Lazarus -armen: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

Jag vill börja med att tacka för att du intresserade dig för mitt projekt. Mitt namn är Chase Leach och jag är senior i WBASD S. T. E. M. Akademi. Detta projekt är ett bidrag till Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Lazarus -armen är en unik protesdesign i den mån den endast använder material som kunde hittas runt huset med undantag för motorerna och Arduino Uno som togs från tidigare projekt som jag designade. I år är det att jag inte har tillgång till en 3D -skrivare så utformningen av armen var lite knepig eftersom jag arbetade med kartong för många av strukturella komponenterna i The Lazarus Arm. Målet med detta projekt är att göra en fungerande modell som kan visa konceptet med min design. Med tanke på de begränsade resurserna tycker jag att den slutliga designen blev ganska bra. Tack för möjligheten att få vara med i denna tävling. Det har tillåtit mig att ha så roligt. Denna tävling har skapat kära minnen för mig. Att designa Lazarus -armen och övervinna de utmaningar som den presenterade har lärt mig mycket. Tack för din tid och omtanke och utan ytterligare adieu hoppas jag att du trivs.

Tillbehör

Alla förnödenheter som jag använde var redan tillgängliga för mig, men jag har inkluderat en lista över de teoretiska kostnaderna bredvid materialen.

Tillbehör och kostnader

• Kartong 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Hot Lim Gun ($ 4,99)
• Hotlimpistoler ($ 3,97)
• Scotch Tape ($ 6,80)
• 4 x pappershandduksrullar ($ 9,98)
• 2 x toalettpappersrullar ($ 6,99)
• (Belopp: 8) MG90S Tower Pro Servomotorer (Total kostnad: $ 23,99)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 Board (totalkostnad: $ 12,95)
• Wire ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Sugrör ($ 2)
• Ribbon ($ 3,29)

Steg 1: Tid som krävs för konstruktion

Tiden som ägnades åt detta projekt flög förbi medan vi arbetade med armens design och konstruktion. Den del av projektet som jag särskilt gillade var utformningen av armbågsfogen eftersom den använder en metod för ledkonstruktion inom robotik som använder ett remskivsystem för att öka mängden arbetsresultat. Designen av The Lazarus Arm tog totalt 63 timmar, vilket inkluderade forskning för att hitta det mest effektiva sättet att göra den slutliga designen så kostnadseffektiv som möjligt. Samlingen av The Lazarus Arm tog totalt 15 timmar och mycket varmt lim. Testning var intressant eftersom den ursprungliga designen för protesen hade en tendens att stanna till följd av friktionen som skapades av tandtråden som används i remskivsystemet i armbågen. Allt jag gjorde var att minska hjulens diameter och det fungerade. Testfasen tog totalt 12 timmar. Projektets programmeringsfas tog mig totalt 10 timmar vilket inte inkluderar den tid det tog mig att ta upp mina C ++ - färdigheter.

Steg 2: S. T. E. M. Ansökningar

Vetenskap- I mitt projekt är vetenskap involverad i designen av protoboarddesignen som möjliggjorde fördelning av kraft mellan servomotorerna i designen. Det finner också en roll i fysiken som är involverad i utformningen av armens struktur. Mer specifikt utformningen av remskivsystemet i armbågsfogen som ger armen en avsevärd mekanisk fördel som gör att armen kan lyfta mer än den annars skulle kunna, med tillstånd av Archimedes.

Teknik- Den tekniska aspekten av mitt projekt spelade in när jag kodade rörelsen för protesarmen med hjälp av C ++. Det spelade också in när jag installerade motorerna och Arduino -kortet.

Engineering- Engineering kom in för att spela när jag utformade handflatan, fingrarna, tummen, handleden, underarmen, armbågen och överarmen. Det spelade in i omdesignerna, identifieringen av problem när de uppstod och de lösningar jag kom på för problemen.

Matematik- Matematiken som var involverad i skapandet av handen spelade in när jag letade efter de rätta anatomiska proportionerna för armsegmenten. Det spelade också in när jag letade efter acceptabla storleksjusteringar för hjuldiametrarna i remskivsystemet. Jag använde också matematik under beräkningarna som jag gjorde för antalet hjul som jag skulle använda i armbågsleden för att göra armen rörlig under vikten av en kaffekopp. Det spelade också in med beräkningen som gjordes genom tillämpningen av Ohms lag för kretsdesign och erforderlig spänningsingång.

Steg 3: Konstruktionsdesignskisser

Skisserna som jag har tillhandahållit inkluderar min första design för The Lazarus Arm. Jag tror att designen lyckas förbli robust nog för daglig användning samtidigt som den förblir avsevärt kostnadseffektiv.

Steg 4: Underarmskonstruktion

Jag nämner mängden och måtten på kartongbitarna i videon som jag har bifogat, men jag kommer också att inkludera en lista över bitarna, måtten och mängderna här. Listan som jag har inkluderat nedan skrevs efter konstruktionen av underarmen så om det finns några avvikelser mellan den och videon skulle jag använda listan.

• 2 x pappershandduksrullar
• 4 x remskiva
• 2 x cirklar med en diameter på 3 tum
• 8 x cirklar med hål och diameter på 2 och 3/16 tum
• 4 x modifierade pappershandduksrullar med en längd på 1 och 7/8 tum
• 12 x cirklar med hål och diameter på 1 och 6/8 tum
• 1 x träspindeldiameter på 3/8 tum och längd på 4 tum
• 2 x rektangel på 7 och 3/16 tum längd och 3 tum bredd
• 2 x rektangel på 7 och 3/16 tum längd och 1 och 7/16 tum bredd
• 9 x kvadrat på 1 och 1/2 tum i längd och bredd
• 12 x höger trianglar med 1 och 1/2 tum bas och höjd

Steg 5: Konstruktion av överarm

Överarmskonstruktionen är ganska enkel men ändå robust. För att bygga den här delen av The Lazarus Arm behöver du några delar. Jag har inkluderat en videoförklaring av alla bitar som krävs, men jag ville se till att förklaringen är tillräckligt omfattande för att kunna följas hemma så jag inkluderade en lista nedan.

• 4 x rektangel (5 tum i längd och 3 tum i bredd)
• 4 x rektangel (5 tum i längd och 1 och 1/2 tum i bredd)
• 2 x cirkel (3 tum i diameter)
• 2 x modifierad pappershandduksrulle (1 tum i diameter och 1/2 tum i längd)
• 9 x fyrkant (1 och 1/2 tum på båda sidor)
• 8 x höger trianglar (1 och 1/2 tum för bas och höjd)
• 2 x stor bågform med två hål
• 4 x rektangel med ett hål (3 och 1/2 tum i längd och 3 tum i bredd)
• 4 x cirkel med hål i mitten (1 och 1/2 tum i diameter)
• 6 x cirkel med hål i mitten (1 tum i diameter)
• 2 x 1/2 tum kortare pappershandduksrullar skär ned längden i mitten av ena sidan
• 1 x träspindel (4 tum lång och 3/8 tum diameter)

Steg 6: Handleds-/handflatekonstruktion

Handluren/handflatan på Lazarus -armen var faktiskt en av designens hårdaste delar, förutom remskivan i armbågen. Den del av designen som jag kämpade mest med var hur man skapar en design som skulle kunna rotera utan att göra avkall på konstruktionens stabilitet. När jag kom på lösningen på mitt problem trodde jag inledningsvis att jag skulle vara för förenklad för att fungera, men när jag använde det i praktiken höll det de tester som jag administrerade. Delarna för konstruktionen av denna del av The Lazarus Arm är listade nedan.

• 6 x Palmmalldesigner som bör storlekas upp eller ner beroende på användaren (cirka 3 och 1/2 tum lång och 3 tum bred)
• 2 x rektangel (3 tum i längd och 2 och 1/2 tum i bredd)
• 2 x rektangel (3 tum i längd och 1 tum i bredd)
• 6 x rätvinkliga trianglar (höjd och bas på 1 tum)
• 1 x cirkel (2 och 5/16 tum i diameter)
• 2 x cirkel med liten rektangulär utskärning (2 och 5/16 tum i diameter)
• 1 x träspindel (3 tum lång och 3/8 tum i diameter)
• 10 x Arch Design With Hole (ca 1 och 1/2 tum i längd och 1 tum i bredd)
• 2 x toalettpappersrullar med hackutskärning för handmall

Steg 7: Finger/tumme konstruktion

Finger- och tumdesignerna är nästan exakt desamma för enkelhetens skull. De viktigaste skillnaderna är att tummen bara har lederna medan fingrarna har tre och tummen är vinklad som en mänsklig hand i anatomiskt läge. Jag har bifogat en video som förklarar konstruktionen av fingrar och tumme. Bitarna som visas är ganska enkla att skapa, men en hel del måste göras för dessa delar.

• 48 x större bågar med ett hål (1 och 1/2 tum i längd och 1 och 1/4 tum i bredd med hål 1 tum från höger och 1/4 tum nedåt)
• 13 x mindre bågar med ett hål (1 och 1/2 tum i längd och 1 och 1/2 tum i bredd med hål som ligger 1/2 tum från höger och 1/4 tum nedåt)
• 13 x båge (3/4 tum i längd och 1/2 tum i bredd)
• 6 x sugrör (3/4 tum lång)
• 5 x sugrör (1/2 tum lång)
• 4 x sugrör (1/4 tum lång)
• 4 x sugrör (1 och 1/2 tum i längd)
• 5 x band (12 tum i längd)

Steg 8: Testning

Målet med testfasen av Lazarus Arm är att bevisa att konceptet är genomförbart. Jag har bifogat en video som jag tror bevisar konceptet med min design. Jag tycker att Lazarus -armen fungerar ganska bra, med tanke på materialen som används för att skapa den.

Steg 9: Möjliga framtida förbättringar

Ser jag på projektet som helhet är jag ganska nöjd med slutprodukten. Det enda jag skulle vilja göra är att se om jag kan skapa ett 3D -tryck av de delar som jag gjorde av kartong för att se hur det håller under ännu större tryck. Annat än det skulle jag vilja ta mig tid att förbättra armens estetik. Jag skulle också vilja se om jag kan fortsätta arbeta med denna protetiska armdesign för att se om jag kan testa designen under vissa vardagliga omständigheter.

Steg 10: Avslutande anmärkningar

Jag skulle vilja uttrycka hur glad jag är över den slutliga designen av The Lazarus Arm. Det har visat sig vara lönsamt för användning i vissa vardagliga uppgifter och är överraskande funktionellt med tanke på materialet det är tillverkat av. Jag skulle vilja ta ett ögonblick att tacka Iseman Foundation för möjligheten att arbeta med sådana här projekt under de senaste fyra åren. Det har varit otroligt lärorikt och roligt. Denna tävling är en av anledningarna till att jag läser en maskinteknik. Det har varit otroligt att få vara en del av detta genom åren och jag kunde aldrig uttrycka hur tacksam jag är, tack.