El braç de Llàtzer: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Voldria començar donant les gràcies per interessar-vos en el meu projecte. Em dic Chase Leach i sóc sènior del WBASD S. T. E. M. Acadèmia. Aquest projecte es presenta al Premi Butwin Elias de ciència i tecnologia 2019-2020. El braç Lazarus és un disseny protètic únic en la mesura que utilitza només materials que es poden trobar a tota la casa amb exclusió dels motors i Arduino Uno que van ser extrets de projectes anteriors que vaig dissenyar. Aquest any és que no tinc accés a una impressora 3D, de manera que el disseny del braç va ser una mica complicat perquè treballava amb cartró per a molts components estructurals del braç Lazarus. L’objectiu d’aquest projecte és fer un model de treball que pugui demostrar el concepte del meu disseny. Tenint en compte els recursos limitats, crec que el disseny final va sortir força bé. Gràcies per l'oportunitat de participar en aquesta competició. M’ha permès divertir-me molt. Aquesta competició m’ha creat records preciosos. Dissenyar The Lazarus Arm i superar els reptes que presentava m’ha ensenyat molt. Gràcies pel vostre temps i consideració i sense més afany, espero que us agradi.

Subministraments

Tots els subministraments que utilitzava ja estaven disponibles per a mi, però he inclòs una llista dels costos teòrics al costat dels materials.

Subministraments i costos

• Caixa de cartró 12 x 12 x 16 (0,82 dòlars)
• Pistola de cola calenta (4,99 dòlars)
• Varetes de pistola de cola calenta (3,97 dòlars)
• Cinta escocesa (6,80 dòlars)
• 4 x rotlles de tovalloles de paper (9,98 dòlars)
• 2 x rotlles de paper higiènic (6,99 $)
• (Quantitat: 8) Servomotors MG90S Tower Pro (cost total: 23,99 dòlars)
• 1 x placa Arduino MEGA 2560 R3 (cost total: 12,95 dòlars)
• Cable (8,76 dòlars)
• ProtoBoard (5,99 $)
• Palles (2 dòlars)
• Cinta (3,29 dòlars)

Pas 1: temps necessari per a la construcció

El temps dedicat a aquest projecte va passar volant mentre treballava en el disseny i la construcció del braç. La part del projecte que més m’ha agradat és el disseny de l’articulació del colze, ja que utilitza un mètode de construcció d’articulacions en robòtica que utilitza un sistema de politges per augmentar la quantitat de treball. El disseny de The Lazarus Arm va durar un total de 63 hores, que van incloure investigacions per trobar la manera més eficaç de fer que el disseny final sigui el més rendible possible. El muntatge de The Lazarus Arm va durar un total de 15 hores i molta cola calenta. Les proves van ser interessants, ja que el disseny inicial de la pròtesi tenia una tendència a estancar-se com a resultat de la fricció creada per la seda dental usada al sistema de politges al colze. Tot el que vaig fer va ser reduir el diàmetre de les rodes i va funcionar. La fase de proves va durar un total de 12 hores. La fase de programació del projecte em va suposar un total de 10 hores, que no inclou el temps que vaig trigar a retocar les meves habilitats en C ++.

Pas 2: S. T. E. M. Aplicacions

Ciència: en el meu projecte, la ciència participa en el disseny del disseny de protobordo que permetia distribuir l'energia entre els servomotors del disseny. També troba un paper en la física relacionada amb el disseny de l'estructura del braç. Més específicament, el disseny del sistema de politges a l'articulació del colze que proporciona al braç una considerable quantitat d'avantatge mecànic que permet al braç aixecar-se més del que podria tenir d'una altra manera, cortesia d'Arquimedes.

Tecnologia: l’aspecte tecnològic del meu projecte va entrar en joc quan codificava el moviment del braç protètic mitjançant C ++. També va entrar en joc quan instal·lava els motors i la placa Arduino.

Enginyeria: l’enginyeria va entrar a jugar quan estava dissenyant el palmell, els dits, el polze, l’articulació del canell, l’avantbraç, el colze i la part superior del braç. Va entrar en joc en els redissenys, la identificació de problemes quan van sorgir i les solucions que vaig plantejar per als problemes.

Matemàtiques: les matemàtiques relacionades amb la creació de la mà van entrar en joc quan buscava les proporcions anatòmiques correctes dels segments del braç. També va entrar en joc quan buscava ajustos de mida acceptables per al diàmetre de les rodes de la junta del sistema de politges. També vaig fer servir les matemàtiques durant els càlculs que vaig fer sobre el nombre de rodes que faria servir a l'articulació del colze per fer que el braç pogués moure's sota el pes d'una tassa de cafè. També va entrar en joc amb el càlcul realitzat mitjançant l’aplicació de la Llei d’Ohm per al disseny del circuit i l’entrada de voltatge requerida.

Pas 3: Esbossos de disseny d'enginyeria

Els esbossos que he proporcionat inclouen el meu disseny inicial per a The Lazarus Arm. Crec que el disseny aconsegueix mantenir-se prou resistent per al seu ús diari, tot mantenint una gran rendibilitat.

Pas 4: construcció de l'avantbraç

Menciono la quantitat i les dimensions de les peces de cartró al vídeo que he adjuntat, però també inclouré una llista de les peces, dimensions i quantitats aquí. La llista que he inclòs a continuació es va escriure després de la construcció de l'avantbraç, de manera que si hi ha discrepàncies entre ell i el vídeo, utilitzaria la llista.

• 2 x rotlles de tovalloles de paper
• 4 x braç de politja
• 2 x cercles amb un diàmetre de 3 polzades
• 8 x Cercles amb forat i diàmetre de 2 i 3/16 polzades
• 4 rotlles de tovalloles de paper modificades amb una longitud d'1 i 7/8 polzades
• 12 x Cercles amb forat i diàmetre d'1 i 6/8 polzades
• 1 x Diàmetre de fusta de 3/8 polzades i longitud de 4 polzades
• 2 x Rectangle de 7 i 3/16 polzades de llarg i 3 polzades d'amplada
• 2 x Rectangle de 7 i 3/16 polzades de longitud i 1 i 7/16 polzades d'amplada
• 9 x quadrat d'1 i 1/2 polzada de llarg i ample
• 12 x Triangles Drets amb 1 i 1/2 polzades de base i alçada

Pas 5: construcció del braç superior

La construcció del braç superior és bastant senzilla però robusta. Per construir aquesta part de The Lazarus Arm, necessitareu algunes parts. He inclòs una explicació en vídeo de totes les peces necessàries, tot i que volia assegurar-me que l'explicació sigui prou completa com per poder ser seguida a casa, de manera que he inclòs una llista a continuació.

• 4 x Rectangle (5 polzades de llarg i 3 polzades d'ample)
• 4 x Rectangle (5 polzades de llarg i 1 i 1/2 polzades d'ample)
• 2 x Cercle (3 polzades de diàmetre)
• 2 rotllos de tovalloles de paper modificats (1 polzada de diàmetre i 1/2 polzada de llarg)
• 9 x quadrats (1 i 1/2 polzades a banda i banda)
• 8 x Triangles Drets (1 i 1/2 polzades per a la base i l'alçada)
• 2 x Forma d'arc gran amb dos forats
• 4 x Rectangle amb forat (3 i 1/2 polzades de llarg i 3 polzades d'ample)
• 4 x Cercle amb forat al centre (1 i 1/2 polzades de diàmetre)
• 6 x Cercle amb forat al centre (1 polzada de diàmetre)
• Rotllos de tovalloles de paper més curts de 2 x 1/2 polzades reduïu la longitud al centre d'un costat
• 1 x espiga de fusta (4 polzades de longitud i 3/8 polzades de diàmetre)

Pas 6: construcció de canell / palma

El canell / palma del braç Lazarus era en realitat una de les parts més dures del disseny, a part del sistema de politges al colze. La part del disseny amb la qual vaig lluitar més va ser com crear un disseny que fos capaç de girar sense sacrificar cap de l'estabilitat estructural del disseny. Quan vaig arribar a la solució del meu problema, inicialment vaig pensar que seria massa simplista per treballar, però, quan el vaig posar en pràctica, es va mantenir fins a les proves que vaig fer. A continuació es detallen les parts per a la construcció d’aquesta part de The Lazarus Arm.

• 6 x dissenys de plantilles Palm que s'han de dimensionar cap amunt o cap avall en funció de l'usuari (aproximadament 3 i 1/2 polzades de llarg i 3 polzades d'ample)
• 2 x Rectangle (3 polzades de llarg i 2 i 1/2 polzades d'ample)
• 2 x Rectangle (3 polzades de llarg i 1 polzada d'ample)
• 6 x triangles d'angle recte (alçada i base d'1 polzada)
• 1 x Cercle (2 i 5/16 polzades de diàmetre)
• 2 x Cercle amb petit retall rectangular (2 i 5/16 polzades de diàmetre)
• 1 x Espiga de fusta (3 polzades de llarg i 3/8 polzades de diàmetre)
• Disseny d'arc de 10 x amb forat (aproximadament 1 i 1/2 polzades de llarg i 1 polzada d'ample)
• 2 x rotlles de paper higiènic amb retall de tall per a plantilla manual

Pas 7: construcció del dit / polze

Els dissenys de dit i polze són gairebé exactament els mateixos per simplificar. Les diferències clau són que el polze només té articulacions, mentre que els dits en tenen tres i el polze té un angle similar a una mà humana en posició anatòmica. He adjuntat un vídeo que explica la construcció dels dits i del polze. Les peces que es mostren són bastant senzilles de crear, tot i que cal fer-ne força per a aquestes parts.

• 48 x arcs més grans amb un forat (1 i 1/2 polzades de llarg i 1 i 1/4 polzades d'ample amb forat situat a 1 polzada de la dreta i 1/4 polzades cap avall)
• 13 x arcs més petits amb un forat (1 i 1/2 polzades de llarg i 1 i 1/2 polzades d'ample amb forat situat a 1/2 polzada de la dreta i 1/4 de polzada cap avall)
• 13 x Arc (3/4 polzades de llarg i 1/2 polzada d'ample)
• 6 palles (3/4 polzades de llarg)
• 5 x palles (1/2 polzada de llarg)
• 4 palles (1/4 de polzada de llarg)
• 4 palles (1 i 1/2 polzades de llarg)
• 5 x cintes (12 polzades de longitud)

Pas 8: proves

L’objectiu de la fase de proves de Lazarus Arm és demostrar que el concepte és factible. He adjuntat un vídeo que crec que demostra el concepte del meu disseny. Crec que The Lazarus Arm funciona força bé, tenint en compte els materials que s’utilitzen per crear-lo.

Pas 9: possibles millores futures

Veient el projecte en general, estic bastant content amb el producte final. L’únic que m’agradaria fer és veure si puc crear una impressió en 3D de les peces que he fet de cartró per veure com es manté sota una pressió encara més gran. A part d’això, m’agradaria dedicar-me temps a millorar l’estètica del braç. També m'agradaria veure si puc continuar treballant en aquest disseny de braços protètics per veure si puc provar el disseny en algunes circumstàncies quotidianes.

Pas 10: Observacions de cloenda

M'agradaria expressar el content que estic amb el disseny final de The Lazarus Arm. Ha demostrat ser viable per al seu ús en algunes tasques quotidianes i és sorprenent funcionalment tenint en compte els materials dels quals està fet. M’agradaria aprofitar un moment per agrair a la Fundació Iseman l’oportunitat de treballar en projectes com aquest durant els darrers quatre anys. Ha estat increïblement educatiu i divertit. Aquesta competició és un dels motius pels quals estic cursant una carrera d’enginyeria mecànica. Ha estat increïble formar part d’això al llarg dels anys i mai no he pogut expressar el grat que estic, gràcies.