Der Lazarus-Arm - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Zunächst möchte ich mich für Ihr Interesse an meinem Projekt bedanken. Mein Name ist Chase Leach und ich bin Senior im WBASD S. T. E. M. Akademie. Dieses Projekt ist eine Einreichung für den Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Der Lazarus Arm ist insofern ein einzigartiges Prothesendesign, als er nur Materialien verwendet, die im ganzen Haus zu finden waren, mit Ausnahme der Motoren und des Arduino Uno, die aus früheren Projekten stammen, die ich entworfen habe. In diesem Jahr habe ich keinen Zugang zu einem 3D-Drucker, daher war das Design des Arms etwas schwierig, da ich für viele der strukturellen Komponenten des Lazarus-Arms mit Pappe gearbeitet habe. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein Arbeitsmodell zu erstellen, das das Konzept meines Designs demonstrieren kann. In Anbetracht der begrenzten Ressourcen denke ich, dass das endgültige Design ziemlich gut geworden ist. Vielen Dank für die Möglichkeit, an diesem Wettbewerb teilzunehmen. Es hat mir so viel Spaß gemacht. Dieser Wettbewerb hat bei mir liebgewonnene Erinnerungen geschaffen. Das Entwerfen des Lazarus-Arms und die Bewältigung der damit verbundenen Herausforderungen haben mich viel gelehrt. Vielen Dank für Ihre Zeit und Überlegung und ohne weiteres Adieu wünsche ich Ihnen viel Spaß.

Lieferungen

Alle von mir verwendeten Materialien standen mir bereits zur Verfügung, jedoch habe ich neben den Materialien eine Auflistung der theoretischen Kosten beigefügt.

Verbrauchsmaterialien & Kosten

• Karton 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Heißklebepistole ($ 4,99)
• Heißklebepistolensticks ($ 3,97)
• Klebeband ($ 6,80)
• 4 x Papierhandtuchrollen (9,98 $)
• 2 x Toilettenpapierrollen (6,99 $)
• (Betrag: 8) MG90S Tower Pro Servomotoren (Gesamtkosten: 23,99 $)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3-Board (Gesamtkosten: 12,95 USD)
• Draht (8,76 $)
• ProtoBoard (5,99 $)
• Strohhalme ($2)
• Band ($ 3,29)

Schritt 1: Erforderliche Zeit für den Bau

Die Zeit, die für dieses Projekt aufgewendet wurde, verging wie im Fluge während der Arbeit an der Konstruktion und Konstruktion des Arms. Der Teil des Projekts, der mir besonders gefallen hat, war das Design des Ellbogengelenks, da es eine Methode der Gelenkkonstruktion in der Robotik verwendet, die ein Flaschenzugsystem verwendet, um die Arbeitsleistung zu erhöhen. Das Design des Lazarus Arms dauerte insgesamt 63 Stunden, einschließlich der Recherche, um den effektivsten Weg zu finden, um das endgültige Design so kostengünstig wie möglich zu gestalten. Die Montage des Lazarus Arms dauerte insgesamt 15 Stunden und viel Heißkleber. Die Tests waren interessant, da das ursprüngliche Design der Prothese aufgrund der Reibung der Zahnseide, die im Flaschenzugsystem im Ellenbogen verwendet wurde, zum Stillstand neigte. Alles, was ich tat, war, den Durchmesser der Räder zu verringern und es funktionierte. Die Testphase dauerte insgesamt 12 Stunden. Die Programmierphase des Projekts hat mich insgesamt 10 Stunden gekostet, die Zeit, die ich gebraucht habe, um meine C++-Kenntnisse aufzufrischen, nicht eingerechnet.

Schritt 2: S. T. E. M. Anwendungen

Wissenschaft - In meinem Projekt ist die Wissenschaft am Design des Protoboard-Designs beteiligt, das es ermöglichte, die Leistung zwischen den Servomotoren im Design zu verteilen. Es spielt auch eine Rolle in der Physik, die mit dem Design der Struktur des Arms verbunden ist. Genauer gesagt das Design des Flaschenzugsystems im Ellenbogengelenk, das dem Arm einen erheblichen mechanischen Vorteil verleiht, der es dem Arm ermöglicht, mehr zu heben, als er sonst hätte heben können, mit freundlicher Genehmigung von Archimedes.

Technologie- Der technologische Aspekt meines Projekts kam ins Spiel, als ich die Bewegung der Armprothese mit C++ kodierte. Es kam auch ins Spiel, als ich die Motoren und das Arduino-Board installierte.

Engineering-Engineering kam ins Spiel, als ich die Handfläche, die Finger, den Daumen, das Handgelenk, den Unterarm, den Ellbogen und den Oberarm entwarf. Es kam bei den Redesigns ins Spiel, bei der Identifizierung von Problemen, wenn sie auftraten, und den Lösungen, die ich für die Probleme fand.

Mathematik - Die Mathematik bei der Erstellung der Hand kam ins Spiel, als ich nach den richtigen anatomischen Proportionen der Armsegmente suchte. Es kam auch ins Spiel, als ich nach akzeptablen Größenanpassungen für die Durchmesser der Räder im Riemenscheibengelenk suchte. Ich habe auch Mathematik während der Berechnungen für die Anzahl der Räder verwendet, die ich im Ellbogengelenk verwenden würde, um den Arm unter dem Gewicht einer Kaffeetasse bewegen zu können. Es kam auch bei der Berechnung ins Spiel, die durch die Anwendung des Ohmschen Gesetzes für den Schaltungsentwurf und den erforderlichen Spannungseingang durchgeführt wurde.

Schritt 3: Konstruktionsskizzen

Die Skizzen, die ich zur Verfügung gestellt habe, enthalten mein ursprüngliches Design für The Lazarus Arm. Ich glaube, dass das Design es schafft, robust genug für den täglichen Gebrauch zu bleiben und dabei erheblich kostengünstig zu bleiben.

Schritt 4: Unterarmkonstruktion

Ich erwähne die Menge und Abmessungen der Kartonstücke in dem Video, das ich angehängt habe, aber ich werde hier auch eine Liste der Stücke, Abmessungen und Mengen einfügen. Die Liste, die ich unten eingefügt habe, wurde nach der Konstruktion des Unterarms erstellt. Wenn es also Diskrepanzen zwischen ihr und dem Video gibt, würde ich die Liste verwenden.

• 2 x Papierhandtuchrollen
• 4 x Riemenscheibenarm
• 2 x Kreise mit einem Durchmesser von 3 Zoll
• 8 x Kreise mit Loch und Durchmesser von 2 und 3/16 Zoll
• 4 x modifizierte Papierhandtuchrollen mit einer Länge von 1 und 7/8 Zoll
• 12 x Kreise mit Loch und Durchmesser von 1 und 6/8 Zoll
• 1 x Holzdübel Durchmesser von 3/8 Zoll und Länge von 4 Zoll
• 2 x Rechteck von 7 und 3/16 Zoll Länge und 3 Zoll Breite
• 2 x Rechteck von 7 und 3/16 Zoll Länge und 1 und 7/16 Zoll Breite
• 9 x Quadrat von 1 und 1/2 Zoll in Länge und Breite
• 12 x rechtwinklige Dreiecke mit 1 und 1/2 Zoll Basis und Höhe

Schritt 5: Oberarmkonstruktion

Die Oberarmkonstruktion ist eher schlicht aber robust. Um diesen Teil von The Lazarus Arm zu bauen, benötigst du einige Teile. Ich habe eine Video-Erklärung aller erforderlichen Teile beigefügt, aber ich wollte sicherstellen, dass die Erklärung umfassend genug ist, um zu Hause verfolgt zu werden, also habe ich eine Liste unten eingefügt.

• 4 x Rechteck (5 Zoll lang und 3 Zoll breit)
• 4 x Rechteck (5 Zoll Länge und 1 und 1/2 Zoll Breite)
• 2 x Kreis (3 Zoll Durchmesser)
• 2 x modifizierte Papierhandtuchrolle (1 Zoll Durchmesser und 1/2 Zoll Länge)
• 9 x Quadrat (1 und 1/2 Zoll auf beiden Seiten)
• 8 x rechtwinklige Dreiecke (1 und 1/2 Zoll für Basis und Höhe)
• 2 x große Bogenform mit zwei Löchern
• 4 x Rechteck mit einem Loch (3 und 1/2 Zoll lang und 3 Zoll breit)
• 4 x Kreis mit Loch in der Mitte (1 und 1/2 Zoll im Durchmesser)
• 6 x Kreis mit Loch in der Mitte (1 Zoll Durchmesser)
• 2 x 1/2 Zoll kürzere Papierhandtuchrollen kürzen die Länge in der Mitte einer Seite
• 1 x Holzdübel (4 Zoll Länge und 3/8 Zoll Durchmesser)

Schritt 6: Handgelenk- / Handflächenkonstruktion

Das Handgelenk / die Handfläche des Lazarus-Arms war tatsächlich einer der härtesten Teile des Designs, abgesehen vom Flaschenzugsystem im Ellbogen. Der Teil des Designs, mit dem ich am meisten zu kämpfen hatte, war, ein Design zu erstellen, das sich drehen lässt, ohne die strukturelle Stabilität des Designs zu beeinträchtigen. Als ich die Lösung für mein Problem fand, dachte ich zunächst, dass ich zu einfach sein würde, um zu arbeiten, aber als ich sie in die Praxis umsetzte, hielt sie den von mir durchgeführten Tests stand. Die Teile für den Bau dieses Teils von The Lazarus Arm sind unten aufgeführt.

• 6 x Palm Template-Designs, die je nach Benutzer vergrößert oder verkleinert werden sollten (ca. 3 und 1/2 Zoll Länge und 3 Zoll Breite)
• 2 x Rechteck (3 Zoll Länge und 2 und 1/2 Zoll Breite)
• 2 x Rechteck (3 Zoll Länge und 1 Zoll Breite)
• 6 x rechtwinklige Dreiecke (Höhe und Basis von 1 Zoll)
• 1 x Kreis (2 und 5/16 Zoll Durchmesser)
• 2 x Kreis mit kleinem rechteckigem Ausschnitt (2 und 5/16 Zoll Durchmesser)
• 1 x Holzdübel (3 Zoll Länge und 3/8 Zoll Durchmesser)
• 10 x Bogendesign mit Loch (ca. 1 und 1/2 Zoll lang und 1 Zoll breit)
• 2 x Toilettenpapierrollen mit Kerbausschnitt für Handschablone

Schritt 7: Finger-/Daumenkonstruktion

Die Finger- und Daumendesigns sind der Einfachheit halber fast genau gleich. Die Hauptunterschiede sind, dass der Daumen nur Gelenke hat, während die Finger drei haben und der Daumen in anatomischer Position ähnlich einer menschlichen Hand abgewinkelt ist. Ich habe ein Video angehängt, das den Aufbau der Finger und des Daumens erklärt. Die ausgestellten Teile sind recht einfach herzustellen, jedoch müssen für diese Teile einiges angefertigt werden.

• 48 x größere Bögen mit einem Loch (1 und 1/2 Zoll lang und 1 und 1/4 Zoll breit, wobei das Loch 1 Zoll von rechts und 1/4 Zoll nach unten liegt)
• 13 x kleinere Bögen mit einem Loch (1 und 1/2 Zoll lang und 1 und 1/2 Zoll breit, wobei sich das Loch 1/2 Zoll von rechts und 1/4 Zoll nach unten befindet)
• 13 x Bogen (3/4 Zoll Länge und 1/2 Zoll Breite)
• 6 x Strohhalme (3/4 Zoll lang)
• 5 x Strohhalme (1/2 Zoll lang)
• 4 x Strohhalme (1/4 Zoll lang)
• 4 x Strohhalme (1 und 1/2 Zoll lang)
• 5 x Farbband (12 Zoll lang)

Schritt 8: Testen

Das Ziel der Testphase des Lazarus Arms ist es, das Konzept als machbar zu beweisen. Ich habe ein Video angehängt, das meiner Meinung nach das Konzept meines Designs beweist. Ich denke, der Lazarus Arm funktioniert ziemlich gut, wenn man die Materialien bedenkt, die für die Herstellung verwendet wurden.

Schritt 9: Mögliche zukünftige Verbesserungen

Wenn ich das Projekt als Ganzes betrachte, bin ich mit dem Endprodukt ziemlich zufrieden. Das einzige, was ich gerne machen würde, ist zu sehen, ob ich einen 3D-Druck der Teile, die ich aus Pappe gemacht habe, erstellen kann, um zu sehen, wie es sich bei noch größerem Druck hält. Ansonsten würde ich mir gerne die Zeit nehmen, die Ästhetik des Arms zu verbessern. Ich würde auch gerne sehen, ob ich weiter an diesem Prothesenarm-Design arbeiten kann, um zu sehen, ob ich das Design in einigen alltäglichen Umständen testen kann.

Schritt 10: Schlussbemerkung

Ich möchte zum Ausdruck bringen, wie glücklich ich mit dem endgültigen Design von The Lazarus Arm bin. Es hat sich für einige alltägliche Aufgaben bewährt und ist angesichts der Materialien, aus denen es besteht, überraschend funktional. Ich möchte mich einen Moment Zeit nehmen, um der Iseman Foundation für die Möglichkeit zu danken, in den letzten vier Jahren an Projekten wie diesem zu arbeiten. Es war unglaublich lehrreich und hat Spaß gemacht. Dieser Wettbewerb ist einer der Gründe, warum ich Maschinenbau als Hauptfach studiere. Es war unglaublich, im Laufe der Jahre ein Teil davon zu sein, und ich konnte nie ausdrücken, wie dankbar ich bin, danke.