Lazarova paže: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Na začátek bych chtěl poděkovat za zájem o můj projekt. Jmenuji se Chase Leach a jsem senior ve WBASD S. T. E. M. Akademie. Tento projekt je příspěvkem na cenu Butwin Elias za vědu a technologii 2019-2020. Lazarus Arm je jedinečný protetický design, protože používá pouze materiály, které lze nalézt po celém domě s vyloučením motorů a Arduino Uno, které byly převzaty z předchozích projektů, které jsem navrhl. Letos je to tak, že nemám přístup k 3D tiskárně, takže design ramene byl trochu složitý, protože jsem pracoval s lepenkou pro mnoho konstrukčních komponent Lazarus Arm. Cílem tohoto projektu je vytvořit funkční model, který by mohl demonstrovat koncept mého návrhu. Vzhledem k omezeným zdrojům si myslím, že konečný návrh dopadl docela dobře. Děkujeme za možnost zapojit se do této soutěže. Díky tomu jsem se mohl tolik bavit. Tato soutěž mi vytvořila cenné vzpomínky. Navrhování paže Lazarus a překonání výzev, které představovala, mě hodně naučily. Děkuji za váš čas a ohleduplnost a bez dalšího doufám, že se vám bude líbit.

Zásoby

Všechny zásoby, které jsem použil, už jsem měl k dispozici, ale vedle materiálů jsem přidal seznam teoretických nákladů.

Dodávky a náklady

• Kartonová krabice 12 x 12 x 16 (0,82 USD)
• Pistole na horké lepidlo (4,99 $)
• Lepicí pistole na horké lepidlo (3,97 USD)
• Scotch Tape (6,80 $)
• 4 x role papírových ručníků (9,98 USD)
• 2 x role toaletního papíru (6,99 $)
• (Částka: 8) Servomotory MG90S Tower Pro (celkové náklady: 23,99 USD)
• 1 x deska Arduino MEGA 2560 R3 (celkové náklady: 12,95 $)
• Drát (8,76 $)
• ProtoBoard (5,99 $)
• Slámy (2 $)
• Stuha (3,29 $)

Krok 1: Čas potřebný pro stavbu

Čas, který byl tomuto projektu věnován, letěl při práci na návrhu a konstrukci paže. Část projektu, která se mi obzvláště líbila, byla konstrukce loketního kloubu, protože využívá metodu konstrukce kloubu v robotice, která používá kladkový systém ke zvýšení množství pracovního výkonu. Navrhování paže Lazarus trvalo celkem 63 hodin, což zahrnovalo výzkum s cílem nalézt nejefektivnější způsob, jak dosáhnout konečného návrhu co nejhospodárnějších nákladů. Montáž paže Lazarus trvala celkem 15 hodin a hodně horkého lepidla. Testování bylo zajímavé, protože počáteční konstrukce protetiky měla tendenci se zastavovat v důsledku tření vytvářeného zubní nití používanou v systému kladky v lokti. Jediné, co jsem udělal, bylo zmenšení průměru kol a fungovalo to. Fáze testování trvala celkem 12 hodin. Fáze programování projektu mi zabrala celkem 10 hodin, což nezahrnuje čas, který mi zabralo osvojení mých znalostí C ++.

Krok 2: S. T. E. M. Aplikace

Věda- V mém projektu se věda podílí na návrhu protoboardového designu, který umožňoval distribuci energie mezi servomotory v návrhu. Svou roli také nachází ve fyzice související s návrhem struktury paže. Více, konkrétně konstrukce kladkového systému v loketním kloubu, která dává paži značnou mechanickou výhodu, která umožňuje paži zvednout více, než by jinak mohla, s laskavým svolením Archimedes.

Technologie- Technologický aspekt mého projektu vstoupil do hry, když jsem kódoval pohyb protetické paže pomocí C ++. Také to vstoupilo do hry, když jsem instaloval motory a desku Arduino.

Strojírenství- Strojírenství přišlo hrát, když jsem navrhoval dlaň, prsty, palec, zápěstní kloub, předloktí, loket a nadloktí. Do hry vstoupilo předělání, identifikace problémů, když nastaly, a řešení, která jsem pro problémy vymyslel.

Matematika- Matematika spojená s tvorbou ruky vstoupila do hry, když jsem hledal správné anatomické proporce ramenních segmentů. Do hry také vstoupilo, když jsem hledal přijatelné úpravy velikostí pro průměry kol v kloubu systému kladek. Matematiku jsem použil také při výpočtech, které jsem provedl pro počet kol, která bych použil v loketním kloubu, aby se paže dokázala pohybovat pod tíhou hrnku na kávu. Do hry vstoupil také výpočet provedený pomocí Ohmova zákona pro návrh obvodu a požadovaný napěťový vstup.

Krok 3: Skici technického návrhu

Náčrtky, které jsem poskytl, zahrnují můj původní návrh pro Lazarovo rameno. Domnívám se, že design dokáže zůstat dostatečně robustní pro každodenní použití a přitom je značně nákladově efektivní.

Krok 4: Konstrukce předloktí

Ve videu, které jsem připojil, uvádím množství a rozměry kusů lepenky, zde však uvedu také seznam kusů, rozměrů a množství. Seznam, který jsem zařadil níže, byl napsán po konstrukci předloktí, takže pokud jsou mezi ním a videem nějaké nesrovnalosti, použil bych seznam.

• 2 x role papírových ručníků
• 4 x kladka
• 2 x kruhy o průměru 3 palce
• 8 x kruhů s otvorem a průměrem 2 a 3/16 palce
• 4 x upravené papírové ručníky s délkou 1 a 7/8 palců
• 12 x kruhů s otvorem a průměrem 1 a 6/8 palců
• 1 x průměr dřevěného kolíku 3/8 palce a délka 4 palce
• 2 x obdélník o délce 7 a 3/16 palce a šířce 3 palce
• 2 x obdélník o délce 7 a 3/16 palce a šířce 1 a 7/16 palce
• 9 x čtverec o délce 1 a 1/2 palce na šířku
• 12 x pravý trojúhelník se základnou a výškou 1 a 1/2 palce

Krok 5: Konstrukce horní části paže

Konstrukce nadloktí je poměrně jednoduchá, ale robustní. Abyste mohli postavit tuto část Lazarova ramene, budete potřebovat nějaké díly. Zahrnul jsem video vysvětlení všech požadovaných částí, ale chtěl jsem se ujistit, že vysvětlení je dostatečně komplexní, aby se dalo sledovat doma, a proto jsem přidal níže uvedený seznam.

• 4 x obdélník (5 palců na délku a 3 palce na šířku)
• 4 x obdélník (5 palců na délku a 1 a 1/2 palce na šířku)
• 2 x kruh (průměr 3 palce)
• 2 x upravená role papírového ručníku (průměr 1 palec a délka 1/2 palce)
• 9 x čtverec (1 a 1/2 palce na obou stranách)
• 8 x pravý trojúhelník (1 a 1/2 palce pro základnu a výšku)
• 2 x velký obloukový tvar se dvěma otvory
• 4 x obdélník s otvorem (3 a 1/2 palce na délku a 3 palce na šířku)
• 4 x kruh s otvorem uprostřed (průměr 1 a 1/2 palce)
• 6 x kruh s otvorem uprostřed (průměr 1 palec)
• 2 x 1/2 palce kratší role papírových ručníků zkracují délku uprostřed jedné strany
• 1 x dřevěná hmoždinka (4 palce na délku a 3/8 palce průměr)

Krok 6: Stavba zápěstí/dlaně

Zápěstí/dlaň Lazarovy paže byla ve skutečnosti jednou z nejtvrdších částí konstrukce, kromě kladkového systému v lokti. Část návrhu, se kterou jsem se potýkal nejvíce, bylo, jak vytvořit design, který by byl schopen otáčení, aniž by byla obětována jakákoli strukturální stabilita návrhu. Když jsem přišel s řešením mého problému, zpočátku jsem si myslel, že budu na práci příliš zjednodušující, ale když jsem to uvedl do praxe, obstál v testech, které jsem administroval. Díly pro stavbu této části Lazarova ramene jsou uvedeny níže.

• 6 návrhů šablon Palm, které by měly mít velikost nahoru nebo dolů v závislosti na uživateli (asi 3 a 1/2 palce na délku a 3 palce na šířku)
• 2 x obdélník (3 palce na délku a 2 a 1/2 palce na šířku)
• 2 x obdélník (3 palce na délku a 1 palec na šířku)
• 6 x pravoúhlý trojúhelník (výška a základna 1 palec)
• 1 x kruh (2 a 5/16 palce v průměru)
• 2 x kruh s malým obdélníkovým výřezem (2 a 5/16 palce v průměru)
• 1 x dřevěná hmoždinka (3 palce na délku a 3/8 palce v průměru)
• 10 x obloukový design s otvorem (asi 1 a 1/2 palce na délku a 1 palec na šířku)
• 2 x role toaletního papíru se zářezem pro ruční šablonu

Krok 7: Konstrukce prst/palec

Prsty a palce jsou kvůli jednoduchosti téměř úplně stejné. Klíčové rozdíly jsou v tom, že palec má pouze klouby, zatímco prsty mají tři a palec je v anatomické poloze skloněn podobně jako lidská ruka. Přikládám video vysvětlující stavbu prstů a palce. Kusy, které jsou zobrazeny, se vytvářejí poměrně jednoduše, ale pro tyto části je třeba jich udělat celkem dost.

• 48 x větších oblouků s otvorem (1 a 1/2 palce na délku a 1 a 1/4 palce na šířku s otvorem umístěným 1 palec zprava a 1/4 palce dolů)
• 13 x menší oblouky s otvorem (1 a 1/2 palce na délku a 1 a 1/2 palce na šířku s otvorem umístěným 1/2 palce zprava a 1/4 palce dolů)
• 13 x oblouk (3/4 palce na délku a 1/2 palce na šířku)
• 6 x slámy (3/4 palce na délku)
• 5 x slámy (1/2 palce na délku)
• 4 x slámy (1/4 palce na délku)
• 4 x slámy (1 a 1/2 palce na délku)
• 5 x stuha (12 palců na délku)

Krok 8: Testování

Cílem testovací fáze paže Lazarus je prokázat koncept jako proveditelný. Připojil jsem video, které podle mého názoru dokazuje koncept mého návrhu. Myslím, že Lazarus Arm funguje docela dobře, vzhledem k materiálům použitým k jeho vytvoření.

Krok 9: Možná budoucí vylepšení

Při pohledu na projekt jako celek jsem s konečným produktem docela spokojený. Jediná věc, kterou bych rád udělal, je zjistit, zda mohu vytvořit 3D tisk částí, které jsem vyrobil z lepenky, abych viděl, jak to vydrží i pod větším tlakem. Kromě toho bych si chtěl udělat čas na zlepšení estetiky paže. Také bych chtěl zjistit, zda mohu pokračovat v práci na tomto designu protetické paže, abych zjistil, zda mohu design vyzkoušet za některých každodenních okolností.

Krok 10: Závěrečné poznámky

Chtěl bych vyjádřit, jak jsem šťastný s konečným designem The Lazarus Arm. Ukázalo se, že je životaschopné pro použití v některých každodenních úkolech, a vzhledem k materiálům, ze kterých je vyroben, je překvapivě funkční. Chtěl bych na chvíli poděkovat Iseman Foundation za příležitost pracovat na projektech, jako je tento, za poslední čtyři roky. Bylo to neuvěřitelně poučné a zábavné. Tato soutěž je jedním z důvodů, proč se věnuji strojírenskému oboru. Bylo neuvěřitelné být toho v průběhu let součástí a nikdy jsem nedokázal vyjádřit, jak moc jsem vděčný, děkuji.