你會發現難理解他們的作為，并且很難成為其中的一部分。現在不像過去人們打開汽車的引擎蓋，自然而然地知道里面就是引擎。現在人們看到了新科技，如同看魔法一般。

斯通：今天有很多新發明就是個新主意，然后取得專利權，而不是去徹底實踐，實現構想。你怎么看？
卡門：人們學習如何玩轉專利制度無可厚非。關鍵我們所冒改革專利制度之險不能太大，不能走得太遠。我怕我們自己正在破壞這個機制，這正如同對待運動員使用類固醇，我們的目標是把類固醇在棒球運動中消失，而不是把這個運動徹底制止。

斯通：你反對專利立法提案，如“專利改革法案”，原因何在？
卡門：這些提案會導致大公司在研發上大力投入的熱情降到冰點，那些小公司或者個人也沒獲得風險投資商和各種資源的垂青。

斯通：你對那些商業構想(business idea)專利的看法是怎么樣的，比如網上的“一鍵訂購”？
卡門：我們得保證專利機制容納所有非常高層次的專利申請；這些發明必須是獨一無二的，而不是那些高明的技巧。

斯通：你覺得創新是否可以解決全球人口爆炸和升溫問題？
卡門：我非常相信，只要通過新能源，新應用，還有更好的交流——比如讓世界的基因學和蛋白質組學聯合起來制造一種萬能的小蟲，這些小東西可以通過轉換各種植物的能量成為燃料來直接提供能源。我并不認為能源將是一個問題

作者: 草原蒙狼 時間: 2009-9-29 08:07
發現、思考、創新

革命性的新輪椅給我們的啟示你有創新欲望了嗎

6月30日報道：人類知道怎樣飛往月球，但大多數無法走路的人仍想四處走動的話，必須依賴200年之久的老技術——坐在輪椅上面。一位發明家已然斷言，現在到了讓坐輪椅的人順利進入21世紀的時候了。他聲稱，他的輪椅可以讓你想去哪里就去哪里。他對自己的絕密發明一直保守著秘密——直到現在。
　　輪椅可以帶你四處走動，但是殘疾人可能想去的一些地方，輪椅還是去不了。聽說過“受限于輪椅”這句話吧？那實際上可想而知，輪椅正是受限于世界上一般不那么平坦易行的路面。但是，如果有人想出了一種器械，像他們說的那樣，輪椅去不了的地方它都能去又會如何呢？
　　搞這種發明可能是一個人的天職，他有金錢、天賦與時間投入這樣的項目。那就是像迪安·卡門這樣的人。
　　他是美國最受尊敬的發明家之一。他是醫學界的托馬斯·愛迪生。在卡門的多項發明當中，有一種是便攜式腎透析機。他早期的奇思妙想使他賺進了幾百萬美元，但金錢并不是促使迪安·卡門搞發明的動力。
　　“除非我相信一項方案會極大地改善很多人的生活，我才會為之全力以赴。”卡門說。
　　9年前，卡門偶見一個年輕人正費力地把自己坐著的輪椅移上馬路牙子之際，就想要為他改進生活了。; a: E) ]* N5 J; k) ~9 t3 y
　　“我僅僅是關注實際上十分不合理的情況而已。”他說，“只不過在我看來，根本的問題在于這個世界還不是為坐下去高度為39英寸（合0.99米）的人們所設計的。” 9 K. _% s0 {( J! a- X( v/ r
　　卡門考慮用革命性的新手段來解決這個老問題。要是搞不出一個會上樓的輪椅，能否做出一部像人一樣會站起來并保持平衡的機器呢？
　　
　　這部非同一般的輪椅車能做什么事？
! a! ?" R) P$ `* R2 ]　　它能爬樓梯，通過沙地，甚至能提升高度，使人夠得到貨架的上層。最讓人興奮的不是這輛輪椅車的技術，而是選擇，即你可以從甲處到乙處去，怎么走都行。這可不是在做吸引人的試驗的機動車輛，世人無法一睹其詳。這輛輪椅車的制造商打算讓它在外界使用，它很快就能面市了。
　　為了使其發明走進大眾市場，卡門需要一個資力相當足的公司相助。于是他與強生公司取得聯系。到底需要多長時間這種車才可以面市呢？
　　“我們認為在18至24個月之內。” 該公司的技術副總裁羅伯特·嘉辛博士說，“這必須經過食品藥品管理局嚴格的批準程序。”
　　由于輪椅是一種醫用設備，它必須經由美國食品與藥物管理局檢驗。似此，輪椅車不僅像自行車或割草機，更像是一種藥物了。考慮到事實上任何的失敗都可能是災難性的，卡門的工程師們對他們的新機器做了來回擺動、左右搖晃、顛簸行進、浸水行駛、劇烈撞擊等等測試。
　　迪安·卡門的新輪椅能夠改變世界嗎？這要一直等到美國食品藥物管理局批準它在實驗室之外使用，它不再屬于發明家個人之物的時候才能見分曉。但有一點可以肯定，他們情緒激動的感染力已經可以感受到了。
　　欲知價格多少，你可要站穩了：迪安·卡門這項發明在其上市時的價格將在2萬美元左右。但是，因為它可節省定制家用坡道和寬門道，以及車用機械升降機的費用，省下的錢足以抵消所花的錢了。

作者: 草原蒙狼 時間: 2009-9-29 08:14

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.

這個很牛。

作者: 草原蒙狼 時間: 2009-9-29 08:18
輪椅革命圖片

兩個輪子著地，穩定性如此之好？？？

作者: samsang 時間: 2010-8-26 21:17
很強悍，很震撼的發明。

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