Il braccio di Lazzaro: 10 passi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Vorrei iniziare dicendo grazie per esserti interessato al mio progetto. Mi chiamo Chase Leach e sono senior nel WBASD S. T. E. M. Accademia. Questo progetto è una presentazione per il Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Il Lazarus Arm è un progetto protesico unico in quanto utilizza solo materiali che si possono trovare in casa ad esclusione dei motori e di Arduino Uno che sono stati presi da precedenti progetti che ho disegnato. Quest'anno non ho accesso a una stampante 3D, quindi il design del braccio è stato un po' complicato perché stavo lavorando con il cartone per molti dei componenti strutturali di The Lazarus Arm. L'obiettivo di questo progetto è realizzare un modello funzionante che possa dimostrare il concetto del mio design. Considerando le risorse limitate, penso che il progetto finale sia venuto abbastanza bene. Grazie per l'opportunità di partecipare a questo concorso. Mi ha permesso di divertirmi così tanto. Questa competizione ha creato per me ricordi preziosi. Progettare il braccio di Lazzaro e superare le sfide che mi ha presentato mi ha insegnato molto. Grazie per il vostro tempo e considerazione e senza ulteriori addio spero che vi piaccia.

Forniture

Tutte le forniture che ho utilizzato erano già a mia disposizione, tuttavia ho inserito una lista dei costi teorici accanto ai materiali.

Forniture e costi

• Scatola di cartone 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Pistola per colla a caldo ($ 4,99)
• Stick per pistola per colla a caldo ($ 3,97)
• Scotch ($ 6,80)
• 4 rotoli di asciugamani di carta ($ 9,98)
• 2 x rotoli di carta igienica ($ 6,99)
• (Importo: 8) Servomotori Tower Pro MG90S (costo totale: $ 23,99)
• 1 x scheda Arduino MEGA 2560 R3 (costo totale: $ 12,95)
• Filo ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Cannucce ($2)
• Nastro ($ 3,29)

Passaggio 1: tempo necessario per la costruzione

Il tempo dedicato a questo progetto è volato mentre lavoravo alla progettazione e alla costruzione del braccio. La parte del progetto che mi è piaciuta particolarmente è stata la progettazione dell'articolazione del gomito poiché utilizza un metodo di costruzione dell'articolazione nella robotica che utilizza un sistema di pulegge per aumentare la quantità di lavoro svolto. La progettazione del braccio di Lazzaro ha richiesto un totale di 63 ore, comprese le ricerche per trovare il modo più efficace per rendere il progetto finale il più conveniente possibile. L'assemblaggio di The Lazarus Arm ha richiesto un totale di 15 ore e molta colla a caldo. Il test è stato interessante in quanto il progetto iniziale della protesi tendeva a bloccarsi a causa dell'attrito creato dal filo interdentale utilizzato nel sistema di pulegge nel gomito. Tutto quello che ho fatto è stato diminuire il diametro delle ruote e ha funzionato. La fase di test ha richiesto un totale di 12 ore. La fase di programmazione del progetto mi ha richiesto un totale di 10 ore, senza contare il tempo impiegato per ritoccare le mie competenze C++.

Fase 2: S. T. E. M. Applicazioni

Scienza- Nel mio progetto, la scienza è coinvolta nella progettazione del progetto della scheda prototipi che ha consentito di distribuire la potenza tra i servomotori nel progetto. Trova anche un ruolo nella fisica coinvolta nella progettazione della struttura del braccio. Più, in particolare, il design del sistema di carrucole nell'articolazione del gomito che conferisce al braccio un notevole vantaggio meccanico consentendo al braccio di sollevarsi più di quanto potrebbe avere altrimenti, per gentile concessione di Archimede.

Tecnologia- L'aspetto tecnologico del mio progetto è entrato in gioco quando stavo codificando il movimento del braccio protesico usando C++. È entrato in gioco anche quando stavo installando i motori e la scheda Arduino.

Ingegneria - L'ingegneria è entrata in gioco quando stavo progettando il palmo, le dita, il pollice, l'articolazione del polso, l'avambraccio, il gomito e la parte superiore del braccio. È entrato in gioco nelle riprogettazioni, nell'identificazione dei problemi quando sono sorti e nelle soluzioni che ho trovato per i problemi.

Matematica- La matematica coinvolta nella creazione della mano è entrata in gioco quando stavo cercando le corrette proporzioni anatomiche dei segmenti del braccio. È entrato in gioco anche quando stavo cercando regolazioni delle dimensioni accettabili per i diametri delle ruote nel giunto del sistema di pulegge. Ho usato anche la matematica durante i calcoli che ho fatto per il numero di ruote che avrei usato nell'articolazione del gomito per rendere il braccio capace di muoversi sotto il peso di una tazza da caffè. È entrato in gioco anche con il calcolo effettuato mediante l'applicazione della legge di Ohm per la progettazione del circuito e l'ingresso di tensione richiesto.

Passaggio 3: schizzi di progettazione ingegneristica

Gli schizzi che ho fornito includono il mio progetto iniziale per Il braccio di Lazzaro. Credo che il design riesca a rimanere abbastanza robusto per l'uso quotidiano pur rimanendo notevolmente conveniente.

Passaggio 4: costruzione dell'avambraccio

Menziono la quantità e le dimensioni dei pezzi di cartone nel video che ho allegato, tuttavia includerò anche un elenco dei pezzi, delle dimensioni e delle quantità qui. L'elenco che ho incluso sotto è stato scritto dopo la costruzione dell'avambraccio, quindi se ci sono discrepanze tra esso e il video, userei l'elenco.

• 2 rotoli di asciugamani di carta
• 4 x braccio della puleggia
• 2 x cerchi con diametro di 3 pollici
• 8 x cerchi con foro e diametro di 2 e 3/16 pollici
• 4 x rotoli di asciugamani di carta modificati con lunghezza di 1 e 7/8 pollici
• 12 x cerchi con foro e diametro di 1 e 6/8 pollici
• 1 x diametro del tassello in legno di 3/8 di pollice e lunghezza di 4 pollici
• 2 x rettangolo di 7 e 3/16 pollici di lunghezza e 3 pollici di larghezza
• 2 x rettangolo di 7 e 3/16 pollici di lunghezza e 1 e 7/16 pollici di larghezza
• 9 x quadrati di 1 e 1/2 pollici di lunghezza e larghezza
• 12 x triangoli rettangoli con base e altezza da 1 e 1/2 pollici

Passaggio 5: costruzione del braccio superiore

La costruzione del braccio superiore è piuttosto semplice ma robusta. Per costruire questa parte del braccio di Lazzaro, avrai bisogno di alcune parti. Ho incluso una spiegazione video di tutti i pezzi richiesti, tuttavia volevo assicurarmi che la spiegazione fosse abbastanza completa da essere seguita a casa, quindi ho incluso un elenco qui sotto.

• 4 x Rettangolo (5 pollici di lunghezza e 3 pollici di larghezza)
• 4 x Rettangolo (5 pollici di lunghezza e 1 e 1/2 pollici di larghezza)
• 2 x Cerchio (3 pollici di diametro)
• 2 rotoli di asciugamani di carta modificati (1 pollice di diametro e 1/2 pollice di lunghezza)
• 9 x quadrati (1 e 1/2 pollici su entrambi i lati)
• 8 x triangoli rettangoli (1 e 1/2 pollici per base e altezza)
• 2 x forma ad arco grande con due fori
• 4 x Rettangolo con un foro (3 pollici e 1/2 di lunghezza e 3 pollici di larghezza)
• 4 x cerchio con foro al centro (1 e 1/2 pollici di diametro)
• 6 x cerchio con foro al centro (1 pollice di diametro)
• Rotoli di asciugamani di carta più corti da 2 x 1/2 pollice riducono la lunghezza al centro di un lato
• 1 x tassello in legno (4 pollici di lunghezza e 3/8 di pollice di diametro)

Passaggio 6: costruzione del polso/palmo

Il polso/palmo del braccio di Lazzaro era in realtà una delle parti più difficili del progetto, oltre al sistema di pulegge nel gomito. La parte del design con cui ho lottato di più è stata come creare un design in grado di ruotare senza sacrificare la stabilità strutturale del design. Quando ho trovato la soluzione al mio problema inizialmente pensavo che sarei stato troppo semplicistico per lavorare, invece quando l'ho messo in pratica ha resistito ai test che ho somministrato. Le parti per la costruzione di questa parte del braccio di Lazzaro sono elencate di seguito.

• 6 x modelli Palm Template che dovrebbero essere dimensionati in alto o in basso a seconda dell'utente (circa 3 pollici e 1/2 di lunghezza e 3 pollici di larghezza)
• 2 x Rettangolo (3 pollici di lunghezza e 2 pollici e 1/2 di larghezza)
• 2 x Rettangolo (3 pollici di lunghezza e 1 pollice di larghezza)
• 6 x triangoli ad angolo retto (altezza e base di 1 pollice)
• 1 x cerchio (2 e 5/16 pollici di diametro)
• 2 x cerchio con piccolo ritaglio rettangolare (2 e 5/16 pollici di diametro)
• 1 x tassello in legno (3 pollici di lunghezza e 3/8 di pollice di diametro)
• 10 x Arch Design con foro (circa 1 pollice e 1/2 di lunghezza e 1 pollice di larghezza)
• 2 x rotoli di carta igienica con intaglio per modello a mano

Passaggio 7: costruzione dito/pollice

I design delle dita e del pollice sono quasi esattamente gli stessi per semplicità. Le differenze chiave sono che il pollice ha solo le articolazioni mentre le dita ne hanno tre e il pollice è angolato in modo simile a una mano umana in posizione anatomica. Ho allegato un video che spiega la costruzione delle dita e del pollice. I pezzi che vengono visualizzati sono piuttosto semplici da creare, tuttavia alcuni devono essere realizzati per queste parti.

• 48 x archi più grandi con un foro (1 e 1/2 pollici di lunghezza e 1 e 1/4 pollici di larghezza con foro situato a 1 pollice da destra e 1/4 di pollice verso il basso)
• 13 x archi più piccoli con un foro (1 e 1/2 pollici di lunghezza e 1 e 1/2 pollici di larghezza con foro situato a 1/2 pollice da destra e 1/4 di pollice verso il basso)
• 13 x arco (3/4 pollici di lunghezza e 1/2 pollice di larghezza)
• 6 x cannucce (3/4 di pollice di lunghezza)
• 5 x cannucce (1/2 pollice di lunghezza)
• 4 x cannucce (lunghezza 1/4 di pollice)
• 4 x cannucce (1 e 1/2 pollici di lunghezza)
• 5 x nastro (12 pollici di lunghezza)

Passaggio 8: test

L'obiettivo della fase di test del braccio Lazarus è dimostrare che il concetto è fattibile. Ho allegato un video che credo dimostri il concetto del mio design. Penso che The Lazarus Arm funzioni abbastanza bene, considerando i materiali utilizzati per crearlo.

Passaggio 9: possibili miglioramenti futuri

Considerando il progetto nel suo complesso, sono abbastanza soddisfatto del prodotto finale. L'unica cosa che mi piacerebbe fare è vedere se riesco a creare una stampa 3D delle parti che ho realizzato in cartone per vedere come regge a una pressione ancora maggiore. A parte questo, vorrei prendermi del tempo per migliorare l'estetica del braccio. Vorrei anche vedere se posso continuare a lavorare su questo design del braccio protesico per vedere se posso testare il design in alcune circostanze quotidiane.

Passaggio 10: osservazioni conclusive

Vorrei esprimere quanto sono felice del design finale di The Lazarus Arm. Ha dimostrato di essere praticabile per l'uso in alcune attività quotidiane ed è sorprendentemente funzionale considerando i materiali con cui è realizzato. Vorrei prendere un momento per ringraziare la Fondazione Iseman per l'opportunità di lavorare a progetti come questo negli ultimi quattro anni. È stato incredibilmente educativo e divertente. Questa competizione è uno dei motivi per cui sto perseguendo una specializzazione in ingegneria meccanica. È stato incredibile far parte di tutto questo nel corso degli anni e non potrei mai esprimere quanto sono grato, grazie.