Carpentopod: o projeto de uma mesa de centro que anda
(decarpentier.nl)- Um software de geração de mecanismos de locomoção criado como hobby acabou levando a um projeto de eletrônica e marcenaria, materializado como a mesa de centro de madeira com controle remoto sem fio Carpentopod
- As ligações das pernas foram escolhidas por meio da evolução de milhares de variações virtuais, usando como critérios velocidade de caminhada, folga em relação ao chão, uso de material e trajetória da ponta do pé
- Embora lembre o Strandbeest de Theo Jansen, a estrutura busca ser mais compacta e menos escorregadia com proporções de peças diferentes, pontos de articulação extras e um diâmetro arredondado na ponta dos pés
- A construção real inclui projeto no Autodesk Fusion 360, usinagem CNC em bambu laminado, mais de 100 peças de bambu, rolamentos de esferas, eixos de aço, virabrequins de alumínio, motor brushless de 24V e controle em malha fechada baseado em Arduino Nano
- A estrutura de ligações está em domínio público, mas o design da mesa não; a fabricação para uso pessoal ou educacional é permitida, porém compartilhar ou vender plantas, kits ou produtos exige consentimento por escrito
Uma mesa que anda nascida de software
- O Carpentopod começou em 2008 a partir de um software de geração de mecanismos de locomoção criado como hobby
- Depois de aprender eletrônica e marcenaria, o autor transformou um dos mecanismos criados no software em uma mesa de centro de madeira que anda por controle remoto sem fio
- O nome combina o latim
carpentumcompod, que significa pé ou perna
Ligações das pernas criadas por evolução
- A estrutura de ligações das pernas foi gerada por um software que colocava milhares de variações virtuais de pernas para competir entre si
- Cada variação recebia uma pontuação de aptidão com base nos seguintes critérios
- velocidade de caminhada
- folga em relação ao chão
- uso de material
- quão mais horizontal e suave era o movimento da ponta do pé no terço inferior do ciclo
- A razão para recompensar a trajetória da ponta do pé era favorecer soluções que reduzissem a oscilação vertical e o escorregamento dos pés quando três pernas se movem juntas
- Apenas os indivíduos com pontuação alta eram usados para gerar os parâmetros da geração seguinte, e mutações genéticas também eram adicionadas periodicamente para buscar novas soluções
- Um solver cinemático também foi escrito em C++, permitindo evoluir dezenas de gerações por segundo e observar o processo em que projetos ruins iniciais se transformavam em projetos otimizados
- A ligação final do Carpentopod foi escolhida após executar simulações maiores e mais longas
Diferenças em relação ao Strandbeest
- A ligação das pernas do Carpentopod é visualmente semelhante às esculturas Strandbeest de Theo Jansen
- As diferenças estão nas proporções das peças, em pontos de articulação extras e no diâmetro arredondado da ponta dos pés obtido no processo evolutivo
- Esses parâmetros extras foram usados para encontrar soluções mais compactas e com menos escorregamento dos pés
- O escorregamento dos pés acontece quando a velocidade de várias pontas em contato com o chão não coincide perfeitamente, e na estrutura real as pernas podem acabar desacelerando umas às outras
- As pernas do Strandbeest às vezes usam pontas flexíveis ou rolantes para compensar parcialmente esse efeito
Projeto da estrutura da mesa
- Antes da construção real, um pequeno modelo foi feito com uma versão inicial da ligação evoluída para testar CNC e técnicas de fabricação
- Depois disso, decidiu-se criar um objeto relativamente prático e visualmente agradável: uma mesa de centro de madeira que anda
- Como cada perna do Carpentopod toca o chão por apenas um terço do ciclo de caminhada, a mesa precisa de 12 pernas no total para permanecer sempre estável
- Para caminhar suavemente, as peças das pernas precisavam ser fabricadas e manter-se com precisão submilimétrica
- As peças das pernas foram projetadas para serem usinadas em CNC a partir de placas de bambu laminado, um material forte, natural, durável e estável
- Todas as peças da mesa foram projetadas no Autodesk Fusion 360
- modelagem
- testes
- renderização
- preparação para CNC
- Dentro do software era possível ver o estado finalizado em qualquer ponto do ciclo de caminhada, o que facilitava ajustar a aparência e verificar folgas
Corpo central que abriga eletrônica e tração
- Entre os grupos de seis pernas em cada extremidade, foi deixada uma seção central tipo barriga vazia para acomodar eletrônica, motores e bateria
- A estrutura e essa seção central foram desenhadas com curvas, como um baú do tesouro invertido, para evitar formas muito angulosas
- Por causa dessa forma, houve comentários de que ela se parecia com The Luggage, dos romances Discworld de Terry Pratchett
- A seção central faz com que todas as pernas fiquem a certa distância do centro, permitindo que contribuam de forma mais eficaz para a rotação
- Cada grupo de seis pernas é ligado ao seu próprio virabrequim, e cada virabrequim é acionado por um motor
- Graças a essa estrutura, é possível controlar avanço e rotação como um tanque usando apenas dois motores de controle independentes
Fabricação CNC e trabalho em madeira
- Na fabricação da mesa real, o máximo possível de peças foi feito em CNC para garantir precisão e facilitar a repetição da produção
- O equipamento usado foi uma roteadora CNC barata de 3 eixos
- Como uma CNC de 3 eixos só consegue remover material pela parte superior, as peças das pernas que exigiam formas complexas e partes côncavas foram feitas usinando separadamente três camadas de bambu laminado e depois colando-as
- Até uma única peça podia exigir várias etapas de usinagem com ferramentas de tamanhos e formatos diferentes, e em alguns casos era preciso virar e fixar novamente com precisão para usinagem em ambos os lados
- Mais de 100 peças de bambu foram usinadas em CNC, lixadas, envernizadas e depois montadas com rolamentos de esferas e eixos de aço
- Os dois virabrequins foram feitos encaixando peças de deslocamento rotacional com eixo em formato de D e furos em formato de D
- os eixos em formato de D e essas peças de deslocamento foram usinados com precisão em CNC a partir de barras e chapas comuns de alumínio
Portas curvas e conjunto de móveis
- As portas curvas da seção central da mesa foram feitas com o mesmo bambu laminado, usando kerfing fino, depois vapor para deixá-lo mais flexível, e por fim moldadas em um gabarito curvo para ganhar forma
- As portas foram coladas sobre duas nervuras de dobradiça invisíveis e podem ser abertas e fechadas facilmente com ímãs embutidos
- Também foi construído por solda um móvel para TV na mesma altura, e uma única peça de madeira de mangueira foi usada para fazer os tampos dos dois móveis, formando um conjunto
Motores e controle em malha fechada
- Cada grupo de seis pernas é acionado por seu próprio motor, mas o movimento relativo das pernas dentro do grupo é coordenado por um único virabrequim
- O sistema funciona de modo que, ao empurrar uma seção de seis pernas sem motor, ela se move para a frente como se fosse uma roda
- As pontas dos pés foram projetadas para tocar e empurrar o chão suavemente, sem tentar perfurá-lo, então a oscilação vertical da mesa durante a caminhada não é grande
- Na tração real, foram usados dois motores brushless com redução de 24V e baixo custo, normalmente aplicados em produtos de cortina automática
- potência nominal de até 1.5Nm @ 130RPM
- a eletrônica embutida permite controle direto de velocidade por uma linha separada de sinal PWM
- Quando velocidades baixas eram comandadas por PWM, os motores quase imediatamente entravam em modo automático de proteção térmica por vários segundos, mesmo sob apenas parte da carga máxima
- Funcionou melhor manter o sinal PWM em 100% e variar diretamente a tensão
- Para converter a tensão da bateria em uma saída entre 0 e 24V, foram usados dois módulos baratos de Step Up/Down Converter
- Esses módulos foram modificados para que a tensão de saída fosse ajustada diretamente por um sinal PWM rápido vindo de uma placa Arduino Nano reaproveitada
- A configuração ajustável de corrente máxima desses módulos foi usada para controlar o torque máximo de estol de cada motor e também para segurança dos dedos
- Os sinais dos sensores Hall-effect dos motores foram conectados ao Arduino, e foi escrito software em C para implementar controle de motor em malha fechada
- Com esse controle, cada motor consegue seguir de forma independente e precisa a velocidade e a posição desejadas dentro do intervalo possível, independentemente da carga
Controle remoto sem fio e bateria
- Na etapa final, um módulo Bluetooth foi conectado ao Arduino
- Foi escrito código em C para conectar e interpretar os dados do joystick vindos de um Nunchuck sem fio reaproveitado
- Esse joystick sem fio é um dispositivo feito separadamente
- Uma bateria LiPo de 14.8V foi colocada na seção central da mesa, transformando-a em uma mesa sem fio capaz de andar pela sala com um pequeno controle remoto
- Talvez a praticidade não seja grande, mas há a diversão de fazê-la trazer bebidas
Escopo de divulgação e condições de propriedade intelectual
- Após muitos pedidos, a estrutura de ligações do Carpentopod em si foi publicada em domínio público
- Como dica de construção, nos desenhos em escala o virabrequim fica a cerca de
1000.0de altura em relação ao chão, e as pernas não funcionam bem sozinhas nem em pares; três são o essencial - Em uma explicação adicional de outubro de 2024, o escopo da divulgação foi esclarecido com mais precisão
- a estrutura de ligações do Carpentopod está em domínio público
- o design exclusivo da mesa não está em domínio público
- divulgar planos, operar um negócio ou vender produtos e kits baseados no design da mesa sem consentimento por escrito será considerado violação de propriedade intelectual
- A fabricação com projeto próprio para fins pessoais ou educacionais é permitida e incentivada
- Usar o estilo da mesa em projetos puramente pessoais ou educacionais é permitido, mas compartilhar ou vender planos ou produtos baseados em seu design e estética exclusivos exige consentimento explícito
Comunidade
- Com o aumento de pessoas tentando criar projetos autorais com a ligação do Carpentopod ou reproduzir a mesa original, foi criada uma comunidade no Discord
- Link para participar: https://discord.gg/pybMUqcrvw
1 comentários
Opiniões no Hacker News
É realmente adorável e abre um sorrisão no rosto
Como toda a tecnologia moderna fica escondida por dentro e só a estrutura de madeira aparece, resta uma sensação mágica, como algo que poderia sair de Harry Potter
É um texto excelente de verdade
Nunca imaginei que veria uma versão real, e é muito legal
GNU, Sir Terry
O vídeo da mesa levando obedientemente uma cerveja e uma tigela de petiscos ao dono diz tudo
“Já volto, vou só levar a mesa para passear”
Eu queria uma mesa de centro dessas e, na verdade, acho que ela nem precisaria de motores
Parece que, se você simplesmente empurrasse, ela conseguiria andar suavemente como uma mesa com rodízios de direção fixa
Ri alto quando o Carpentopod trouxe cerveja e batata chips para o dono e depois estacionou educadamente ao lado de seu colega estático menos capaz
Quero ver mais criações fantásticas como essa
Que apareceu recentemente no HN também