Lazareva ruka: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

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 projekt je prijavljen za nagradu Butwin Elias za nauku i tehnologiju 2019-2020. Lazarus Arm je jedinstven protetski dizajn jer koristi samo materijale koji se mogu pronaći po kući, osim motora i Arduino Uno, koji su uzeti iz prethodnih projekata koje sam dizajnirao. Ove godine nemam pristup 3D štampaču, pa je dizajn ruke bio pomalo zeznut jer sam radio s kartonom na mnogim strukturnim komponentama Lazareve ruke. Cilj ovog projekta je napraviti radni model koji može demonstrirati koncept mog dizajna. S obzirom na ograničene resurse, mislim da je konačni dizajn ispao prilično dobro. Hvala vam na prilici da se uključite u ovo takmičenje. To mi je omogućilo da se tako dobro zabavim. Ovo takmičenje za mene je stvorilo drage uspomene. Dizajniranje Lazareve ruke i savladavanje izazova koje je predstavljalo naučilo me je mnogo. Hvala vam na vremenu i razmatranju i bez daljnjeg oproštaja nadam se da ćete uživati.

Supplies

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

Dobave 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 (ukupna cijena: 12,95 USD)
• Žica (8,76 USD)
• ProtoBoard (5,99 USD)
• Slamke (2 USD)
• Traka (3,29 USD)

Korak 1: Vrijeme potrebno za izgradnju

Vrijeme provedeno na ovom projektu je proletjelo radeći na dizajnu 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 radnog učinka. Dizajn Lazarusove ruke trajao je ukupno 63 sata, što je uključivalo istraživanje kako bi se pronašao najefikasniji način da se konačni dizajn učini što ekonomičnijim. Montaža Lazarove ruke trajala je ukupno 15 sati i puno vrućeg ljepila. Testiranje je bilo zanimljivo jer je inicijalni dizajn protetike imao tendenciju da zastane kao posljedica trenja koje stvara zubni konac koji se koristi u sistemu remenica u laktu. Sve što sam učinio je smanjio promjer kotača i to je uspjelo. Faza testiranja je trajala ukupno 12 sati. Faza programiranja projekta uzela mi je ukupno 10 sati, što ne uključuje vrijeme potrebno za usavršavanje C ++ vještina.

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

Nauka- U mom projektu, nauka je uključena u dizajn dizajna protoboarda koji je omogućio distribuciju snage između servo motora u dizajnu. Također pronalazi ulogu u fizici koja se bavi dizajnom strukture ruke. Konkretno, dizajn sistema remenica u lakatnom zglobu koji daje ruci znatnu količinu mehaničke prednosti koja omogućava da se ruka 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 šake stupila je na snagu kada sam tražio ispravne anatomske proporcije segmenata ruke. Također je došlo do izražaja kada sam tražio prihvatljive prilagodbe veličine za promjere kotača u spoju sistema remenica. Koristio sam i matematiku prilikom proračuna koje sam napravio za broj točkova koje bih koristio u zglobu lakta kako bih ruku mogao pokretati pod težinom šolje za kafu. Također je došlo 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 upotrebu, 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. Spisak koji sam uključio ispod napisan je nakon izgradnje podlaktice, pa bih, ako postoje razlike između njega i videa, koristio spisak.

• 2 x rolne papirnih ubrusa
• 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 papira za ručnike 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 dužine 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 dužini i širini
• 12 x prava trokuta s bazom i visinom od 1 i 1/2 inča

Korak 5: Konstrukcija gornjeg dijela ruke

Konstrukcija nadlaktice je prilično jednostavna, ali čvrsta. Da biste izgradili ovaj dio Lazareve ruke, trebat će vam neki dijelovi. Uključio sam video objašnjenje svih potrebnih dijelova, međutim htio sam biti siguran da je objašnjenje dovoljno opsežno da ga se može pratiti kod kuće, pa sam uvrstio spisak ispod.

• 4 x pravokutnik (5 inča po dužini i 3 inča po širini)
• 4 x pravokutnik (5 inča po dužini i 1 i 1/2 inča po širini)
• 2 x krug (3 inča u prečniku)
• 2 x izmijenjene rolne papirnatih ručnika (1 inč u promjeru i 1/2 inča u dužinu)
• 9 x kvadrat (1 i 1/2 inča s obje strane)
• 8 x desnih trokuta (1 i 1/2 inča za osnovu i visinu)
• 2 x veliki lučni oblik s dvije rupe
• 4 x pravokutnik s otvorom (3 i 1/2 inča po dužini i 3 inča po širini)
• 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 kraće papirnate ručnike za ručnike skratite dužinu na sredini jedne strane
• 1 x Drveni klin (dužine 4 inča i prečnika 3/8 inča)

Korak 6: Konstrukcija zgloba/dlana

Zglob/dlan Lazarove ruke zapravo je bio jedan od najtežih dijelova dizajna, osim sistema 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, ali kad sam ga primijenio u praksi, izdržao je testove koje sam sproveo. Dijelovi za izgradnju ovog dijela Lazareve ruke navedeni su ispod.

• 6 x šablona za šablone za dlanove koje bi trebale biti povećane ili smanjene ovisno o korisniku (oko 3 i 1/2 inča u dužinu 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 (2 i 5/16 inča u prečniku)
• 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 prečniku)
• 10 x luk dizajn sa rupom (oko 1 i 1/2 inča po dužini i 1 inč po širini)
• 2 x rolne toaletnog papira sa izrezom za ručni šablon

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 uglom 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 otvorom (1 i 1/2 inča u dužinu 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 otvorom (1 i 1/2 inča u dužinu 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 (dužine 3/4 inča)
• 5 x slamke (dužine 1/2 inča)
• 4 x slamke (dužine 1/4 inča)
• 4 x slamke (dužine 1 i 1/2 inča)
• 5 x vrpca (12 inča dužine)

Korak 8: Testiranje

Cilj faze testiranja Lazarus Arma je dokazati koncept kao izvodljiv. Priložio sam video 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, volio bih odvojiti vrijeme za poboljšanje estetike ruke. Također bih htio vidjeti mogu li nastaviti raditi na ovom dizajnu protetske ruke da vidim mogu li testirati 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 poslovima i da je iznenađujuće funkcionalna s obzirom na materijale od kojih je izrađena. Želeo bih da se zahvalim Iseman fondaciji na mogućnosti da radi na ovakvim projektima u poslednje četiri godine. Bilo je nevjerovatno edukativno i zabavno. Ovo takmičenje je jedan od razloga zašto studiram mašinstvo. Bilo je nevjerovatno biti dio ovoga godinama i nikada ne bih mogao izraziti koliko sam zahvalan, hvala.