Cánh tay Lazarus: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tôi muốn bắt đầu bằng cách nói cảm ơn bạn đã quan tâm đến dự án của tôi. Tên tôi là Chase Leach và tôi là sinh viên năm cuối của WBASD S. T. E. M. Học viện. Dự án này là một bài nộp cho Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Butwin Elias 2019-2020. Lazarus Arm là một thiết kế chân tay giả độc đáo cho đến nay vì nó chỉ sử dụng các vật liệu có thể tìm thấy xung quanh nhà trừ động cơ và Arduino Uno được lấy từ các dự án trước đây mà tôi đã thiết kế. Năm nay, tôi không có quyền truy cập vào máy in 3D nên việc thiết kế cánh tay hơi phức tạp vì tôi đang làm việc với bìa cứng cho rất nhiều thành phần cấu trúc của Cánh tay Lazarus. Mục tiêu của dự án này là tạo ra một mô hình làm việc có thể thể hiện khái niệm thiết kế của tôi. Xem xét các nguồn lực hạn chế, tôi nghĩ rằng thiết kế cuối cùng hóa ra khá tốt. Cảm ơn bạn đã có cơ hội được tham gia vào cuộc thi này. Nó đã cho phép tôi có rất nhiều niềm vui. Cuộc thi này đã tạo nên những kỷ niệm đáng trân trọng cho tôi. Thiết kế Cánh tay Lazarus và vượt qua những thử thách mà nó đưa ra đã dạy tôi rất nhiều. Cảm ơn bạn đã dành thời gian và sự cân nhắc của bạn và không cần thêm bất cứ điều gì, tôi hy vọng bạn sẽ thích.

Quân nhu

Tất cả các nguồn cung cấp mà tôi sử dụng đã có sẵn cho tôi, tuy nhiên tôi đã bao gồm một danh sách các chi phí lý thuyết bên cạnh vật liệu.

Nguồn cung cấp & Chi phí

• Hộp các tông 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Súng bắn keo nóng ($ 4,99)
• Gậy súng bắn keo nóng ($ 3,97)
• Băng keo Scotch ($ 6,80)
• 4 x cuộn khăn giấy ($ 9,98)
• 2 x cuộn giấy vệ sinh ($ 6,99)
• (Số tiền: 8) Động cơ Servo MG90S Tower Pro (Tổng chi phí: $ 23,99)
• 1 x Bo mạch Arduino MEGA 2560 R3 (Tổng chi phí: $ 12,95)
• Dây ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Ống hút ($ 2)
• Ruy băng ($ 3,29)

Bước 1: Thời gian cần thiết để xây dựng

Thời gian dành cho dự án này trôi qua trong khi thiết kế và xây dựng cánh tay. Phần của dự án mà tôi đặc biệt thích thú là thiết kế khớp khuỷu tay vì nó sử dụng phương pháp cấu tạo khớp trong robot sử dụng hệ thống ròng rọc để tăng khối lượng công việc. Việc thiết kế Cánh tay Lazarus mất tổng cộng 63 giờ, bao gồm cả việc nghiên cứu để tìm ra cách hiệu quả nhất để tạo ra thiết kế cuối cùng với chi phí hiệu quả nhất có thể. Quá trình lắp ráp Cánh tay Lazarus mất tổng cộng 15 giờ và rất nhiều keo nóng. Thử nghiệm rất thú vị vì thiết kế ban đầu cho bộ phận giả có xu hướng bị đình trệ do ma sát tạo ra bởi chỉ nha khoa được sử dụng trong hệ thống ròng rọc ở khuỷu tay. Tất cả những gì tôi đã làm là giảm đường kính của bánh xe và nó hoạt động. Giai đoạn thử nghiệm kéo dài tổng cộng 12 giờ. Giai đoạn lập trình của dự án đã khiến tôi mất tổng cộng 10 giờ, không bao gồm thời gian mà tôi mất để nâng cao kỹ năng C ++ của mình.

Bước 2: S. T. E. M. Các ứng dụng

Khoa học- Trong dự án của tôi, khoa học tham gia vào việc thiết kế bảng điều khiển cho phép phân phối điện giữa các động cơ servo trong thiết kế. Nó cũng tìm thấy một vai trò trong vật lý liên quan đến việc thiết kế cấu trúc của cánh tay. Cụ thể hơn, thiết kế của hệ thống ròng rọc trong khớp khuỷu tay mang lại cho cánh tay một lợi thế cơ học đáng kể cho phép cánh tay nâng nhiều hơn mức có thể, theo sự hỗ trợ của Archimedes.

Công nghệ- Khía cạnh công nghệ trong dự án của tôi phát huy tác dụng khi tôi mã hóa chuyển động của cánh tay giả bằng C ++. Nó cũng phát huy tác dụng khi tôi lắp đặt động cơ và bảng Arduino.

Kỹ thuật- Kỹ thuật xuất hiện khi tôi thiết kế lòng bàn tay, các ngón tay, ngón cái, khớp cổ tay, cẳng tay, khuỷu tay và cánh tay trên. Nó phát huy tác dụng trong việc thiết kế lại, xác định các vấn đề khi chúng phát sinh và các giải pháp mà tôi đưa ra cho các vấn đề.

Toán học- Toán học liên quan đến việc tạo ra bàn tay phát huy tác dụng khi tôi đang tìm kiếm tỷ lệ giải phẫu chính xác của các đoạn cánh tay. Nó cũng phát huy tác dụng khi tôi đang tìm kiếm các điều chỉnh kích thước có thể chấp nhận được cho đường kính của các bánh xe trong khớp hệ thống ròng rọc. Tôi cũng đã sử dụng toán học trong các phép tính mà tôi đã thực hiện cho số bánh xe mà tôi sẽ sử dụng trong khớp khuỷu tay để làm cho cánh tay có thể di chuyển dưới trọng lượng của một cốc cà phê. Nó cũng có tác dụng với việc tính toán được thực hiện thông qua việc áp dụng Định luật Ohm cho thiết kế mạch và đầu vào điện áp yêu cầu.

Bước 3: Bản phác thảo thiết kế kỹ thuật

Bản phác thảo mà tôi đã cung cấp bao gồm thiết kế ban đầu của tôi cho Cánh tay Lazarus. Tôi tin rằng thiết kế vẫn đủ cứng cáp để sử dụng hàng ngày trong khi vẫn tiết kiệm chi phí đáng kể.

Bước 4: Xây dựng cẳng tay

Tôi có đề cập đến số lượng và kích thước của các mảnh bìa cứng trong video mà tôi đã đính kèm, tuy nhiên tôi cũng sẽ bao gồm danh sách các mảnh, kích thước và số lượng ở đây. Danh sách mà tôi bao gồm dưới đây được viết sau khi xây dựng cẳng tay, vì vậy nếu có bất kỳ sự khác biệt nào giữa nó và video, tôi sẽ sử dụng danh sách.

• 2 x cuộn khăn giấy
• 4 x Cánh tay ròng rọc
• 2 x Vòng tròn có đường kính 3 inch
• 8 x Vòng tròn có lỗ và đường kính 2 và 3/16 inch
• 4 x Cuộn khăn giấy sửa đổi với chiều dài 1 và 7/8 inch
• 12 x Vòng tròn có lỗ và đường kính 1 và 6/8 inch
• 1 x Đường kính Dowel bằng gỗ 3/8 inch và Chiều dài 4 inch
• 2 x Hình chữ nhật 7 và 3/16 inch Chiều dài và 3 inch Chiều rộng
• 2 x Hình chữ nhật 7 và 3/16 inch Chiều dài và 1 và 7/16 inch Chiều rộng
• 9 x Hình vuông có chiều dài và chiều rộng là 1 và 1/2 inch
• 12 x Hình tam giác vuông với Cơ sở và Chiều cao 1 và 1/2 inch

Bước 5: Xây dựng cánh tay trên

Cấu tạo cánh tay trên khá đơn giản nhưng chắc chắn. Để xây dựng phần này của Cánh tay Lazarus, bạn sẽ cần một số bộ phận. Tôi đã đưa vào video giải thích về tất cả các phần được yêu cầu, tuy nhiên tôi muốn đảm bảo rằng giải thích đủ toàn diện để có thể theo dõi ở nhà nên tôi đã đưa vào danh sách dưới đây.

• 4 x Hình chữ nhật (5 inch chiều dài và 3 inch chiều rộng)
• 4 x Hình chữ nhật (5 inch chiều dài và 1 và 1/2 inch chiều rộng)
• 2 x Hình tròn (đường kính 3 inch)
• 2 x Cuộn khăn giấy sửa đổi (đường kính 1 inch và chiều dài 1/2 inch)
• 9 x Hình vuông (1 và 1/2 inch ở cả hai bên)
• 8 x Hình tam giác vuông (1 và 1/2 inch cho cơ sở và chiều cao)
• 2 x Hình dạng vòm lớn với hai lỗ
• 4 x Hình chữ nhật có lỗ (chiều dài 3 và 1/2 inch và chiều rộng 3 inch)
• 4 x Vòng tròn có lỗ ở trung tâm (đường kính 1 và 1/2 inch)
• 6 x Vòng tròn có lỗ ở trung tâm (đường kính 1 inch)
• Cuộn khăn giấy ngắn hơn 2 x 1/2 inch Cắt giảm chiều dài ở trung tâm của một mặt
• 1 x Tấm lót bằng gỗ (chiều dài 4 inch và đường kính 3/8 inch)

Bước 6: Cấu tạo cổ tay / lòng bàn tay

Cổ tay / lòng bàn tay của Cánh tay Lazarus thực sự là một trong những phần khó nhất của thiết kế, ngoài hệ thống ròng rọc ở khuỷu tay. Phần thiết kế mà tôi gặp khó khăn nhất là làm thế nào để tạo ra một thiết kế có khả năng xoay mà không ảnh hưởng đến sự ổn định cấu trúc của thiết kế. Khi tôi đưa ra giải pháp cho vấn đề của mình, ban đầu tôi nghĩ rằng tôi làm việc quá đơn giản, tuy nhiên khi tôi đưa nó vào thực tế, nó phù hợp với các bài kiểm tra mà tôi đã thực hiện. Các bộ phận để xây dựng bộ phận này của Cánh tay Lazarus được liệt kê dưới đây.

• 6 x Mẫu thiết kế Palm Template có kích thước lên hoặc xuống tùy thuộc vào Người dùng (chiều dài khoảng 3 và 1/2 inch và chiều rộng 3 inch)
• 2 x Hình chữ nhật (3 inch chiều dài và 2 và 1/2 inch chiều rộng)
• 2 x Hình chữ nhật (3 inch chiều dài và 1 inch chiều rộng)
• 6 x Hình tam giác góc vuông (chiều cao và cơ sở là 1 inch)
• 1 x Hình tròn (đường kính 2 và 5/16 inch)
• 2 x Hình tròn có Cắt hình chữ nhật Nhỏ (đường kính 2 và 5/16 inch)
• 1 x Tấm lót bằng gỗ (chiều dài 3 inch và đường kính 3/8 inch)
• 10 x Thiết kế vòm có lỗ (chiều dài khoảng 1 và 1/2 inch và chiều rộng 1 inch)
• 2 x Cuộn giấy vệ sinh có vết cắt cho mẫu tay

Bước 7: Xây dựng ngón tay / ngón tay cái

Thiết kế ngón tay và ngón cái gần như hoàn toàn giống nhau vì mục đích đơn giản. Sự khác biệt chính là ngón tay cái chỉ có khớp trong khi các ngón tay có ba khớp và ngón cái có góc tương tự như bàn tay người ở vị trí giải phẫu. Tôi có đính kèm video giải thích cấu tạo của các ngón tay và ngón cái. Các phần được hiển thị khá đơn giản để tạo ra, tuy nhiên cần phải thực hiện khá nhiều phần cho các phần này.

• 48 x Vòm lớn hơn có lỗ (chiều dài 1 và 1/2 inch và chiều rộng 1 và 1/4 inch với lỗ nằm cách bên phải 1 inch và chiều xuống 1/4 inch)
• 13 x Vòm nhỏ hơn có lỗ (chiều dài 1 và 1/2 inch và chiều rộng 1 và 1/2 inch với lỗ nằm 1/2 inch từ bên phải và 1/4 inch xuống)
• 13 x Arch (chiều dài 3/4 inch và chiều rộng 1/2 inch)
• 6 x Ống hút (chiều dài 3/4 inch)
• 5 x Ống hút (chiều dài 1/2 inch)
• 4 x Ống hút (chiều dài 1/4 inch)
• 4 x Ống hút (chiều dài 1 và 1/2 inch)
• 5 x Ruy-băng (chiều dài 12 inch)

Bước 8: Kiểm tra

Mục tiêu của giai đoạn thử nghiệm Cánh tay Lazarus là để chứng minh khái niệm này là khả thi. Tôi đã đính kèm một đoạn video mà tôi tin rằng đã chứng minh khái niệm thiết kế của tôi. Tôi nghĩ Cánh tay Lazarus hoạt động khá tốt, nếu xét đến các vật liệu được sử dụng để tạo ra nó.

Bước 9: Các cải tiến có thể có trong tương lai

Nhìn tổng thể dự án, tôi khá hài lòng với sản phẩm cuối cùng. Điều duy nhất tôi muốn làm là xem liệu tôi có thể tạo bản in 3D của các bộ phận mà tôi làm từ bìa cứng hay không để xem cách nó giữ dưới một lượng áp lực lớn hơn. Ngoài ra, tôi muốn dành thời gian để cải thiện tính thẩm mỹ của cánh tay. Tôi cũng muốn xem liệu tôi có thể tiếp tục làm việc với thiết kế cánh tay giả này để xem liệu tôi có thể thử nghiệm thiết kế trong một số trường hợp hàng ngày hay không.

Bước 10: Nhận xét kết thúc

Tôi muốn bày tỏ rằng tôi hạnh phúc như thế nào với thiết kế cuối cùng của Cánh tay Lazarus. Nó đã được chứng minh là khả thi để sử dụng trong một số công việc hàng ngày và có chức năng đáng ngạc nhiên khi xem xét các vật liệu mà nó được làm từ đó. Tôi muốn dành một chút thời gian để cảm ơn Iseman Foundation đã có cơ hội làm việc với những dự án như thế này trong bốn năm qua. Nó cực kỳ giáo dục và thú vị. Sự cạnh tranh này là một trong những lý do khiến tôi theo đuổi chuyên ngành kỹ thuật cơ khí. Thật không thể tin được khi trở thành một phần của điều này trong những năm qua và tôi không bao giờ có thể bày tỏ lòng biết ơn của mình như thế nào, cảm ơn các bạn.