Lazarov krak: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Htio bih za početak reći hvala što ste se zainteresirali za moj projekt. Moje ime je Chase Leach i stariji sam u WBASD S. T. E. M. Akademija. Ovaj je projekt prijavljen za nagradu Butwin Elias za znanost i tehnologiju 2019-2020. Lazarus Arm je jedinstven protetski dizajn jer koristi samo materijale koji se mogu pronaći po kući, isključujući motore i Arduino Uno koji su preuzeti iz prethodnih projekata koje sam dizajnirao. Ove godine nemam pristup 3D pisaču pa je dizajn ruke bio pomalo lukav jer sam radio s kartonom na mnogim strukturnim komponentama Lazarusove ruke. Cilj ovog projekta je napraviti radni model koji može demonstrirati koncept mog dizajna. S obzirom na ograničena sredstva, mislim da je konačni dizajn ispao prilično dobro. Hvala vam na prilici da se uključite u ovo natjecanje. Omogućilo mi je da se toliko zabavim. Ovo natjecanje za mene je stvorilo drage uspomene. Dizajniranje Lazarove ruke i prevladavanje izazova koje je predstavljalo naučilo me je mnogo. Hvala vam na vremenu i razmatranju i bez daljnjeg oproštaja nadam se da ćete uživati.

Pribor

Sve zalihe koje sam koristio već su mi bile dostupne, međutim uz materijal sam uključio popis teoretskih troškova.

Opskrba i troškovi

• Kartonska kutija 12 x 12 x 16 (0,82 USD)
• Pištolj za vruće ljepilo (4,99 USD)
• Štapići za vruće ljepilo (3,97 USD)
• Škotska traka (6,80 USD)
• 4 x rolne papirnatih ručnika (9,98 USD)
• 2 x rolne toaletnog papira (6,99 USD)
• (Količina: 8) Servo motori MG90S Tower Pro (ukupni trošak: 23,99 USD)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 ploča (ukupni trošak: 12,95 USD)
• Žica (8,76 USD)
• ProtoBoard (5,99 USD)
• Slamke (2 USD)
• Vrpca (3,29 USD)

Korak 1: Vrijeme potrebno za izgradnju

Vrijeme provedeno na ovom projektu proletjelo je radeći na projektiranju i konstrukciji kraka. Dio projekta u kojem sam posebno uživao bio je dizajn zgloba lakta jer koristi metodu konstrukcije zglobova u robotici koja koristi sustav remenica za povećanje količine rada. Dizajn Lazarusove ruke trajao je ukupno 63 sata, što je uključivalo istraživanje kako bi se pronašao najučinkovitiji način da se konačni dizajn učini što ekonomičnijim. Montaža Lazarusove ruke trajala je ukupno 15 sati i puno vrućeg ljepila. Testiranje je bilo zanimljivo jer je inicijalni dizajn protetike imao tendenciju zastoja zbog trenja koje stvara zubni konac koji se koristi u sustavu remenica u laktu. Sve što sam učinio bilo je smanjiti promjer kotača i to je uspjelo. Faza testiranja trajala je ukupno 12 sati. Faza programiranja projekta oduzela mi je ukupno 10 sati, što ne uključuje vrijeme potrebno za usavršavanje C ++ vještina.

Korak 2: S. T. E. M. Prijave

Znanost- U mom projektu znanost je uključena u dizajn dizajna protoboarda koji je omogućio raspodjelu snage između servo motora u dizajnu. Također pronalazi ulogu u fizici koja se bavi dizajnom strukture ruke. Štoviše, posebno dizajn sustava remenica u zglobu lakta koji daje ruci znatnu količinu mehaničke prednosti dopuštajući ruci da se podigne više nego što bi inače mogla, zahvaljujući Arhimedu.

Tehnologija- Tehnološki aspekt mog projekta došao je do izražaja kada sam kodirao kretanje protetske ruke koristeći C ++. Također je došlo do izražaja kada sam instalirao motore i Arduino ploču.

Inženjering- Inženjering se pojavio kada sam dizajnirao dlan, prste, palac, zglob, podlakticu, lakat i nadlakticu. To je došlo u obzir pri redizajniranju, identifikaciji problema kada su se pojavili i rješenjima za koje sam smislio probleme.

Matematika- Matematika uključena u stvaranje ruke došla je u obzir kada sam tražio točne anatomske omjere segmenata ruke. Također je došlo do izražaja kada sam tražio prihvatljive prilagodbe veličine za promjere kotača u spoju sustava remenica. Također sam koristio matematiku prilikom izračuna koje sam napravio za broj kotača koje bih upotrijebio u lakatnom zglobu kako bih se ruka mogla kretati pod težinom šalice za kavu. Također je došao u obzir proračun izveden primjenom Ohmovog zakona za dizajn kola i potrebni ulazni napon.

Korak 3: Skice inženjerskog dizajna

Skice koje sam dao uključuju moj početni dizajn za Lazarevu ruku. Vjerujem da dizajn uspijeva ostati dovoljno čvrst za svakodnevnu uporabu, a pritom ostati znatno isplativ.

Korak 4: Konstrukcija podlaktice

Spominjem količinu i dimenzije kartonskih komada u videu koji sam priložio, međutim ovdje ću uključiti i popis komada, dimenzija i količina. Popis koji sam dolje uključio napisan je nakon izgradnje podlaktice pa bih, ako postoje razlike između njega i videa, upotrijebio popis.

• 2 x rolne papirnatih ručnika
• 4 x Ručica remenice
• 2 x kruga promjera 3 inča
• 8 x krugova s rupom i promjerom 2 i 3/16 inča
• 4 x izmijenjene role papirnatih ručnika duljine 1 i 7/8 inča
• 12 x krugova s rupom i promjerom od 1 i 6/8 inča
• 1 x Drveni tipl promjera 3/8 inča i duljine 4 inča
• 2 x pravokutnik duljine 7 i 3/16 inča i širine 3 inča
• 2 x pravokutnik duljine 7 i 3/16 inča i širine 1 i 7/16 inča
• 9 x kvadrat od 1 i 1/2 inča po duljini i širini
• 12 x pravokutnih trokuta s bazom i visinom od 1 i 1/2 inča

Korak 5: Konstrukcija gornjeg dijela ruke

Konstrukcija nadlaktice prilično je jednostavna, ali čvrsta. Da biste izgradili ovaj dio Lazareve ruke, trebat će vam neki dijelovi. Uključio sam video objašnjenje svih potrebnih dijelova, no htio sam biti siguran da je objašnjenje dovoljno opsežno da ga se može pratiti kod kuće, pa sam u nastavku priložio popis.

• 4 x pravokutnik (5 inča po dužini i 3 inča po širini)
• 4 x pravokutnik (5 inča po duljini i 1 i 1/2 inča po širini)
• 2 x krug (3 inča u promjeru)
• 2 x izmijenjena rola papirnatih ručnika (1 inč u promjeru i 1/2 inča u duljinu)
• 9 x kvadrat (1 i 1/2 inča s obje strane)
• 8 x prava trokuta (1 i 1/2 inča za bazu i visinu)
• 2 x veliki lučni oblik s dvije rupe
• 4 x pravokutnik s rupom (3 i 1/2 inča u duljinu i 3 inča u širinu)
• 4 x krug s rupom u sredini (1 i 1/2 inča u promjeru)
• 6 x krug s rupom u sredini (1 inč u promjeru)
• 2 x 1/2 inča kraći papirnati ručnici za ručnike skraćuju duljinu na sredini jedne strane
• 1 x Drveni klin (4 inča po dužini i promjeru 3/8 inča)

Korak 6: Konstrukcija zapešća/dlana

Zglob/dlan Lazarove ruke zapravo je bio jedan od najtežih dijelova dizajna, osim sustava remenica u laktu. Dio dizajna s kojim sam se najviše borio bio je kako stvoriti dizajn koji bi se mogao okretati bez žrtvovanja bilo kakve strukturne stabilnosti dizajna. Kad sam došao do rješenja svog problema, isprva sam mislio da bih bio previše pojednostavljen za rad, no kad sam ga proveo u praksi, izdržao je testove koje sam provodio. Dijelovi za izgradnju ovog dijela Lazareve ruke navedeni su ispod.

• 6 x dizajna šablona za dlanove koje bi trebale biti povećane ili smanjene ovisno o korisniku (oko 3 i 1/2 inča u duljinu i 3 inča u širinu)
• 2 x pravokutnik (3 inča po dužini i 2 i 1/2 inča po širini)
• 2 x pravokutnik (3 inča po dužini i 1 inč po širini)
• 6 x pravokutni trokuti (visina i baza 1 inč)
• 1 x krug (promjera 2 i 5/16 inča)
• 2 x krug s malim pravokutnim izrezom (promjera 2 i 5/16 inča)
• 1 x Drveni klin (3 inča po dužini i 3/8 inča u promjeru)
• 10 x dizajn luka s rupom (oko 1 i 1/2 inča po duljini i 1 inč po širini)
• 2 x role u toaletnom papiru s izrezom za ručni predložak

Korak 7: Konstrukcija prstiju/palca

Dizajn prstiju i palca gotovo je isti zbog jednostavnosti. Ključne razlike su u tome što palac ima samo zglobove, dok prsti imaju tri, a palac je pod kutom sličan ljudskoj ruci u anatomskom položaju. Priložio sam video koji objašnjava konstrukciju prstiju i palca. Prikazani komadi prilično su jednostavni za stvaranje, međutim potrebno ih je napraviti dosta.

• 48 x veći lukovi s rupom (1 i 1/2 inča u duljinu i 1 i 1/4 inča u širinu s rupom koja se nalazi 1 inč s desne strane i 1/4 inča prema dolje)
• 13 x manji lukovi s rupom (1 i 1/2 inča u duljinu i 1 i 1/2 inča u širinu s rupom smještenom 1/2 inča s desne strane i 1/4 inča prema dolje)
• 13 x luk (3/4 inča po dužini i 1/2 inča po širini)
• 6 x slamke (3/4 inča duljine)
• 5 x slamke (1/2 inča duljine)
• 4 x slamke (1/4 inča duljine)
• 4 x slamke (duljine 1 i 1/2 inča)
• 5 x vrpca (12 inča duljine)

Korak 8: Testiranje

Cilj faze testiranja Lazarus Arma je dokazati koncept kao izvediv. Priložio sam video za koji vjerujem da dokazuje koncept mog dizajna. Mislim da Lazarus Arm radi prilično dobro, s obzirom na materijale koji su korišteni za njegovu izradu.

Korak 9: Moguća buduća poboljšanja

Gledajući projekt u cjelini, prilično sam zadovoljan konačnim proizvodom. Jedino što bih volio učiniti je vidjeti mogu li stvoriti 3D ispis dijelova koje sam napravio od kartona kako bih vidio kako se drži pod još većim pritiskom. Osim toga, želio bih odvojiti vrijeme za poboljšanje estetike ruke. Također bih želio vidjeti mogu li nastaviti raditi na ovom dizajnu protetske ruke kako bih vidio mogu li isprobati dizajn u nekim svakodnevnim okolnostima.

Korak 10: Zatvaranje napomena

Htio bih izraziti koliko sam zadovoljan konačnim dizajnom Lazareve ruke. Pokazalo se da se može koristiti u nekim svakodnevnim zadacima te je iznenađujuće funkcionalna s obzirom na materijale od kojih je izrađena. Željela bih se zahvaliti Zakladi Iseman na mogućnosti da radi na ovakvim projektima posljednje četiri godine. Bilo je nevjerojatno poučno i zabavno. Ovo natjecanje jedan je od razloga zašto studiram strojarstvo. Bilo je nevjerojatno biti dio ovoga godinama i nikad ne bih mogao izraziti koliko sam zahvalan, hvala.