英国工程师兼 YouTuber 詹姆斯-布鲁顿（James Bruton）利用 3D 打印组件、铝挤压和自平衡控制系统完成了一辆全向自行车。该设计采用了两个互成 90 度的全方位车轮，使车辆可以向任何方向行驶，包括直接侧向行驶。布鲁顿重新使用了 2025 年 4 月制造的单轮平衡机器人的前轮和 2023 年速降自行车项目的后轮。
英国工程师兼 YouTuber 詹姆斯-布鲁顿（James Bruton）利用 3D 打印组件、铝挤压和自平衡控制系统完成了一辆全向自行车。该设计采用了两个互成 90 度的全方位车轮，使车辆可以向任何方向行驶，包括直接侧向行驶。布鲁顿重新使用了 2025 年 4 月制造的单轮平衡机器人的前轮和 2023 年速降自行车项目的后轮。
铝制 4040 T 型槽挤压件构成了底盘，与斜面和直角支架相连，用于固定前方重复使用的机器人货叉组件和后方的皮带驱动电机支架。车轴支架和传动系统皮带轮是用 LulzBot 3D 打印机制造的，包括 TAZ Workhorse 和 Mini 3。Bruton 使用 1.2 毫米喷嘴打印大型结构部件，以加快构建时间。结构部件使用了 Polymaker 的 PolyMax PLA，电子外壳则使用了 PolyLite Pro 长丝。由于打印机床的尺寸限制，后轮轮毂是用胶合板制作的。
传动系统包括一个两级皮带减速系统。第一级使用中间皮带轮实现 3:1 的扭矩提升，然后使用 HTD8 型皮带连接到后轮上的大型终皮带轮。后驱动系统由单个 ODrive S1 伺服电机套件提供动力。ODrive 是一家专门生产开源电机控制器的公司，它提供的无刷电机和编码器组件功率可达 2 千瓦。该系统的张力可通过沿挤压框架滑动电机支架进行调节，并用支撑铝板将其固定。
PID 控制器利用来自 BNO086 惯性测量单元的数据保持平衡。Teensy 4 微控制器处理滚动数据并相应调节车轮扭矩。控制面板上有一个紧急停止、启动按钮、电压监控器、微调装置和一个水平仪作为方向参考。500 安培接触器可隔离电机电源。两对串联的 6S 锂聚合物电池为电机驱动器提供 50V 电压，为辅助系统提供 12V 电压。
Bruton 用两个三轴操纵杆取代了以前的扭转手柄输入系统。右手操纵杆负责向前、向后和横向移动。左侧操纵杆控制旋转。模拟信号通过一个平滑滤波器进行处理，该滤波器可通过控制旋钮进行调节，从而在释放操纵杆时逐渐减速。布鲁顿观察到，滤波器可以缓和输入信号的突然变化，从而改善驾驶质量。
操纵杆输入可改变 PID 控制器的设定点，默认设置为 0°，代表直立平衡。调整该设定点可使自行车同时倾斜和移动，类似于骑手在转弯时的倾斜。Bruton 通过反复试验对 PID 参数进行了微调，增加了积分项，以确保延长倾斜角度能提高电机响应。他使用最小的导数修正来减少过冲和振荡。
初步测试表明，仅靠后轮的全方位运动就能稳定车架。当两个轮子都工作时，自行车可以实现全方位运动。然而，转向时却暴露出扭矩不平衡的问题。后轮产生的旋转力明显大于较小的前轮。当布鲁顿试图原地旋转时，底盘在载荷作用下发生倾斜，导致前轮修正过度，破坏了车架的稳定性。为了弥补这一损失，他将车身倾斜到与预定转弯方向相反的方向，以抵消底盘的扭矩。
为了简化控制，Bruton 对自行车进行了重新配置，以便反向骑行。他将操纵杆接口安装在车尾，并颠倒了操纵杆的映射。由于他的重心现在位于较大的后轮上，扭矩干扰减少了，转向反应也改善了。"现在我可以很好地转弯了......只要向我想去的方向倾斜，我们就可以出发了。
尽管在机械方面取得了成功，但该系统也有局限性。前轮上的小滚轮需要大电流，即使在无负载的情况下，50 伏电压下也需要约 20 安培的电流，这限制了效率。后轮电机提供的扭矩大于前轮所能补偿的扭矩，从而限制了高速行驶时的平衡旋转。布鲁顿发现，向后骑行能产生更好的控制效果，因为他的质心对准了动力更强的车轮。
所有项目文件，包括 CAD 设计和控制固件，均可在 https://www.3dsjs.cn/thingiverse/detail/2699957
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