Carpentopod: proyecto de una mesa de centro caminante
(decarpentier.nl)- Un software generador de mecanismos de marcha creado como hobby terminó convirtiéndose en una construcción electrónica y de carpintería: la mesa de centro de madera con control remoto Carpentopod
- La estructura de enlaces de las patas se eligió haciendo evolucionar miles de variantes virtuales, y los criterios de selección fueron la velocidad de marcha, la distancia al suelo, el uso de material y la trayectoria de las puntas de las patas
- Se parece al Strandbeest de Theo Jansen, pero busca una estructura más compacta y menos resbaladiza gracias a distintas proporciones de piezas, un punto de articulación adicional y un diámetro redondeado en la punta de la pata
- La construcción real incluye diseño en Autodesk Fusion 360, mecanizado CNC de bambú laminado, más de 100 piezas de bambú, rodamientos de bolas, ejes de acero, cigüeñales de aluminio, y control de lazo cerrado basado en un motor brushless de 24V y Arduino Nano
- La estructura de enlaces es de dominio público, pero el diseño de la mesa no se libera; se permite la fabricación para uso personal o educativo, pero compartir o vender planos, kits o productos requiere consentimiento por escrito
Una mesa caminante nacida del software
- Carpentopod surgió en 2008 a partir de un software generador de mecanismos de marcha creado como hobby
- Más adelante, al aprender electrónica y carpintería, uno de los mecanismos creados en software se convirtió en una mesa de centro caminante de madera controlada por radio
- El nombre combina el latín
carpentumconpod, que significa pie o pierna
Enlaces de patas creados por evolución
- La estructura de enlaces de las patas se generó con un software que hacía competir entre sí miles de variantes virtuales de patas
- Cada variante recibía una puntuación de aptitud según estos criterios
- velocidad de marcha
- distancia al suelo
- uso de material
- qué tan horizontal y suave se movía la punta de la pata en el tercio inferior del ciclo
- La razón para premiar la trayectoria de la punta era favorecer soluciones que redujeran la oscilación vertical y el deslizamiento de las patas cuando tres de ellas se mueven juntas
- Solo los individuos con mejor puntuación se usaban para crear los parámetros de patas de la siguiente generación, y también se añadían mutaciones genéticas de forma periódica para encontrar soluciones nuevas
- Incluso se escribió en C++ un solver cinemático, lo que permitió evolucionar decenas de generaciones por segundo y observar cómo diseños malos iniciales se transformaban en diseños optimizados
- Los enlaces finales de Carpentopod se eligieron después de ejecutar simulaciones más grandes y largas
Diferencias frente a Strandbeest
- Los enlaces de las patas de Carpentopod se parecen visualmente a las esculturas Strandbeest de Theo Jansen
- Las diferencias están en las proporciones de las piezas, un punto de articulación adicional y el diámetro redondeado de la punta de la pata obtenido durante el proceso evolutivo
- Estos parámetros extra se usaron para encontrar soluciones más compactas y con menos deslizamiento de patas
- El deslizamiento aparece cuando la velocidad de varias puntas apoyadas en el suelo no coincide por completo, y en una estructura real las patas pueden frenarse entre sí
- Las patas de Strandbeest a veces usan puntas flexibles o rodantes para compensar parcialmente este efecto
Diseño de la estructura de la mesa
- Antes de la construcción real, se hizo un modelo pequeño con una versión inicial de los enlaces evolucionados para probar el CNC y las técnicas de fabricación
- Después se decidió fabricar un objeto relativamente práctico y visualmente atractivo: una mesa de centro de madera caminante
- Como cada pata de Carpentopod toca el suelo solo durante un tercio del ciclo de marcha, se necesitan 12 patas en total para que la mesa esté siempre estable
- Para caminar con suavidad, las piezas de las patas debían fabricarse y mantenerse con precisión submilimétrica
- Las piezas de las patas se diseñaron para mecanizarse por CNC en tablones de bambú laminado, un material fuerte, natural, duradero y estable
- Todas las piezas de la mesa se diseñaron en Autodesk Fusion 360
- modelado
- pruebas
- renderizado
- preparación para CNC
- Dentro del software era posible ver el estado completo en cualquier punto del ciclo de marcha, lo que facilitaba ajustar la estética y comprobar separaciones
Un cuerpo central para la electrónica y la tracción
- Entre los seis pares de patas de cada extremo se dejó una sección central tipo vientre vacía para alojar la electrónica, los motores y la batería
- El bastidor y esa sección se diseñaron con curvas, como un cofre del tesoro invertido, para evitar una forma demasiado angulosa
- Por esa forma hubo quien dijo que se parecía a The Luggage de las novelas Discworld de Terry Pratchett
- La sección central también hace que todas las patas queden a cierta distancia del centro, para que contribuyan mejor al giro
- Cada grupo de seis patas está conectado a su propio cigüeñal, y cada cigüeñal es impulsado por un motor
- Gracias a esta estructura, solo hacen falta dos motores de control independientes para manejar el avance y el giro como un tanque
Fabricación CNC y trabajo en madera
- En la construcción real de la mesa, se fabricaron por CNC tantas piezas como fue posible para ganar precisión y facilitar la repetición
- El equipo usado fue un router CNC barato de 3 ejes
- Como un CNC de 3 ejes solo puede retirar material desde arriba, las piezas de patas con formas complejas y partes cóncavas se hicieron mecanizando por separado tres capas de bambú laminado y luego pegándolas
- Incluso una sola pieza podía requerir varias pasadas con herramientas de distintos tamaños y formas, y en algunos casos había que voltearla con precisión y volver a fijarla para mecanizar ambos lados
- Se mecanizaron por CNC, lijaron y barnizaron más de 100 piezas de bambú, y luego se ensamblaron con rodamientos de bolas y ejes de acero
- Los dos cigüeñales se fabricaron haciendo encajar piezas de desfase rotacional con eje en D y agujeros en D
- Los ejes en D y las piezas de desfase se mecanizaron con precisión por CNC a partir de barras y placas comunes de aluminio
Puertas curvas y conjunto de muebles
- Las puertas curvas de la sección central de la mesa se hicieron con el mismo bambú laminado, aplicando kerfing fino, volviéndolo más flexible con vapor y curvándolo sobre una plantilla para fijar la forma
- Las puertas se pegaron sobre dos nervaduras de bisagra invisibles y pueden abrirse y cerrarse fácilmente gracias a imanes integrados
- También se fabricó mediante soldadura un mueble para TV de la misma altura, y las superficies superiores de ambos muebles se hicieron con una sola pieza de madera de mango para formar un conjunto
Motores y control de lazo cerrado
- Cada grupo de seis patas es impulsado por su propio motor, pero el movimiento relativo entre las patas del grupo lo coordina un solo cigüeñal
- El sistema funciona de tal manera que, si se empuja hacia adelante una sección de seis patas sin motor, esta se mueve como una rueda
- Las puntas de las patas están diseñadas para tocar y empujar el suelo con suavidad, sin clavarse en él, por lo que la oscilación vertical de la mesa al caminar no es grande
- Para la tracción real se usaron dos motores brushless con reductora de 24V y bajo costo, empleados normalmente en productos de cortinas automáticas
- potencia nominal máxima de 1.5Nm @ 130RPM
- la electrónica integrada admite control directo de velocidad mediante una línea de señal PWM separada
- Si se ordenaba una velocidad baja por PWM, el sistema entraba casi de inmediato en modo de corte térmico automático durante varios segundos, incluso con solo una parte de la carga máxima
- Funcionó mejor dejar la señal PWM al 100% y variar el voltaje directamente
- Para convertir el voltaje de la batería en una salida entre 0 y 24V se usaron dos módulos baratos Step Up/Down Converter
- Estos módulos se modificaron para que una señal PWM rápida de una placa Arduino Nano reciclada ajustara directamente el voltaje de salida
- La configuración ajustable de corriente máxima de los módulos de conversión de voltaje se usó para controlar el torque máximo en bloqueo de cada motor, lo que también ayuda a la seguridad de los dedos
- Las señales de los sensores Hall-effect de los motores se conectaron al Arduino y se escribió software en C para implementar control de motor en lazo cerrado
- Gracias a ese control, cada motor puede seguir de forma precisa e independiente su velocidad y posición objetivo dentro de los límites posibles, sin importar la carga
Control remoto y batería
- En la etapa final se conectó un módulo Bluetooth al Arduino
- Se escribió código en C para conectar e interpretar los datos del joystick provenientes de un Nunchuck inalámbrico reciclado
- Ese joystick inalámbrico es un dispositivo construido aparte
- Se colocó una batería LiPo de 14.8V en la sección central de la mesa, convirtiéndola en una mesa inalámbrica que puede caminar por cualquier parte de la sala con un pequeño control remoto
- Puede que no sea muy práctica, pero tiene la gracia de hacer que te traiga las bebidas
Alcance de la publicación y condiciones de propiedad intelectual
- Después de recibir muchas solicitudes, la estructura de enlaces de Carpentopod en sí se publicó como dominio público
- Como consejo de fabricación, en la escala del plano la manivela debería quedar a una altura de aproximadamente
1000.0sobre el suelo, y las patas no funcionan bien solas ni en pares; la clave está en grupos de tres - En una aclaración adicional de octubre de 2024, el alcance de lo publicado quedó más claro
- la estructura de enlaces de Carpentopod es de dominio público
- el diseño único de la mesa no es de dominio público
- publicar planos basados en el diseño de la mesa, operar un negocio o vender productos o kits sin consentimiento por escrito se considera una infracción de propiedad intelectual
- Se permite y recomienda la fabricación con diseño propio para fines personales o educativos
- Está permitido usar el estilo de la mesa en proyectos estrictamente personales o educativos, pero para compartir o vender planos o productos basados en su diseño y estética únicos se requiere consentimiento explícito
Comunidad
- A medida que más personas intentaron construir creaciones con los enlaces de Carpentopod o recrear la mesa original, se creó una comunidad en Discord
- Enlace para participar: https://discord.gg/pybMUqcrvw
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Es realmente adorable y te saca una gran sonrisa.
Como toda la tecnología moderna queda escondida adentro y solo se ve la estructura de madera, conserva una sensación mágica, como algo que podría salir en Harry Potter.
Es un texto excelente.
No pensé que llegaría a ver una versión real, y es increíble.
GNU, Sir Terry
El video de la mesa llevándole obedientemente una cerveza y un bowl de snacks a su dueño lo dice todo.
“Vuelvo en un rato, voy a sacar a pasear la mesa”.
Me gustaría tener una mesa de centro así; de hecho, creo que ni siquiera necesitaría motores.
Parece que, si simplemente la empujaras, podría caminar suavemente como una mesa con ruedas de dirección fija.
Me hizo reír mucho ver al Carpentopod llevarle cerveza y papas fritas a su dueño y luego estacionarse educadamente junto a su compañero estático menos competente.
Quiero ver más creaciones fantásticas como esta.
Algo que también apareció hace poco en HN.