Costruire una One-Ball Bike di James Bruton con movimento omnidirezionale

James Bruton ha sviluppato un prototipo di bicicletta con bilanciamento a sfera singola in grado di muoversi in qualsiasi direzione mantenendo la stabilità. Progettazione inclusa ruote omnidirezionali personalizzate Con anima in alluminio e 216 cuscinetti, consente un movimento multidirezionale fluido anche sotto carico pesante. Il progetto si basa sulla precedente bici a due sfere ed evidenzia le sfide attuali, come il miglioramento della precisione dello sterzo e il mantenimento di una stabilità costante durante il funzionamento.

Imparerai ad andare in bicicletta Sistema di trasmissione diretta a cinghiaAlimentato da motori brushless, Omni-assicura un efficiente trasferimento di potenza alle ruote. La guida esplora anche l’elettronica avanzata, incluso il microcontrollore TNC 4.1 e il controller PID, che controllano il bilanciamento e il feedback. Inoltre, include l’uso di materiali come l’alluminio e il Polymax PLA stampato in 3D, che si combinano per creare una struttura leggera ma resistente per un uso costante.

Bicicletta omnidirezionale a sfera singola

Come funziona: design e meccanica

Al centro di questo progetto c’è un sistema di bilanciamento a sfera singola, che consente alla bici di mantenere la stabilità e muoversi senza problemi in qualsiasi direzione. Ciò è ottenuto attraverso una combinazione di componenti innovativi, ognuno dei quali contribuisce alle capacità uniche della bici:

• Omni-Ruote personalizzate: Queste ruote con nucleo in alluminio e 216 cuscinetti sono progettate per favorire movimenti fluidi e multidirezionali garantendo al tempo stesso la durata sotto carichi significativi.
• Sistema di trasmissione diretta a cinghia: Alimentato da motori brushless, questo sistema fornisce un efficiente trasferimento di potenza alle ruote omnidirezionali, consentendo un controllo preciso e reattivo.
• Telaio leggero: Costruito con estrusioni di alluminio 40/40, il telaio modulare offre rigidità e adattabilità, supportando il ciclista e i componenti e consentendo facili regolazioni durante le fasi di test.

Questa combinazione di componenti crea una piattaforma in grado di bilanciarsi e muoversi in qualsiasi direzione. Tuttavia, presenta anche sfide uniche, in particolare nel funzionamento in condizioni dinamiche e nel mantenimento di una stabilità costante.

Superare le sfide: operazioni e sostenibilità

La progettazione di una bici a sfera singola presenta sfide significative, in particolare nell’area dello sterzo. A differenza delle biciclette tradizionali, che si affidano al manubrio per il controllo direzionale, questo design richiede una soluzione alternativa per ottenere una manovrabilità precisa. Bruton ha esplorato una serie di approcci non convenzionali, tra cui:

• Superfici di controllo del volo: Questi componenti manipolano la resistenza dell’aria per influenzare la direzione della bicicletta, offrendo un nuovo metodo di sterzata.
• Piuma di schiuma: Grandi strutture in schiuma vengono utilizzate per creare resistenza, favorendo il controllo direzionale. Sebbene promettenti, richiedono un ulteriore perfezionamento per garantire prestazioni costanti e affidabili.

Un’altra sfida significativa è l’effetto dell’elettricità statica, che può interferire con la sensibile elettronica della bicicletta. Per risolvere questo problema, Bruton ha applicato uno spray schermante al nichel per proteggere i componenti chiave dalle interferenze elettriche. Inoltre, mantenere l’equilibrio del ciclista sulla palla è essenziale per la stabilità, che richiede una calibrazione precisa del baricentro della bici e dei sistemi di controllo.

Costruzione di bici omnidirezionale a sfera singola

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Elettronica: il cervello della moto

L’elettronica avanzata della bici funge da base per l’equilibrio e la capacità di muoversi in modo efficace. Questi sistemi lavorano all’unisono per garantire stabilità e reattività anche in condizioni dinamiche. I componenti principali includono:

• Microcontrollore TNC 4.1: Questo dispositivo, abbinato a un’unità di misurazione inerziale (IMU), monitora continuamente l’orientamento della bicicletta e regola la potenza del motore per mantenere l’equilibrio.
• Regolatore PID: Un controller proporzionale-integrale-derivativo mette a punto l’equilibrio della bici gestendo rollio e beccheggio, garantendo un funzionamento regolare e stabile.
• Ingresso dell’utente: I controlli con impugnatura girevole consentono al ciclista di spostarsi in avanti, indietro e lateralmente. Bruton ha anche suggerito che l’inclinazione potrebbe fornire un metodo di guida più intuitivo nelle iterazioni future.

Questi sistemi elettronici sono parte integrante della funzionalità della bici, consentendole di rispondere dinamicamente ai cambiamenti nella posizione del ciclista e alle forze esterne.

Materiali e costruzione

L’approccio di Bruton alla costruzione enfatizza l’equilibrio tra efficienza dei costi e integrità strutturale. Combinando materiali avanzati con tecniche di produzione innovative, hanno creato un prototipo robusto e adattabile. Gli ingredienti principali includono:

• Componenti PLA Polymax stampati in 3D: Queste parti leggere e personalizzabili sono ideali per la prototipazione, consentendo tolleranze precise e iterazione rapida.
• Componenti in alluminio: Utilizzato per elementi strutturali critici come il telaio e il nucleo della ruota integrale, l’alluminio fornisce la resistenza e la durata necessarie per supportare il ciclista e resistere alle forze dinamiche.

Questo approccio di fabbricazione ibrido consente a Bruton di sperimentare diversi progetti mantenendo l’integrità strutturale richiesta per i test nel mondo reale.

testare e visualizzare

I test iniziali hanno dimostrato la capacità della bicicletta di mantenere l’equilibrio e di manovrare efficacemente in un ambiente controllato. Il sistema a sfera singola mantiene con successo la stabilità anche se sottoposto a forze dinamiche generate dal movimento del ciclista. Tuttavia, lo sterzo rimane una sfida, con i meccanismi esistenti come le ali in schiuma che richiedono un ulteriore perfezionamento per raggiungere il livello desiderato di controllo e feedback.

Bruton sottolinea inoltre l’importanza di ottimizzare i sistemi elettronici della moto per migliorare le prestazioni complessive. Mettendo a punto gli algoritmi di controllo e affrontando problemi come l’interferenza dell’elettricità statica, mirano ad aumentare la stabilità e l’usabilità della bici nelle iterazioni future.

Cosa c’è dopo: miglioramenti futuri

Man mano che il progetto avanza, Bruton ha identificato diverse aree chiave da migliorare per migliorare la funzionalità della bicicletta e l’esperienza dell’utente:

• Meccanismo operativo: Sviluppare metodi di controllo direzionale più intuitivi e affidabili, incorporando potenzialmente l’inclinazione o altri input dell’utente.
• Mitigazione dell’elettricità statica: Protezione aggiuntiva dei componenti elettronici sensibili per prevenire interferenze e garantire prestazioni costanti.
• Miglioramenti ergonomici: Sono state aggiunte caratteristiche come manubrio, pedane e una migliore disposizione dei sedili per migliorare il comfort e l’utilità del pilota.
• Ottimizzazione della stabilità elettronica: Perfezionamento dei sistemi di controllo per ottenere un funzionamento più fluido e reattivo in diverse condizioni.

Questi miglioramenti pianificati riflettono l’impegno di Bruton a superare i limiti di ciò che è possibile nel trasporto personale, con l’obiettivo finale di creare un veicolo omnidirezionale pratico e versatile.

Una visione per il futuro della mobilità

La bici one-ball di James Bruton rappresenta un risultato notevole in termini di ingegneria e design. Combinando creatività e tecnologia innovativa, Bruton ha sviluppato un prototipo che sfida le nozioni tradizionali di trasporto personale. Sebbene permangano sfide significative, questo progetto testimonia il potenziale dell’ingegneria innovativa nel ridefinire le soluzioni di mobilità. Man mano che i miglioramenti continuano, una ball bike potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni e progressi, offrendo uno sguardo al futuro dei veicoli omnidirezionali.

Credito mediatico: Giacomo Brutone

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