Lazarus -käsivarsi: 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Haluaisin aloittaa kiittämällä sinua kiinnostuksestasi projektiini. Nimeni on Chase Leach ja olen vanhempi WBASD S. T. E. M. Akatemia. Tämä projekti on ehdotus Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020 -palkinnolle. Lazarus Arm on ainutlaatuinen proteesisuunnittelu siltä osin kuin siinä käytetään vain talon ympärillä olevia materiaaleja, lukuun ottamatta moottoreita ja Arduino Unoa, jotka on otettu aiemmista suunnitelluista projekteistani. Tänä vuonna minulla ei ole pääsyä 3D -tulostimeen, joten käsivarren suunnittelu oli hieman hankala, koska työskentelin kartongin kanssa monien Lazarus Arm -rakenteiden rakenneosien kanssa. Tämän projektin tavoitteena on tehdä toimiva malli, joka voi osoittaa suunnitteluni konseptin. Kun otetaan huomioon rajalliset resurssit, mielestäni lopullinen suunnittelu onnistui melko hyvin. Kiitos mahdollisuudesta osallistua tähän kilpailuun. Se on antanut minulle mahdollisuuden pitää niin hauskaa. Tämä kilpailu on luonut minulle arvokkaita muistoja. Lazarus -käsivarren suunnittelu ja sen esittämien haasteiden voittaminen on opettanut minulle paljon. Kiitos ajastasi ja harkinnastasi ja toivon, että pidät ilman lisäpuheluita.

Tarvikkeet

Kaikki käyttämäni tarvikkeet olivat jo saatavilla, mutta olen sisällyttänyt materiaalien viereen luettelon teoreettisista kustannuksista.

Tarvikkeet ja kustannukset

• Pahvilaatikko 12 x 12 x 16 (0,82 dollaria)
• Kuuma liimapistooli (4,99 dollaria)
• Hot Glue Gun Sticks (3,97 dollaria)
• Scotch -nauha (6,80 dollaria)
• 4 x paperipyyherullat (9,98 dollaria)
• 2 x WC -paperirullia (6,99 dollaria)
• (Määrä: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (kokonaiskustannukset: 23,99 dollaria)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 -levy (kokonaiskustannukset: 12,95 dollaria)
• Lanka (8,76 dollaria)
• ProtoBoard (5,99 dollaria)
• Oljet (2 dollaria)
• Nauha (3,29 dollaria)

Vaihe 1: Rakentamiseen tarvittava aika

Tähän projektiin käytetty aika kului nopeasti käsivarren suunnittelun ja rakentamisen parissa. Projektin osa, josta pidin erityisesti, oli kyynärnivelen suunnittelu, koska siinä hyödynnetään robotiikan liitoksen rakentamismenetelmää, joka käyttää hihnapyöräjärjestelmää työn tuottavuuden lisäämiseksi. Lazarus Arm -suunnittelu kesti yhteensä 63 tuntia, ja siihen sisältyi tutkimusta, jotta löydettäisiin tehokkain tapa tehdä lopullisesta suunnittelusta mahdollisimman kustannustehokas. The Lazarus Armin kokoaminen kesti yhteensä 15 tuntia ja paljon kuumaa liimaa. Testaus oli mielenkiintoista, koska proteesin alkuperäisellä suunnittelulla oli taipumus pysähtyä kyynärpäässä olevan hihnapyörän hammaslangan aiheuttaman kitkan seurauksena. Ainoa mitä tein, oli pyörien halkaisijan pienentäminen ja se toimi. Testausvaihe kesti yhteensä 12 tuntia. Projektin ohjelmointivaihe kesti kaikkiaan 10 tuntia, joka ei sisällä aikaa, joka kului C ++ -taitojen korjaamiseen.

Vaihe 2: S. T. E. M. Sovellukset

Tiede- Projektissani tiede on mukana protoboard-mallin suunnittelussa, mikä mahdollisti tehon jakamisen suunnittelussa olevien servomoottoreiden välillä. Se löytää myös roolin fysiikassa, joka liittyy käsivarren rakenteen suunnitteluun. Tarkemmin sanottuna erityisesti hihnapyöräjärjestelmän suunnittelu kyynärpäässä, joka antaa käsivarteen huomattavan määrän mekaanista etua, jonka ansiosta käsivarsi voi nostaa enemmän kuin se olisi voinut muutoin, Archimedes.

Tekniikka- Projektini tekninen puoli tuli esille, kun koodaan proteesivarren liikettä C ++: lla. Se tuli myös peliin, kun asensin moottoreita ja Arduino -korttia.

Tekniikka- Tekniikka tuli pelaamaan, kun suunnittelin kämmentä, sormia, peukaloa, ranteeniveltä, kyynärvartta, kyynärpäätä ja olkavartta. Se tuli mukaan uudistuksiin, ongelmien tunnistamiseen niiden syntyessä ja ratkaisuihin, joita keksin ongelmiin.

Matematiikka- Käden luomiseen liittyvä matematiikka tuli peliin, kun etsin käsivarsisegmenttien oikeita anatomisia mittasuhteita. Se tuli myös peliin, kun etsin hyväksyttävää koon säätöä hihnapyörän järjestelmän liitoksen pyörien halkaisijoille. Käytin myös matematiikkaa laskelmissani, jotka tein sen pyörien lukumäärän suhteen, joita käyttäisin kyynärpäässä, jotta käsivarsi voisi liikkua kahvimukin painon alla. Se tuli myös mukaan laskelmiin, jotka tehtiin Ohmin lain soveltamisella piirin suunnitteluun ja tarvittavaan jännitetuloon.

Vaihe 3: Suunnittelun luonnokset

Antamani luonnokset sisältävät alkuperäisen suunnitteluni Lazarus Armille. Uskon, että muotoilu onnistuu pysymään riittävän tukevana jokapäiväiseen käyttöön samalla kun se on huomattavasti kustannustehokas.

Vaihe 4: Kyynärvarren rakentaminen

Mainitsen liitteenä olevassa videossa kartonkikappaleiden määrän ja mitat, mutta sisällytän tähän myös luettelon kappaleista, mitoista ja määristä. Alla oleva luettelo on kirjoitettu kyynärvarren rakentamisen jälkeen, joten jos sen ja videon välillä on eroja, käytän luetteloa.

• 2 x paperipyyhkeet
• 4 x hihnapyörän varsi
• 2 x ympyrää, joiden halkaisija on 3 tuumaa
• 8 x ympyrää, joiden reikä ja halkaisija on 2 ja 3/16 tuumaa
• 4 x muokattuja paperipyyhkeitä, joiden pituus on 1 ja 7/8 tuumaa
• 12 x ympyrää, joiden reikä ja halkaisija on 1 ja 6/8 tuumaa
• 1 x puinen tapin halkaisija 3/8 tuumaa ja pituus 4 tuumaa
• 2 x 7 ja 3/16 tuuman suorakaide, pituus ja 3 tuumaa leveys
• 2 x 7 ja 3/16 tuuman suorakaide, pituus ja 1 ja 7/16 tuumaa leveys
• 9 x neliö 1 ja 1/2 tuumaa pituus ja leveys
• 12 x oikeaa kolmioa, joiden pohja ja korkeus ovat 1 ja 1/2 tuumaa

Vaihe 5: Olkavarren rakenne

Olkavarren rakenne on melko yksinkertainen mutta tukeva. Jotta voit rakentaa tämän osan Lazarus Armista, tarvitset joitain osia. Olen sisällyttänyt videon selityksen kaikista vaadituista kappaleista, mutta halusin varmistaa, että selitys on riittävän kattava, jotta sitä voidaan seurata kotona, joten lisäsin alla olevan luettelon.

• 4 x suorakulmio (5 tuumaa pitkä ja 3 tuumaa leveä)
• 4 x suorakulmio (5 tuumaa pitkä ja 1 ja 1/2 tuumaa leveä)
• 2 x ympyrä (halkaisija 3 tuumaa)
• 2 x muokattu paperipyyherulla (1 tuuman halkaisija ja 1/2 tuuman pituus)
• 9 x neliö (1 ja 1/2 tuumaa molemmin puolin)
• 8 x oikea kolmio (1 ja 1/2 tuumaa pohjaan ja korkeuteen)
• 2 x suuri kaareva muoto, jossa on kaksi reikää
• 4 x suorakulmio, jossa on reikä (3 ja 1/2 tuumaa pitkä ja 3 tuumaa leveä)
• 4 x ympyrä, jossa reikä keskellä (halkaisija 1 ja 1/2 tuumaa)
• 6 x ympyrä, jossa reikä keskellä (halkaisija 1 tuuma)
• 2 x 1/2 tuuman lyhyemmät paperipyyherullat vähentävät pituutta toiselta puolelta
• 1 x puinen tappi (4 tuumaa pitkä ja 3/8 tuuman halkaisija)

Vaihe 6: Ranne-/kämmenrakenne

Lazarus Armin ranne/kämmen oli itse asiassa yksi suunnittelun vaikeimmista osista, lukuun ottamatta kyynärpään hihnapyöräjärjestelmää. Suunnittelun osa, jota kamppailin eniten, oli kuinka luoda malli, joka kykenee pyörimään uhraamatta mitään suunnittelun rakenteellisesta vakaudesta. Kun keksin ratkaisun ongelmaani, ajattelin aluksi, että olisin liian yksinkertainen työskennelläkseni, mutta kun otin sen käyttöön, se kesti antamiani testejä. Osat tämän Lasar -käsivarren osan rakentamiseen on lueteltu alla.

• 6 x kämmenmallimallia, jotka on koottava ylös tai alas käyttäjästä riippuen (noin 3 ja 1/2 tuumaa pitkä ja 3 tuumaa leveä)
• 2 x suorakulmio (3 tuumaa pitkä ja 2 ja 1/2 tuumaa leveä)
• 2 x suorakulmio (3 tuumaa pitkä ja 1 tuuma leveä)
• 6 x suorakulmaisia kolmioita (korkeus ja pohja 1 tuumaa)
• 1 x ympyrä (halkaisija 2 ja 5/16 tuumaa)
• 2 x ympyrä pienellä suorakulmaisella aukolla (halkaisija 2 ja 5/16 tuumaa)
• 1 x puinen tappi (3 tuumaa pitkä ja 3/8 tuumaa halkaisija)
• 10 x kaareva muotoilu reiällä (noin 1 ja 1/2 tuumaa pitkä ja 1 tuuma leveä)
• 2 x WC -paperirullia, joissa on lovimittaus käsimalliin

Vaihe 7: Sormen/peukalon rakentaminen

Sormen ja peukalon mallit ovat yksinkertaisuuden vuoksi lähes täsmälleen samat. Keskeiset erot ovat, että peukalolla on vain nivelet, kun taas sormilla on kolme ja peukalo on kulmassa samanlainen kuin ihmisen käsi anatomisessa asennossa. Olen liittänyt videoon, joka selittää sormien ja peukalon rakennetta. Näytettävät kappaleet ovat melko yksinkertaisia luoda, mutta näille osille on tehtävä melko vähän.

• 48 x suurempia kaaria, joissa on reikä (1 ja 1/2 tuumaa pitkiä ja 1 ja 1/4 tuumaa leveitä, reikä 1 tuuma oikealta ja 1/4 tuumaa alas)
• 13 x pienempiä kaaria, joissa on reikä (1 ja 1/2 tuumaa pitkä ja 1 ja 1/2 tuumaa leveä, reikä 1/2 tuumaa oikealta ja 1/4 tuumaa alaspäin)
• 13 x kaari (3/4 tuumaa pitkä ja 1/2 tuumaa leveä)
• 6 x olkea (3/4 tuumaa pitkä)
• 5 x olkea (1/2 tuumaa pitkä)
• 4 x olkea (1/4 tuumaa pitkä)
• 4 x olkea (pituus 1 ja 1/2 tuumaa)
• 5 x nauha (pituus 12 tuumaa)

Vaihe 8: Testaus

Lazarus -käsivarren testausvaiheen tavoitteena on todistaa konsepti toteuttamiskelpoiseksi, ja olen liittänyt siihen videon, joka mielestäni vahvistaa suunnitteluni konseptin. Mielestäni Lazarus Arm toimii melko hyvin, kun otetaan huomioon sen luomiseen käytetyt materiaalit.

Vaihe 9: Mahdollisia parannuksia tulevaisuudessa

Koko projektia tarkasteltaessa olen melko tyytyväinen lopputuotteeseen. Ainoa asia, jonka haluaisin tehdä, on nähdä, voinko luoda 3D -tulostuksen pahvista tekemistäni osista nähdäkseni, kuinka se kestää vieläkin suuremmassa paineessa. Muuten haluaisin käyttää aikaa käsivarren estetiikan parantamiseen. Haluaisin myös nähdä, voinko jatkaa työskentelyä tämän proteesivarren suunnittelun parissa, jotta voisin testata suunnittelua joissakin jokapäiväisissä olosuhteissa.

Vaihe 10: Loppuhuomautuksia

Haluan ilmaista kuinka onnellinen olen Lasarus -käsivarren lopullisesta suunnittelusta. Se on osoittautunut käyttökelpoiseksi joissakin päivittäisissä tehtävissä ja on yllättävän toimiva, kun otetaan huomioon materiaalit, joista se on valmistettu. Haluan kiittää Iseman -säätiötä mahdollisuudesta työskennellä tällaisten hankkeiden parissa viimeisten neljän vuoden aikana. Se on ollut uskomattoman opettavaista ja hauskaa. Tämä kilpailu on yksi syy siihen, miksi olen menossa koneenrakennuksen pääaineeseen. On ollut uskomatonta olla osa tätä vuosien varrella, enkä voi koskaan ilmaista kuinka kiitollinen olen, kiitos.