Ramię Łazarza: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Chciałbym zacząć od podziękowania za zainteresowanie moim projektem. Nazywam się Chase Leach i jestem seniorem WBASD S. T. E. M. Akademia. Ten projekt jest zgłoszeniem do nagrody Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Ramię Lazarus jest wyjątkowym projektem protetycznym, ponieważ wykorzystuje tylko materiały, które można było znaleźć w domu, z wyjątkiem silników i Arduino Uno, które zostały zaczerpnięte z poprzednich projektów, które projektowałem. W tym roku nie mam dostępu do drukarki 3D, więc projekt ramienia był trochę skomplikowany, ponieważ pracowałem z kartonem dla wielu elementów konstrukcyjnych ramienia Łazarza. Celem tego projektu jest stworzenie działającego modelu, który może zademonstrować koncepcję mojego projektu. Biorąc pod uwagę ograniczone zasoby, myślę, że ostateczny projekt wyszedł całkiem nieźle. Dziękujemy za możliwość udziału w tym konkursie. To pozwoliło mi się tak dobrze bawić. Ten konkurs stworzył dla mnie cenne wspomnienia. Zaprojektowanie ramienia Łazarza i pokonywanie wyzwań, które się z nim wiązało, wiele mnie nauczyło. Dziękuję za poświęcony czas i uwagę i bez dalszych pożegnań mam nadzieję, że się spodoba.

Kieszonkowe dzieci

Wszystkie materiały, z których korzystałem, były już dla mnie dostępne, jednak przy materiałach zamieściłem listę kosztów teoretycznych.

Dostawy i koszty

• Pudełko kartonowe 12 x 12 x 16 (0,82 USD)
• Pistolet do klejenia na gorąco (4,99 USD)
• Pistolety do klejenia na gorąco (3,97 USD)
• Taśma klejąca (6,80 USD)
• 4 x rolki ręczników papierowych (9,98 USD)
• 2 x rolki papieru toaletowego (6,99 USD)
• (Ilość: 8) Serwomotory MG90S Tower Pro (koszt całkowity: 23,99 USD)
• 1 x płytka Arduino MEGA 2560 R3 (koszt całkowity: 12,95 USD)
• Drut (8,76 USD)
• ProtoBoard (5,99 USD)
• Słomki (2 USD)
• Wstążka (3,29 USD)

Krok 1: Czas potrzebny na budowę

Czas poświęcony na ten projekt minął podczas pracy nad projektem i konstrukcją ramienia. Częścią projektu, która szczególnie mi się podobała, było zaprojektowanie stawu łokciowego, ponieważ wykorzystuje on metodę budowy złącza w robotyce, która wykorzystuje system kół pasowych w celu zwiększenia ilości pracy. Zaprojektowanie ramienia Łazarza zajęło w sumie 63 godziny, które obejmowały badania mające na celu znalezienie najbardziej efektywnego sposobu, aby ostateczny projekt był jak najbardziej opłacalny. Montaż ramienia Łazarza zajął łącznie 15 godzin i dużo kleju na gorąco. Testy były interesujące, ponieważ początkowy projekt protezy miał tendencję do zatrzymywania się w wyniku tarcia wytworzonego przez nić dentystyczną używaną w systemie kół pasowych w łokciu. Jedyne, co zrobiłem, to zmniejszenie średnicy kół i zadziałało. Faza testów trwała łącznie 12 godzin. Faza programowania projektu zajęła mi łącznie 10 godzin, nie wliczając w to czasu, jaki zajęło mi doskonalenie umiejętności C++.

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

Nauka- W moim projekcie nauka jest zaangażowana w zaprojektowanie projektu płytki prototypowej, która umożliwiła dystrybucję mocy między serwosilniki w projekcie. Odnajduje również rolę w fizyce związanej z projektowaniem struktury ramienia. Bardziej konkretnie, projekt systemu bloczków w stawie łokciowym, który daje ramieniu znaczną przewagę mechaniczną, pozwalając ramieniu unosić więcej niż mogłoby to mieć w innym przypadku, dzięki uprzejmości Archimedesa.

Technologia- Aspekt technologiczny mojego projektu wszedł w grę, kiedy kodowałem ruch protezy ramienia za pomocą C++. Zadziałało to również podczas instalowania silników i płytki Arduino.

Inżynieria Inżynieria wkroczyła do gry, kiedy projektowałem dłoń, palce, kciuk, staw nadgarstkowy, przedramię, łokieć i ramię. Zaczęło to odgrywać rolę w przeprojektowaniu, identyfikacji problemów, gdy się pojawiały, i rozwiązaniach, które wymyśliłem.

Matematyka- Matematyka związana z tworzeniem ręki weszła w grę, gdy szukałem prawidłowych proporcji anatomicznych segmentów ramienia. Zaczęło to również działać, gdy szukałem akceptowalnych regulacji rozmiaru dla średnic kół w złączu systemu koła pasowego. Wykorzystałem również matematykę podczas obliczeń, które wykonałem dla liczby kółek, których użyję w stawie łokciowym, aby ramię było w stanie poruszać się pod ciężarem kubka do kawy. Weszło to również w grę z obliczeniami dokonanymi za pomocą prawa Ohma do projektowania obwodu i wymaganego napięcia wejściowego.

Krok 3: Szkice projektu inżynierskiego

Dostarczone przeze mnie szkice obejmują mój wstępny projekt ramienia Łazarza. Uważam, że projekt pozostaje wystarczająco wytrzymały do codziennego użytku, a jednocześnie pozostaje znacznie opłacalny.

Krok 4: Budowa przedramienia

W załączonym filmie wspominam o ilości i wymiarach tekturowych elementów, jednak podam tutaj również listę elementów, wymiarów i ilości. Lista, którą zamieściłem poniżej, została napisana po zbudowaniu przedramienia, więc jeśli są jakieś rozbieżności między nią a filmem, skorzystam z listy.

• 2 x rolki ręczników papierowych
• 4 x ramię koła pasowego
• 2 x koła o średnicy 3 cali
• 8 x koła z otworem i średnicą 2 i 3/16 cala
• 4 x zmodyfikowane rolki ręczników papierowych o długości 1 i 7/8 cala
• 12 x koła z otworem i średnicą 1 i 6/8 cala
• 1 x drewniany kołek o średnicy 3/8 cala i długości 4 cali
• 2 x prostokąt o długości 7 i 3/16 cala i szerokości 3 cali
• 2 x prostokąt o długości 7 i 3/16 cala i szerokości 1 i 7/16 cala
• 9 x kwadrat o długości i szerokości 1 i 1/2 cala
• 12 x prawe trójkąty z podstawą i wysokością 1 i 1/2 cala

Krok 5: Konstrukcja ramienia górnego

Konstrukcja ramienia jest dość prosta, ale solidna. Aby zbudować tę część ramienia Łazarza, będziesz potrzebować kilku części. Dołączyłem objaśnienie wideo wszystkich wymaganych elementów, jednak chciałem się upewnić, że wyjaśnienie jest wystarczająco wyczerpujące, aby można je było śledzić w domu, więc zamieściłem poniżej listę.

• 4 x prostokąt (5 cali długości i 3 cale szerokości)
• 4 x prostokąt (5 cali długości i 1 i 1/2 cala szerokości)
• 2 x koło (3 cale średnicy)
• 2 x zmodyfikowana rolka ręczników papierowych (1 cal średnicy i 1/2 cala długości)
• 9 x kwadrat (1 i 1/2 cala po obu stronach)
• 8 x prawe trójkąty (1 i 1/2 cala dla podstawy i wysokości)
• 2 x duży kształt łuku z dwoma otworami
• 4 x prostokąt z otworem (3 i 1/2 cala długości i 3 cale szerokości)
• 4 x koło z otworem w środku (o średnicy 1 i 1/2 cala)
• 6 x koło z otworem w środku (1 cal średnicy)
• 2 x 1/2 cala krótsze rolki ręczników papierowych zmniejszają długość w środku jednej strony
• 1 x drewniany kołek (4 cale długości i 3/8 cala średnicy)

Krok 6: Budowa nadgarstka/dłoni

Nadgarstek/dłoń ramienia Łazarza był w rzeczywistości jedną z najtrudniejszych części projektu, poza systemem kół pasowych w łokciu. Częścią projektu, z którą najbardziej się zmagałem, było stworzenie projektu, który byłby w stanie obracać się bez poświęcania stabilności konstrukcyjnej projektu. Kiedy wymyśliłem rozwiązanie mojego problemu, początkowo myślałem, że będę zbyt uproszczony, aby pracować, jednak gdy wprowadziłem to w życie, wytrzymało to testy, które przeprowadziłem. Poniżej wymieniono części do budowy tej części ramienia Łazarza.

• 6 x szablonów dłoni, które należy zwiększać lub zmniejszać w zależności od użytkownika (około 3 i 1/2 cala długości i 3 cale szerokości)
• 2 x prostokąt (3 cale długości i 2 i 1/2 cala szerokości)
• 2 x prostokąt (3 cale długości i 1 cal szerokości)
• 6 x trójkąty pod kątem prostym (wysokość i podstawa 1 cala)
• 1 x koło (o średnicy 2 i 5/16 cala)
• 2 x koło z małym prostokątnym wycięciem (o średnicy 2 i 5/16 cala)
• 1 x drewniany kołek (3 cale długości i 3/8 cala średnicy)
• 10 x konstrukcja łukowa z otworem (około 1 i 1/2 cala długości i 1 cal szerokości)
• 2 x rolki papieru toaletowego z wycięciem na rękę szablon

Krok 7: Konstrukcja palca/kciuka

Projekty palców i kciuków są prawie takie same dla uproszczenia. Kluczowe różnice polegają na tym, że kciuk ma tylko stawy, podczas gdy palce mają trzy, a kciuk jest ustawiony pod kątem podobnym do ludzkiej dłoni w pozycji anatomicznej. Załączam film wyjaśniający budowę palców i kciuka. Prezentowane elementy są dość proste w tworzeniu, jednak dla tych części trzeba wykonać całkiem sporo.

• 48 x większe łuki z otworem (1 i 1/2 cala długości i 1 i 1/4 cala szerokości z otworem znajdującym się 1 cal od prawej i 1/4 cala w dół)
• 13 x mniejsze łuki z otworem (1 i 1/2 cala długości i 1 i 1/2 cala szerokości z otworem znajdującym się 1/2 cala od prawej i 1/4 cala w dół)
• 13 x łuk (długość 3/4 cala i szerokość 1/2 cala)
• 6 x słomki (długość 3/4 cala)
• 5 x słomki (1/2 cala długości)
• 4 x słomki (długość 1/4 cala)
• 4 x słomki (1 i 1/2 cala długości)
• 5 x wstążka (długość 12 cali)

Krok 8: Testowanie

Celem fazy testowania ramienia Lazarus jest udowodnienie, że koncepcja jest wykonalna. Załączyłem film, który moim zdaniem potwierdza koncepcję mojego projektu. Myślę, że ramię Łazarza działa całkiem nieźle, biorąc pod uwagę materiały użyte do jego stworzenia.

Krok 9: Możliwe przyszłe ulepszenia

Patrząc na projekt jako całość, jestem całkiem zadowolony z końcowego produktu. Jedyne, co chciałbym zrobić, to sprawdzić, czy uda mi się wykonać wydruk 3D części, które wykonałem z tektury, aby zobaczyć, jak wytrzyma jeszcze większy nacisk. Poza tym chciałbym poświęcić czas na poprawę estetyki ramienia. Chciałbym również sprawdzić, czy mogę kontynuować pracę nad projektem protezy ramienia, aby sprawdzić, czy mogę przetestować projekt w niektórych codziennych okolicznościach.

Krok 10: Uwagi końcowe

Chciałbym wyrazić, jak bardzo jestem zadowolony z ostatecznego projektu ramienia Łazarza. Okazało się, że nadaje się do użytku w niektórych codziennych zadaniach i jest zaskakująco funkcjonalny, biorąc pod uwagę materiały, z których jest wykonany. Chciałbym poświęcić chwilę, aby podziękować Fundacji Isemana za możliwość pracy nad takimi projektami przez ostatnie cztery lata. To było niesamowicie pouczające i zabawne. Ten konkurs jest jednym z powodów, dla których studiuję na kierunku inżynieria mechaniczna. To było niesamowite być częścią tego przez lata i nigdy nie mogłem wyrazić, jak bardzo jestem wdzięczny, dziękuję.