A Lázár -kar: 10 lépés

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:47

Először is szeretném megköszönni, hogy érdeklődött a projektem iránt. A nevem Chase Leach, és a WBASD S. T. E. M. rangidős tagja vagyok. Akadémia. Ez a projekt a Butwin Elias Tudományos és Technológiai Díj 2019-2020 pályázatának benyújtása. A Lazarus Arm egyedülálló protézis, mivel csak olyan anyagokat használ, amelyek megtalálhatók a ház körül, kivéve a motorokat és az Arduino Uno -t, amelyeket az általam tervezett projektekből vettem át. Idén nincs hozzáférésem 3D nyomtatóhoz, így a kar kialakítása kissé trükkös volt, mert a The Lazarus Arm számos szerkezeti elemével kartonpapírral dolgoztam. Ennek a projektnek a célja egy olyan működő modell elkészítése, amely bemutatja a tervezésem koncepcióját. Figyelembe véve a korlátozott erőforrásokat, úgy gondolom, hogy a végső terv nagyon jól sikerült. Köszönöm a lehetőséget, hogy részt vehettem ezen a versenyen. Ez lehetővé tette számomra, hogy annyira szórakozzak. Ez a verseny értékes emlékeket teremtett számomra. A Lázárkar tervezése és az általa jelentett kihívások leküzdése sokat tanított. Köszönjük az időt és a figyelmet, és további búcsú nélkül remélem, élvezni fogja.

Kellékek

Az összes használt kellék már rendelkezésemre állt, de az anyagok mellett felsoroltam az elméleti költségeket.

Kellékek és költségek

• Kartondoboz 12 x 12 x 16 (0,82 USD)
• Forró ragasztópisztoly (4,99 USD)
• Forró ragasztó pisztolypálcák (3,97 dollár)
• Scotch Tape (6,80 dollár)
• 4 x papír törülközőtekercs ($ 9.98)
• 2 x WC -papír tekercs (6,99 USD)
• (Összeg: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (teljes költség: 23,99 USD)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 tábla (teljes költség: 12,95 USD)
• Huzal (8,76 USD)
• ProtoBoard (5,99 dollár)
• Szalma (2 dollár)
• Szalag (3,29 USD)

1. lépés: Az építéshez szükséges idő

Az erre a projektre fordított idő röpült a kar tervezésén és kivitelezésén. A projektnek az a része, amelyet különösen élveztem, a könyökcsukló kialakítása volt, mivel a robotika csuklóépítési módszerét alkalmazza, amely szíjtárcsa rendszert használ a munka teljesítményének növelésére. A The Lazarus Arm tervezése összesen 63 órát vett igénybe, amely magában foglalta a kutatást is, hogy megtalálják a leghatékonyabb módot arra, hogy a végső terv minél költséghatékonyabb legyen. A The Lazarus Arm összeszerelése összesen 15 órát és sok forró ragasztót vett igénybe. A tesztelés érdekes volt, mivel a protézis kezdeti tervezése hajlamos volt elakadásra a könyök szíjtárcsa rendszerében használt fogselyem súrlódása következtében. Csak csökkentettem a kerekek átmérőjét, és működött. A tesztelési szakasz összesen 12 órát vett igénybe. A projekt programozási szakasza összesen 10 órát vett igénybe, amely nem tartalmazza azt az időt, ameddig a C ++ készségeim javítására volt szükség.

2. lépés: S. T. E. M. Alkalmazások

Tudomány- A projektemben a tudomány részt vesz a protoboard kialakításának megtervezésében, amely lehetővé tette az áram elosztását a tervben szereplő szervomotorok között. Szintén szerepet kap a kar szerkezetének kialakításával kapcsolatos fizikában. Pontosabban, különösen a könyökcsukló szíjtárcsa rendszerének kialakítása, amely jelentős karmechanikai előnyt biztosít a karnak, és lehetővé teszi, hogy a kar többet emeljen, mint egyébként, Archimedes jóvoltából.

Technológia- A projektem technológiai aspektusa akkor jött szóba, amikor a protézis mozgását C ++ segítségével kódoltam. Ez akkor is szóba jött, amikor a motorokat és az Arduino táblát telepítettem.

Mérnöki tudomány- A mérnöki tevékenység akkor jött létre, amikor a tenyeret, az ujjakat, a hüvelykujjat, a csuklóízületet, az alkart, a könyököt és a felkart terveztem. Ez az újratervezésben, a problémák azonosításában, amikor felmerültek, és az általam kidolgozott megoldásokban szerepelt.

Matematika- A kéz létrehozásával kapcsolatos matematika akkor jött szóba, amikor a karrészek helyes anatómiai arányait kerestem. Ez akkor is szóba jött, amikor a szíjtárcsa -rendszer csuklójában lévő kerekek átmérőjére kerestem elfogadható méretbeállításokat. A matematikát is használtam a számítások során, amelyeket a könyökcsuklóban használt kerekek számához használtam, hogy a kar képes legyen mozogni egy kávéscsésze súlya alatt. Ez az Ohm -törvény alkalmazásával végzett számítással is összefüggésben állt az áramkör tervezéséhez és a szükséges feszültségbemenethez.

3. lépés: Tervezési vázlatok tervezése

Az általam készített vázlatok tartalmazzák a Lázárkar kezdeti tervét. Úgy vélem, hogy a kialakításnak elég erősnek kell maradnia a mindennapi használatra, miközben jelentősen költséghatékony.

4. lépés: Alkar felépítése

A csatolt videóban megemlítem a kartondarabok mennyiségét és méreteit, de itt is felsorolom a darabokat, méreteket és mennyiségeket. Az alábbiakban felsorolt listát az alkar felépítése után írtam, így ha bármilyen eltérés van a videó és a videó között, használnám a listát.

• 2 x papír törülközőtekercs
• 4 x szíjtárcsa kar
• 2 x 3 hüvelyk átmérőjű kör
• 8 x kör 2 mm -es és 3/16 hüvelykes lyukkal és átmérővel
• 4 db módosított papírtörülköző tekercs, 1 és 7/8 hüvelyk hosszúságú
• 12 x kör 1 és 6/8 hüvelyk lyukkal és átmérővel
• 1 x 3/8 hüvelykes fa tiplik átmérője és 4 hüvelyk hosszúság
• 2 x 7 és 3/16 hüvelyk hosszúságú és 3 hüvelykes szélességű téglalap
• 2 x téglalap 7 és 3/16 hüvelyk hosszúsággal és 1 és 7/16 hüvelyk szélességgel
• 9 x négyzet 1 és 1/2 hüvelyk hosszban és szélességben
• 12 x derékszögű háromszög 1 és 1/2 hüvelyk talppal és magassággal

5. lépés: A felkar felépítése

A felkar felépítése meglehetősen egyszerű, mégis masszív. A Lázárkar ezen részének megépítéséhez szüksége lesz néhány alkatrészre. Az összes szükséges részhez videós magyarázatot mellékeltem, azonban meg akartam győződni arról, hogy a magyarázat elég átfogó ahhoz, hogy otthon is követhető legyen, ezért mellékeltem egy listát.

• 4 x téglalap (5 hüvelyk hosszú és 3 hüvelyk széles)
• 4 x téglalap (5 hüvelyk hosszú és 1 és 1/2 hüvelyk széles)
• 2 x kör (3 hüvelyk átmérőjű)
• 2 x módosított papír törülközőtekercs (1 hüvelyk átmérőjű és 1/2 hüvelyk hosszú)
• 9 x négyzet (1 és 1/2 hüvelyk mindkét oldalon)
• 8 x derékszögű háromszög (1 és 1/2 hüvelyk az alaphoz és a magassághoz)
• 2 x nagy ív alakú, két lyukkal
• 4 x téglalap lyukkal (3 és 1/2 hüvelyk hosszú és 3 hüvelyk széles)
• 4 x kör lyukkal a közepén (1 és 1/2 hüvelyk átmérőjű)
• 6 x kör lyukkal a közepén (1 hüvelyk átmérőjű)
• 2 x 1/2 hüvelykes rövidebb papír törülközőtekercsek csökkentik a hosszúságot az egyik oldal közepén
• 1 x fa tipli (4 hüvelyk hosszú és 3/8 hüvelyk átmérőjű)

6. lépés: Csukló/tenyér felépítése

A Lázárkar csuklója/tenyere valójában az egyik legnehezebb része volt a kialakításnak, kivéve a könyökcsigás rendszert. A tervezés azon része, amellyel a legjobban küszködtem, az volt, hogyan lehet olyan konstrukciót létrehozni, amely képes forogni anélkül, hogy feláldozná a terv szerkezeti stabilitását. Amikor megoldást találtam a problémámra, először azt gondoltam, hogy túlságosan leegyszerűsítem a munkát, de amikor gyakorlatba ültettem, kibírta az általam elvégzett teszteket. A Lázár -kar ezen részének építéséhez szükséges alkatrészek az alábbiakban találhatók.

• 6 x tenyérsablon, amelyet a felhasználótól függően felfelé vagy lefelé kell méretezni (kb. 3 és 1/2 hüvelyk hosszú és 3 hüvelyk széles)
• 2 x téglalap (3 hüvelyk hosszú és 2 és 1/2 hüvelyk széles)
• 2 x téglalap (3 hüvelyk hosszú és 1 hüvelyk széles)
• 6 x derékszögű háromszög (magasság és alap 1 hüvelyk)
• 1 x kör (2 és 5/16 hüvelyk átmérőjű)
• 2 x kör kis téglalap alakú kivágással (2 és 5/16 hüvelyk átmérőjű)
• 1 x fa tipli (3 hüvelyk hosszú és 3/8 hüvelyk átmérőjű)
• 10 x boltív kialakítás lyukkal (kb. 1 és 1/2 hüvelyk hosszú és 1 hüvelyk széles)
• 2 x WC -papír tekercs, bevágással a kézi sablonhoz

7. lépés: Ujj/hüvelykujj felépítése

Az ujj és a hüvelykujj kialakítása az egyszerűség kedvéért szinte teljesen megegyezik. A legfontosabb különbségek az, hogy a hüvelykujj csak az ízületekhez, míg az ujjakhoz három, a hüvelykujj pedig anatómiai helyzetben lévő emberi kézhez hasonlóan van szögben. Csatoltam egy videót, amely elmagyarázza az ujjak és a hüvelykujj felépítését. A megjelenített darabokat meglehetősen egyszerű létrehozni, azonban ezekhez az alkatrészekhez jó néhányat el kell készíteni.

• 48 x nagyobb ív lyukkal (1 és 1/2 hüvelyk hosszú és 1 és 1/4 hüvelyk széles, lyuk 1 hüvelyk jobbra és 1/4 hüvelyk lefelé)
• 13 x kisebb boltív lyukkal (1 és 1/2 hüvelyk hosszú és 1 és 1/2 hüvelyk széles, lyuk 1/2 hüvelyk jobbra és 1/4 hüvelyk lefelé)
• 13 x boltív (3/4 hüvelyk hosszú és 1/2 hüvelyk széles)
• 6 x szívószál (3/4 hüvelyk hosszú)
• 5 db szívószál (1/2 hüvelyk hosszú)
• 4 x szívószál (1/4 hüvelyk hosszú)
• 4 x szívószál (1 és 1/2 hüvelyk hosszú)
• 5 x szalag (12 hüvelyk hosszú)

8. lépés: Tesztelés

A Lazarus Arm tesztelési szakaszának célja az elképzelés megvalósíthatóságának bizonyítása. Csatoltam egy videót, amely véleményem szerint bizonyítja a tervezésem koncepcióját. Szerintem a Lázárkar elég jól működik, figyelembe véve az elkészítéséhez használt anyagokat.

9. lépés: Lehetséges jövőbeni fejlesztések

A projekt egészét tekintve nagyon elégedett vagyok a végtermékkel. Az egyetlen dolog, amit szívesen megcsinálnék, hogy megnézhetem -e, hogy tudok -e 3D -s nyomtatást készíteni a kartonból készített alkatrészekről, hogy lássam, hogyan bírja el még nagyobb nyomás alatt. Ettől eltekintve szeretnék időt szakítani a kar esztétikájának javítására. Azt is szeretném látni, hogy folytathatom -e a protézis kar kialakítását, hogy kipróbálhassam -e a tervezést bizonyos mindennapi körülmények között.

10. lépés: Záró megjegyzések

Szeretném kifejezni, mennyire örülök a Lázárkar végleges kialakításának. Bizonyítottan életképes a mindennapi feladatok során, és meglepően funkcionális, tekintve az anyagokat, amelyekből készült. Szeretnék egy pillanatra megköszönni az Iseman Alapítványnak a lehetőséget, hogy az elmúlt négy évben ilyen projekteken dolgozhatott. Hihetetlenül tanulságos és szórakoztató volt. Ez a verseny az egyik oka annak, hogy gépész szakra készülök. Hihetetlen volt ennek a részese lenni az évek során, és soha nem tudtam kifejezni, mennyire hálás vagyok, köszönöm.