Brațul lui Lazăr: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Aș vrea să încep prin a spune mulțumesc că v-ați interesat de proiectul meu. Numele meu este Chase Leach și sunt senior în cadrul WBASD S. T. E. M. Academie. Acest proiect este o candidatură pentru Premiul Butwin Elias pentru știință și tehnologie 2019-2020. Brațul Lazarus este un design protetic unic, în măsura în care folosește numai materiale care ar putea fi găsite în jurul casei, cu excepția motoarelor și Arduino Uno, care au fost preluate din proiectele anterioare pe care le-am proiectat. Anul acesta este că nu am acces la o imprimantă 3D, așa că designul brațului a fost puțin complicat, deoarece lucram cu carton pentru o mulțime de componente structurale ale brațului Lazarus. Scopul acestui proiect este de a crea un model de lucru care să poată demonstra conceptul de design al meu. Având în vedere resursele limitate, cred că designul final a ieșit destul de bine. Vă mulțumim pentru oportunitatea de a vă implica în această competiție. Mi-a permis să mă distrez atât de mult. Această competiție mi-a creat amintiri prețuite. Proiectarea Brațului Lazarus și depășirea provocărilor pe care le-a prezentat m-au învățat multe. Vă mulțumesc pentru timp și considerație și, fără alte adioane, sper să vă bucurați.

Provizii

Toate consumabilele pe care le-am folosit erau deja disponibile pentru mine, însă am inclus o listă a costurilor teoretice lângă materiale.

Consumabile și costuri

• Cutie de carton 12 x 12 x 16 (0,82 dolari)
• Hot Glue Gun (4,99 USD)
• Bastoane de lipit fierbinte (3,97 USD)
• Bandă Scotch (6,80 dolari)
• 4 x role de prosoape de hârtie (9,98 USD)
• 2 x role de hârtie igienică (6,99 USD)
• (Suma: 8) Servomotoare MG90S Tower Pro (Cost total: 23,99 USD)
• 1 x placa Arduino MEGA 2560 R3 (cost total: 12,95 dolari)
• Sârmă (8,76 USD)
• ProtoBoard (5,99 USD)
• Paie (2 USD)
• Panglică (3,29 USD)

Pasul 1: Timpul necesar pentru construcție

Timpul petrecut cu acest proiect a trecut cu cât a lucrat la proiectarea și construcția brațului. Partea proiectului care mi-a plăcut în mod deosebit a fost proiectarea articulației cotului, deoarece folosește o metodă de construcție a articulației în robotică care utilizează un sistem de scripete pentru a crește cantitatea de lucru. Proiectarea brațului Lazarus a durat un total de 63 de ore, care au inclus cercetări pentru a găsi cel mai eficient mod de a face designul final cât mai rentabil posibil. Adunarea brațului Lazarus a durat în total 15 ore și mult adeziv fierbinte. Testarea a fost interesantă, deoarece proiectul inițial pentru proteză a avut tendința de a se bloca ca urmare a fricțiunii create de ața dentară utilizată în sistemul de scripete în cot. Tot ce am făcut a fost să scad diametrul roților și a funcționat. Faza de testare a durat în total 12 ore. Faza de programare a proiectului mi-a luat în total 10 ore, care nu include timpul necesar pentru a-mi atinge abilitățile de C ++.

Pasul 2: S. T. E. M. Aplicații

Știință - În proiectul meu, știința este implicată în proiectarea protoboardului, care a permis distribuirea puterii între servomotorii din proiectare. De asemenea, își găsește un rol în fizica implicată în proiectarea structurii brațului. Mai mult, în special proiectarea sistemului de scripete în articulația cotului, care oferă brațului o cantitate considerabilă de avantaj mecanic, permițând brațului să se ridice mai mult decât ar fi putut altfel, prin amabilitatea lui Arhimede.

Tehnologie - Aspectul tehnologic al proiectului meu a intrat în joc atunci când codificam mișcarea brațului protetic folosind C ++. A intrat și în joc când instalam motoarele și placa Arduino.

Inginerie - Ingineria a intrat să se joace când proiectam palma, degetele, degetul mare, articulația încheieturii mâinii, antebrațul, cotul și brațul superior. A intrat în joc în reproiectarea, identificarea problemelor când au apărut și soluțiile cu care am venit pentru probleme.

Matematică - Matematica implicată în crearea mâinii a intrat în joc atunci când căutam proporțiile anatomice corecte ale segmentelor brațului. A intrat și în joc atunci când căutam ajustări de dimensiuni acceptabile pentru diametrele roților din articulația sistemului de scripete. De asemenea, am folosit matematica în timpul calculelor pe care le-am făcut pentru numărul de roți pe care le-aș folosi în articulația cotului pentru a face brațul capabil să se miște sub greutatea unei cani de cafea. De asemenea, a intrat în joc cu calculul efectuat prin aplicarea Legii lui Ohm pentru proiectarea circuitului și pentru intrarea de tensiune necesară.

Pasul 3: Schițe de proiectare tehnică

Schițele pe care le-am furnizat includ proiectul meu inițial pentru Brațul Lazarus. Cred că designul reușește să rămână suficient de robust pentru utilizarea de zi cu zi, rămânând în același timp considerabil rentabil.

Pasul 4: Construcția antebrațului

Menționez cantitatea și dimensiunile pieselor de carton în videoclipul pe care l-am atașat, totuși voi include și o listă a pieselor, dimensiunilor și cantităților aici. Lista pe care am inclus-o mai jos a fost scrisă după construirea antebrațului, așa că, dacă există discrepanțe între acesta și videoclip, aș folosi lista.

• 2 x role de prosoape de hârtie
• 4 x Braț fulie
• 2 x cercuri cu diametrul de 3 inci
• 8 x cercuri cu gaură și diametru de 2 și 3/16 inci
• 4 x role de prosoape de hârtie modificate cu lungimea de 1 și 7/8 inci
• 12 x cercuri cu gaură și diametru de 1 și 6/8 țoli
• 1 x Diametru diblu din lemn de 3/8 inch și lungime de 4 inch
• 2 x dreptunghi de 7 și 3/16 inci lungime și 3 inci lățime
• 2 x dreptunghi de 7 și 3/16 inci lungime și 1 și 7/16 inci lățime
• 9 x pătrat de 1 și 1/2 inci în lungime și lățime
• 12 x triunghiuri drepte cu 1 și 1/2 inci bază și înălțime

Pasul 5: Construcția brațului superior

Construcția brațului superior este destul de simplă, dar robustă. Pentru a construi această parte a Brațului Lazăr, veți avea nevoie de câteva piese. Am inclus o explicație video a tuturor pieselor necesare, totuși am vrut să mă asigur că explicația este suficient de cuprinzătoare pentru a putea fi urmată acasă, așa că am inclus o listă de mai jos.

• 4 x dreptunghi (5 inci lungime și 3 inci lățime)
• 4 x dreptunghi (5 inci lungime și 1 și 1/2 inci lățime)
• 2 x cerc (3 inci în diametru)
• 2 x role de prosop de hârtie modificate (1 inch în diametru și 1/2 inch în lungime)
• 9 x pătrat (1 și 1/2 inci pe ambele părți)
• 8 x triunghiuri drepte (1 și 1/2 inci pentru bază și înălțime)
• 2 x formă de arc mare cu două găuri
• 4 x dreptunghi cu gaură (3 și 1/2 inci în lungime și 3 inci în lățime)
• 4 x cerc cu gaura în centru (1 și 1/2 inci în diametru)
• 6 x cerc cu gaură în centru (1 inch în diametru)
• 2 x 1/2 inch role de prosoape de hârtie mai scurte, tăiați lungimea în centrul unei părți
• 1 x diblă din lemn (4 inci lungime și 3/8 inci diametru)

Pasul 6: Construcția încheieturii mâinii / palmelor

Încheietura / palma brațului Lazarus a fost de fapt una dintre cele mai dure părți ale designului, în afară de sistemul de scripete din cot. Partea proiectului cu care m-am luptat cel mai mult a fost cum să creez un design care să fie capabil de rotație fără a sacrifica stabilitatea structurală a designului. Când am venit cu soluția la problema mea, am crezut inițial că aș fi prea simplist pentru a lucra, totuși, când am pus-o în practică, a ținut până la testele pe care le-am administrat. Piesele pentru construcția acestei părți a Brațului Lazarus sunt enumerate mai jos.

• 6 x modele Palm Template care ar trebui să fie dimensionate în sus sau în jos în funcție de utilizator (aproximativ 3 și 1/2 inci în lungime și 3 inci în lățime)
• 2 x dreptunghi (3 inci lungime și 2 și 1/2 inci lățime)
• 2 x dreptunghi (3 inci lungime și 1 inci lățime)
• 6 x triunghiuri cu unghi drept (înălțimea și baza de 1 inch)
• 1 x cerc (2 și 5/16 inci în diametru)
• 2 x cerc cu decupaj dreptunghiular mic (2 și 5/16 inci în diametru)
• 1 x diblu din lemn (3 inci lungime și 3/8 inci în diametru)
• 10 x proiectare arc cu gaură (aproximativ 1 și 1/2 inci în lungime și 1 inci în lățime)
• 2 x role de hârtie igienică cu decupaj de crestătură pentru șablon manual

Pasul 7: Construcția degetului / degetului mare

Modelele degetului și degetului mare sunt aproape exact aceleași pentru simplitate. Diferențele esențiale constau în faptul că degetul mare are doar articulații, în timp ce degetele au trei, iar degetul mare este înclinat similar cu o mână umană în poziție anatomică. Am atașat un videoclip care explică construcția degetelor și a degetului mare. Piesele care sunt afișate sunt destul de simple de creat, cu toate acestea, sunt necesare câteva pentru aceste piese.

• 48 x arcuri mai mari cu un orificiu (1 și 1/2 inci în lungime și 1 și 1/4 inci în lățime cu orificiul situat la 1 inci din dreapta și 1/4 inci în jos)
• 13 x arcuri mai mici cu un orificiu (1 și 1/2 inci lungime și 1 și 1/2 inci lățime cu orificiu situat la 1/2 inci din dreapta și 1/4 inci în jos)
• 13 x arc (3/4 inch în lungime și 1/2 inch în lățime)
• 6 x paie (3/4 inch lungime)
• 5 x paie (1/2 inch lungime)
• 4 x paie (1/4 inch lungime)
• 4 x paie (1 și 1/2 inci lungime)
• 5 x panglică (12 inci lungime)

Pasul 8: Testare

Scopul fazei de testare a brațului Lazarus este de a dovedi conceptul ca fiind fezabil. Am atașat un videoclip care cred că demonstrează conceptul designului meu. Cred că Brațul Lazarus funcționează destul de bine, având în vedere materialele folosite pentru a-l crea.

Pasul 9: Posibile îmbunătățiri viitoare

Privind proiectul în ansamblu, sunt destul de mulțumit de produsul final. Singurul lucru pe care mi-ar plăcea să-l fac este să văd dacă pot crea o imprimare 3D a pieselor pe care le-am realizat din carton, pentru a vedea cum se menține sub o presiune și mai mare. În afară de asta, aș vrea să-mi iau timp pentru a îmbunătăți estetica brațului. Aș dori, de asemenea, să văd dacă pot continua să lucrez la acest design al brațului protetic pentru a vedea dacă pot testa proiectul în anumite circumstanțe cotidiene.

Pasul 10: Observații de închidere

Aș dori să exprim cât de fericit sunt cu designul final al brațului Lazarus. S-a dovedit a fi viabil pentru utilizare în unele sarcini de zi cu zi și este surprinzător funcțional având în vedere materialele din care este fabricat. Aș dori să iau un moment pentru a mulțumi Fundației Iseman pentru oportunitatea de a lucra la proiecte de acest gen în ultimii patru ani. A fost incredibil de educativ și distractiv. Această competiție este unul dintre motivele pentru care urmăresc o specializare în inginerie mecanică. A fost incredibil să fac parte din acest lucru de-a lungul anilor și nu aș putea niciodată să exprim cât de recunoscător sunt, mulțumesc.