Lazarus -armen: 10 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Jeg vil starte med å si takk for at du interesserte deg for prosjektet mitt. Mitt navn er Chase Leach og jeg er senior i WBASD S. T. E. M. Akademi. Dette prosjektet er en innsending til Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Lazarus -armen er en unik protesedesign så langt den bare bruker materialer som kan finnes rundt huset med unntak av motorene og Arduino Uno som er hentet fra tidligere prosjekter som jeg designet. I år er det at jeg ikke har tilgang til en 3D -skriver, så utformingen av armen var litt vanskelig fordi jeg jobbet med papp for mange av de strukturelle komponentene i The Lazarus Arm. Målet med dette prosjektet er å lage en arbeidsmodell som kan demonstrere konseptet med designet mitt. Med tanke på de begrensede ressursene, synes jeg det endelige designet ble ganske bra. Takk for muligheten til å delta i denne konkurransen. Det har tillatt meg å ha det så gøy. Denne konkurransen har skapt verdsatte minner for meg. Det å lære Lazarus -armen og å overvinne utfordringene den har lært meg mye. Takk for din tid og omtanke, og uten videre adieu håper jeg du liker det.

Rekvisita

Alle forsyningene jeg brukte var allerede tilgjengelige for meg, men jeg har inkludert en liste over de teoretiske kostnadene ved siden av materialene.

Rekvisita og kostnader

• Kartong 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Hot Lim Gun ($ 4,99)
• Hot Lim Gun Pinner ($ 3,97)
• Scotch Tape ($ 6,80)
• 4 x papirhåndkleruller ($ 9,98)
• 2 x toalettpapirruller ($ 6,99)
• (Beløp: 8) MG90S Tower Pro Servomotorer (totalkostnad: $ 23,99)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 Board (totalkostnad: $ 12,95)
• Wire ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Sugerør ($ 2)
• Bånd ($ 3,29)

Trinn 1: Tid som kreves for bygging

Tiden som ble brukt på dette prosjektet fløy av mens du jobbet med design og konstruksjon av armen. Den delen av prosjektet som jeg likte spesielt godt var utformingen av albueleddet, ettersom det bruker en metode for leddkonstruksjon i robotikk som bruker et remskive -system for å øke arbeidsmengden. Utformingen av The Lazarus Arm tok totalt 63 timer som inkluderte forskning for å finne den mest effektive måten å gjøre det endelige designet så kostnadseffektivt som mulig. Samlingen av The Lazarus Arm tok totalt 15 timer og mye varmt lim. Testingen var interessant ettersom den opprinnelige utformingen av protesen hadde en tendens til å stoppe som et resultat av friksjonen som skapes av tanntråden som ble brukt i remskiven i albuen. Alt jeg gjorde var å redusere diameteren på hjulene, og det fungerte. Testfasen tok totalt 12 timer. Programmeringsfasen av prosjektet tok meg totalt 10 timer, som ikke inkluderer tiden det tok meg å ta opp mine C ++ ferdigheter.

Trinn 2: S. T. E. M. applikasjoner

Vitenskap- I prosjektet mitt er vitenskap involvert i utformingen av protoboarddesignet som gjorde det mulig å distribuere strøm mellom servomotorene i designet. Den finner også en rolle i fysikken som er involvert i utformingen av armens struktur. Mer spesifikt utformingen av trinsesystemet i albueleddet som gir armen en betydelig mekanisk fordel som gjør at armen kan løfte mer enn den ellers kunne ha, takket være Archimedes.

Teknologi- Det teknologiske aspektet av prosjektet mitt spilte inn da jeg kodet bevegelsen til protesearmen ved hjelp av C ++. Det spilte også inn da jeg installerte motorene og Arduino -kortet.

Engineering- Engineering kom for å spille da jeg designet håndflaten, fingrene, tommelen, håndleddet, underarmen, albuen og overarmen. Det spilte inn i redesignene, identifisering av problemer da de oppsto, og løsningene jeg fant på for problemene.

Matematikk- Matematikken som var involvert i håndopprettelsen spilte inn da jeg lette etter de riktige anatomiske proporsjonene til armsegmentene. Det spilte også inn da jeg var på utkikk etter akseptable størrelsesjusteringer for hjuldiametrene i remskiven. Jeg brukte også matematikk under beregningene jeg gjorde for antall hjul som jeg ville bruke i albueleddet for å gjøre armen i stand til å bevege seg under vekten av et kaffekopp. Det kom også i spill med beregningen gjort ved bruk av Ohms lov for kretsdesign og nødvendig spenningsinngang.

Trinn 3: Ingeniørdesignskisser

Skissene jeg har levert inkluderer min første design for The Lazarus Arm. Jeg tror at designet klarer å forbli solid nok til daglig bruk mens det forblir betydelig kostnadseffektivt.

Trinn 4: Underarmsbygging

Jeg nevner mengden og dimensjonene på pappbitene i videoen jeg har lagt ved, men jeg vil også inkludere en liste over brikkene, dimensjonene og mengdene her. Listen jeg har inkludert nedenfor ble skrevet etter konstruksjonen av underarmen, så hvis det er uoverensstemmelser mellom den og videoen, ville jeg brukt listen.

• 2 x papirhåndklæruller
• 4 x remskive
• 2 x sirkler med en diameter på 3 tommer
• 8 x sirkler med hull og diameter på 2 og 3/16 tommer
• 4 x ruller med modifiserte papirhåndklær med en lengde på 1 og 7/8 tommer
• 12 x sirkler med hull og diameter på 1 og 6/8 tommer
• 1 x tredobbel diameter på 3/8 tommer og lengde på 4 tommer
• 2 x rektangel på 7 og 3/16 tommer lengde og 3 tommer bredde
• 2 x rektangel på 7 og 3/16 tommer lengde og 1 og 7/16 tommer bredde
• 9 x kvadrat på 1 og 1/2 tommer i lengde og bredde
• 12 x høyre trekanter med 1 og 1/2 tommer sokkel og høyde

Trinn 5: Overarmkonstruksjon

Overarmskonstruksjonen er ganske enkel, men solid. For å bygge denne delen av The Lazarus Arm, trenger du noen deler. Jeg har inkludert en videoforklaring av alle bitene som kreves, men jeg ville sørge for at forklaringen er omfattende nok til å kunne følges hjemme, så jeg inkluderte en liste nedenfor.

• 4 x rektangel (5 tommer i lengden og 3 tommer i bredden)
• 4 x rektangel (5 tommer i lengden og 1 og 1/2 tommer i bredden)
• 2 x sirkel (3 tommer i diameter)
• 2 x modifisert papirhåndklærulle (1 tomme i diameter og 1/2 tomme i lengde)
• 9 x firkant (1 og 1/2 tommer på begge sider)
• 8 x Høyre trekanter (1 og 1/2 tommer for base og høyde)
• 2 x stor bueform med to hull
• 4 x rektangel med hull (3 og 1/2 tommer i lengden og 3 tommer i bredden)
• 4 x sirkel med hull i midten (1 og 1/2 tommer i diameter)
• 6 x sirkel med hull i midten (1 tomme i diameter)
• 2 x 1/2 tommer kortere papirhåndklæruller ruller ned lengden i midten av den ene siden
• 1 x trepinne (4 tommer i lengde og 3/8 tommer diameter)

Trinn 6: Håndledd/håndflatekonstruksjon

Håndleddet/håndflaten til Lazarus Arm var faktisk en av de vanskeligste delene av designet, annet enn remskiven i albuen. Den delen av designet som jeg slet mest med var hvordan lage et design som ville være i stand til å rotere uten å ofre noe av designens strukturelle stabilitet. Da jeg fant løsningen på problemet mitt, trodde jeg først at jeg ville være for forenklet til å fungere, men da jeg brukte det, holdt det opp til testene jeg administrerte. Delene for konstruksjonen av denne delen av The Lazarus Arm er listet nedenfor.

• 6 x Palm -maldesigner som bør ha en størrelse opp eller ned avhengig av brukeren (ca. 3 og 1/2 tommer i lengden og 3 tommer i bredden)
• 2 x rektangel (3 tommer i lengden og 2 og 1/2 tommer i bredden)
• 2 x rektangel (3 tommer i lengden og 1 tommer i bredden)
• 6 x rettvinklede trekanter (høyde og base på 1 tommer)
• 1 x sirkel (2 og 5/16 tommer i diameter)
• 2 x sirkel med liten rektangulær utskjæring (2 og 5/16 tommer i diameter)
• 1 x trepinne (3 tommer i lengden og 3/8 tommer i diameter)
• 10 x buedesign med hull (ca. 1 og 1/2 tommer i lengden og 1 tomme i bredden)
• 2 x toalettpapirruller med hakkutskjæring for håndmal

Trinn 7: Finger/tommelkonstruksjon

Finger- og tommelfingerdesignene er nesten nøyaktig de samme for enkelhets skyld. De viktigste forskjellene er at tommelen bare har leddene mens fingrene har tre og tommelen er vinklet som en menneskelig hånd i anatomisk posisjon. Jeg har lagt ved en video som forklarer konstruksjonen av fingre og tommel. Brikkene som vises er ganske enkle å lage, men det må gjøres ganske mange for disse delene.

• 48 x større buer med hull (1 og 1/2 tommer i lengde og 1 og 1/4 tommer i bredden med hull plassert 1 tomme fra høyre og 1/4 tommer ned)
• 13 x mindre buer med hull (1 og 1/2 tommer i lengde og 1 og 1/2 tommer i bredden med hull plassert 1/2 tommer fra høyre og 1/4 tommer ned)
• 13 x bue (3/4 tommer i lengden og 1/2 tommer i bredden)
• 6 x sugerør (3/4 tommer i lengde)
• 5 x sugerør (1/2 tommer i lengde)
• 4 x sugerør (1/4 tommer i lengde)
• 4 x sugerør (1 og 1/2 tommer i lengde)
• 5 x bånd (12 tommer i lengde)

Trinn 8: Testing

Målet med testfasen av Lazarus Arm er å bevise at konseptet er gjennomførbart. Jeg har lagt ved en video som jeg tror beviser konseptet med designet mitt. Jeg synes The Lazarus Arm fungerer ganske bra, med tanke på materialene som ble brukt til å lage den.

Trinn 9: Mulige fremtidige forbedringer

Når jeg ser på prosjektet som helhet, er jeg ganske fornøyd med sluttproduktet. Det eneste jeg ville elske å gjøre er å se om jeg kan lage en 3D -utskrift av delene jeg laget av papp for å se hvordan det holder seg under enda større mengder press. Annet enn det, vil jeg ta deg tid til å forbedre armens estetikk. Jeg vil også se om jeg kan fortsette å jobbe med denne protesearmdesignen for å se om jeg kan teste designet under noen hverdagslige omstendigheter.

Trinn 10: Avsluttende kommentarer

Jeg vil uttrykke hvor glad jeg er med den endelige designen av The Lazarus Arm. Det har vist seg å være levedyktig for bruk i noen hverdagslige oppgaver og er overraskende funksjonelt med tanke på materialene det er laget av. Jeg vil ta et øyeblikk til å takke Iseman Foundation for muligheten til å jobbe med prosjekter som dette de siste fire årene. Det har vært utrolig lærerikt og morsomt. Denne konkurransen er en av grunnene til at jeg tar en maskiningeniørfag. Det har vært utrolig å være en del av dette gjennom årene, og jeg kunne aldri uttrykke hvor takknemlig jeg er, takk.