James Bruton推出3D打印全向球輪電動(dòng)自行車

2024年2月2日，南極熊獲悉，活躍于YouTube的自媒體創(chuàng)作者James Bruton最近公布了自己的最新項(xiàng)目——全向球輪電動(dòng)自行車。

△3D打印全向球輪電動(dòng)自行車渲染圖

James Bruton曾是一名玩具設(shè)計(jì)師，擅長機(jī)器人、電氣和機(jī)械工程領(lǐng)域。這款全向球輪自行車采用兩個(gè)剛性球輪保持平衡，并能夠向任何方向移動(dòng)。為了制造這輛自行車，Bruton廣泛利用了3D打印技術(shù)，特別是使用了LSB 3D Printers的1.2毫米噴嘴來制造大型結(jié)構(gòu)部件。LSB 3D Printers是一家專門提供高精度3D打印解決方案的公司。此外，他還從3D打印材料供應(yīng)商3D Fuel采購了線材，以確保這款自行車的耐用性和功能性。

△Lulzbot 3D打印機(jī)正在制造全向自行車的結(jié)構(gòu)部件

解決全向自行車工程難題

開發(fā)全向自行車項(xiàng)目面臨著巨大的工程挑戰(zhàn)，尤其是在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平衡和精確控制方面。James Bruton 通過集成三個(gè)全向輪來驅(qū)動(dòng)每個(gè)球輪，從而實(shí)現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)和前后推進(jìn)的能力。然而，初始原型遇到了車輪打滑和球輪旋轉(zhuǎn)不一致的問題。為了解決這些問題并提高穩(wěn)定性，Bruton將車輪的方向調(diào)整了90度，并且僅對其中兩個(gè)輪子提供動(dòng)力。他解釋道：“我之前從未嘗試過使用這種方向的輪子來構(gòu)建球平衡機(jī)器人，因此我認(rèn)為我們的首要任務(wù)是實(shí)際構(gòu)建它，以觀察它是否能夠正常運(yùn)作。”

△全向球輪電動(dòng)自行車的車輪

此外，為了減輕靜電對電機(jī)性能的影響，Bruton實(shí)施了接地技術(shù)。在測試運(yùn)行中，成功實(shí)現(xiàn)平衡標(biāo)志著一個(gè)重大成就，盡管仍需進(jìn)一步調(diào)整PID參數(shù)以優(yōu)化整體性能。這些調(diào)整對于確保全向球輪自行車的順暢運(yùn)行至關(guān)重要，特別是在面對各種地面條件時(shí)。

△James Bruton為全向球輪自行車提供動(dòng)力

3D打印技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵應(yīng)用

該自行車的設(shè)計(jì)和構(gòu)造涉及大量3D打印部件，這些部件不僅尺寸大而且精度高，用于支撐相隔120度的全向輪。Bruton利用選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)來制造這些復(fù)雜部件，這種方法無需昂貴的模具即可確保高精度。另外，他與一家專注于印刷電路板和增材制造的制造商PCB Way合作，以獲得對自行車結(jié)構(gòu)完整性至關(guān)重要的定制鋁制部件。

△測試全向球輪自行車

3D打印技術(shù)的使用不僅加快了原型的制作速度，還便于進(jìn)行必要的調(diào)整，從而促進(jìn)了開發(fā)過程中的迭代改進(jìn)。展望未來，Bruton計(jì)劃通過整合先進(jìn)的傳感器和響應(yīng)速度更快的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來升級自行車的電子系統(tǒng)，以進(jìn)一步提升它的平衡性和控制性能。同時(shí)，他還在著手添加車把和車座，旨在進(jìn)一步改善用戶體驗(yàn)和騎行性能。他樂觀地表示：“這將會(huì)非常棒”，并相信這款電動(dòng)自行車有潛力徹底改變個(gè)人出行方式。

通過記錄他的制作過程并在互聯(lián)網(wǎng)上享這些挑戰(zhàn)，Bruton不僅推動(dòng)了自己項(xiàng)目的進(jìn)展，還激勵(lì)了一群制造商和工程師去探索設(shè)計(jì)和技術(shù)的新領(lǐng)域。他的工作為3D打印社區(qū)提供了一個(gè)寶貴的資源，同時(shí)展示了這種技術(shù)在復(fù)雜項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用潛力。