Lazarus -armen: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Jeg vil gerne starte med at sige tak, fordi du interesserede dig for mit projekt. Mit navn er Chase Leach, og jeg er senior i WBASD S. T. E. M. Akademi. Dette projekt er en indsendelse til Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Lazarus -armen er et unikt protesedesign, for så vidt den kun bruger materialer, der kunne findes rundt i huset med undtagelse af motorerne og Arduino Uno, som blev taget fra tidligere projekter, som jeg designede. I år er det, at jeg ikke har adgang til en 3D -printer, så armens design var lidt vanskelig, fordi jeg arbejdede med pap til mange af de strukturelle komponenter i Lazarus Arm. Målet med dette projekt er at lave en arbejdsmodel, der kan demonstrere konceptet med mit design. I betragtning af de begrænsede ressourcer synes jeg, at det endelige design blev ret godt. Tak for muligheden for at deltage i denne konkurrence. Det har givet mig mulighed for at have det så sjovt. Denne konkurrence har skabt værdsatte minder for mig. At designe Lazarus -armen og overvinde de udfordringer, den præsenterede, har lært mig meget. Tak for din tid og omtanke og uden videre adieu håber jeg du nyder det.

Forbrugsvarer

Alle de forsyninger, jeg brugte, var allerede tilgængelige for mig, men jeg har inkluderet en liste over de teoretiske omkostninger ved siden af materialerne.

Forbrugsvarer og omkostninger

• Papæske 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Hot Lim Gun ($ 4,99)
• Hot Glue Gun Sticks ($ 3,97)
• Scotch Tape ($ 6,80)
• 4 x papirhåndklæderuller ($ 9,98)
• 2 x toiletpapirruller ($ 6,99)
• (Beløb: 8) MG90S Tower Pro Servomotorer (samlede omkostninger: $ 23,99)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 Board (samlede omkostninger: $ 12,95)
• Wire ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Straws ($ 2)
• Bånd ($ 3,29)

Trin 1: Påkrævet tid til konstruktion

Den tid, der blev brugt på dette projekt, fløj forbi, mens jeg arbejdede med design og konstruktion af armen. Den del af projektet, jeg især nød, var designet af albueleddet, da det anvender en metode til ledkonstruktion inden for robotik, der bruger et remskive -system til at øge mængden af arbejdsydelse. Designet af The Lazarus Arm tog i alt 63 timer, hvilket omfattede forskning for at finde den mest effektive måde at gøre det endelige design så omkostningseffektivt som muligt. Samlingen af The Lazarus Arm tog i alt 15 timer og en masse varm lim. Testning var interessant, da det oprindelige design til protesen havde en tendens til at gå i stå som følge af friktionen skabt af tandtråden, der blev brugt i remskive -systemet i albuen. Alt, hvad jeg gjorde, var at reducere diameteren på hjulene, og det fungerede. Testfasen tog i alt 12 timer. Projektets programmeringsfase tog mig i alt 10 timer, hvilket ikke inkluderer den tid, det tog mig at berøre mine C ++ færdigheder.

Trin 2: S. T. E. M. Ansøgninger

Videnskab- I mit projekt er videnskab involveret i designet af protoboard-designet, som gjorde det muligt at distribuere strøm mellem servomotorer i designet. Det finder også en rolle i fysikken, der er involveret i designet af armens struktur. Mere specifikt designet af remskive -systemet i albueleddet, hvilket giver armen en betydelig mekanisk fordel, der tillader armen at løfte mere, end den ellers kunne have, takket være Archimedes.

Teknologi- Det teknologiske aspekt af mit projekt kom i spil, da jeg kodede bevægelsen af protesearmen ved hjælp af C ++. Det kom også i spil, da jeg installerede motorerne og Arduino -kortet.

Engineering- Engineering kom ind for at spille, da jeg designede håndfladen, fingrene, tommelfingeren, håndleddet, underarmen, albuen og overarmen. Det spillede ind i redesignene, identifikationen af problemer, da de opstod, og de løsninger, jeg kom med til problemerne.

Matematik- Den matematik, der var involveret i oprettelsen af hånden, kom i spil, da jeg ledte efter de korrekte anatomiske proportioner af armsegmenterne. Det kom også i spil, da jeg ledte efter acceptable størrelsesjusteringer til hjulets diametre i remskive -systemleddet. Jeg brugte også matematik under de beregninger, jeg lavede for antallet af hjul, jeg ville bruge i albueleddet for at gøre armen i stand til at bevæge sig under vægten af et kaffekrus. Det kom også i spil med beregningen foretaget ved anvendelse af Ohms lov for kredsløbets design og krævede spændingsindgang.

Trin 3: Tekniske designskitser

De skitser, jeg har givet, inkluderer mit første design til The Lazarus Arm. Jeg tror, at designet formår at forblive robust nok til daglig brug, mens det forbliver betydeligt omkostningseffektivt.

Trin 4: Underarmsbygning

Jeg nævner mængden og dimensionerne af papstykker i den video, jeg har vedhæftet, men jeg vil også inkludere en liste over brikkerne, dimensioner og mængder her. Listen, som jeg har inkluderet nedenfor, blev skrevet efter konstruktionen af underarmen, så hvis der er uoverensstemmelser mellem den og videoen, ville jeg bruge listen.

• 2 x papirhåndklæderuller
• 4 x remskive
• 2 x cirkler med en diameter på 3 tommer
• 8 x cirkler med hul og diameter på 2 og 3/16 tommer
• 4 x ruller med ændret papirhåndklæde med en længde på 1 og 7/8 tommer
• 12 x cirkler med hul og diameter på 1 og 6/8 tommer
• 1 x træspindeldiameter på 3/8 tommer og længde på 4 tommer
• 2 x rektangel på 7 og 3/16 tommer længde og 3 tommer bredde
• 2 x rektangel på 7 og 3/16 tommer længde og 1 og 7/16 tommer bredde
• 9 x firkant på 1 og 1/2 tommer i længde og bredde
• 12 x højre trekanter med 1 og 1/2 tommer bund og højde

Trin 5: Overarmsbygning

Overarmskonstruktionen er temmelig enkel, men robust. For at bygge denne del af The Lazarus Arm skal du bruge nogle dele. Jeg har inkluderet en videoforklaring af alle de nødvendige stykker, men jeg ville sikre mig, at forklaringen er omfattende nok til at kunne følges hjemme, så jeg inkluderede en liste herunder.

• 4 x rektangel (5 tommer i længden og 3 tommer i bredden)
• 4 x rektangel (5 tommer i længden og 1 og 1/2 tommer i bredden)
• 2 x cirkel (3 tommer i diameter)
• 2 x ændret papirhåndklæderulle (1 tommer i diameter og 1/2 tommer i længden)
• 9 x firkant (1 og 1/2 tommer på begge sider)
• 8 x højre trekanter (1 og 1/2 tommer til bund og højde)
• 2 x stor bueform med to huller
• 4 x rektangel med hul (3 og 1/2 tommer i længden og 3 tommer i bredden)
• 4 x cirkel med hul i midten (1 og 1/2 tommer i diameter)
• 6 x cirkel med hul i midten (1 tommer i diameter)
• 2 x 1/2 tommer kortere papirrullehåndklæderuller skærer længden ned i midten af den ene side
• 1 x træspindel (4 tommer i længden og 3/8 tommer diameter)

Trin 6: Håndled/håndfladekonstruktion

Håndleddet/håndfladen på Lazarus -armen var faktisk en af de hårdeste dele af designet, bortset fra remskiven i albuen. Den del af designet, som jeg kæmpede mest med, var, hvordan man skabte et design, der ville være i stand til at rotere uden at ofre noget af designets strukturelle stabilitet. Da jeg fandt løsningen på mit problem, troede jeg i første omgang, at jeg ville være for forenklet til at fungere, men da jeg omsatte det i praksis, holdt det op til de tests, jeg administrerede. Dele til konstruktionen af denne del af The Lazarus Arm er angivet nedenfor.

• 6 x Palm -skabelondesign, som skal have en størrelse op eller ned afhængigt af brugeren (ca. 3 og 1/2 tommer i længden og 3 tommer i bredden)
• 2 x rektangel (3 tommer i længden og 2 og 1/2 tommer i bredden)
• 2 x rektangel (3 tommer i længden og 1 tommer i bredden)
• 6 x Retvinklede trekanter (højde og bund på 1 tommer)
• 1 x cirkel (2 og 5/16 tommer i diameter)
• 2 x cirkel med lille rektangulær udskæring (2 og 5/16 tommer i diameter)
• 1 x træspindel (3 tommer i længden og 3/8 tommer i diameter)
• 10 x Arch Design med hul (ca. 1 og 1/2 tommer i længden og 1 tommer i bredden)
• 2 x toiletpapirruller med hakudskæring til håndskabelon

Trin 7: Finger/tommelfingerkonstruktion

Finger- og tommelfingerdesignerne er næsten nøjagtig de samme for enkelthedens skyld. De vigtigste forskelle er, at tommelfingeren kun har led, mens fingrene har tre, og tommelfingeren er vinklet på samme måde som en menneskelig hånd i anatomisk position. Jeg har vedhæftet en video, der forklarer konstruktionen af fingre og tommelfinger. De viste stykker er ret enkle at oprette, men der skal laves en del til disse dele.

• 48 x større buer med hul (1 og 1/2 tommer i længden og 1 og 1/4 tommer i bredden med hul placeret 1 tommer fra højre og 1/4 tommer ned)
• 13 x mindre buer med hul (1 og 1/2 tommer i længden og 1 og 1/2 tommer i bredden med hul placeret 1/2 tommer fra højre og 1/4 tommer ned)
• 13 x bue (3/4 tommer i længden og 1/2 tommer i bredden)
• 6 x sugerør (3/4 tommer i længden)
• 5 x sugerør (1/2 tommer i længden)
• 4 x sugerør (1/4 tommer i længden)
• 4 x sugerør (1 og 1/2 tommer i længden)
• 5 x bånd (12 tommer i længden)

Trin 8: Test

Målet med testfasen af Lazarus -armen er at bevise konceptet som muligt. Jeg har vedhæftet en video, som jeg mener beviser konceptet med mit design. Jeg synes, Lazarus -armen fungerer ret godt, i betragtning af de materialer, der blev brugt til at skabe den.

Trin 9: Mulige fremtidige forbedringer

Når jeg ser på projektet som helhed, er jeg temmelig tilfreds med det endelige produkt. Det eneste, jeg gerne ville gøre, er at se, om jeg kan lave et 3D -print af de dele, jeg lavede af pap for at se, hvordan det holder under endnu større pres. Bortset fra det vil jeg gerne tage mig tid til at forbedre armens æstetik. Jeg vil også gerne se, om jeg kan fortsætte med at arbejde med dette protesearmdesign for at se, om jeg kan teste designet under nogle daglige omstændigheder.

Trin 10: Afsluttende bemærkninger

Jeg vil gerne udtrykke, hvor glad jeg er for det endelige design af The Lazarus Arm. Det har vist sig at være levedygtigt til brug i nogle daglige opgaver og er overraskende funktionelt i betragtning af de materialer, det er lavet af. Jeg vil gerne bruge et øjeblik til at takke Iseman Foundation for muligheden for at arbejde på projekter som dette i de sidste fire år. Det har været utrolig lærerigt og sjovt. Denne konkurrence er en af grundene til, at jeg forfølger en maskinteknisk hovedfag. Det har været utroligt at være en del af dette gennem årene, og jeg kunne aldrig udtrykke, hvor taknemmelig jeg er, tak.