Die Lazarus -arm: 10 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Ek wil eers begin dankie sê vir die belangstelling in my projek. My naam is Chase Leach en ek is senior in die WBASD S. T. E. M. Akademie. Hierdie projek is 'n voorlegging vir die Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Die Lazarus -arm is 'n unieke prostetiese ontwerp, aangesien dit slegs materiaal gebruik wat in die huis gevind kan word, met uitsondering van die motors en Arduino Uno, wat geneem is uit vorige projekte wat ek ontwerp het. Hierdie jaar het ek nie toegang tot 'n 3D -drukker nie, so die ontwerp van die arm was 'n bietjie lastig, want ek het met karton gewerk vir baie van die strukturele komponente van The Lazarus Arm. Die doel van hierdie projek is om 'n werkende model te maak wat die konsep van my ontwerp kan demonstreer. Gegewe die beperkte hulpbronne, dink ek dat die finale ontwerp redelik goed afgeloop het. Dankie vir die geleentheid om by hierdie kompetisie betrokke te wees. Dit het my soveel plesier gegee. Hierdie kompetisie het vir my gekoesterde herinneringe geskep. Die ontwerp van The Lazarus Arm en die oorkom van die uitdagings wat dit aangebied het, het my baie geleer. Dankie vir u tyd en oorweging en sonder verdere adieu hoop ek dat u dit sal geniet.

Voorrade

Al die voorrade wat ek gebruik het, was reeds vir my beskikbaar, maar ek het 'n lys van die teoretiese koste by die materiaal ingesluit.

Voorrade en koste

• Kartondoos 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Warmlijmpistool ($ 4,99)
• Hot Glue Gun Sticks ($ 3,97)
• Scotch Tape ($ 6,80)
• 4 x papierhanddoekrolletjies ($ 9,98)
• 2 x toiletpapierrolletjies ($ 6,99)
• (Bedrag: 8) MG90S Tower Pro Servomotors (totale koste: $ 23,99)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 -bord (totale koste: $ 12,95)
• Draad ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Strooitjies ($ 2)
• Lint ($ 3,29)

Stap 1: Tyd benodig vir konstruksie

Die tyd wat aan hierdie projek bestee is, vlieg verby terwyl ons werk aan die ontwerp en konstruksie van die arm. Die deel van die projek wat ek veral geniet het, was die ontwerp van die elmboogverbinding, aangesien dit 'n metode gebruik vir gewrigskonstruksie in robotika wat 'n katrolstelsel gebruik om die hoeveelheid werkuitset te verhoog. Die ontwerp van The Lazarus Arm het altesaam 63 uur geneem, insluitend navorsing om die mees effektiewe manier te vind om die finale ontwerp so koste -effektief moontlik te maak. Die byeenkoms van The Lazarus Arm het altesaam 15 uur geneem en baie warm gom. Die toets was interessant, aangesien die aanvanklike ontwerp vir die prostese geneig was tot stilstand as gevolg van die wrywing wat ontstaan het deur die tandvlos wat in die katrolstelsel in die elmboog gebruik is. Al wat ek gedoen het, was om die deursnee van die wiele te verminder en dit het gewerk. Die toetsfase het altesaam 12 uur geneem. Die programmeringsfase van die projek het my altesaam 10 uur geneem, wat nie die tyd in beslag neem wat ek nodig gehad het om my C ++ vaardighede aan te raak nie.

Stap 2: S. T. E. M. Aansoeke

Wetenskap- In my projek is die wetenskap betrokke by die ontwerp van die protobord-ontwerp, waardeur krag tussen die servomotore in die ontwerp versprei kon word. Dit vind ook 'n rol in die fisika wat betrokke is by die ontwerp van die struktuur van die arm. Meer spesifiek die ontwerp van die katrolstelsel in die elmbooggewrig, wat die arm 'n aansienlike mate van meganiese voordeel bied, sodat die arm meer kan optel as wat hy andersins sou kon doen, met vergunning van Archimedes.

Tegnologie- Die tegnologiese aspek van my projek het ter sprake gekom toe ek die beweging van die prostetiese arm met C ++ gekodeer het. Dit het ook ter sprake gekom toe ek die motors en die Arduino -bord installeer.

Ingenieurswese- Ingenieurswese het begin speel toe ek die palm, vingers, duim, polsgewrig, voorarm, elmboog en bo-arm ontwerp het. Dit het ter sprake gekom by die herontwerpe, die identifisering van probleme toe dit opduik en die oplossings waarmee ek vorendag gekom het.

Wiskunde- Die wiskunde wat betrokke was by die skepping van die hand kom ter sprake toe ek op soek was na die korrekte anatomiese verhoudings van die armsegmente. Dit het ook ter sprake gekom toe ek op soek was na aanvaarbare grootte -aanpassings vir die diameters van die wiele in die katrolstelsel. Ek het ook wiskunde gebruik tydens die berekeninge wat ek gemaak het vir die aantal wiele wat ek in die elmbooggewrig sou gebruik om die arm onder die gewig van 'n koffiemok te laat beweeg. Dit het ook ter sprake gekom met die berekening wat gemaak is deur die toepassing van Ohm's Law vir die ontwerp van die stroombaan en die vereiste spanningsinvoer.

Stap 3: Ontwerpsketse vir ingenieurswese

Die sketse wat ek verskaf het, bevat my aanvanklike ontwerp vir The Lazarus Arm. Ek glo dat die ontwerp stewig genoeg bly vir daaglikse gebruik, terwyl dit aansienlik koste-effektief bly.

Stap 4: Onderarmkonstruksie

Ek noem wel die hoeveelheid en afmetings van die kartonstukke in die video wat ek aangeheg het, maar ek sal ook 'n lys van die stukke, afmetings en hoeveelhede hier insluit. Die lys wat ek hier onder ingesluit het, is geskryf na die konstruksie van die voorarm, so as daar 'n teenstrydigheid tussen dit en die video is, sal ek die lys gebruik.

• 2 x papierhanddoekrolletjies
• 4 x Katrolarm
• 2 x sirkels met 'n deursnee van 3 duim
• 8 x sirkels met gat en deursnee van 2 en 3/16 duim
• 4 x rolpapierhanddoekrolletjies met 'n lengte van 1 en 7/8 duim
• 12 x sirkels met gat en deursnee van 1 en 6/8 duim
• 1 x Houtspeldiameter van 3/8 duim en lengte van 4 duim
• 2 x reghoek van 7 en 3/16 duim lengte en 3 duim breedte
• 2 x reghoek van 7 en 3/16 duim lengte en 1 en 7/16 duim breedte
• 9 x vierkant van 1 en 1/2 duim in lengte en breedte
• 12 x reghoekige driehoeke met 1 en 1/2 duim basis en hoogte

Stap 5: Konstruksie van die bo -arm

Die boarmkonstruksie is redelik eenvoudig, maar tog stewig. Om hierdie deel van The Lazarus Arm te bou, benodig u 'n paar dele. Ek het 'n video -uiteensetting van al die benodigde stukke ingesluit, maar ek wou seker maak dat die verduideliking omvattend genoeg is om tuis gevolg te word, so ek het 'n lys hier onder ingesluit.

• 4 x reghoek (5 duim in lengte en 3 duim in breedte)
• 4 x reghoek (5 duim in lengte en 1 en 1/2 duim in breedte)
• 2 x sirkel (3 duim in deursnee)
• 2 x gemodifiseerde papierhanddoekrol (1 duim in deursnee en 1/2 duim lank)
• 9 x vierkant (1 en 1/2 duim aan weerskante)
• 8 x reghoekige driehoeke (1 en 1/2 duim vir basis en hoogte)
• 2 x groot boogvorm met twee gate
• 4 x reghoek met 'n gat (3 en 1/2 duim lank en 3 duim in breedte)
• 4 x sirkel met gat in die middel (1 en 1/2 duim in deursnee)
• 6 x sirkel met gat in die middel (1 duim in deursnee)
• 2 x 1/2 duim korter papierhanddoekrolle sny die lengte in die middel van die een kant af
• 1 x Houtspeld (4 duim lank en 3/8 duim deursnee)

Stap 6: Pols-/palmkonstruksie

Die pols/palm van The Lazarus Arm was eintlik een van die moeilikste dele van die ontwerp, behalwe die katrolstelsel in die elmboog. Die deel van die ontwerp waarmee ek die meeste gesukkel het, was hoe om 'n ontwerp te skep wat in staat is om te draai sonder om die strukturele stabiliteit van die ontwerp in te boet. Toe ek met die oplossing van my probleem vorendag kom, het ek aanvanklik gedink dat ek te simplisties sou wees om te werk, maar toe ek dit in die praktyk toepas, het dit voldoen aan die toetse wat ek uitgevoer het. Die onderdele vir die konstruksie van hierdie deel van The Lazarus Arm word hieronder gelys.

• 6 x Palm -sjabloonontwerpe wat na gelang van die gebruiker groter of minder moet wees (ongeveer 3 en 1/2 duim lank en 3 duim in breedte)
• 2 x reghoek (3 duim in lengte en 2 en 1/2 duim in breedte)
• 2 x reghoek (3 duim lank en 1 duim in breedte)
• 6 x reghoekige driehoeke (hoogte en basis van 1 duim)
• 1 x sirkel (2 en 5/16 duim in deursnee)
• 2 x sirkel met klein reghoekige uitsny (2 en 5/16 duim in deursnee)
• 1 x Houtspeld (3 duim lank en 3/8 duim in deursnee)
• 10 x boogontwerp met gat (ongeveer 1 en 1/2 duim lank en 1 duim in breedte)
• 2 x toiletpapierrolletjies met 'n inkeping vir die handsjabloon

Stap 7: Vinger/duim konstruksie

Die vinger- en duimontwerpe is in die praktyk byna presies dieselfde. Die belangrikste verskille is dat die duim slegs aan die gewrigte moet wees, terwyl die vingers drie het en die duim is in 'n anatomiese posisie soortgelyk aan 'n menslike hand. Ek het 'n video aangeheg wat die konstruksie van die vingers en duim verduidelik. Die stukke wat vertoon word, is redelik eenvoudig om te skep, maar vir hierdie dele moet 'n hele paar gemaak word.

• 48 x Groter boë met 'n gat (1 en 1/2 duim lank en 1 en 1/4 duim in breedte met 'n gat 1 duim van regs en 1/4 duim af)
• 13 x kleiner boë met 'n gat (1 en 1/2 duim lank en 1 en 1/2 duim in breedte met 'n gat van 1/2 duim van regs en 1/4 duim af)
• 13 x boog (3/4 duim lank en 1/2 duim in breedte)
• 6 x rietjies (3/4 duim lank)
• 5 x rietjies (1/2 duim lank)
• 4 x rietjies (1/4 duim lank)
• 4 x rietjies (1 en 1/2 duim lank)
• 5 x lint (12 duim lank)

Stap 8: Toets

Die doel van die toetsfase van die Lazarus -arm is om die konsep as haalbaar te bewys. Ek het 'n video aangeheg wat volgens my die konsep van my ontwerp bewys. Ek dink The Lazarus Arm werk redelik goed, inaggenome die materiaal wat gebruik is om dit te maak.

Stap 9: Moontlike toekomstige verbeterings

As ek na die projek as geheel kyk, is ek redelik tevrede met die finale produk. Die enigste ding wat ek graag sou wou doen, is om te kyk of ek 'n 3D -afdruk kan maak van die dele wat ek uit karton gemaak het om te sien hoe dit onder nog groter druk bly. Verder wil ek die tyd neem om die estetika van die arm te verbeter. Ek wil ook sien of ek kan voortgaan om aan hierdie ontwerp van die prostetiese arm te werk om te sien of ek die ontwerp in sommige alledaagse omstandighede kan toets.

Stap 10: Slotopmerkings

Ek wil net uitdruk hoe gelukkig ek is met die finale ontwerp van The Lazarus Arm. Dit het bewys dat dit lewensvatbaar is vir gebruik in sommige alledaagse take, en is verrassend funksioneel inaggenome die materiale waaruit dit gemaak is. Ek wil 'n rukkie neem om die Iseman -stigting te bedank vir die geleentheid om die afgelope vier jaar aan projekte soos hierdie te werk. Dit was ongelooflik leersaam en lekker. Hierdie kompetisie is een van die redes waarom ek 'n hoofvak in meganiese ingenieurswese volg. Dit was ongelooflik om deur die jare deel hiervan te kon wees en ek kon nooit uitdruk hoe dankbaar ek is nie, dankie.