Geen band, geen probleem: James Bruton rijdt op een bol
De Britse uitvinder en YouTuber James Bruton heeft een elektrische fiets gebouwd die balanceert op een rode circusbal en in elke richting kan bewegen. Wat klinkt als een grap zit eigenlijk vol met serieus ingenieurswerk.
James Bruton is geen onbekende in de makerscene. De Britse ingenieur en voormalig speelgoedontwerper heeft naam gemaakt door de grenzen van robotica en voortbeweging te verleggen met onconventionele ideeën. Zijn nieuwste ontwerp overtreft alles wat daarvoor is geweest: een elektrisch aangedreven fiets die rijdt op een enkele bal.
Het ziet er spectaculair uit en daagt zowel natuurkunde, elektronica als rijders uit.
Van twee bollen naar één
Een jaar geleden verraste Bruton iedereen met een voertuig dat twee grote bollen gebruikte in plaats van wielen. Nu gaat hij nog een stap verder: het nieuwe model balanceert op slechts één bol van ongeveer 60 centimeter, waarop een aluminium frame met een zitting en techniek is getroond. Een YouTube-video laat zien dat de constructie stabiel genoeg is om een volwassen berijder te dragen.
De hele aandrijving zit boven de bol. Drie verticaal gemonteerde omnidirectionele wielen vormen een gelijkzijdige driehoek en drukken van bovenaf tegen de bol. Elk van de drie aandrijvingen wordt aangestuurd door een ODrive-S1 controller (een zeer nauwkeurige besturingseenheid voor borstelloze elektromotoren) met een vermogen van ongeveer 2 kW. Ze bewegen de bal met verschillende snelheden vooruit, achteruit of zijwaarts. Het principe is vergelijkbaar met robotaandrijvingstechnologie, maar dan in een veel grotere, delicatere versie.
Het moeilijkste deel: stabiel blijven in twee assen
In tegenstelling tot zijn voorganger met twee ballen, moet de fiets met één bal tegelijkertijd in zowel de lengte- als de dwarsrichting worden gestabiliseerd. Dit maakt het aanzienlijk complexer dan conventionele balanceervoertuigen zoals Segways, die slechts in één as corrigeren. Een centrale microcontroller (Teensy 4.1) leest voortdurend hellingsgegevens van een bewegingssensor (BNO086). Een nauwkeurig regelalgoritme (PID-regelaar) regelt de motoren en voert correcties uit in het millisecondenbereik om vallen te voorkomen.
Bron: James Bruton / YouTube
De energie wordt geleverd door zes 6S lithium-polymeer accu's, die samen een systeemspanning van 50 volt genereren. Het frame en veel onderdelen komen uit de 3D-printer.
Theoretisch elegant, praktisch zeer geavanceerd
Op papier lijkt de besturing logisch: als de fiets rechtuit moet rijden, draait het naar voren gerichte Omni-wiel meer, terwijl de twee zijwielen minder kracht leveren. Deze verhoudingen worden gevarieerd voor richtingsveranderingen. In de praktijk is het sturen echter allesbehalve intuïtief.
Bij de fiets met twee kogels kon Bruton de kogels tegen elkaar rijden. Het nieuwe model heeft dit voordeel niet: een enkele bal kan niet zomaar differentieel worden bestuurd.
Bruton bedacht daarom een ongebruikelijke geïmproviseerde oplossing: een zijwaarts uitschuifbare vleugel gemaakt van een houten stok en schuim. Als hij deze in de luchtstroom houdt, zorgt de luchtweerstand ervoor dat het voertuig gaat draaien. Een geïmproviseerde maar functionele oplossing die laat zien hoe ver het ontwerp verwijderd is van een stuursysteem dat geschikt is voor dagelijks gebruik.
Wielen van de plank? Geen kans
De omnidirectionele wielen zelf vormden nog een obstakel. Commercieel verkrijgbare modellen waren niet bestand tegen de krachten en de wrijving die optraden. Bruton ontwikkelde daarom de wielen.
Bruton ontwikkelde daarom zijn eigen wielen met een aluminium kern en 36 passieve rollen (18 per rij). Elk van deze wielen bevat echter ook een groot aantal kleinere rollers met hun eigen bij ons op voorraad, zodat het totale aantal van deze mini-rolelementen in het hele driewielersysteem 216 bedraagt. Dit betekent dat ze met weinig wrijving lopen en zelfs bij hoge belasting niet blokkeren.
Bron: James Bruton / YouTube
De elektronica was net zo experimenteel: In de sportschool zorgde statische elektriciteit - veroorzaakt door wrijving tussen de bal en de vloer - ervoor dat het besturingssysteem gedeeltelijk uitviel. Bruton onderzoekt al tegenmaatregelen.
Mijn interesses zijn gevarieerd, ik geniet gewoon graag van het leven. Altijd op zoek naar nieuws over darten, gamen, films en series.
Van de nieuwe iPhone tot de wederopstanding van de mode uit de jaren 80. De redactie categoriseert.
Alles tonen