Lācara roka: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Es gribētu sākt ar pateicību par jūsu interesi par manu projektu. Mans vārds ir Chase Leach, un es esmu vecākais WBASD S. T. E. M. Akadēmija. Šis projekts ir iesniegums Butwin Elias zinātnes un tehnoloģiju balvai 2019-2020. Lazarus Arm ir unikāls protezēšanas dizains, jo tajā tiek izmantoti tikai materiāli, kurus var atrast ap māju, izņemot motorus un Arduino Uno, kas tika ņemti no iepriekšējiem manis projektētajiem projektiem. Šogad man nav piekļuves 3D printerim, tāpēc rokas dizains bija nedaudz grūts, jo es strādāju ar kartonu daudzām The Lazarus Arm strukturālajām sastāvdaļām. Šī projekta mērķis ir izveidot darba modeli, kas var parādīt mana dizaina koncepciju. Ņemot vērā ierobežotos resursus, es domāju, ka galīgais dizains izrādījās diezgan labs. Paldies par iespēju piedalīties šajā konkursā. Tas ir ļāvis man izklaidēties. Šis konkurss man ir radījis lolotas atmiņas. Lācara rokas projektēšana un tās radīto izaicinājumu pārvarēšana man ir daudz iemācījusi. Paldies par jūsu laiku un pārdomām, un es ceru, ka jums patiks.

Piegādes

Visas manis izmantotās izejvielas man jau bija pieejamas, tomēr blakus materiāliem esmu iekļāvis teorētisko izmaksu sarakstu.

Piegādes un izmaksas

• Kartona kaste 12 x 12 x 16 (0,82 ASV dolāri)
• Karstās līmes pistole (4,99 ASV dolāri)
• Karstās līmes pistoli (3,97 ASV dolāri)
• Skotu lente (6,80 ASV dolāri)
• 4 x papīra dvieļu ruļļi (9,98 ASV dolāri)
• 2 x tualetes papīra ruļļi (6,99 ASV dolāri)
• (Summa: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (kopējās izmaksas: 23,99 USD)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 dēlis (kopējās izmaksas: 12,95 ASV dolāri)
• Vads (8,76 ASV dolāri)
• ProtoBoard (5,99 ASV dolāri)
• Salmiņi (2 ASV dolāri)
• Lente (3,29 ASV dolāri)

1. darbība. Būvniecībai nepieciešamais laiks

Laiks, kas tika pavadīts šim projektam, aizlidoja, strādājot pie rokas projektēšanas un konstrukcijas. Projekta daļa, kas man īpaši patika, bija elkoņa locītavas dizains, jo robotikā tiek izmantota savienojuma uzbūves metode, kurā tiek izmantota skriemeļu sistēma, lai palielinātu darba apjomu. The Lazarus Arm dizains kopumā aizņēma 63 stundas, ieskaitot pētījumus, lai atrastu visefektīvāko veidu, kā padarīt gala dizainu pēc iespējas rentablāku. The Lazarus Arm montāža kopumā aizņēma 15 stundas un daudz karstas līmes. Pārbaude bija interesanta, jo sākotnējam protēzes dizainam bija tendence apstāties berzes dēļ, ko radīja zobu diegs, ko izmantoja skriemeļu sistēmā elkoņā. Viss, ko es darīju, bija samazināt riteņu diametru, un tas strādāja. Pārbaudes posms kopumā aizņēma 12 stundas. Projekta plānošanas posms man kopumā prasīja 10 stundas, kas neietver laiku, kas man bija vajadzīgs, lai papildinātu savas C ++ prasmes.

2. darbība: S. T. E. M. Lietojumprogrammas

Zinātne- Manā projektā zinātne ir iesaistīta protoboard konstrukcijas projektēšanā, kas ļāva sadalīt jaudu starp servo motoriem projektā. Tas arī atrod lomu fizikā, kas saistīta ar rokas struktūras dizainu. Vēl vairāk, jo īpaši skriemeļu sistēmas konstrukcija elkoņa locītavā, kas dod rokai ievērojamas mehāniskas priekšrocības, ļaujot rokai pacelt vairāk, nekā citādi, ar Archimedes atbalstu.

Tehnoloģija- mana projekta tehnoloģiskais aspekts parādījās, kad es kodēju protezēšanas rokas kustību, izmantojot C ++. Tas arī parādījās, kad es uzstādīju motorus un Arduino plāksni.

Inženierzinātnes- Inženierzinātnes sāka spēlēt, kad es projektēju plaukstu, pirkstus, īkšķi, plaukstas locītavu, apakšdelmu, elkoni un augšdelmu. Tas parādījās pārprojektēšanā, problēmu identificēšanā, kad tās radās, un risinājumos, ko es radīju problēmām.

Matemātika- matemātika, kas saistīta ar rokas izveidi, parādījās, kad es meklēju pareizās roku segmentu anatomiskās proporcijas. Tas parādījās arī tad, kad es meklēju pieņemamus izmēru pielāgojumus riteņu diametram skriemeļu sistēmas savienojumā. Aprēķinos, ko veicu, aprēķinot riteņu skaitu, ko izmantoju elkoņa locītavā, es izmantoju matemātiku, lai roka spētu pārvietoties zem kafijas krūzes svara. Tas tika ņemts vērā arī ar aprēķinu, kas veikts, piemērojot Oma likumu shēmas projektēšanai un nepieciešamajai sprieguma ieejai.

3. solis: Inženiertehniskās projektēšanas skices

Manis piedāvātajās skicēs ir iekļauts mans sākotnējais The Lazarus Arm dizains. Es uzskatu, ka dizains spēj palikt pietiekami izturīgs ikdienas lietošanai, vienlaikus saglabājot ievērojamu rentabilitāti.

4. solis: apakšdelma uzbūve

Es pievienotajā videoklipā pieminēju kartona gabalu daudzumu un izmērus, taču šeit es iekļaušu arī gabalu, izmēru un daudzumu sarakstu. Saraksts, ko esmu iekļāvis zemāk, tika uzrakstīts pēc apakšdelma uzbūves, tādēļ, ja starp to un videoklipu ir kādas neatbilstības, es izmantotu šo sarakstu.

• 2 x papīra dvieļu ruļļi
• 4 x skriemeļa svira
• 2 x apļi ar diametru 3 collas
• 8 x apļi ar caurumu un diametru 2 un 3/16 collas
• 4 x pārveidoti papīra dvieļu ruļļi ar garumu 1 un 7/8 collas
• 12 x apļi ar caurumu un diametru 1 un 6/8 collas
• 1 x koka dībeļa diametrs 3/8 collas un garums 4 collas
• 2 x taisnstūris ar 7 un 3/16 collu garumu un 3 collas platumu
• 2 x taisnstūris ar 7 un 3/16 collu garumu un 1 un 7/16 collu platumu
• 9 x 1 un 1/2 collu kvadrāts garumā un platumā
• 12 x taisnstūri ar 1 un 1/2 collu pamatni un augstumu

5. solis: augšdelma konstrukcija

Augšdelma konstrukcija ir diezgan vienkārša, bet izturīga. Lai izveidotu šo Lācara rokas daļu, jums būs nepieciešamas dažas daļas. Esmu iekļāvis visu nepieciešamo detaļu video skaidrojumu, tomēr vēlējos pārliecināties, ka skaidrojums ir pietiekami izsmeļošs, lai to varētu ievērot mājās, tāpēc iekļāvu zemāk esošo sarakstu.

• 4 x taisnstūris (5 collas garš un 3 collas plats)
• 4 x taisnstūris (5 collas garš un 1 un 1/2 collas plats)
• 2 x aplis (3 collu diametrā)
• 2 x modificēts papīra dvieļu rullis (1 collas diametrā un 1/2 collas garumā)
• 9 x kvadrāts (1 un 1/2 collas abās pusēs)
• 8 x taisnstūri (1 un 1/2 collas pamatnei un augstumam)
• 2 x liela arkas forma ar diviem caurumiem
• 4 x taisnstūris ar caurumu (3 un 1/2 collas garš un 3 collas plats)
• 4 x aplis ar caurumu centrā (diametrs 1 un 1/2 collas)
• 6 x aplis ar caurumu centrā (1 collas diametrs)
• 2 x 1/2 collu īsāki papīra dvieļu ruļļi samazina garumu vienas puses centrā
• 1 x koka dībelis (4 collas garš un 3/8 collas diametrs)

6. solis: plaukstas locītavas/plaukstas konstrukcija

Lazarus Arm plauksta/plauksta faktiski bija viena no visgrūtākajām dizaina daļām, izņemot skriemeļu sistēmu elkoņā. Dizaina daļa, ar kuru es visvairāk cīnījos, bija tas, kā izveidot dizainu, kas būtu spējīgs griezties, nezaudējot nekādu dizaina strukturālo stabilitāti. Kad es nācu klajā ar savas problēmas risinājumu, es sākotnēji domāju, ka būšu pārāk vienkāršots, lai strādātu, tomēr, kad es to īstenoju praksē, tas izturēja manis veiktos testus. Šīs Lācara rokas daļas konstrukcijas daļas ir uzskaitītas zemāk.

• 6 x plaukstu veidņu modeļi, kuru izmērs ir jāpaaugstina vai jāsamazina atkarībā no lietotāja (apmēram 3 un 1/2 collas garš un 3 collas plats)
• 2 x taisnstūris (3 collas garš un 2 un 1/2 collas plats)
• 2 x taisnstūris (3 collas garš un 1 collas platums)
• 6 x taisnleņķa trīsstūri (augstums un pamatne 1 collas)
• 1 x aplis (2 un 5/16 collas diametrā)
• 2 apļi ar nelielu taisnstūrveida izgriezumu (2 un 5/16 collas diametrā)
• 1 x koka dībelis (3 collas garš un 3/8 collas diametrs)
• 10 x arkas dizains ar caurumu (apmēram 1 un 1/2 collas garš un 1 collas platums)
• 2 x tualetes papīra ruļļi ar iecirtuma izgriezumu rokas veidnei

7. solis: pirkstu/īkšķu veidošana

Pirkstu un īkšķu dizains vienkāršības labad ir gandrīz vienāds. Galvenās atšķirības ir tādas, ka īkšķis ir tikai locītavām, bet pirkstiem ir trīs, un īkšķis ir leņķiski līdzīgs cilvēka rokai anatomiskajā stāvoklī. Esmu pievienojis video, kurā paskaidrota pirkstu un īkšķa uzbūve. Parādītie gabali ir diezgan vienkārši izveidojami, tomēr šīm daļām ir jāizgatavo diezgan daudz.

• 48 x lielākas arkas ar caurumu (1 un 1/2 collas garumā un 1 un 1/4 collas platumā ar caurumu, kas atrodas 1 collu no labās un 1/4 collas uz leju)
• 13 x mazākas arkas ar caurumu (1 un 1/2 collas garumā un 1 un 1/2 collas platumā ar atveri, kas atrodas 1/2 collas no labās un 1/4 collas uz leju)
• 13 x arka (3/4 collas garumā un 1/2 collas platumā)
• 6 x salmiņi (3/4 collas garš)
• 5 x salmiņi (1/2 collas garš)
• 4 x salmiņi (1/4 collas garš)
• 4 x salmiņi (1 un 1/2 collas garš)
• 5 x lente (12 collu garumā)

8. darbība: pārbaude

Lazarus Arm testēšanas posma mērķis ir pierādīt koncepciju kā iespējamu. Esmu pievienojis video, kas, manuprāt, pierāda mana dizaina koncepciju. Es domāju, ka Lazarus Arm darbojas diezgan labi, ņemot vērā materiālus, kas izmantoti tā izveidošanai.

9. darbība. Iespējamie uzlabojumi nākotnē

Skatoties uz projektu kopumā, esmu diezgan apmierināts ar galaproduktu. Vienīgais, ko es labprāt darītu, ir redzēt, vai es varu izveidot 3D izdruku no kartona izgatavotajām detaļām, lai redzētu, kā tā iztur vēl lielāku spiedienu. Izņemot to, es gribētu veltīt laiku, lai uzlabotu rokas estētiku. Es arī vēlētos redzēt, vai es varu turpināt strādāt pie šīs rokas protēzes dizaina, lai redzētu, vai es varu pārbaudīt dizainu dažos ikdienas apstākļos.

10. darbība. Noslēguma piezīmes

Es vēlos izteikt savu prieku ar Lācara rokas galīgo dizainu. Tas ir izrādījies dzīvotspējīgs lietošanai dažos ikdienas uzdevumos, un tas ir pārsteidzoši funkcionāls, ņemot vērā materiālus, no kuriem tas ir izgatavots. Es gribētu veltīt brīdi, lai pateiktos Iseman Foundation par iespēju pēdējos četrus gadus strādāt pie šādiem projektiem. Tas ir bijis neticami izglītojoši un jautri. Šīs sacensības ir viens no iemesliem, kāpēc es turpinu mašīnbūves specialitāti. Gadu gaitā ir bijis neticami būt par daļu no tā, un es nekad nevarētu izteikt savu pateicību, paldies.