Ο βραχίονας Lazarus: 10 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Θα ήθελα να ξεκινήσω λέγοντας ευχαριστώ που ενδιαφερθήκατε για το έργο μου. Το όνομά μου είναι Chase Leach και είμαι ανώτερος στο WBASD S. T. E. M. Ακαδημία. Αυτό το έργο είναι μια υποβολή για το Βραβείο Επιστήμης και Τεχνολογίας Butwin Elias 2019-2020. Ο βραχίονας Lazarus είναι ένα μοναδικό προσθετικό σχέδιο στο βαθμό που χρησιμοποιεί μόνο υλικά που θα μπορούσαν να βρεθούν γύρω από το σπίτι με εξαίρεση τους κινητήρες και το Arduino Uno που είχαν ληφθεί από προηγούμενα έργα που σχεδίασα. Φέτος είναι ότι δεν έχω πρόσβαση σε τρισδιάστατο εκτυπωτή, οπότε ο σχεδιασμός του βραχίονα ήταν λίγο περίπλοκος επειδή δούλευα με χαρτόνι για πολλά δομικά στοιχεία του The Lazarus Arm. Ο στόχος αυτού του έργου είναι να φτιάξω ένα μοντέλο εργασίας που να μπορεί να αποδείξει την έννοια του σχεδιασμού μου. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμένους πόρους, νομίζω ότι ο τελικός σχεδιασμός βγήκε αρκετά καλά. Σας ευχαριστούμε για την ευκαιρία να συμμετάσχετε σε αυτόν τον διαγωνισμό. Μου επέτρεψε να διασκεδάσω τόσο πολύ. Αυτός ο διαγωνισμός μου έχει δημιουργήσει αξέχαστες αναμνήσεις. Ο σχεδιασμός του The Lazarus Arm και η υπέρβαση των προκλήσεων που παρουσίασε με δίδαξε πολλά. Σας ευχαριστώ για τον χρόνο και την προσοχή σας και χωρίς περαιτέρω συγχαρητήρια ελπίζω να σας άρεσε.

Προμήθειες

Όλα τα εφόδια που χρησιμοποίησα ήταν ήδη διαθέσιμα για μένα, ωστόσο έχω συμπεριλάβει μια λίστα με τα θεωρητικά κόστη δίπλα στα υλικά.

Προμήθειες & Κόστος

• Κουτί από χαρτόνι 12 x 12 x 16 (0,82 $)
• Gun Glue Hot Gloss ($ 4.99)
• Ξυλάκια Gun Gun Glue (3,97 $)
• Scotch Tape (6,80 $)
• 4 χάρτινες χαρτοπετσέτες (9,98 $)
• 2 x ρολά χαρτιού τουαλέτας (6,99 $)
• (Ποσό: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (Συνολικό κόστος: 23,99 $)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 Board (Συνολικό κόστος: $ 12,95)
• Σύρμα ($ 8,76)
• ProtoBoard (5,99 $)
• Καλαμάκια ($ 2)
• Κορδέλα ($ 3,29)

Βήμα 1: Χρόνος που απαιτείται για την κατασκευή

Ο χρόνος που αφιερώθηκε σε αυτό το έργο πέταξε ενώ εργάζονταν στο σχεδιασμό και την κατασκευή του βραχίονα. Το μέρος του έργου που μου άρεσε ιδιαίτερα ήταν ο σχεδιασμός της άρθρωσης του αγκώνα καθώς χρησιμοποιεί μια μέθοδο κατασκευής αρμών στη ρομποτική που χρησιμοποιεί ένα σύστημα τροχαλίας για να αυξήσει την ποσότητα της εργασίας. Ο σχεδιασμός του The Lazarus Arm διήρκεσε συνολικά 63 ώρες, η οποία περιελάμβανε έρευνα για να βρεθεί ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να γίνει ο τελικός σχεδιασμός όσο το δυνατόν πιο οικονομικός. Η συναρμολόγηση του The Lazarus Arm κράτησε συνολικά 15 ώρες και πολύ ζεστό κόλλα. Οι δοκιμές ήταν ενδιαφέρουσες καθώς ο αρχικός σχεδιασμός για το προσθετικό είχε την τάση να σταματά ως αποτέλεσμα της τριβής που δημιουργείται από το οδοντικό νήμα που χρησιμοποιείται στο σύστημα τροχαλίας στον αγκώνα. Το μόνο που έκανα ήταν να μειώσω τη διάμετρο των τροχών και λειτούργησε. Η φάση των δοκιμών κράτησε συνολικά 12 ώρες. Η φάση προγραμματισμού του έργου μου πήρε συνολικά 10 ώρες οι οποίες δεν περιλαμβάνουν τον χρόνο που μου πήρε για να αγγίξω τις δεξιότητές μου στο C ++.

Βήμα 2: S. T. E. M. Εφαρμογές

Επιστήμη- Στο πρότζεκτ μου, η επιστήμη εμπλέκεται στο σχεδιασμό του σχεδιασμού του πρωτοπόρου που επέτρεψε τη διανομή ισχύος μεταξύ των σερβοκινητήρων στο σχεδιασμό. Βρίσκει επίσης ρόλο στη φυσική που σχετίζεται με το σχεδιασμό της δομής του βραχίονα. Πιο συγκεκριμένα, ο σχεδιασμός του συστήματος τροχαλίας στην άρθρωση του αγκώνα που δίνει στον βραχίονα σημαντικό μηχανικό πλεονέκτημα επιτρέποντας στον βραχίονα να σηκωθεί περισσότερο από ό, τι θα μπορούσε να είχε διαφορετικά, ευγενική προσφορά του Αρχιμήδη.

Τεχνολογία- Η τεχνολογική πτυχή του έργου μου μπήκε στο παιχνίδι όταν κωδικοποιούσα την κίνηση του προσθετικού βραχίονα χρησιμοποιώντας C ++. Επίσης μπήκε στο παιχνίδι όταν εγκατέστησα τους κινητήρες και την πλακέτα Arduino.

Μηχανική- Η μηχανική άρχισε να παίζει όταν σχεδίαζα την παλάμη, τα δάχτυλα, τον αντίχειρα, την άρθρωση του καρπού, το αντιβράχιο, τον αγκώνα και τον άνω βραχίονα. Έπαιξε ρόλο στον επανασχεδιασμό, τον εντοπισμό των προβλημάτων όταν προέκυψαν και τις λύσεις που βρήκα για τα προβλήματα.

Μαθηματικά- Τα μαθηματικά που εμπλέκονται στη δημιουργία του χεριού μπήκαν στο παιχνίδι όταν έψαχνα για τις σωστές ανατομικές αναλογίες των τμημάτων του βραχίονα. Επίσης, μπήκε στο παιχνίδι όταν έψαχνα για αποδεκτές ρυθμίσεις μεγέθους για τις διαμέτρους των τροχών στον σύνδεσμο του συστήματος τροχαλίας. Χρησιμοποίησα επίσης μαθηματικά κατά τους υπολογισμούς που έκανα για τον αριθμό των τροχών που θα χρησιμοποιούσα στην άρθρωση του αγκώνα για να κάνω το χέρι ικανό να κινείται κάτω από το βάρος μιας κούπας καφέ. Επίσης, μπήκε στο παιχνίδι με τον υπολογισμό που έγινε μέσω της εφαρμογής του νόμου του Ohm για τον σχεδιασμό του κυκλώματος και την απαιτούμενη είσοδο τάσης.

Βήμα 3: Σκίτσα μηχανικού σχεδιασμού

Τα σκίτσα που παρείχα περιλαμβάνουν τον αρχικό μου σχεδιασμό για το The Lazarus Arm. Πιστεύω ότι ο σχεδιασμός καταφέρνει να παραμένει αρκετά ανθεκτικός για καθημερινή χρήση, ενώ παραμένει σημαντικά οικονομικά αποδοτικός.

Βήμα 4: Κατασκευή αντιβραχίου

Αναφέρω την ποσότητα και τις διαστάσεις των τεμαχίων από χαρτόνι στο βίντεο που έχω επισυνάψει, ωστόσο θα συμπεριλάβω επίσης μια λίστα με τα κομμάτια, τις διαστάσεις και τις ποσότητες εδώ. Η λίστα που έχω συμπεριλάβει παρακάτω γράφτηκε μετά την κατασκευή του αντιβραχίου, οπότε αν υπάρχουν αποκλίσεις μεταξύ αυτού και του βίντεο, θα χρησιμοποιούσα τη λίστα.

• 2 x Ρολά από χαρτί κουζίνας
• 4 x βραχίονας τροχαλίας
• 2 x κύκλοι με διάμετρο 3 ίντσες
• 8 x κύκλοι με τρύπα και διάμετρο 2 και 3/16 ίντσες
• 4 x Τροποποιημένες χαρτοπετσέτες ρολά με μήκος 1 και 7/8 ίντσες
• 12 x κύκλοι με τρύπα και διάμετρο 1 και 6/8 ίντσες
• 1 x Διάμετρος Ξύλινου Πείρου 3/8 ίντσας και Μήκος 4 ίντσες
• 2 x ορθογώνιο 7 και 3/16 ίντσες Μήκος και 3 ίντσες Πλάτος
• 2 x ορθογώνιο 7 και 3/16 ίντσες Μήκος και 1 και 7/16 ίντσες Πλάτος
• 9 x Τετράγωνο 1 και 1/2 ίντσες σε Μήκος και Πλάτος
• 12 x ορθογώνια τρίγωνα με βάση και ύψος 1 και 1/2 ίντσες

Βήμα 5: Κατασκευή άνω βραχίονα

Η κατασκευή του άνω βραχίονα είναι μάλλον απλή αλλά στιβαρή. Για να χτίσετε αυτό το μέρος του The Lazarus Arm, θα χρειαστείτε κάποια μέρη. Έχω συμπεριλάβει μια εξήγηση βίντεο για όλα τα κομμάτια που απαιτούνται, ωστόσο ήθελα να βεβαιωθώ ότι η εξήγηση είναι αρκετά περιεκτική για να τη παρακολουθήσω στο σπίτι, ώστε να συμπεριλάβω μια λίστα παρακάτω.

• 4 x ορθογώνιο (5 ίντσες σε μήκος και 3 ίντσες σε πλάτος)
• 4 x ορθογώνιο (5 ίντσες σε μήκος και 1 και 1/2 ίντσες σε πλάτος)
• 2 x Κύκλος (3 ίντσες σε διάμετρο)
• 2 x Τροποποιημένο ρολό χαρτοπετσέτας (1 ίντσα σε διάμετρο και 1/2 ίντσα σε μήκος)
• 9 x Τετράγωνο (1 και 1/2 ίντσες και στις δύο πλευρές)
• 8 x Δεξιά τρίγωνα (1 και 1/2 ίντσες για βάση και ύψος)
• 2 x Μεγάλο σχήμα αψίδας με δύο τρύπες
• 4 x ορθογώνιο με τρύπα (3 και 1/2 ίντσες σε μήκος και 3 ίντσες σε πλάτος)
• 4 x κύκλος με τρύπα στο κέντρο (1 και 1/2 ίντσες σε διάμετρο)
• 6 x κύκλος με τρύπα στο κέντρο (1 ίντσα σε διάμετρο)
• 2 x 1/2 ίντσες πιο κοντές χαρτί πετσέτες ρολά μειώνουν το μήκος στο κέντρο της μιας πλευράς
• 1 x Ξύλινος πείρος (4 ίντσες σε μήκος και 3/8 ίντσα σε διάμετρο)

Βήμα 6: Κατασκευή καρπού/παλάμης

Ο καρπός/παλάμη του The Lazarus Arm ήταν στην πραγματικότητα ένα από τα πιο σκληρά μέρη του σχεδιασμού, εκτός από το σύστημα τροχαλίας στον αγκώνα. Το μέρος του σχεδιασμού με το οποίο αγωνίστηκα περισσότερο ήταν πώς να δημιουργήσω ένα σχέδιο που θα ήταν ικανό να περιστρέφεται χωρίς να θυσιάζεται η δομική σταθερότητα του σχεδίου. Όταν βρήκα τη λύση στο πρόβλημά μου, αρχικά πίστευα ότι θα ήμουν πολύ απλοϊκός για να δουλέψω, ωστόσο όταν το έκανα στην πράξη κράτησε τις δοκιμές που έκανα. Τα μέρη για την κατασκευή αυτού του τμήματος του The Lazarus Arm παρατίθενται παρακάτω.

• 6 x σχέδια προτύπου παλάμης τα οποία πρέπει να έχουν μέγεθος πάνω ή κάτω ανάλογα με τον χρήστη (περίπου 3 και 1/2 ίντσες σε μήκος και 3 ίντσες σε πλάτος)
• 2 x ορθογώνιο (3 ίντσες σε μήκος και 2 και 1/2 ίντσες σε πλάτος)
• 2 x ορθογώνιο (3 ίντσες σε μήκος και 1 ίντσα σε πλάτος)
• 6 x Τρίγωνα ορθής γωνίας (ύψος και βάση 1 ίντσας)
• 1 x Κύκλος (2 και 5/16 ίντσες σε διάμετρο)
• 2 x κύκλος με μικρή ορθογώνια αποκοπή (2 και 5/16 ίντσες σε διάμετρο)
• 1 x Ξύλινος πείρος (3 ίντσες σε μήκος και 3/8 ίντσες σε διάμετρο)
• 10 x Σχεδιασμός αψίδας με τρύπα (περίπου 1 και 1/2 ίντσες σε μήκος και 1 ίντσα σε πλάτος)
• 2 x ρολά χαρτιού τουαλέτας με εγκοπή εγκοπής για πρότυπο χεριού

Βήμα 7: Κατασκευή δακτύλου/αντίχειρα

Τα σχέδια με τα δάχτυλα και τον αντίχειρα είναι σχεδόν τα ίδια για λόγους απλότητας. Οι βασικές διαφορές είναι ότι ο αντίχειρας έχει μόνο τις αρθρώσεις ενώ τα δάχτυλα έχουν τρεις και ο αντίχειρας έχει γωνία παρόμοια με ένα ανθρώπινο χέρι σε ανατομική θέση. Επισυνάπτω ένα βίντεο που εξηγεί την κατασκευή των δακτύλων και του αντίχειρα. Τα κομμάτια που εμφανίζονται είναι αρκετά απλά στη δημιουργία, ωστόσο αρκετά πρέπει να γίνουν για αυτά τα μέρη.

• 48 x μεγαλύτερες καμάρες με τρύπα (1 και 1/2 ίντσες σε μήκος και 1 και 1/4 ίντσες σε πλάτος με τρύπα που βρίσκεται 1 ίντσα από τα δεξιά και 1/4 ίντσα προς τα κάτω)
• 13 x μικρότερες αψίδες με τρύπα (1 και 1/2 ίντσες σε μήκος και 1 και 1/2 ίντσες σε πλάτος με τρύπα που βρίσκεται 1/2 ίντσα από τα δεξιά και 1/4 ίντσες προς τα κάτω)
• 13 x Arch (3/4 ίντσα σε μήκος και 1/2 ίντσα σε πλάτος)
• 6 x καλαμάκια (3/4 ίντσα σε μήκος)
• 5 x καλαμάκια (1/2 ίντσα σε μήκος)
• 4 x καλαμάκια (1/4 ίντσα σε μήκος)
• 4 x καλαμάκια (1 και 1/2 ίντσες σε μήκος)
• 5 x κορδέλα (12 ίντσες σε μήκος)

Βήμα 8: Δοκιμή

Ο στόχος της φάσης δοκιμής του Lazarus Arm είναι να αποδείξει την ιδέα ως εφικτή. Έχω επισυνάψει ένα βίντεο το οποίο πιστεύω ότι αποδεικνύει την ιδέα του σχεδιασμού μου. Νομίζω ότι ο βραχίονας Lazarus λειτουργεί αρκετά καλά, λαμβάνοντας υπόψη τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία του.

Βήμα 9: Πιθανές μελλοντικές βελτιώσεις

Κοιτάζοντας το έργο στο σύνολό του, είμαι αρκετά ευχαριστημένος με το τελικό προϊόν. Το μόνο πράγμα που θα ήθελα να κάνω είναι να δω αν μπορώ να δημιουργήσω μια τρισδιάστατη εκτύπωση των τμημάτων που έφτιαξα από χαρτόνι για να δω πώς αντέχει κάτω από ακόμη μεγαλύτερες πιέσεις. Εκτός από αυτό, θα ήθελα να αφιερώσω χρόνο για να βελτιώσω την αισθητική του βραχίονα. Θα ήθελα επίσης να δω αν μπορώ να συνεχίσω να δουλεύω σε αυτό το προσθετικό σχέδιο βραχίονα για να δω αν μπορώ να δοκιμάσω το σχέδιο σε κάποιες καθημερινές συνθήκες.

Βήμα 10: Κλείσιμο παρατηρήσεων

Θα ήθελα να εκφράσω πόσο χαρούμενος είμαι με τον τελικό σχεδιασμό του The Lazarus Arm. Έχει αποδειχθεί ότι είναι βιώσιμο για χρήση σε ορισμένες καθημερινές εργασίες και είναι εκπληκτικό λειτουργικό λαμβάνοντας υπόψη τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένο. Θα ήθελα να αφιερώσω μια στιγμή για να ευχαριστήσω το Foundationδρυμα Iseman για την ευκαιρία να εργαστώ σε έργα όπως αυτά τα τελευταία τέσσερα χρόνια. Incredταν απίστευτα εκπαιδευτικό και διασκεδαστικό. Αυτός ο διαγωνισμός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους παρακολουθώ ειδικότητα μηχανολογίας. Incredibleταν απίστευτο να είμαι μέρος αυτού όλα αυτά τα χρόνια και δεν θα μπορούσα ποτέ να εκφράσω πόσο ευγνώμων είμαι, ευχαριστώ.