Рука Лазаря: 10 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Я хотел бы начать с благодарности за интерес к моему проекту. Меня зовут Чейз Лич, я старший в WBASD S. T. E. M. Академия. Этот проект подан на соискание премии Бутвина Элиаса в области науки и технологий 2019-2020 гг. Lazarus Arm - это уникальный протезный дизайн, поскольку в нем используются только материалы, которые можно найти в доме, за исключением двигателей и Arduino Uno, которые были взяты из предыдущих проектов, которые я разработал. В этом году у меня нет доступа к 3D-принтеру, поэтому дизайн руки был немного сложным, потому что я работал с картоном для многих структурных компонентов руки Lazarus. Цель этого проекта - создать рабочую модель, которая сможет продемонстрировать концепцию моего дизайна. Учитывая ограниченные ресурсы, я считаю, что окончательный дизайн получился довольно удачным. Спасибо за возможность принять участие в этом конкурсе. Это позволило мне повеселиться. Этот конкурс оставил у меня самые сокровенные воспоминания. Разработка The Lazarus Arm и преодоление поставленных ею проблем многому меня научили. Спасибо за ваше время и внимание, и без дальнейших прощаний, надеюсь, вам понравится.

Запасы

Все расходные материалы, которые я использовал, были уже доступны для меня, однако я включил список теоретических затрат рядом с материалами.

Расходные материалы и затраты

• Картонная коробка 12 x 12 x 16 (0,82 доллара США)
• Пистолет для горячего клея ($ 4,99)
• Палочки для горячего клея ($ 3,97)
• Скотч (6,80 $)
• 4 рулона бумажных полотенец (9,98 долларов США)
• 2 рулона туалетной бумаги ($ 6,99)
• (Количество: 8) Сервомоторы MG90S Tower Pro (Общая стоимость: $ 23,99)
• 1 плата Arduino MEGA 2560 R3 (общая стоимость: 12,95 долларов США)
• Wire ($ 8,76)
• ProtoBoard (5,99 долларов США)
• Соломка (2 доллара)
• Лента (3,29 доллара)

Шаг 1: время, необходимое для строительства

Время, потраченное на этот проект, пролетело незаметно, пока мы работали над дизайном и конструкцией руки. Часть проекта, которая мне особенно понравилась, заключалась в разработке локтевого сустава, поскольку он использует метод конструкции сустава в робототехнике, который использует систему шкивов для увеличения объема работы. На разработку The Lazarus Arm ушло в общей сложности 63 часа, включая исследования, чтобы найти наиболее эффективный способ сделать окончательный дизайн максимально рентабельным. Сборка The Lazarus Arm заняла в общей сложности 15 часов и много горячего клея. Тестирование было интересным, поскольку первоначальная конструкция протеза имела тенденцию к срыву из-за трения, создаваемого зубной нитью, используемой в системе шкивов в локтевом суставе. Все, что я сделал, это уменьшил диаметр колес, и это сработало. Фаза тестирования заняла в общей сложности 12 часов. Фаза программирования проекта заняла у меня в общей сложности 10 часов, не считая времени, которое мне потребовалось, чтобы улучшить свои навыки C ++.

Шаг 2: S. T. E. M. Приложения

Наука. В моем проекте наука участвует в разработке конструкции прототипной платы, которая позволяет распределять мощность между серводвигателями в конструкции. Он также играет роль в физике, связанной с проектированием структуры руки. Более конкретно, конструкция системы шкивов в локтевом суставе, которая дает руке значительное механическое преимущество, позволяя руке поднимать больше, чем она могла бы в противном случае, любезно предоставлено Архимедом.

Технологии. Технологический аспект моего проекта проявился, когда я кодировал движение протеза руки с помощью C ++. Это также сыграло роль, когда я устанавливал моторы и плату Arduino.

Инженерное дело. Инженерное дело вошло в игру, когда я проектировал ладонь, пальцы, большой палец, лучезапястный сустав, предплечье, локоть и предплечье. Это сыграло роль в редизайне, в выявлении проблем, когда они возникали, и в решениях, которые я придумал для этих проблем.

Математика. Математика, участвующая в создании руки, вошла в игру, когда я искал правильные анатомические пропорции сегментов руки. Это также вошло в игру, когда я искал приемлемые регулировки размеров для диаметров колес в шарнире системы шкивов. Я также использовал математику при расчетах количества колес, которые я использовал в локтевом суставе, чтобы рука могла двигаться под весом кофейной кружки. Это также сыграло роль в расчетах, сделанных с применением закона Ома для проектирования схемы и требуемого входного напряжения.

Шаг 3: эскизы инженерного проектирования

Наброски, которые я предоставил, включают мой первоначальный дизайн руки Лазаря. Я считаю, что конструкция остается достаточно прочной для повседневного использования, оставаясь при этом значительно экономичной.

Шаг 4: Построение предплечья

Я упоминаю количество и размеры кусочков картона в видео, которое я приложил, однако я также включу сюда список частей, размеров и количества. Список, который я привел ниже, был написан после создания предплечья, поэтому, если есть какие-либо расхождения между ним и видео, я бы использовал список.

• 2 рулона бумажных полотенец
• 4 x шкив
• 2 круга диаметром 3 дюйма
• 8 кругов с отверстием и диаметром 2 и 3/16 дюйма
• 4 рулона модифицированных бумажных полотенец длиной 1 и 7/8 дюйма
• 12 кругов с отверстием и диаметром 1 и 6/8 дюйма
• 1 х деревянный дюбель диаметром 3/8 дюйма и длиной 4 дюйма
• 2 x прямоугольник длиной 7 и 3/16 дюйма и шириной 3 дюйма
• 2 x прямоугольник длиной 7 и 3/16 дюйма и шириной 1 и 7/16 дюйма
• 9 квадратов 1 и 1/2 дюйма в длину и ширину
• 12 прямоугольных треугольников с основанием и высотой 1 и 1/2 дюйма

Шаг 5: Конструкция верхней части руки

Конструкция плеча довольно проста, но прочна. Чтобы построить эту часть The Lazarus Arm, вам понадобятся некоторые детали. Я включил видео-объяснение всех необходимых частей, однако я хотел убедиться, что объяснение достаточно исчерпывающее, чтобы следовать ему дома, поэтому я включил список ниже.

• 4 x прямоугольник (5 дюймов в длину и 3 дюйма в ширину)
• 4 x прямоугольник (5 дюймов в длину и 1,5 дюйма в ширину)
• 2 x круг (3 дюйма в диаметре)
• 2 рулона модифицированных бумажных полотенец (1 дюйм в диаметре и 1/2 дюйма в длину)
• 9 квадратных (1 и 1/2 дюйма с обеих сторон)
• 8 прямоугольных треугольников (1 и 1/2 дюйма для основания и высоты)
• 2 x большая форма арки с двумя отверстиями
• 4 прямоугольника с отверстием (3 и 1/2 дюйма в длину и 3 дюйма в ширину)
• 4 круга с отверстием в центре (диаметром 1 и 1/2 дюйма)
• 6 x круг с отверстием в центре (1 дюйм в диаметре)
• Рулон бумажных полотенец на 2 x 1/2 дюйма короче, укороченный по центру одной стороны
• 1 деревянный дюбель (4 дюйма в длину и 3/8 дюйма в диаметре)

Шаг 6: Конструкция запястья / ладони

Запястье / ладонь The Lazarus Arm на самом деле были одной из самых сложных частей конструкции, кроме системы шкивов в локте. Часть конструкции, с которой я боролся больше всего, заключалась в том, как создать конструкцию, которая могла бы вращаться, не жертвуя при этом структурной стабильностью конструкции. Когда я придумал решение своей проблемы, я сначала подумал, что буду слишком упрощен, чтобы работать, однако, когда я применил его на практике, оно выдержало тесты, которые я проводил. Детали для строительства этой части Рукава Лазаря перечислены ниже.

• 6 шаблонов Palm Template, размер которых должен быть увеличен или уменьшен в зависимости от пользователя (около 3 с половиной дюймов в длину и 3 дюйма в ширину)
• 2 x прямоугольник (3 дюйма в длину и 2 с половиной дюйма в ширину)
• 2 x прямоугольник (3 дюйма в длину и 1 дюйм в ширину)
• 6 прямоугольных треугольников (высота и основание 1 дюйм)
• 1 круг (2 и 5/16 дюйма в диаметре)
• 2 круга с маленьким прямоугольным вырезом (диаметром 2 и 5/16 дюйма)
• 1 деревянный дюбель (3 дюйма в длину и 3/8 дюйма в диаметре)
• 10 арок с отверстием (около 1 и 1/2 дюйма в длину и 1 дюйм в ширину)
• 2 рулона туалетной бумаги с вырезом для ручного шаблона

Шаг 7: Конструкция пальца / большого пальца

Конструкция пальца и большого пальца практически одинакова для простоты. Ключевые отличия заключаются в том, что большой палец имеет только суставы, в то время как пальцы имеют три, а большой палец расположен под углом, как человеческая рука в анатомическом положении. Я приложил видео, объясняющее строение пальцев и большого пальца. Представленные части довольно просто создать, однако для этих частей нужно сделать довольно много.

• 48 арок большего размера с отверстием (1 и 1/2 дюйма в длину и 1 и 1/4 дюйма в ширину с отверстием, расположенным на 1 дюйм справа и на 1/4 дюйма вниз)
• 13 арок меньшего размера с отверстием (1 и 1/2 дюйма в длину и 1 и 1/2 дюйма в ширину с отверстием, расположенным на 1/2 дюйма справа и на 1/4 дюйма вниз)
• 13 арок (3/4 дюйма в длину и 1/2 дюйма в ширину)
• 6 соломок (3/4 дюйма в длину)
• 5 соломок (1/2 дюйма в длину)
• 4 соломинки (1/4 дюйма в длину)
• 4 соломинки (1 и 1/2 дюйма в длину)
• 5 х ленты (12 дюймов в длину)

Шаг 8: тестирование

Цель этапа тестирования Lazarus Arm - доказать, что концепция осуществима. Я приложил видео, которое, как мне кажется, подтверждает концепцию моего дизайна. Я думаю, что The Lazarus Arm работает довольно хорошо, учитывая материалы, использованные для ее создания.

Шаг 9: Возможные улучшения в будущем

Глядя на проект в целом, я очень доволен конечным продуктом. Единственное, что я хотел бы сделать, это посмотреть, смогу ли я создать 3D-печать деталей, которые я сделал из картона, чтобы увидеть, как они выдерживают еще большее давление. Помимо этого, я хотел бы найти время, чтобы улучшить эстетику руки. Я также хотел бы посмотреть, смогу ли я продолжить работу над дизайном этого протеза руки, чтобы увидеть, смогу ли я проверить дизайн в некоторых повседневных обстоятельствах.

Шаг 10: заключительные замечания

Я хотел бы выразить, насколько я доволен окончательным дизайном The Lazarus Arm. Он доказал свою пригодность для использования в некоторых повседневных задачах и удивительно функциональный, учитывая материалы, из которых он сделан. Я хотел бы воспользоваться моментом, чтобы поблагодарить Фонд Исемана за возможность работать над подобными проектами в течение последних четырех лет. Это было невероятно познавательно и весело. Этот конкурс - одна из причин, по которой я выбираю специальность «Машиностроение». Было невероятно быть частью этого на протяжении многих лет, и я никогда не мог выразить, насколько я благодарен, спасибо.