Якщо ви думали, що велосипед — це два колеса, кермо і педалі, то Джеймс Бртон з каналу James Bruton має для вас погані новини. Або дуже гарні — залежно від того, як ви ставитесь до абсурдно геніальних інженерних проектів. Його новий велосипед балансує на двох циркових кулях, які крутяться в будь-якому напрямку. І на цьому можна їздити.
Звідки взагалі така ідеяЦе вже четвертий омнідирекційний велосипед у Джеймса. Попередні версії мали одне омні-колесо, два колеса з боковим балансуванням на вентиляторах, і чотири меканум-колеса, які могли рухатись у будь-якому напрямку — але ще й угвинчуватись вперед-назад. Кожна нова версія була або дивнішою, або цікавішою за попередню.
Цього разу — кулі. Конкретно: тверді циркові кулі-ходунки, якими артисти балансують на виставах. Порожні всередині, ідеально круглі, добре котяться. На кожну кулю — три омні-колеса, розміщені під кутом 120° одне до одного. Два з них приводні, третє — вільне.
Омні-колеса — це такі колеса з маленькими роликами по периметру, які дозволяють вільно ковзати збоку. Якщо крутити два приводних колеса в одному напрямку — куля котиться вперед.
В протилежних — куля обертається на місці. Теоретично просто. На практиці є один момент: усі ролики на колесах орієнтовані в одному напрямку, що означає — куля теоретично може почати дивно крутитись замість нормального руху вбік. Джеймс чесно сказав: «Я на 90% впевнений, що це запрацює, але поки не збудую — не дізнаюсь».
Збірка: 3D-друк, алюміній і пачка підшипниківКорпус — алюмінієві профілі 4040, з’єднані болтами через Т-гайки. Зручно: можна переміщати і перезбирати все без зварювання. Великі несучі деталі надруковані на 3D-принтері соплом 1,2 мм — товсті шари, груба структура, зате міцно і швидко. Дрібніші деталі під підшипники — тонше, точніше.
Мотори — O Drive 8325, по два на кожну кулю, разом чотири приводних. Живлення 50 вольт, до 2 кіловат з кожного мотора при 40 амперах. Це не іграшка. Редуктор — пасовий, два паси всередині, невелике передаточне число, але достатньо крутного моменту на малих швидкостях і запас по швидкості — саме те, що потрібно для балансуючого робота.
Підшипники — скрізь і в усьому. Вісі, ролики, ідлери, кріплення коліс. Алюмінієві пластини для кріплення вузлів замовили через PCB Way — пряма поставка,
тиждень очікування, все підійшло.
Балансування: як велосипед не падає набікОсь де магія. Конструкція має балансувати поперечно — як сегвей, але не вперед-назад, а вбік. Без цього на ньому просто неможливо їхати. За основу взяли ті самі PID-параметри, які використовувались у попередньому «гвинтовому велосипеді». IMU-датчик BNO86 від SparkFun вимірює кут нахилу, Teensy 4.1 обробляє дані і через CAN-шину керує O Drive контролерами.
Перший запуск — колеса крутяться в потрібному напрямку. Джеймс обережно встає ногами на підніжки, тримається руками біля моторів (не ідеально з точки зору безпеки) — і конструкція тримає його. Трохи нервово, трохи смикається, але тримає. Куля котиться в потрібному напрямку. Вільне третє колесо ідлить як і планувалось.
Керування: два твіст-ґрипи і дещо хитреКерування — два саморобних твіст-ґрипи на кермі. Лівий — повороти, правий — рух вперед-назад. Всередині кожного — магніти і датчик Холла, які зчитують положення ручки. Пружини повертають ґрипи в центр. Конструктивно виглядає як щось між міні-світловим мечем і рукояткою газу від мотоцикла.
Перша проблема при їзді по колу: відцентрова сила постійно викидає назовні, доводиться весь час боротись з дрейфом. Джеймс додав два режими: «нахил керує поворотом» і «поворот керує нахилом». Другий спрацював — при повороті система сама нахиляє велосипед всередину, як на звичайному мотоциклі. Стало значно комфортніше.
Що не вийшло з першого разуНа великій швидкості омні-ролики починали вискакувати з кулі — зношувались гумові колесика на роликах. Куля вкрилась подряпинами і пилом, тяга падала. Довелося зупинитись, почистити, налаштувати. Статична електрика — окрема пригода: між кулями і омні-колесами накопичувався заряд, який іноді вибивав O Drive контролери. Вирішили заземленням усього металу через окремі дроти.
Рух вперед-назад теж виявився слабшим за очікуваний — через кут нахилу коліс. Додали п’ятий мотор на задню кулю виключно для поздовжнього руху. Допомогло.
В результаті унікальний велосипед реально їздить проте вимагає звикання. По прямій, по колу, з поворотами. Джеймс сам каже, що це претендує на звання найкращого, що він будував після гвинтового велосипеда.
Запис Інженер створив велосипед, який їздить на двох кулях спершу з'явиться на ProstoMob.
