In de kern combineert een Segway geavanceerde sensoren, een realtime besturingssysteem en uiterst nauwkeurige motoren. In dit artikel wordt elk onderdeel ontleed.

Het hart van het systeem bestaat uit een drietal gyroscopische sensoren. Een traditionele gyroscoop maakt gebruik van een spinnewiel in een stijf frame; het wiel is bestand tegen extern koppel, waardoor het voertuig kantel- en hoeksnelheid kan detecteren. In de praktijk houdt een draaiend wiel zijn as stabiel en wordt elke uitgeoefende kracht verdeeld over de omtrek van het wiel, waardoor externe verstoringen effectief worden geëlimineerd. (Voor een diepere duik, zie Hoe gyroscopen werken .)

Omdat het draaiende wiel vast zit ten opzichte van het frame van het voertuig, kan het systeem de helling (naar voren of naar achteren kantelen) en rollen (naar links of rechts kantelen) van de Segway meten. Deze nauwkeurige gegevens zijn essentieel voor het bewaren van het evenwicht.

Traditionele mechanische gyroscopen zouden voor een draagbaar voertuig omvangrijk en onderhoudsintensief zijn. In plaats daarvan maakt Segways gebruik van een solid-state siliciumgyroscoop die het Coriolis-effect op microscopische schaal exploiteert. Het Coriolis-effect beschrijft hoe een bewegend object lijkt af te buigen wanneer het wordt waargenomen vanuit een roterend referentiekader, vergelijkbaar met hoe een vliegtuig lijkt te draaien omdat de aarde eronder draait.

Een typische siliciumgyroscoop bestaat uit een microgefabriceerde plaat die op een steun is gemonteerd. Een elektrostatische stroom drijft deeltjes op de plaat aan, waardoor een voorspelbaar trillingspatroon ontstaat. Wanneer het apparaat om zijn as draait, verschuiven de deeltjes ten opzichte van de plaat, waardoor de trillingsamplitude verandert in verhouding tot de rotatiesnelheid. De sensor registreert deze verandering en stuurt de gegevens door naar de boordcomputer, waardoor realtime detectie van hoekbewegingen mogelijk wordt. Voor meer technische details, bekijk solid-state silicium gyroscopen .

De Segway HT integreert vijf gyroscopische sensoren; drie zijn voldoende voor detectie van voorwaartse/achterwaartse pitch en links/rechts rollen, terwijl de extra eenheden redundantie bieden om de betrouwbaarheid te vergroten. Als aanvulling op de gyroscopen zijn er twee met elektrolyten gevulde kantelsensoren die het vestibulaire systeem van het binnenoor nabootsen en de oriëntatie ten opzichte van de zwaartekracht bepalen op basis van de kanteling van het vloeistofoppervlak.

Alle sensoruitgangen worden ingevoerd in de dual-board besturingsarchitectuur van het voertuig. Twee printplaten, elk met een cluster microprocessors, beheren het systeem. De Segway herbergt in totaal tien microprocessors, die ongeveer drie keer zoveel rekenkracht leveren als een standaard desktop-pc. De opstelling met twee borden biedt fouttolerantie:als één bord defect raakt, neemt de andere het over, waarschuwt de rijder en initieert een veilige uitschakeling.

Een dergelijk rekenvermogen is vereist voor de stabiliteitslogica van de Segway. De controllers bemonsteren sensorgegevens op ~100 Hz en voeren geavanceerde algoritmen uit die de motorsnelheden aanpassen om elke afwijking van de verticaal tegen te gaan. De elektromotoren, aangedreven door nikkel-metaalhydride (NiMH) of lithium-ion (Li-Ion) batterijen, kunnen elk wiel onafhankelijk met variabele snelheid laten draaien.

Wanneer het voertuig naar voren leunt, versnellen beide motoren naar voren om de kanteling te compenseren. Omgekeerd veroorzaakt een achterwaartse leuning een omgekeerde beweging. Het sturen wordt bereikt door verschillende wielsnelheden of tegengesteld draaiende wielen, waardoor de Segway naar links of rechts kan draaien.

Hoewel de Segway misschien niet kan wedijveren met de transformerende impact van internet, vertegenwoordigt de techniek ervan een opmerkelijke convergentie van natuurkunde, elektronica en software – een voorbeeld van hoe multidisciplinaire expertise een zeer betrouwbare, zelfbalancerende transportoplossing kan opleveren.