Lazarovo rameno: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Na úvod by som sa chcel poďakovať za záujem o môj projekt. Moje meno je Chase Leach a som senior vo WBASD S. T. E. M. Akadémie. Tento projekt je odoslaním ceny Butwin Elias za vedu a technológiu za roky 2019-2020. Rameno Lazarus je jedinečný protetický dizajn, pretože používa iba materiály, ktoré sa dajú nájsť okolo domu, s výnimkou motorov a Arduino Uno, ktoré boli prevzaté z predchádzajúcich projektov, ktoré som navrhol. Tento rok je to, že nemám prístup k 3D tlačiarni, takže návrh ramena bol trochu zložitý, pretože som pracoval s lepenkou pre mnoho konštrukčných komponentov ramena Lazarus. Cieľom tohto projektu je vytvoriť funkčný model, ktorý by mohol demonštrovať koncept môjho návrhu. Vzhľadom na obmedzené zdroje si myslím, že konečný návrh dopadol celkom dobre. Ďakujem za možnosť zapojiť sa do tejto súťaže. Umožnilo mi to tak veľa zábavy. Táto súťaž mi vytvorila vzácne spomienky. Navrhovanie ramena Lazarus a prekonanie výziev, ktoré predstavuje, ma veľa naučili. Ďakujem za váš čas a ohľaduplnosť a bez ďalších obmedzení dúfam, že sa vám bude páčiť.

Zásoby

Všetky zásoby, ktoré som použil, som už mal k dispozícii, vedľa materiálov som však zahrnul zoznam teoretických nákladov.

Dodávky a náklady

• Kartónová škatuľa 12 x 12 x 16 (0,82 dolára)
• Horúca lepiaca pištoľ (4,99 dolárov)
• Pištole na horúce lepidlo (3,97 dolárov)
• Scotch Tape (6,80 dolára)
• 4 x kotúče papierových uterákov (9,98 dolára)
• 2 x role toaletného papiera (6,99 dolárov)
• (Suma: 8) Servomotory MG90S Tower Pro (celkové náklady: 23,99 USD)
• 1 x doska Arduino MEGA 2560 R3 (celkové náklady: 12,95 dolárov)
• Drôt (8,76 dolárov)
• ProtoBoard (5,99 dolárov)
• Slamky (2 doláre)
• Stuha (3,29 dolárov)

Krok 1: Čas potrebný na výstavbu

Čas, ktorý bol strávený na tomto projekte, preletel pri práci na návrhu a konštrukcii ramena. Časť projektu, ktorá sa mi obzvlášť páčila, bol návrh lakťového kĺbu, pretože využíva metódu konštrukcie kĺbov v robotike, ktorá používa systém kladiek na zvýšenie objemu pracovného výkonu. Konštrukcia ramena Lazarus trvala celkovo 63 hodín. Zahŕňal výskum s cieľom nájsť najúčinnejší spôsob, ako dosiahnuť konečný návrh čo najhospodárnejších nákladov. Montáž ramena Lazarus trvala celkovo 15 hodín a veľa horúceho lepidla. Testovanie bolo zaujímavé, pretože pôvodný návrh protézy mal tendenciu k zastaveniu v dôsledku trenia vytváraného zubnou niťou používanou v systéme kladky v lakte. Všetko, čo som urobil, bolo zmenšiť priemer kolies a fungovalo to. Fáza testovania trvala celkovo 12 hodín. Fáza programovania projektu mi trvala celkovo 10 hodín, vrátane času, ktorý som potreboval na doplnenie svojich znalostí C ++.

Krok 2: S. T. E. M. Aplikácie

Veda- V mojom projekte sa veda zaoberá návrhom protoboardového dizajnu, ktorý umožňoval distribúciu energie medzi servomotory v návrhu. Svoju úlohu tiež nachádza vo fyzike súvisiacej s návrhom štruktúry ramena. Podrobnejšie, konštrukcia systému kladiek v lakťovom kĺbe, ktorý dáva ramenu značnú mechanickú výhodu, ktorá umožňuje ramenu zdvihnúť viac, ako by inak mohlo, s láskavým dovolením Archimeda.

Technológia- Technologický aspekt môjho projektu vstúpil do hry, keď som kódoval pohyb protetického ramena pomocou C ++. Tiež to vstúpilo do hry, keď som inštaloval motory a dosku Arduino.

Inžinierstvo- inžinierstvo sa začalo hrať, keď som navrhoval dlaň, prsty, palec, zápästný kĺb, predlaktie, lakeť a nadlaktie. Vstúpilo to do hry pri redizajnoch, identifikácii problémov, keď nastali, a pri riešeniach, na ktoré som problémy prišiel.

Matematika- Matematika zapojená do tvorby ruky vstúpila do hry, keď som hľadal správne anatomické proporcie ramenných segmentov. Tiež to prišlo na rad, keď som hľadal prijateľné úpravy veľkostí pre priemery kolies v kĺbe systému kladky. Matematiku som použil aj pri výpočtoch, ktoré som urobil pre počet kolies, ktoré by som použil v lakťovom kĺbe, aby sa rameno mohlo pohybovať pod hmotnosťou hrnčeka s kávou. Tiež prišiel do hry s výpočtom vykonaným pomocou Ohmovho zákona pre návrh obvodu a požadovaný vstup napätia.

Krok 3: Skice technického návrhu

Náčrty, ktoré som poskytol, obsahujú môj pôvodný návrh pre Lazarovo rameno. Verím, že dizajn dokáže zostať dostatočne robustný na každodenné použitie, pričom zostáva značne nákladovo efektívny.

Krok 4: Konštrukcia predlaktia

Vo videu, ktoré som pripojil, uvádzam množstvo a rozmery kusov lepenky, ale uvediem sem aj zoznam kusov, rozmerov a množstiev. Zoznam, ktorý som zaradil nižšie, bol napísaný po konštrukcii predlaktia, takže ak existujú nejaké nezrovnalosti medzi ním a videom, použil by som tento zoznam.

• 2 x role papierového uteráka
• 4 x kladkové rameno
• 2 x kruhy s priemerom 3 palce
• 8 x kruhov s dierou a priemerom 2 a 3/16 palca
• 4 x upravené papierové uteráky s dĺžkou 1 a 7/8 palca
• 12 x kruhov s dierou a priemerom 1 a 6/8 palcov
• 1 x priemer dreveného kolíka 3/8 palca a dĺžka 4 palce
• 2 x obdĺžnik s dĺžkou 7 a 3/16 palcov a šírkou 3 palce
• 2 x obdĺžnik s dĺžkou 7 a 3/16 palcov a šírkou 1 a 7/16 palcov
• 9 x štvorec s dĺžkou a šírkou 1 a 1/2 palca
• 12 x pravouhlý trojuholník so základňou a výškou 1 a 1/2 palca

Krok 5: Konštrukcia horného ramena

Konštrukcia nadlaktia je pomerne jednoduchá, ale robustná. Na stavbu tejto časti Lazarovho ramena budete potrebovať niekoľko dielov. Zahrnul som video vysvetlenie všetkých požadovaných častí, ale chcel som sa uistiť, že vysvetlenie je dostatočne komplexné, aby sa dalo sledovať doma, a preto som zaradil nasledujúci zoznam.

• 4 x obdĺžnik (5 palcov na dĺžku a 3 palce na šírku)
• 4 x obdĺžnik (5 palcov na dĺžku a 1 a 1/2 palca na šírku)
• 2 x kruh (priemer 3 palce)
• 2 x upravený kotúč papierového uteráka (priemer 1 palec a 1/2 palca na dĺžku)
• 9 x štvorec (1 a 1/2 palca na oboch stranách)
• 8 x pravý trojuholník (1 a 1/2 palca pre základňu a výšku)
• 2 x tvar veľkého oblúka s dvoma otvormi
• 4 x obdĺžnik s dierou (3 a 1/2 palca na dĺžku a 3 palce na šírku)
• 4 x kruh s otvorom v strede (priemer 1 a 1/2 palca)
• 6 x kruh s otvorom v strede (priemer 1 palec)
• 2 x 1/2 palca kratších roliek papierových utierok skráti dĺžku v strede jednej strany
• 1 x drevená hmoždinka (4 palce na dĺžku a 3/8 palca priemer)

Krok 6: Konštrukcia zápästia/dlane

Zápästie/dlaň Lazarovho ramena bola v skutočnosti jednou z najtvrdších častí dizajnu, okrem systému kladiek v lakte. Časť návrhu, s ktorou som najviac zápasil, bola ako vytvoriť dizajn, ktorý by bol schopný otáčania bez toho, aby bola obetovaná akákoľvek štrukturálna stabilita návrhu. Keď som prišiel s riešením svojho problému, pôvodne som si myslel, že budem príliš zjednodušený na prácu, ale keď som ho uviedol do praxe, obstál v testoch, ktoré som spravoval. Diely na stavbu tejto časti Lazarovho ramena sú uvedené nižšie.

• 6 návrhov šablón dlaní, ktorých veľkosť by mala byť hore alebo dole v závislosti od používateľa (asi 3 a 1/2 palca na dĺžku a 3 palce na šírku)
• 2 x obdĺžnik (3 palce na dĺžku a 2 a 1/2 palca na šírku)
• 2 x obdĺžnik (3 palce na dĺžku a 1 palec na šírku)
• 6 x pravouhlý trojuholník (výška a základňa 1 palec)
• 1 x kruh (2 a 5/16 palcov v priemere)
• 2 x kruh s malým obdĺžnikovým výrezom (2 a 5/16 palcov v priemere)
• 1 x drevená hmoždinka (3 palce na dĺžku a 3/8 palca v priemere)
• 10 x oblúk s dierou (asi 1 a 1/2 palca na dĺžku a 1 palec na šírku)
• 2 x kotúče toaletného papiera so zárezom pre ručnú šablónu

Krok 7: Konštrukcia prst/palec

Vzory prstov a palcov sú kvôli jednoduchosti takmer rovnaké. Kľúčové rozdiely sú v tom, že palec má iba kĺby, zatiaľ čo prsty majú tri a palec je sklonený podobne ako ľudská ruka v anatomickej polohe. Prikladám video s vysvetlením stavby prstov a palca. Zobrazené kusy sú pomerne jednoduché na výrobu, ale pre tieto časti je potrebné urobiť niekoľko.

• 48 x väčších oblúkov s dierou (1 a 1/2 palca na dĺžku a 1 a 1/4 palca na šírku s otvorom umiestneným 1 palec sprava a 1/4 palca dole)
• 13 x menšie oblúky s dierou (1 a 1/2 palca na dĺžku a 1 a 1/2 palca na šírku s otvorom umiestneným 1/2 palca sprava a 1/4 palca nadol)
• 13 x oblúk (3/4 palca na dĺžku a 1/2 palca na šírku)
• 6 x slamky (3/4 palca na dĺžku)
• 5 x slamky (1/2 palca na dĺžku)
• 4 x slamky (dĺžka 1/4 palca)
• 4 x slamky (1 a 1/2 palca dlhé)
• 5 x stuha (12 palcov na dĺžku)

Krok 8: Testovanie

Cieľom testovacej fázy ramena Lazarus je dokázať koncept ako uskutočniteľný. Pripojil som video, ktoré podľa mňa dokazuje koncept môjho návrhu. Myslím si, že Lazarus Arm funguje celkom dobre, vzhľadom na materiály použité na jeho vytvorenie.

Krok 9: Možné budúce zlepšenia

Pri pohľade na projekt ako celok som s konečným produktom veľmi spokojný. Jediná vec, ktorú by som rád urobil, je zistiť, či môžem vytvoriť 3D tlač dielov, ktoré som vyrobil z lepenky, aby som zistil, ako vydrží aj pod väčším tlakom. Okrem toho by som si chcel urobiť čas na zlepšenie estetiky ramena. Tiež by som chcel zistiť, či môžem pokračovať v práci na tomto dizajne protetickej paže, aby som zistil, či môžem dizajn otestovať za niektorých každodenných okolností.

Krok 10: Záverečné poznámky

Chcel by som vyjadriť, ako som spokojný s konečným návrhom Ramena Lazara. Ukázalo sa, že je životaschopné pri niektorých každodenných úlohách, a vzhľadom na materiály, z ktorých je vyrobený, je prekvapivo funkčný. Chcel by som sa na chvíľu poďakovať nadácii Iseman Foundation za príležitosť pracovať na projektoch, ako je tento, posledné štyri roky. Bolo to neuveriteľne poučné a zábavné. Táto súťaž je jedným z dôvodov, prečo sa zameriavam na strojné inžinierstvo. Bolo neuveriteľné byť toho súčasťou počas tých rokov a nikdy som nedokázal vyjadriť, ako som vďačný, ďakujem.