Carpentopod: โปรเจกต์โต๊ะกาแฟเดินได้
(decarpentier.nl)- ซอฟต์แวร์สร้างกลไกการเดินที่ทำเป็นงานอดิเรกต่อยอดไปสู่งานอิเล็กทรอนิกส์และงานไม้ จนออกมาเป็น Carpentopod โต๊ะกาแฟไม้บังคับไร้สาย
- โครงลิงก์ขาเลือกด้วยวิธีวิวัฒนาการของรูปแบบเสมือนหลายพันแบบ โดยใช้ ความเร็วในการเดิน·ระยะห่างจากพื้น·ปริมาณวัสดุที่ใช้·วิถีปลายเท้า เป็นเกณฑ์คัดเลือก
- แม้จะคล้าย Strandbeest ของ Theo Jansen แต่ตั้งเป้าให้มีโครงสร้างที่ กะทัดรัด กว่าและลื่นไถลน้อยกว่า ด้วยสัดส่วนชิ้นส่วนที่ต่างกัน จุดข้อต่อเพิ่มเติม และเส้นผ่านศูนย์กลางปลายเท้าแบบโค้งมน
- การสร้างจริงประกอบด้วยการออกแบบใน Autodesk Fusion 360, การ CNC ไม้ไผ่ลามิเนต, ชิ้นส่วนไม้ไผ่มากกว่า 100 ชิ้น, บอลแบริ่ง·เพลาเหล็ก·เพลาข้อเหวี่ยงอะลูมิเนียม, มอเตอร์บรัชเลส 24V และการควบคุมวงปิดบนพื้นฐาน Arduino Nano
- โครงสร้างลิงก์ อยู่ในสาธารณสมบัติ แต่ดีไซน์โต๊ะไม่ใช่สิ่งที่เปิดเผยให้ใช้ได้เสรี อนุญาตให้ทำเพื่อใช้งานส่วนตัว·การศึกษาได้ แต่การเผยแพร่หรือขายแบบแปลน·คิต·ผลิตภัณฑ์ต้องได้รับความยินยอมเป็นลายลักษณ์อักษร
โต๊ะเดินได้ที่เริ่มจากซอฟต์แวร์
- Carpentopod เริ่มต้นจาก ซอฟต์แวร์สร้างกลไกการเดิน ที่ทำเป็นงานอดิเรกในปี 2008
- ต่อมาเมื่อได้เรียนรู้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และงานไม้ จึงนำหนึ่งในกลไกที่สร้างด้วยซอฟต์แวร์มาทำจริงเป็นโต๊ะกาแฟไม้เดินได้แบบบังคับไร้สาย
- ชื่อนี้ตั้งจากการรวมคำละติน
carpentumกับpodที่หมายถึงเท้าหรือขา
โครงลิงก์ขาที่สร้างด้วยวิธีวิวัฒนาการ
- โครงสร้างลิงก์ขาถูกสร้างด้วยซอฟต์แวร์ที่ให้รูปแบบขาเสมือนหลายพันแบบแข่งขันกัน
- แต่ละรูปแบบได้รับ คะแนนความเหมาะสม ตามเกณฑ์ต่อไปนี้
- ความเร็วในการเดิน
- ระยะห่างจากพื้น
- ปริมาณวัสดุที่ใช้
- ระดับที่ปลายเท้าเคลื่อนที่ได้เป็นแนวนอนและนุ่มนวลขึ้นในช่วงหนึ่งในสามส่วนล่างของคาบการเดิน
- เหตุผลที่ให้รางวัลกับวิถีปลายเท้า คือเพื่อให้เลือกคำตอบที่ช่วยลด การส่ายขึ้นลง และการลื่นของเท้าเมื่อขาสามขาเคลื่อนที่พร้อมกัน
- ใช้เฉพาะตัวที่ได้คะแนนสูงในการสร้างพารามิเตอร์ขาสำหรับรุ่นถัดไป และเติมการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมเป็นระยะเพื่อให้ค้นหาคำตอบใหม่ได้
- เขียนตัวแก้จลนศาสตร์ด้วย C++ จึงสามารถวิวัฒนาการได้หลายสิบรุ่นต่อวินาที และมองเห็นกระบวนการที่ดีไซน์แย่ในช่วงแรกเปลี่ยนเป็นดีไซน์ที่ปรับเหมาะแล้ว
- ลิงก์สุดท้ายของ Carpentopod ถูกเลือกหลังจากรันซิมูเลชันที่ใหญ่และยาวนานกว่าเดิม
ความแตกต่างจาก Strandbeest
- ลิงก์ขาของ Carpentopod มีความคล้ายทางสายตากับประติมากรรม Strandbeest ของ Theo Jansen
- ความต่างอยู่ที่ สัดส่วนชิ้นส่วน, จุดข้อต่อเพิ่มเติม และเส้นผ่านศูนย์กลางปลายเท้าโค้งมนที่ได้จากกระบวนการวิวัฒนาการ
- พารามิเตอร์เพิ่มเติมเหล่านี้ถูกใช้เพื่อค้นหาคำตอบที่กะทัดรัดกว่าและมีการลื่นของเท้าน้อยกว่า
- การลื่นของเท้าเกิดขึ้นเมื่อความเร็วของปลายเท้าหลายจุดที่แตะพื้นไม่ตรงกันอย่างสมบูรณ์ และในโครงสร้างจริง ขาแต่ละข้างอาจทำให้กันและกันช้าลงได้
- ขาของ Strandbeest บางครั้งใช้ปลายเท้าที่ยืดหยุ่นหรือกลิ้งได้เพื่อชดเชยผลกระทบนี้บางส่วน
การออกแบบโครงสร้างโต๊ะ
- ก่อนสร้างของจริง ได้ทำโมเดลขนาดเล็กจากลิงก์วิวัฒนาการเวอร์ชันแรกเพื่อทดสอบ CNC และเทคนิคการผลิต
- จากนั้นจึงตัดสินใจทำ โต๊ะกาแฟไม้เดินได้ ให้เป็นวัตถุที่ค่อนข้างใช้งานได้จริงและดูดี
- ขาแต่ละข้างของ Carpentopod แตะพื้นเพียงหนึ่งในสามของคาบการเดิน ดังนั้นเพื่อให้โต๊ะมั่นคงตลอดเวลาจึงต้องมีขาทั้งหมด 12 ขา
- เพื่อให้เดินได้อย่างนุ่มนวล ชิ้นส่วนขาต้องถูกทำและคงสภาพไว้ด้วย ความแม่นยำระดับต่ำกว่ามิลลิเมตร
- ชิ้นส่วนขาออกแบบให้ผลิตโดย CNC จากแผ่นไม้ไผ่ลามิเนตที่แข็งแรง เป็นธรรมชาติ ทนทาน และเสถียร
- ชิ้นส่วนทั้งหมดของโต๊ะออกแบบด้วย Autodesk Fusion 360
- การขึ้นโมเดล
- การทดสอบ
- การเรนเดอร์
- การเตรียม CNC
- ภายในซอฟต์แวร์สามารถดูสภาพที่เสร็จสมบูรณ์ ณ จุดใดก็ได้ของคาบการเดิน ทำให้ปรับความสวยงามและตรวจสอบระยะห่างได้ง่าย
ลำตัวกลางที่บรรจุอิเล็กทรอนิกส์และระบบขับเคลื่อน
- ระหว่างขาหกข้างที่ปลายทั้งสองด้าน มี ส่วนท้อง ตรงกลางแบบกลวงไว้ใส่อิเล็กทรอนิกส์ มอเตอร์ และแบตเตอรี่
- เฟรมและส่วนท้องออกแบบให้เป็นเส้นโค้งเหมือนหีบสมบัติกลับหัว เพื่อหลีกเลี่ยงรูปทรงเหลี่ยมจัด
- รูปทรงนี้ทำให้มีคนบอกว่าคล้าย The Luggage ในชุดนิยาย Discworld ของ Terry Pratchett
- ส่วนท้องตรงกลางทำให้ขาทุกข้างอยู่ห่างจากศูนย์กลางในระดับหนึ่ง จึงมีส่วนร่วมกับการหมุนได้มีประสิทธิภาพกว่า
- ขาแต่ละกลุ่มที่รวมกันหกข้างเชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงของตัวเอง และเพลาข้อเหวี่ยงแต่ละชุดขับด้วยมอเตอร์หนึ่งตัว
- ด้วยโครงสร้างนี้ จึงควบคุมการเดินหน้าและการหมุนได้เหมือนรถถัง โดยใช้มอเตอร์ควบคุมอิสระเพียงสองตัว
การผลิตด้วย CNC และงานไม้
- ในการทำโต๊ะจริง ใช้ CNC ผลิตชิ้นส่วนให้มากที่สุดเท่าที่ทำได้เพื่อความแม่นยำและความสะดวกในการผลิตซ้ำ
- อุปกรณ์ที่ใช้คือ CNC router แบบ 3 แกนราคาถูก
- CNC 3 แกนตัดวัสดุออกได้จากด้านบนเท่านั้น ดังนั้นชิ้นส่วนขาที่ต้องมีรูปทรงซับซ้อนและส่วนเว้า จึงทำโดย CNC ไม้ไผ่ลามิเนตสามแผ่นแยกกันแล้วนำมาติดกาว
- แม้แต่ชิ้นส่วนเดียวก็ต้องผ่านการกัดหลายครั้งด้วยเครื่องมือหลายขนาดและหลายรูปทรง และบางครั้งต้องพลิกกลับด้านอย่างแม่นยำแล้วยึดใหม่เพื่อกัดสองหน้า
- ชิ้นส่วนไม้ไผ่มากกว่า 100 ชิ้นถูก CNC ขัดกระดาษทราย เคลือบแล็กเกอร์ แล้วประกอบด้วยบอลแบริ่งและเพลาเหล็ก
- เพลาข้อเหวี่ยงสองชุดทำขึ้นโดยให้เพลารูปตัว D ขบกับชิ้นส่วนออฟเซ็ตหมุนที่มีรูรูปตัว D
- เพลารูปตัว D และชิ้นส่วนออฟเซ็ตถูก CNC อย่างแม่นยำจากแท่งและแผ่นอะลูมิเนียมทั่วไป
ประตูโค้งและชุดเฟอร์นิเจอร์
- ประตูส่วนท้องโค้งของโต๊ะทำจากไม้ไผ่ลามิเนตชนิดเดียวกัน โดยทำ kerfing อย่างละเอียด จากนั้นใช้ไอน้ำทำให้อ่อนตัวขึ้น แล้วดัดบนจิ๊กโค้งเพื่อขึ้นรูป
- ประตูถูกติดกาวบนซี่โครงบานพับที่มองไม่เห็นสองชิ้น และใช้แม่เหล็กฝังในตัวเพื่อให้เปิดปิดได้ง่าย
- ยังได้เชื่อมทำเฟอร์นิเจอร์ทีวีที่มีความสูงเท่ากัน และใช้ไม้ม่วงมะม่วงชิ้นเดียวทำเป็นท็อปของเฟอร์นิเจอร์ทั้งสองชิ้นให้ดูเป็นชุดเดียวกัน
มอเตอร์และการควบคุมวงปิด
- ขาแต่ละกลุ่มหกข้างขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ของตัวเอง แต่การเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ของขาภายในกลุ่มถูกจัดจังหวะด้วย เพลาข้อเหวี่ยง หนึ่งชุด
- หากผลักส่วนขาหกข้างที่ไม่มีมอเตอร์ มันจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเหมือนล้อ
- ปลายเท้าออกแบบให้แตะพื้นอย่างนุ่มนวลและไม่พยายามดันแทรกลงไป ทำให้โต๊ะส่ายขึ้นลงไม่มากขณะเดิน
- สำหรับการขับเคลื่อนจริง ใช้มอเตอร์บรัชเลส 24V แบบมีเกียร์ราคาถูกสองตัว ซึ่งปกติใช้กับผลิตภัณฑ์ม่านอัตโนมัติ
- กำลังพิกัดสูงสุดคือ 1.5Nm @ 130RPM
- อิเล็กทรอนิกส์ในตัวรองรับการควบคุมความเร็วโดยตรงผ่านสายสัญญาณ PWM แยกต่างหาก
- เมื่อสั่งความเร็วต่ำด้วย PWM แม้รับโหลดเพียงบางส่วนของโหลดสูงสุด ก็แทบจะเข้าสู่โหมดตัดความร้อนอัตโนมัตินานหลายวินาทีทันที
- วิธีที่ทำงานได้ดีกว่าคือคงสัญญาณ PWM ไว้ที่ 100% แล้วเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าโดยตรง
- ใช้โมดูล Step Up/Down Converter ราคาถูกสองตัวเพื่อเปลี่ยนแรงดันแบตเตอรี่ให้เป็นเอาต์พุตระหว่าง 0~24V
- ดัดแปลงโมดูลเหล่านี้ให้ตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตได้โดยตรงด้วยสัญญาณ PWM ความเร็วสูงจากบอร์ด Arduino Nano ที่นำกลับมาใช้ใหม่
- การตั้งค่ากระแสสูงสุดที่ปรับได้ของโมดูลแปลงแรงดัน ใช้ควบคุมแรงบิดหยุดสูงสุดของมอเตอร์แต่ละตัว และเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของนิ้วมือด้วย
- ป้อนสัญญาณเซ็นเซอร์ Hall-effect ของมอเตอร์เข้า Arduino และเขียนซอฟต์แวร์ด้วย C เพื่อทำ การควบคุมมอเตอร์แบบวงปิด
- ด้วยการควบคุมนี้ มอเตอร์แต่ละตัวสามารถติดตามความเร็วและตำแหน่งเป้าหมายได้อย่างแม่นยำโดยอิสระภายในขอบเขตที่เป็นไปได้ ไม่ขึ้นกับโหลด
การบังคับไร้สายและแบตเตอรี่
- ขั้นตอนสุดท้ายคือเชื่อมต่อโมดูล Bluetooth เข้ากับ Arduino
- เขียนโค้ด C เพื่อเชื่อมต่อและตีความข้อมูลจอยสติกจาก Nunchuck ไร้สายที่นำกลับมาใช้ใหม่
- จอยสติกไร้สายนี้เป็นอุปกรณ์ที่ ทำขึ้น แยกต่างหาก
- ใส่แบตเตอรี่ LiPo 14.8V ไว้ในส่วนท้องของโต๊ะ ทำให้กลายเป็นโต๊ะไร้สายที่เดินไปได้ทุกที่ในห้องนั่งเล่นด้วยรีโมตขนาดเล็ก
- ความใช้งานได้จริงอาจไม่ได้มากนัก แต่ก็มีความสนุกตรงที่ให้มันเอาเครื่องดื่มมาให้ได้
ขอบเขตการเปิดเผยและเงื่อนไขทรัพย์สินทางปัญญา
- หลังมีคำขอจำนวนมาก โครงสร้างลิงก์ ของ Carpentopod เองถูกเผยแพร่เป็นสาธารณสมบัติ
- เคล็ดลับในการทำคือ ตามสเกลของแบบ เพลาข้อเหวี่ยงอยู่สูงจากพื้นประมาณ
1000.0และขาเดี่ยวหรือขาเป็นคู่ทำงานได้ไม่ดี ส่วนสำคัญคือการใช้สามขา - ในคำอธิบายเพิ่มเติมเดือนตุลาคม 2024 ขอบเขตการเปิดเผยถูกทำให้ชัดเจนขึ้น
- โครงสร้างลิงก์ของ Carpentopod อยู่ในสาธารณสมบัติ
- ดีไซน์เฉพาะของโต๊ะไม่ได้อยู่ในสาธารณสมบัติ
- การเผยแพร่แผนงานตามดีไซน์โต๊ะ ดำเนินธุรกิจ หรือขายผลิตภัณฑ์·คิต โดยไม่ได้รับความยินยอมเป็นลายลักษณ์อักษร จะถือว่าเป็นการละเมิดทรัพย์สินทางปัญญา
- อนุญาตและสนับสนุนให้ทำดีไซน์ของตนเองเพื่อวัตถุประสงค์ส่วนตัวหรือการศึกษา
- อนุญาตให้ใช้สไตล์ของโต๊ะในโปรเจกต์ส่วนตัว·การศึกษาล้วน ๆ แต่หากต้องการแชร์หรือขายแผนงานหรือผลิตภัณฑ์ที่อิงกับดีไซน์และสุนทรียะเฉพาะ ต้องได้รับความยินยอมอย่างชัดแจ้ง
ชุมชน
- เมื่อมีผู้คนมากขึ้นที่พยายามทำงานสร้างสรรค์ซึ่งใช้ลิงก์ Carpentopod หรือจำลองโต๊ะต้นฉบับ จึงมีการตั้งชุมชน Discord ขึ้น
- ลิงก์เข้าร่วม: https://discord.gg/pybMUqcrvw
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
มันน่ารักมากจนเผลอยิ้มกว้างออกมา
เพราะเทคโนโลยีสมัยใหม่ทั้งหมดถูกซ่อนไว้ด้านในและมองเห็นแค่โครงไม้ จึงให้ความรู้สึกเหมือนเวทมนตร์ที่น่าจะโผล่มาใน Harry Potter
เป็น บทความที่ยอดเยี่ยม จริงๆ
ไม่คิดเลยว่าจะได้เห็นเวอร์ชันในโลกจริง และมันเท่มาก
GNU, Sir Terry
วิดีโอที่โต๊ะค่อยๆ เอาเบียร์กับชามขนมมาส่งให้เจ้าของก็บอกทุกอย่างแล้ว
“เดี๋ยวกลับมานะ จะพาโต๊ะไปเดินเล่นหน่อย”
อยากมี โต๊ะกาแฟ แบบนี้ และจริงๆ แล้วอาจไม่ต้องมีมอเตอร์ด้วยซ้ำ
แค่ผลักก็น่าจะเดินไปอย่างนุ่มนวลเหมือนโต๊ะที่ติดล้อแบบกำหนดทิศทางคงที่
ฉันหัวเราะลั่นตอนเห็น Carpentopod เอาเบียร์กับมันฝรั่งทอดไปให้เจ้าของ แล้วค่อยๆ จอดอย่างสุภาพข้างเพื่อนร่วมงานนิ่งๆ ที่ความสามารถด้อยกว่า
อยากเห็นผลงานสร้างสรรค์สุดมหัศจรรย์แบบนี้อีก
ที่เพิ่งขึ้น HN ไปไม่นานนี้เอง