Ръката на Лазар: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Бих искал да започна, като благодаря, че проявихте интерес към моя проект. Казвам се Чейс Лийч и съм старши в WBASD S. T. E. M. Академия. Този проект е подаден за наградата за наука и технологии на Butwin Elias 2019-2020. Ръката Lazarus е уникален протезен дизайн, тъй като използва само материали, които могат да бъдат намерени около къщата с изключение на двигателите и Arduino Uno, които са взети от предишни проекти, които проектирах. Тази година нямам достъп до 3D принтер, така че дизайнът на ръката беше малко сложен, защото работех с картон за много структурни компоненти на The Lazarus Arm. Целта на този проект е да се направи работещ модел, който да демонстрира концепцията на моя дизайн. Предвид ограничените ресурси, мисля, че крайният дизайн се оказа доста добре. Благодаря ви за възможността да участвате в това състезание. Това ми позволи да се забавлявам толкова много. Това състезание ми създаде съкровени спомени. Проектирането на Лазаровата ръка и преодоляването на предизвикателствата, които тя представи, ме научи на много. Благодаря ви за отделеното време и внимание и без повече сбогом се надявам да ви хареса.

Консумативи

Всички консумативи, които използвах, вече бяха на разположение за мен, но аз включих списък с теоретичните разходи до материалите.

Доставки и разходи

• Картонена кутия 12 x 12 x 16 ($ 0.82)
• Пистолет за горещо лепило ($ 4.99)
• Пистолети за горещо лепило ($ 3.97)
• Скоч лента ($ 6.80)
• 4 x ролки хартиени кърпи ($ 9.98)
• 2 x ролки от тоалетна хартия ($ 6.99)
• (Сума: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (Обща цена: $ 23.99)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 Board (Обща цена: $ 12.95)
• Тел ($ 8.76)
• ProtoBoard ($ 5.99)
• Сламки ($ 2)
• Лента ($ 3.29)

Стъпка 1: Необходимо време за строителство

Времето, което беше изразходвано за този проект, премина през работата по проектирането и конструкцията на рамото. Частта от проекта, която особено ми хареса, беше проектирането на лакътната става, тъй като използва метод за съвместна конструкция в роботиката, който използва система от ролки за увеличаване на обема на работната продукция. Дизайнът на The Lazarus Arm отне общо 63 часа, които включват изследвания, за да се намери най -ефективният начин да се направи окончателният дизайн възможно най -рентабилен. Сглобяването на The Lazarus Arm отне общо 15 часа и много горещо лепило. Тестването беше интересно, тъй като първоначалният дизайн на протезата имаше склонност да се задържи в резултат на триенето, създадено от зъбния конец, използван в системата на ролката в лакътя. Всичко, което направих, беше да намаля диаметъра на колелата и това се получи. Фазата на тестване отне общо 12 часа. Фазата на програмиране на проекта ми отне общо 10 часа, което не включва времето, което ми отне, за да подобря уменията си по C ++.

Стъпка 2: S. T. E. M. Приложения

Наука- В моя проект науката участва в проектирането на дизайна на протоборда, което позволява разпределението на мощността между серво моторите в дизайна. Той също така намира роля във физиката, свързана с проектирането на структурата на ръката. По -специално, по -специално конструкцията на ролковата система в лакътната става, която дава на ръката значително механично предимство, което позволява на ръката да се повдигне повече, отколкото би могла да има в противен случай, с любезното съдействие на Архимед.

Технология- Технологичният аспект на моя проект влезе в действие, когато кодирах движението на протезната ръка, използвайки C ++. Той също влезе в игра, когато инсталирах двигателите и дъската на Arduino.

Инженеринг- Инженерингът влезе в игра, когато проектирах дланта, пръстите, палеца, ставата на китката, предмишницата, лакътя и горната част на ръката. Той влезе в действие при препроектирането, идентифицирането на проблемите, когато те възникнаха, и решенията, които измислих за проблемите.

Математика- Математиката, участваща в създаването на ръката, влезе в игра, когато търсех правилните анатомични пропорции на сегментите на ръката. Той също влезе в игра, когато търсех допустими корекции на размера за диаметрите на колелата в шарнирната система на ролката. Използвах и математика по време на изчисленията, които направих за броя на колелата, които бих използвал в лакътната става, за да направя ръката способна да се движи под тежестта на чаша за кафе. Той също така влезе в игра с изчислението, направено чрез прилагането на закона на Ом за дизайна на веригата и необходимото входно напрежение.

Стъпка 3: Скици на инженерно проектиране

Скиците, които съм предоставил, включват моя първоначален дизайн за Лазаровата ръка. Вярвам, че дизайнът успява да остане достатъчно здрав за ежедневна употреба, като същевременно остава значително рентабилен.

Стъпка 4: Конструкция на предмишницата

Споменавам количеството и размерите на картонените парчета във видеото, което съм приложил, но тук ще включа и списък на парчетата, размерите и количествата. Списъкът, който включих по -долу, е написан след изграждането на предмишницата, така че ако има някакви несъответствия между него и видеото, бих използвал списъка.

• 2 x хартиени кърпи
• 4 x Ръка на ролката
• 2 x кръга с диаметър 3 инча
• 8 x кръга с отвор и диаметър 2 и 3/16 инча
• 4 x модифицирани хартиени хавлиени кърпи с дължина 1 и 7/8 инча
• 12 x кръга с отвор и диаметър 1 и 6/8 инча
• 1 x Дървен диаметър на дюбела 3/8 инча и дължина 4 инча
• 2 x правоъгълник от 7 и 3/16 инча дължина и 3 инча ширина
• 2 x Правоъгълник с дължина 7 и 3/16 инча и ширина 1 и 7/16 инча
• 9 x квадрат с дължина и ширина от 1 и 1/2 инча
• 12 x правоъгълни триъгълника с основа и височина 1 и 1/2 инча

Стъпка 5: Конструкция на горната част на ръката

Конструкцията на рамото е доста проста, но здрава. За да изградите тази част от Ръката на Лазар, ще ви трябват някои части. Включих видео обяснение на всички необходими парчета, но исках да се уверя, че обяснението е достатъчно изчерпателно, за да бъде проследено у дома, затова включих списък по -долу.

• 4 x правоъгълник (5 инча по дължина и 3 инча по ширина)
• 4 x правоъгълник (5 инча по дължина и 1 и 1/2 инча по ширина)
• 2 x кръг (3 инча в диаметър)
• 2 x Модифицирана хартиена кърпа (1 инч в диаметър и 1/2 инч в дължина)
• 9 x квадрат (1 и 1/2 инча от двете страни)
• 8 x правоъгълни триъгълника (1 и 1/2 инча за основа и височина)
• 2 x Голяма форма на арка с две дупки
• 4 x правоъгълник с отвор (3 и 1/2 инча по дължина и 3 инча по ширина)
• 4 x кръг с отвор в центъра (1 и 1/2 инча в диаметър)
• 6 x кръг с отвор в центъра (1 инч в диаметър)
• 2 x 1/2 инча по -къси ролки хартиени кърпи съкращават дължината в центъра на едната страна
• 1 x Дървен дюбел (4 инча дължина и 3/8 инча диаметър)

Стъпка 6: Конструкция на китката/дланта

Китката/дланта на Lazarus Arm всъщност беше една от най -трудните части на дизайна, различна от системата на ролката в лакътя. Частта от дизайна, с която се борех най -много, беше как да създам дизайн, който да може да се върти, без да се жертва структурна стабилност на дизайна. Когато намерих решението на проблема си, първоначално си помислих, че ще бъда твърде опростен, за да работя, но когато го приложих на практика, той издържа на тестовете, които прилагах. Частите за изграждането на тази част от Ръката на Лазар са изброени по -долу.

• 6 x шаблони за палмови шаблони, които трябва да бъдат оразмерени нагоре или надолу в зависимост от потребителя (около 3 и 1/2 инча по дължина и 3 инча по ширина)
• 2 x правоъгълник (3 инча по дължина и 2 и 1/2 инча по ширина)
• 2 x Правоъгълник (3 инча по дължина и 1 инч по ширина)
• 6 x правоъгълни триъгълници (височина и основа 1 инч)
• 1 x кръг (2 и 5/16 инча в диаметър)
• 2 x кръг с малък правоъгълен изрез (2 и 5/16 инча в диаметър)
• 1 x Дървен дюбел (3 инча по дължина и 3/8 инча в диаметър)
• 10 x Арка с отвор (около 1 и 1/2 инча по дължина и 1 инч по ширина)
• 2 x ролки от тоалетна хартия с изрезка за ръчен шаблон

Стъпка 7: Конструкция на пръст/палец

Дизайнът на пръстите и палците са почти същите за по -голяма простота. Ключовите разлики са, че палецът има само до ставите, докато пръстите имат три, а палецът е под ъгъл, подобен на човешка ръка в анатомично положение. Приложил съм видео, обясняващо конструкцията на пръстите и палеца. Изложените парчета са доста лесни за създаване, но за тези части трябва да се направят доста.

• 48 x по -големи арки с отвор (1 и 1/2 инча по дължина и 1 и 1/4 инча по ширина с отвор, разположен на 1 инч отдясно и 1/4 инча надолу)
• 13 x по -малки арки с отвор (1 и 1/2 инча по дължина и 1 и 1/2 инча по ширина с отвор, разположен 1/2 инч отдясно и 1/4 инча надолу)
• 13 x арка (3/4 инча по дължина и 1/2 инч по ширина)
• 6 х сламки (3/4 инча дължина)
• 5 х сламки (1/2 инча дължина)
• 4 х сламки (1/4 инча дължина)
• 4 х сламки (1 и 1/2 инча дължина)
• 5 x панделка (12 инча дължина)

Стъпка 8: Тестване

Целта на фазата на тестване на Lazarus Arm е да докаже концепцията като осъществима. Прикачих видео, което според мен доказва концепцията на моя дизайн. Мисля, че Lazarus Arm работи доста добре, като се имат предвид материалите, използвани за създаването му.

Стъпка 9: Възможни бъдещи подобрения

Разглеждайки проекта като цяло, съм доста доволен от крайния продукт. Единственото нещо, което бих искал да направя, е да видя дали мога да създам 3D отпечатване на частите, които направих от картон, за да видя как се държи при още по -голям натиск. Освен това, бих искал да отделя време, за да подобря естетиката на ръката. Бих искал също да видя дали мога да продължа да работя върху този дизайн на протезна ръка, за да видя дали мога да тествам дизайна при някои ежедневни обстоятелства.

Стъпка 10: Затваряне на забележките

Бих искал да изразя колко съм щастлив от окончателния дизайн на The Lazarus Arm. Той се е доказал като жизнеспособен за използване в някои ежедневни задачи и е изненадващо функционален, предвид материалите, от които е направен. Бих искал да отделя малко време, за да благодаря на Фондация Iseman за възможността да работя по проекти като този през последните четири години. Беше невероятно образователно и забавно. Това състезание е една от причините да продължа специалност машиностроене. Беше невероятно да бъда част от това през годините и никога не бих могъл да изразя колко съм благодарен, благодаря.