James Bruton, bekannt für seine immer wieder genialen und außergewöhnlichen Projekte, hat sein neuestes Konzept vorgestellt: ein Omnidirektionales Bike, das auf einem innovativen Ballbalancierungssystem basiert und sich in jede Richtung bewegen kann. Dieses Projekt setzt neue Maßstäbe in der persönlichen Mobilität, indem es moderne 3D-Drucktechniken, ausgeklügelte mechanische Antriebe und fortschrittliche Steuerungssysteme kombiniert.
Evolution des Konzepts
In früheren Projekten experimentierte Bruton bereits mit verschiedenen Ansätzen, um die Richtungsfreiheit eines Elektro-Bikes zu erweitern. Zunächst wurde ein Bike mit einem Omni-Rad realisiert, später folgten Varianten mit zwei Omni-Rädern, die das seitliche Balancieren ermöglichten. Weitere Iterationen setzten auf spezielle Lüfter und schließlich auf vier mechanische Räder, um das Fahrzeug in alle Richtungen zu bewegen. Nun präsentiert James Bruton einen völlig neuen Ansatz: ein Bike, das auf zwei Kugeln balanciert – inspiriert von den starren „Walking Globes“, wie sie in Zirkus- und Jonglier-Shops erhältlich sind.
Diese Kugeln, die üblicherweise mit Sand gefüllt werden, um ihr Rollen zu verlangsamen, werden hier bewusst hohl belassen, um ihre perfekte Rundheit und optimale Rollfähigkeit zu gewährleisten. Zur Antriebskontrolle werden pro Kugel drei Omni-Wheels eingesetzt, die jeweils so ausgerichtet sind, dass sie durch ihre kleinen, rundum angeordneten Rollen seitliche Bewegungen ermöglichen. Ein besonderes Detail ist, dass die Omni-Wheels um 90° gedreht wurden, um ein schnelleres Rollen der Kugeln zu erzielen, während nur zwei der drei Räder pro Kugel angetrieben werden – das dritte dient als idler (unangetriebener Stabilisator).
Mechanik und 3D-Druckkomponenten
Das gesamte System basiert auf robusten, großformatigen 3D-Druckteilen, die mit einer 1,2 mm Düse gefertigt wurden, um besonders starke und „chunky“ Komponenten zu erzeugen. Diese Teile bilden das tragende Gerüst des Bikes und verbinden die Omni-Wheels, Antriebsplatten und weiteren mechanischen Elemente. Feinere Komponenten, die präzise Toleranzen erfordern – beispielsweise zur Aufnahme von Lagern – werden mit einer dünneren Düse gedruckt.
Die Omni-Wheel-Assemblies, bei denen die kleinen Rollen eine gleitende und gleichzeitig rollende Bewegung ermöglichen, sind in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet. Dieses Design erlaubt nicht nur seitliche Bewegungen, sondern auch eine gezielte Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, die durch das Drehen einzelner Räder in entgegengesetzte Richtungen realisiert wird.
Antriebssystem und elektronische Steuerung
Leistungsstarke Motorik
Im Kern des Antriebssystems stehen vier hochwertige Motoren (8325-Modelle), die zusammen mit den ODrive S1 Controllern präzise angesteuert werden. Jeder Motor ist auf einer stabilen, 3D-gedruckten Montageplatte befestigt und über Zahnriemen mit den Omni-Wheels verbunden. Das Getriebesystem sorgt dafür, dass – unter Berücksichtigung des Kugeldurchmessers – eine angemessene Übersetzung erreicht wird, die sowohl ausreichend Anlaufdrehmoment als auch hohe Geschwindigkeiten ermöglicht.
Elektronik und Sensorik
Das Steuerungssystem ist ein weiteres Highlight des Projekts. Eine zentrale Elektronikeinheit, basierend auf einem Teensy 4.1 mit integriertem CAN-Transceiver, koordiniert die Motoren und verarbeitet kontinuierlich Daten eines hochpräzisen Inertialsensors (IMU) von Sparkfun. Diese Sensorik ist entscheidend, um die Balance des Bikes zu halten – ähnlich einem Segway oder Hoverboard – und um durch die dynamische Anpassung der PID-Regler (Proportional-Integral-Differential) eine stabile Fahrt zu gewährleisten.
Benutzersteuerung und Interaktion
Die innovative Bedienung erfolgt über zwei separate Twist-Grips, die in das Lenksystem integriert sind. Ein Twist-Grip steuert das „Lean-to-Steer“-Prinzip, bei dem eine Neigung des Bikes in eine Kurve eintritt, während der andere die „Steer-to-Lean“-Funktion übernimmt. Zusammen ermöglichen diese Bedienelemente, dass das Bike in Kurven stabil bleibt und sich flüssig in alle Richtungen bewegt. Ergänzt wird das System durch eine maßgeschneiderte elektronische Benutzeroberfläche, die Echtzeitdaten zu Drehzahl, Stromverbrauch und Ausrichtung liefert und so eine präzise Feinabstimmung der Reglerparameter ermöglicht.
Rahmenbau und Integration von Aluminiumkomponenten
Anstelle eines starren Stahlrahmens kommt ein modulares System aus 4040 T-Slot-Aluminiumextrusionen zum Einsatz. Diese bieten nicht nur eine hohe Stabilität, sondern auch Flexibilität, sodass spätere Anpassungen und Erweiterungen problemlos möglich sind. Individuell angefertigte Aluminiumplatten, die über einen Dienstleister wie PCBWay hergestellt werden, verbinden die 3D-gedruckten Komponenten mit der extrudierten Struktur. Durch die Verwendung von TE-Nuts und passgenauen Bolzen entsteht ein robuster, dennoch leicht anpassbarer Rahmen, der das gesamte System zusammenhält.
Testphase und erste Ergebnisse
Nach umfangreicher Montage und Integration aller mechanischen, elektronischen und softwareseitigen Komponenten wurde das Omnidirektionale Bike in einer kontrollierten Testumgebung in Betrieb genommen. Erste Versuche zeigten, dass das System in der Lage ist, stabil über den Kugeln zu balancieren und sich in alle Richtungen zu bewegen. Die Motoren, betrieben mit 50 Volt, liefern ein hohes Anlaufdrehmoment, während die präzise Ausrichtung der Omni-Wheels für ausreichende Traktion sorgt.
Erste Tests deuten darauf hin, dass trotz leichter Herausforderungen – wie gelegentlichem Schlupf der Räder und minimalen Abweichungen in der Ausrichtung – das Gesamtsystem eine solide Grundlage für zukünftige Entwicklungen bildet. Die komplexe Steuerung der Balance, unterstützt durch die innovativen Twist-Grips, ermöglicht ein Fahrverhalten, das sich deutlich von herkömmlichen Fahrrädern unterscheidet und den Weg für eine völlig neue Form der persönlichen Mobilität ebnet.
Fazit: Ein visionärer Schritt in die Zukunft der Mobilität
James Bruton beweist erneut, warum er als einer der innovativsten Köpfe im Bereich des 3D-Drucks und der Robotik gilt. Mit seinem neuesten Omnidirektionalen Bike kombiniert er modernste 3D-Drucktechniken, ausgeklügelte Mechanik und fortschrittliche elektronische Steuerung, um ein Fahrzeug zu entwickeln, das sich in jede Richtung bewegen und dabei ein hohes Maß an Balance aufrechterhalten kann.
Dieses Projekt ist nicht nur ein technisches Meisterwerk, sondern auch ein inspirierendes Beispiel dafür, wie interdisziplinäres Engineering und kreative Problemlösungen die Grenzen der konventionellen Mobilität sprengen können. 3D make präsentiert mit diesem Artikel ein beeindruckendes Beispiel für den Fortschritt in der additiven Fertigung und lädt alle Technikbegeisterten dazu ein, sich von der Innovationskraft und dem Pioniergeist von James Bruton inspirieren zu lassen. Die Zukunft der Mobilität hat begonnen – und sie rollt in alle Richtungen!
