Carpentopod : le projet de table basse qui marche
(decarpentier.nl)- Un logiciel de génération de mécanismes de marche créé comme loisir a fini par déboucher sur une réalisation en électronique et menuiserie : Carpentopod, une table basse en bois radiocommandée
- Les liaisons des pattes ont été choisies en faisant évoluer des milliers de variantes virtuelles, avec comme critères de sélection la vitesse de marche, la garde au sol, la quantité de matériau utilisée et la trajectoire des extrémités des pieds
- L’ensemble rappelle le Strandbeest de Theo Jansen, mais vise une structure plus compacte et moins glissante grâce à d’autres proportions de pièces, un point d’articulation supplémentaire et un diamètre d’extrémité de pied arrondi
- La fabrication réelle comprend une conception sous Autodesk Fusion 360, un usinage CNC en bambou stratifié, plus de 100 pièces en bambou, des roulements à billes, des arbres en acier, un vilebrequin en aluminium, ainsi qu’un moteur brushless 24V avec commande en boucle fermée basée sur Arduino Nano
- La structure des liaisons est dans le domaine public, mais le design de la table ne l’est pas ; la fabrication à titre personnel ou éducatif est autorisée, mais le partage ou la vente de plans, kits ou produits nécessite un accord écrit
Une table marchante née d’un logiciel
- Carpentopod est né en 2008 à partir d’un logiciel de génération de mécanismes de marche créé comme hobby
- Par la suite, en acquérant des compétences en électronique et en menuiserie, son créateur a concrétisé l’un des mécanismes issus du logiciel sous la forme d’une véritable table basse en bois marchante et radiocommandée
- Son nom combine le latin
carpentumetpod, qui signifie pied ou jambe
Des liaisons de pattes conçues par évolution
- La structure des liaisons des pattes a été générée par un logiciel faisant s’affronter des milliers de variantes virtuelles de pattes
- Chaque variante recevait un score d’aptitude selon les critères suivants
- vitesse de marche
- garde au sol
- quantité de matériau utilisée
- caractère plus horizontal et fluide du mouvement de l’extrémité du pied sur le tiers inférieur du cycle
- La récompense accordée à la trajectoire de l’extrémité du pied visait à favoriser des solutions réduisant les oscillations verticales et le glissement des pieds lorsque trois pattes bougent ensemble
- Seuls les individus les mieux notés servaient à produire les paramètres de pattes de la génération suivante, avec des mutations génétiques ajoutées périodiquement pour découvrir de nouvelles solutions
- Un solveur cinématique a même été écrit en C++, permettant de faire évoluer des dizaines de générations par seconde et d’observer le passage de mauvais designs initiaux à des conceptions optimisées
- Les liaisons finales du Carpentopod ont été choisies après des simulations plus vastes et plus longues
Différences avec le Strandbeest
- Les liaisons des pattes du Carpentopod ressemblent visuellement aux sculptures Strandbeest de Theo Jansen
- Les différences portent sur les proportions des pièces, un point d’articulation supplémentaire et le diamètre arrondi de l’extrémité du pied obtenu au cours de l’évolution
- Ces paramètres supplémentaires ont servi à trouver une solution plus compacte et avec moins de glissement des pieds
- Le glissement apparaît quand la vitesse de plusieurs extrémités de pieds en contact avec le sol ne correspond pas parfaitement, et dans une structure réelle, les pattes peuvent se ralentir mutuellement
- Les pattes du Strandbeest utilisent parfois des extrémités de pied souples ou roulantes pour compenser partiellement cet effet
Conception de la structure de la table
- Avant la fabrication réelle, un petit modèle a été créé à partir d’une première version des liaisons évoluées afin de tester le CNC et les techniques de fabrication
- Il a ensuite été décidé d’en faire un objet relativement pratique et esthétique : une table basse en bois qui marche
- Comme chaque patte du Carpentopod ne touche le sol que pendant un tiers du cycle de marche, il fallait au total 12 pattes pour que la table reste toujours stable
- Pour obtenir une marche fluide, les pièces des pattes devaient être fabriquées avec une précision submillimétrique et conserver cette précision
- Les pièces des pattes ont été conçues pour être usinées dans des plaques de bambou stratifié, un matériau solide, naturel, durable et stable
- Toutes les pièces de la table ont été conçues avec Autodesk Fusion 360
- modélisation
- tests
- rendu
- préparation CNC
- Le logiciel permettait de visualiser l’état complet à n’importe quel moment du cycle de marche, ce qui facilitait les ajustements esthétiques et la vérification des dégagements
Un corps central abritant l’électronique et l’entraînement
- Entre les six pattes de chaque côté se trouve une section centrale vide faisant office de ventre, destinée à accueillir l’électronique, le moteur et la batterie
- Le châssis et cette section centrale ont été dessinés avec des courbes, comme un coffre au trésor renversé, pour éviter une forme trop anguleuse
- Cette silhouette a fait dire à certains qu’elle ressemblait à The Luggage dans les romans Discworld de Terry Pratchett
- La section centrale place aussi toutes les pattes à une certaine distance du centre, ce qui les rend plus efficaces pour tourner
- Chaque groupe de six pattes est relié à son propre vilebrequin, et chaque vilebrequin est entraîné par un moteur
- Grâce à cette structure, deux moteurs à commande indépendante suffisent pour gérer l’avance et la rotation, à la manière d’un char
Fabrication CNC et travail du bois
- Pour la fabrication de la table réelle, un maximum de pièces a été réalisé en CNC afin d’améliorer la précision et la reproductibilité
- L’équipement utilisé est un routeur CNC 3 axes bon marché
- Un CNC 3 axes ne pouvant enlever la matière que par le dessus, les pièces de pattes aux formes complexes et avec des parties concaves ont été fabriquées en usinant séparément trois couches de bambou stratifié avant de les coller ensemble
- Même une seule pièce nécessitait parfois plusieurs passes avec des outils de tailles et de formes différentes, et certaines devaient être retournées et refixées avec précision pour un usinage sur les deux faces
- Plus de 100 pièces en bambou ont été usinées en CNC, poncées, vernies, puis assemblées avec des roulements à billes et des arbres en acier
- Les deux vilebrequins ont été réalisés en emboîtant des pièces de décalage rotatif avec trou en D sur des arbres à section en D
- Les arbres en D et les pièces de décalage ont été usinés avec précision en CNC à partir de barres et plaques d’aluminium ordinaires
Portes courbes et ensemble de mobilier
- Les portes courbes de la section ventrale ont été réalisées en pratiquant un fin kerfing dans le même bambou stratifié, puis en le rendant plus souple à la vapeur avant de le laisser sécher dans un gabarit courbe pour lui donner sa forme
- Les portes ont été collées sur deux nervures de charnière invisibles et peuvent s’ouvrir et se fermer facilement grâce à des aimants intégrés
- Un meuble TV de la même hauteur a aussi été fabriqué par soudure, et les plateaux des deux meubles ont été réalisés dans une seule pièce de bois de manguier pour former un ensemble assorti
Moteurs et commande en boucle fermée
- Chaque groupe de six pattes est entraîné par son propre moteur, mais le mouvement relatif des pattes à l’intérieur du groupe est synchronisé par un seul vilebrequin
- Si l’on pousse une section de six pattes sans moteur, elle avance comme une roue
- Les extrémités des pieds sont conçues pour toucher le sol en douceur et pousser sans chercher à s’y enfoncer, de sorte que les oscillations verticales de la table restent limitées pendant la marche
- L’entraînement réel utilise deux moteurs brushless à engrenages 24V bon marché, prévus pour des produits de rideaux automatiques
- puissance nominale jusqu’à 1.5Nm @ 130RPM
- l’électronique intégrée permet un contrôle direct de la vitesse via une ligne de signal PWM séparée
- Quand une faible vitesse est demandée par PWM, le système passe presque immédiatement en mode de coupure thermique automatique de plusieurs secondes, même sous une charge bien inférieure à la charge maximale
- Il s’est avéré plus efficace de laisser le signal PWM à 100 % et de modifier directement la tension
- Pour convertir la tension de la batterie en une sortie entre 0 et 24V, deux modules bon marché de Step Up/Down Converter ont été utilisés
- Ces modules ont été modifiés pour que la tension de sortie soit réglée directement par un signal PWM rapide provenant d’une carte Arduino Nano recyclée
- Le réglage du courant maximal sur les modules de conversion de tension a servi à contrôler le couple de blocage maximal de chaque moteur, ce qui contribue aussi à la sécurité des doigts
- Les signaux des capteurs Hall-effect des moteurs ont été envoyés à l’Arduino, et un logiciel écrit en C a permis d’implémenter une commande moteur en boucle fermée
- Grâce à cette commande, chaque moteur peut suivre indépendamment et avec précision une vitesse et une position cibles, dans la mesure du possible, quelle que soit la charge
Télécommande sans fil et batterie
- À la dernière étape, un module Bluetooth a été connecté à l’Arduino
- Du code C a été écrit pour connecter et interpréter les données du joystick provenant d’un Nunchuck sans fil recyclé
- Ce joystick sans fil est un dispositif fabriqué séparément
- Une batterie LiPo 14.8V est logée dans la section ventrale de la table, ce qui en fait une table sans fil capable de se déplacer dans le salon à l’aide d’une petite télécommande
- Son utilité n’est peut-être pas immense, mais il est amusant de lui faire apporter des boissons
Champ de publication et conditions de propriété intellectuelle
- Après de nombreuses demandes, la structure de liaison du Carpentopod elle-même a été publiée dans le domaine public
- Parmi les conseils de fabrication : à l’échelle du plan, le vilebrequin se situe à environ
1000.0au-dessus du sol, les pattes fonctionnent mal seules ou par paires, et c’est le groupe de trois qui est essentiel - Une précision ajoutée en octobre 2024 a clarifié davantage le périmètre de publication
- la structure de liaison du Carpentopod est dans le domaine public
- le design spécifique de la table n’est pas dans le domaine public
- publier des plans basés sur le design de la table, exploiter une activité ou vendre des produits ou kits sans accord écrit est considéré comme une atteinte à la propriété intellectuelle
- La fabrication de son propre design à des fins personnelles ou éducatives est autorisée et encouragée
- Utiliser le style de la table dans un projet strictement personnel ou éducatif est permis, mais partager ou vendre des plans ou produits reposant sur son design et son esthétique distinctifs nécessite un accord explicite
Communauté
- Avec l’augmentation du nombre de personnes construisant des créations incluant les liaisons Carpentopod ou tentant de reproduire la table d’origine, une communauté Discord a été créée
- Lien pour participer : https://discord.gg/pybMUqcrvw
1 commentaires
Réactions sur Hacker News
C’est vraiment adorable et ça donne un énorme sourire
Comme toute la technologie moderne est cachée à l’intérieur et que seule la structure en bois reste visible, ça dégage une impression de magie digne de Harry Potter
C’est vraiment un excellent article
Je ne pensais pas en voir un jour une version réelle, et c’est vraiment génial
GNU, Sir Terry
La vidéo où la table apporte docilement une bière et un bol de snacks à son propriétaire dit tout
« Je reviens tout de suite, je vais promener la table »
J’aimerais avoir une telle table basse, et en fait elle n’aurait même pas besoin de moteur
On dirait qu’en la poussant, elle pourrait marcher en douceur comme une table montée sur des roulettes fixes
J’ai beaucoup ri en voyant Carpentopod apporter de la bière et des chips à son propriétaire, puis se garer poliment à côté de son collègue statique moins compétent
J’aimerais voir plus de créations aussi fantastiques
Il est aussi passé récemment sur HN