بازوی لازاروس: 10 قدم

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

من می خواهم در ابتدا با تشکر از اینکه به پروژه من علاقه مند شدید ، شروع کنم. نام من Chase Leach است و من ارشد WBASD S. T. E. M هستم. آکادمی. این پروژه یک عنوان برای جایزه علم و فناوری Butwin Elias 2019-2020 است. بازوی Lazarus یک طرح مصنوعی منحصر به فرد است تا جایی که فقط از موادی استفاده می کند که در اطراف خانه بدون موتورها و Arduino Uno که از پروژه های قبلی که من طراحی کرده بودم گرفته شده است ، استفاده می شود. امسال این است که من به چاپگر سه بعدی دسترسی ندارم بنابراین طراحی بازو کمی مشکل بود زیرا من با مقوا برای بسیاری از اجزای ساختاری بازوی Lazarus کار می کردم. هدف این پروژه ایجاد یک مدل کاری است که بتواند مفهوم طراحی من را نشان دهد. با توجه به محدودیت منابع ، فکر می کنم طرح نهایی بسیار خوب ظاهر شد. با تشکر از شما برای فرصتی که در این مسابقه شرکت کردید. به من این امکان را داده است که خیلی لذت ببرم. این مسابقه خاطرات ارزشمندی را برای من رقم زد. طراحی بازوی لازاروس و غلبه بر چالش های ارائه شده به من چیزهای زیادی آموخت. با تشکر از وقت و توجه شما و بدون هیچ احترامی دیگر امیدوارم لذت ببرید.

تدارکات

همه لوازم مورد استفاده من قبلاً در دسترس من بود ، اما لیستی از هزینه های نظری را در کنار مواد قرار داده ام.

لوازم و هزینه ها

• جعبه مقوایی 12 12 12 16 16 (0.82 دلار)
• تفنگ چسب داغ (4.99 دلار)
• چوب تفنگ چسب داغ (3.97 دلار)
• نوار اسکاچ (6.80 دلار)
• 4 عدد رول حوله کاغذی (9.98 دلار)
• 2 عدد رول کاغذ توالت (6.99 دلار)
• (مقدار: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (هزینه کل: 23.99 دلار)
• 1 عدد برد Arduino MEGA 2560 R3 (هزینه کل: 12.95 دلار)
• سیم (8.76 دلار)
• ProtoBoard (5.99 دلار)
• نی (2 دلار)
• روبان (3.29 دلار)

مرحله 1: زمان مورد نیاز برای ساخت و ساز

زمانی که برای این پروژه صرف شد ، در حین کار بر روی طراحی و ساخت بازو به سرعت سپری شد. بخشی از پروژه که من از آن لذت بردم طراحی مفصل آرنج بود زیرا از روشی برای ساخت مفصل در رباتیک استفاده می کند که از سیستم قرقره برای افزایش میزان خروجی کار استفاده می کند. طراحی بازوی Lazarus در مجموع 63 ساعت به طول انجامید که شامل تحقیقات برای یافتن م effectiveثرترین راه برای مقرون به صرفه ترین طراحی ممکن است. مونتاژ بازوی لازاروس در مجموع 15 ساعت و چسب داغ زیادی به طول انجامید. آزمایش جالب بود زیرا طرح اولیه پروتز در نتیجه اصطکاک ایجاد شده توسط نخ دندان در سیستم قرقره در آرنج ، متوقف می شد. تنها کاری که من انجام دادم کاهش قطر چرخ ها بود و کار کرد. مرحله آزمایش در مجموع 12 ساعت به طول انجامید. مرحله برنامه نویسی پروژه درمجموع 10 ساعت به طول انجامید که شامل زمان لازم برای یادگیری مهارتهای ++ C من نمی شود.

مرحله 2: S. T. E. M. برنامه های کاربردی

علم- در پروژه من ، علم در طراحی طرح پیشخوان مشارکت دارد که اجازه می دهد قدرت بین موتورهای سروو در طراحی توزیع شود. همچنین در فیزیک مربوط به طراحی ساختار بازو نقش دارد. بیشتر ، به طور خاص طراحی سیستم قرقره در مفصل آرنج که به بازو مزیت مکانیکی قابل توجهی می دهد و به بازو اجازه می دهد بیش از آنچه در غیر این صورت می تواند بلند شود ، از ارشمیدس استفاده کند.

فناوری- جنبه تکنولوژیکی پروژه من زمانی مطرح شد که من حرکت بازوی مصنوعی را با استفاده از C ++ کد می کردم. همچنین وقتی موتورها و برد آردوینو را نصب می کردم ، این مورد به وجود آمد.

مهندسی- مهندسی زمانی شروع به بازی کرد که من در حال طراحی کف دست ، انگشتان ، شست ، مفصل مچ ، ساعد ، آرنج و بازو بودم. این موضوع در طراحی مجدد ، شناسایی مشکلات هنگام بروز ، و راه حل هایی که برای مشکلات ارائه کردم ، به کار گرفته شد.

ریاضیات- ریاضیات مربوط به ایجاد دست زمانی مطرح شد که من به دنبال تناسبات آناتومیکی صحیح قسمت های بازو بودم. همچنین هنگامی که به دنبال تنظیم اندازه قابل قبول برای قطر چرخ ها در مفصل سیستم قرقره بودم ، به کار گرفته شد. من همچنین از ریاضیات در محاسباتی که برای تعداد چرخ هایی که در مفصل آرنج استفاده می کردم استفاده کردم تا بازو بتواند زیر وزن یک لیوان قهوه حرکت کند. همچنین با محاسبه ای که از طریق قانون اهم برای طراحی مدار و ورودی ولتاژ مورد نیاز انجام شده است ، عمل کرد.

مرحله 3: طرح های مهندسی طراحی

طرح هایی که ارائه کرده ام شامل طرح اولیه من برای بازوی لازاروس است. من معتقدم که این طرح می تواند به اندازه کافی محکم برای استفاده روزمره باقی بماند در حالی که به طور قابل توجهی مقرون به صرفه است.

مرحله 4: ساخت ساعد

من مقدار و ابعاد قطعات مقوایی را در ویدئویی که پیوست کرده ام ذکر می کنم ، اما لیستی از قطعات ، ابعاد و مقادیر را نیز در اینجا اضافه می کنم. لیستی که در زیر آورده ام پس از ساخت ساعد نوشته شده است ، بنابراین اگر مغایرتی بین آن و فیلم وجود داشته باشد ، از لیست استفاده می کنم.

• 2 عدد رول حوله کاغذی
• 4 عدد بازوی قرقره ای
• 2 عدد دایره با قطر 3 اینچ
• 8 دایره با سوراخ و قطر 2 و 3/16 اینچ
• 4 عدد حوله کاغذی رول شده با طول 1 و 7/8 اینچ
• 12 دایره با سوراخ و قطر 1 و 6/8 اینچ
• 1 x قطر رولپلاک چوبی 3/8 اینچ و طول 4 اینچ
• 2 x مستطیل 7 و 3/16 اینچ طول و 3 اینچ عرض
• 2 x مستطیل 7 و 3/16 اینچ طول و 1 و 7/16 اینچ عرض
• 9 x مربع 1 و 1/2 اینچ در طول و عرض
• 12 x مثلث راست با 1 و 1/2 اینچ پایه و ارتفاع

مرحله 5: ساخت بازوی بالا

ساختار بالای بازو نسبتاً ساده و در عین حال محکم است. برای ساختن این قسمت از بازوی Lazarus ، شما به برخی قطعات نیاز دارید. من یک توضیح ویدئویی از تمام قطعات مورد نیاز را اضافه کرده ام ، با این حال می خواستم مطمئن شوم که توضیحات آنقدر جامع است که در خانه دنبال شود ، بنابراین فهرستی را در زیر آوردم.

• 4 x مستطیل (5 اینچ طول و 3 اینچ عرض)
• 4 x مستطیل (5 اینچ طول و 1 و 1/2 اینچ عرض)
• 2 دایره (قطر 3 اینچ)
• 2 عدد رول حوله کاغذی اصلاح شده (قطر 1 اینچ و طول 1/2 اینچ)
• 9 x مربع (1 و 1/2 اینچ در هر دو طرف)
• 8 x مثلث راست (1 و 1/2 اینچ برای پایه و ارتفاع)
• 2 x شکل قوس بزرگ با دو سوراخ
• 4 x مستطیل با سوراخ (3 و 1/2 اینچ طول و 3 اینچ عرض)
• 4 دایره با سوراخ در مرکز (قطر 1 و 1/2 اینچ)
• 6 دایره با سوراخ در مرکز (قطر 1 اینچ)
• 2 رول حوله کاغذی کوتاهتر 2 1/ 1/2 اینچ طول را در مرکز یک طرف کوتاه می کند
• 1 عدد رولپلاک چوبی (طول 4 اینچ و قطر 3/8 اینچ)

مرحله 6: ساخت مچ دست/کف دست

مچ دست/لازار بازوی Lazarus در واقع یکی از سخت ترین قسمت های طراحی بود ، به غیر از سیستم قرقره در آرنج. بخشی از طراحی که من بیشتر با آن دست و پنجه نرم می کردم این بود که چگونه طرحی را ایجاد کنم که بتواند بدون قربانی کردن ثبات ساختاری طرح ، بتواند بچرخد. وقتی راه حلی برای مشکلم پیدا کردم ، در ابتدا فکر می کردم که برای کار خیلی ساده کار هستم ، اما وقتی آن را عملی کردم ، به آزمایش هایی که من انجام دادم پایبند بود. قطعات ساخت این قسمت از بازوی Lazarus در زیر ذکر شده است.

• 6 طرح الگوی نخل که بسته به نوع کاربر باید اندازه آنها بالا یا پایین باشد (طول 3 و 1/2 اینچ و عرض 3 اینچ)
• 2 x مستطیل (3 اینچ طول و 2 و 1/2 اینچ عرض)
• 2 x مستطیل (3 اینچ طول و 1 اینچ عرض)
• 6 برابر مثلث زاویه راست (ارتفاع و پایه 1 اینچ)
• 1 دایره (قطر 2 و 5/16 اینچ)
• 2 عدد دایره با برش کوچک مستطیلی (قطر 2 و 5/16 اینچ)
• 1 عدد رولپلاک چوبی (3 اینچ طول و 3/8 اینچ قطر)
• 10 x طراحی طاق با سوراخ (حدود 1 و 1/2 اینچ طول و 1 اینچ عرض)
• 2 عدد رول کاغذ توالت با برش شکاف برای قالب دست

مرحله 7: ساخت انگشت/انگشت شست

انگشت و انگشت شست برای سادگی تقریباً یکسان است. تفاوتهای اصلی این است که انگشت شست فقط مفاصل دارد در حالی که انگشتان سه انگشت دارد و انگشت شست شبیه به دست انسان در موقعیت آناتومیکی است. من یک ویدئو ضمیمه کرده ام که نحوه ساخت انگشتان و شست را توضیح می دهد. ایجاد قطعاتی که نمایش داده می شوند بسیار ساده است ، با این حال تعداد کمی از آنها باید برای این قسمت ها ساخته شود.

• 48 Ar قوس بزرگتر با سوراخ (1 و 1/2 اینچ طول و 1 و 1/4 اینچ عرض با سوراخ واقع در 1 اینچ از سمت راست و 1/4 اینچ به پایین)
• 13 قوس کوچکتر با سوراخ (1 و 1/2 اینچ طول و 1 و 1/2 اینچ عرض با سوراخی که 1/2 اینچ از سمت راست و 1/4 اینچ از پایین واقع شده است)
• 13 x قوس (3/4 اینچ طول و 1/2 اینچ عرض)
• 6 عدد نی (3/4 اینچ طول)
• 5 عدد نی (1/2 اینچ طول)
• 4 عدد نی (1/4 اینچ طول)
• 4 عدد نی (طول 1 و 1/2 اینچ)
• روبان 5 x (طول 12 اینچ)

مرحله 8: آزمایش

هدف از مرحله آزمایش بازوی Lazarus اثبات مفهوم به عنوان امکان پذیر است. من یک ویدیو پیوست کرده ام که معتقدم مفهوم طراحی من را اثبات می کند. من فکر می کنم بازوی Lazarus با توجه به مواد مورد استفاده برای ایجاد آن بسیار خوب کار می کند.

مرحله 9: پیشرفت های احتمالی در آینده

با نگاهی کلی به پروژه ، از محصول نهایی بسیار راضی هستم. تنها کاری که دوست دارم انجام دهم این است که ببینم آیا می توانم از قطعاتی که از مقوا ساخته ام چاپ سه بعدی ایجاد کنم تا ببینم چگونه تحت فشار بیشتری قرار می گیرد. به غیر از این ، من می خواهم برای بهبود زیبایی بازو وقت بگذارم. همچنین می خواهم ببینم آیا می توانم به کار روی این طرح بازوی مصنوعی ادامه دهم یا خیر تا ببینم آیا می توانم طرح را در شرایط روزمره آزمایش کنم یا خیر.

مرحله دهم: اظهارات پایانی

می خواهم بیان کنم که چقدر از طراحی نهایی The Lazarus Arm خوشحالم. ثابت شده است که برای استفاده در برخی کارهای روزمره مفید است و با توجه به موادی که از آن ساخته شده است عملکرد شگفت انگیزی دارد. من می خواهم یک لحظه از بنیاد Iseman برای فرصتی که در پروژه های این چنینی در چهار سال گذشته کار کرده تشکر کنم. این فوق العاده آموزشی و سرگرم کننده بود. این مسابقه یکی از دلایلی است که من دنبال رشته مهندسی مکانیک هستم. بودن در این سالها باورنکردنی بود و من هرگز نتوانستم بیان کنم که چقدر سپاسگزارم ، متشکرم.