Arազարոսի բազուկ. 10 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Սկզբում կցանկանայի ասել ՝ շնորհակալություն իմ նախագծով հետաքրքրվելու համար: Իմ անունն է Chase Leach, և ես ավագ եմ WBASD S. T. E. M.- ում: Ակադեմիա: Այս նախագիծը ներկայացում է Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020 մրցանակին: Lazarus Arm- ը յուրահատուկ պրոթեզային դիզայն է այնքանով, որքանով այն օգտագործում է միայն նյութեր, որոնք կարելի է գտնել տան շուրջը `առանց շարժիչների և Arduino Uno- ի, որոնք վերցված էին իմ նախագծած նախորդ նախագծերից: Այս տարի ես 3D տպիչ չունեմ, այնպես որ թևի դիզայնը մի փոքր բարդ էր, քանի որ ես ստվարաթղթով աշխատում էի The Lazarus Arm- ի շատ կառուցվածքային բաղադրիչների համար: Այս նախագծի նպատակն է ստեղծել աշխատանքային մոդել, որը կարող է ցուցադրել իմ դիզայնի հայեցակարգը: Հաշվի առնելով սահմանափակ ռեսուրսները, կարծում եմ, որ վերջնական նախագիծը բավականին լավ ստացվեց: Շնորհակալություն այս մրցույթին ներգրավվելու հնարավորության համար: Դա ինձ թույլ տվեց այդքան զվարճանալ: Այս մրցույթն ինձ համար նվիրական հուշեր ստեղծեց: «Lazազարոսի բազուկը» նախագծելը և նրա առջև ծառացած մարտահրավերները հաղթահարելը ինձ շատ բան սովորեցրեց: Շնորհակալություն ձեր ժամանակի և ուշադրության համար, և առանց ավելորդ գովեստի հուսով եմ, որ ձեզ դուր կգա:

Պարագաներ

Իմ օգտագործած բոլոր պաշարներն արդեն հասանելի էին ինձ համար, սակայն նյութերի կողքին ես ներառել եմ տեսական ծախսերի ցանկը:

Մթերքներ և ծախսեր

• Ստվարաթղթե տուփ 12 x 12 x 16 (0,82 դոլար)
• Թեժ սոսինձ ատրճանակ (4.99 դոլար)
• Թեժ սոսինձ ատրճանակի ձողիկներ (3.97 դոլար)
• Շոտլանդական ժապավեն (6,80 դոլար)
• 4 x թղթե սրբիչի գլանափաթեթներ ($ 9.98)
• 2 հատ զուգարանի թղթի գլանափաթեթներ (6,99 դոլար)
• (Գումարը ՝ 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (Ընդհանուր արժեքը ՝ 23,99 դոլար)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 տախտակ (ընդհանուր արժեքը ՝ 12,95 դոլար)
• Մետաղալար ($ 8.76)
• ProtoBoard ($ 5.99)
• Stղոտներ ($ 2)
• Rապավեն ($ 3.29)

Քայլ 1. Շինարարության համար պահանջվող ժամանակը

Այս նախագծի վրա ծախսված ժամանակը թռավ թևի նախագծման և կառուցման վրա աշխատելիս: Նախագծի այն մասը, որն ինձ հատկապես դուր եկավ, արմունկային հոդի ձևավորումն էր, քանի որ այն օգտագործում է ռոբոտաշինության մեջ համատեղ կառուցման մեթոդը, որն օգտագործում է ճախարակների համակարգը `աշխատանքի արդյունքը մեծացնելու համար: The Lazarus Arm- ի դիզայնը տևեց ընդամենը 63 ժամ, որը ներառում էր հետազոտություն `վերջնական դիզայնը հնարավորինս արդյունավետ դարձնելու ամենաարդյունավետ միջոցը գտնելու համար: The Lazarus Arm- ի հավաքը տևեց ընդհանուր առմամբ 15 ժամ և շատ տաք սոսինձ: Փորձարկումները հետաքրքիր էին, քանի որ պրոթեզի նախնական նախագիծը հակված էր կանգ առնելու ՝ արմունկի ճախարակների համակարգում օգտագործվող ատամի թելի պատճառով առաջացած շփման արդյունքում: Այն, ինչ ես արեցի, անիվների տրամագիծը նվազեցնելն էր և աշխատեց: Փորձարկման փուլն ընդհանուր առմամբ տևեց 12 ժամ: Theրագրի ծրագրավորման փուլը տևեց ինձ ընդհանուր առմամբ 10 ժամ, ինչը չի ներառում այն ժամանակը, որն ինձանից պահանջվեց C ++ հմտություններս ձեռք բերելու համար:

Քայլ 2: S. T. E. M. Րագրեր

Գիտություն- Իմ նախագծում գիտությունը ներգրավված է նախատախտակի ձևավորման նախագծման մեջ, որը թույլ է տալիս էներգիա բաշխել դիզայնի սերվո շարժիչների միջև: Այն նաև դեր է գտնում ֆիզիկայի մեջ, որը ներգրավված է թևի կառուցվածքի նախագծման մեջ: Ավելին, մասնավորապես ՝ արմունկային հոդի ճախարակ համակարգի ձևավորումը, որը ձեռքին տալիս է մեխանիկական զգալի առավելություն, որը թույլ է տալիս ձեռքին բարձրացնել ավելին, քան կարող էր այլ կերպ ունենալ, շնորհակալություն Արքիմեդեսին:

Տեխնոլոգիա- Իմ նախագծի տեխնոլոգիական ասպեկտը սկսեց գործել, երբ ես կոդավորում էի C ++- ի օգնությամբ պրոթեզավորման ձեռքի շարժումը: Այն նաև մտավ խաղի մեջ, երբ ես տեղադրում էի շարժիչները և Arduino տախտակը:

Engineeringարտարագիտություն- Engineeringարտարագիտությունը սկսեց խաղալ, երբ ես նախագծում էի ափը, մատները, բութը, դաստակի հոդերը, նախաբազուկը, արմունկը և վերին թևը: Այն ուժի մեջ մտավ վերափոխումների, խնդիրների ի հայտ գալու ժամանակ, և այն լուծումները, որոնք ես գտա խնդիրների համար:

Մաթեմատիկա- Ձեռքի ստեղծման մեջ ներգրավված մաթեմատիկան սկսեց գործել, երբ ես փնտրում էի թևերի հատվածների ճիշտ անատոմիական համամասնությունները: Այն սկսեց գործել նաև այն ժամանակ, երբ ես ճախարակների համակարգի հոդի անիվների տրամագծերի համար ընդունելի չափի ճշգրտումներ էի փնտրում: Ես նաև մաթեմատիկա էի օգտագործում այն անիվների քանակի համար, որոնք ես արել էի արմունկի հոդի մեջ, որպեսզի թևը կարողանա շարժվել սուրճի գավաթի ծանրության տակ: Այն նաև սկսեց գործել Օհմի օրենքի կիրառման միջոցով, որը կատարվել է սխեմայի նախագծման և լարման անհրաժեշտ մուտքի համար:

Քայլ 3. Engineeringարտարագիտական դիզայնի էսքիզներ

Իմ տրամադրած էսքիզները ներառում են «Lazազարոսի բազուկը» ֆիլմի իմ նախնական ձևավորումը: Կարծում եմ, որ դիզայնը կարողանում է բավականին ամուր մնալ ամենօրյա օգտագործման համար ՝ միևնույն ժամանակ զգալիորեն ծախսարդյունավետ մնալով:

Քայլ 4: Նախաբազկի կառուցում

Ես կցված տեսանյութում նշում եմ ստվարաթղթե կտորների քանակն ու չափերը, սակայն այստեղ կներառեմ նաև կտորների, չափերի և քանակների ցուցակ: Ստորև բերված ցուցակը գրվել է նախաբազկի կառուցումից հետո, այնպես որ, եթե դրա և տեսանյութի միջև որևէ անհամապատասխանություն լինի, ես կօգտագործեի ցուցակը:

• 2 x Թղթե սրբիչի գլանափաթեթներ
• 4 x ճախարակ թեւ
• 2 x շրջանակներ ՝ 3 դյույմ տրամագծով
• 8 x շրջան և 2 և 3/16 դյույմ անցքով և տրամագծով
• 4 x Փոփոխված թղթե սրբիչներ գլորում են 1 և 7/8 դյույմ երկարությամբ
• 12 x շրջան և 1 և 6/8 դյույմ անցքով և տրամագծով
• 1 x փայտե օղակի տրամագիծը 3/8 դյույմ և երկարությունը 4 դյույմ
• 2 x Ուղղանկյուն ՝ 7 և 3/16 դյույմ Երկարությամբ և 3 դյույմ Լայնությամբ
• 2 x Ուղղանկյուն ՝ 7 և 3/16 դյույմ Երկարությամբ և 1 և 7/16 դյույմ Լայնությամբ
• 9 x Քառակուսի 1 և 1/2 դյույմ երկարությամբ և լայնությամբ
• 12 x Ուղղանկյուն եռանկյունիներ ՝ 1 և 1/2 դյույմ հիմքով և բարձրությամբ

Քայլ 5: Վերին թևի կառուցում

Վերին ձեռքի կառուցվածքը բավականին պարզ է, բայց ամուր: «Lazազարոս բազկի» այս հատվածը կառուցելու համար ձեզ որոշ մասեր են անհրաժեշտ: Ես ներառել եմ բոլոր անհրաժեշտ կտորների տեսանյութի բացատրությունը, սակայն ուզում էի համոզվել, որ բացատրությունը բավականաչափ համապարփակ է ՝ տանը հետևելու համար, այնպես որ ես ներքևում եմ ցուցակը:

• 4 x Ուղղանկյուն (5 դյույմ երկարությամբ և 3 դյույմ լայնությամբ)
• 4 x Ուղղանկյուն (5 դյույմ երկարությամբ և 1 և 1/2 դյույմ լայնությամբ)
• 2 x շրջան (3 դյույմ տրամագծով)
• 2 x Փոփոխված թղթե սրբիչի գլան (1 դյույմ տրամագծով և 1/2 դյույմ երկարությամբ)
• 9 x քառակուսի (երկու կողմերում ՝ 1 և 1/2 դյույմ)
• 8 x Ուղղանկյուն եռանկյունիներ (1 և 1/2 դյույմ հիմքի և բարձրության համար)
• 2 x Մեծ կամարի ձև ՝ երկու անցքով
• 4 x Ուղղանկյուն անցքով (3 և 1/2 դյույմ երկարությամբ և 3 դյույմ լայնությամբ)
• 4 x շրջան `կենտրոնում փոսով (1 և 1/2 դյույմ տրամագծով)
• 6 x շրջան `կենտրոնում փոսով (1 դյույմ տրամագծով)
• 2 x 1/2 դյույմ ավելի կարճ թղթե սրբիչի գլանափաթեթներ, որոնք կրճատում են երկարությունը մեկ կողմի կենտրոնում
• 1 x Փայտե աշտարակ (4 դյույմ երկարությամբ և 3/8 դյույմ տրամագծով)

Քայլ 6: Ձեռքի/ափի կառուցում

The Lazarus Arm- ի դաստակը/ափը իրականում դիզայնի ամենադժվար մասերից մեկն էր, բացի արմունկի ճախարակային համակարգից: Դիզայնի այն մասը, որի հետ ես ամենաշատը պայքարեցի, այն էր, թե ինչպես կարելի է ստեղծել այնպիսի դիզայն, որը կկարողանա պտտվել ՝ առանց զոհաբերելու դիզայնի որևէ կառուցվածքային կայունությունը: Երբ ես գտա իմ խնդրի լուծումը, ես ի սկզբանե մտածում էի, որ չափազանց պարզամիտ կլինեմ աշխատելու համար, սակայն երբ դա գործնականում կիրառեցի, դա համընկավ իմ անցկացրած թեստերի հետ: «Lazազարոս բազուկի» այս հատվածի կառուցման մասերը թվարկված են ստորև:

• 6 x Palm Template նմուշներ, որոնք պետք է չափվեն վեր կամ վար ՝ կախված Օգտատիրոջից (մոտ 3 և 1/2 դյույմ երկարությամբ և 3 դյույմ լայնությամբ)
• 2 x Ուղղանկյուն (3 դյույմ երկարությամբ և 2 և 1/2 դյույմ լայնությամբ)
• 2 x Ուղղանկյուն (3 դյույմ երկարությամբ և 1 դյույմ լայնությամբ)
• 6 x Ուղղանկյուն եռանկյուն (բարձրությունը և հիմքը 1 դյույմ)
• 1 x շրջան (2 և 5/16 դյույմ տրամագծով)
• 2 x շրջան ՝ փոքր ուղղանկյուն կտրվածքով (2 և 5/16 դյույմ տրամագծով)
• 1 x Փայտե աշտարակ (3 դյույմ երկարությամբ և 3/8 դյույմ տրամագծով)
• 10 x Arch Design with Hole (մոտ 1 և 1/2 դյույմ երկարությամբ և 1 դյույմ լայնությամբ)
• 2 x Toուգարանի թղթի գլանափաթեթներ `ձեռքի ձևանմուշի կտրվածքով

Քայլ 7 ՝ մատի/բութի կառուցում

Մատների և մատների ձևերը գրեթե նույնն են ՝ հանուն պարզության: Հիմնական տարբերություններն այն են, որ բութ մատն ունի միայն հոդեր, մինչդեռ մատները երեք են, իսկ բութ մատը անկյունագծով նման է մարդու ձեռքին `անատոմիական դիրքում: Ես կցել եմ մի տեսանյութ, որը բացատրում է մատների և բութ մատերի կառուցվածքը: Այն կտորները, որոնք ցուցադրվում են, բավականին պարզ են ստեղծելու համար, սակայն այդ մասերի համար բավականին քիչ բան է պետք պատրաստել:

• 48 x Ավելի մեծ կամար ՝ անցքով (1 և 1/2 դյույմ երկարությամբ և 1 և 1/4 դյույմ լայնությամբ, անցքը գտնվում է աջից 1 դյույմ և 1/4 դյույմ ներքև)
• 13 x Փոքր կամար ՝ անցքով (1 և 1/2 դյույմ երկարությամբ և 1 և 1/2 դյույմ լայնությամբ, անցքը գտնվում է աջից 1/2 դյույմ և 1/4 դյույմ ներքև)
• 13 x Arch (3/4 դյույմ երկարությամբ և 1/2 դյույմ լայնությամբ)
• 6 x ծղոտ (3/4 դյույմ երկարությամբ)
• 5 x ծղոտ (1/2 դյույմ երկարությամբ)
• 4 x ծղոտ (1/4 դյույմ երկարությամբ)
• 4 x ծղոտ (1 և 1/2 դյույմ երկարությամբ)
• 5 x ժապավեն (12 դյույմ երկարությամբ)

Քայլ 8: Փորձարկում

Lazarus Arm- ի փորձարկման փուլի նպատակն է ապացուցել հայեցակարգը որպես իրագործելի: Ես կցել եմ մի տեսանյութ, որը, իմ կարծիքով, ապացուցում է իմ դիզայնի հայեցակարգը: Կարծում եմ, որ Lazarus Arm- ը բավականին լավ է աշխատում ՝ հաշվի առնելով այն ստեղծելու համար օգտագործվող նյութերը:

Քայլ 9. Հնարավոր ապագա բարելավումներ

Նայելով նախագծին որպես ամբողջություն ՝ ես բավականին գոհ եմ վերջնական արտադրանքից: Միակ բանը, որ ես կցանկանայի անել, դա է ՝ տեսնել, թե կարո՞ղ եմ ստվարաթղթից պատրաստված մասերի 3D տպագիր ստեղծել, որպեսզի տեսնեմ, թե ինչպես է այն դիմանում նույնիսկ ավելի մեծ ճնշման տակ: Բացի այդ, ես կցանկանայի ժամանակ տրամադրել ձեռքի գեղագիտությունը բարելավելու համար: Նաև կցանկանայի տեսնել, թե կարո՞ղ եմ շարունակել աշխատել ձեռքի պրոթեզավորման այս դիզայնի վրա, որպեսզի տեսնեմ, թե արդյոք կարող եմ դիզայնը փորձարկել կենցաղային որոշ հանգամանքներում:

Քայլ 10: Փակման խոսքեր

Ես կցանկանայի արտահայտել, թե որքան ուրախ եմ The Lazarus Arm- ի վերջնական նախագծով: Այն ապացուցվել է, որ կենսունակ է որոշ առօրյա առաջադրանքների համար և զարմանալիորեն ֆունկցիոնալ է ՝ հաշվի առնելով այն նյութերը, որոնցից այն պատրաստված է: Aանկանում եմ մի պահ շնորհակալություն հայտնել Iseman հիմնադրամին ՝ վերջին չորս տարիներին նման նախագծերի վրա աշխատելու հնարավորության համար: Դա աներևակայելի կրթական և զվարճալի էր: Այս մրցույթը մեկն է այն պատճառներից, թե ինչու եմ մեքենաշինության մասնագիտությամբ: Անհավատալի էր տարիներ շարունակ դրա մի մասը լինելը, և ես երբեք չէի կարող արտահայտել, թե որքան շնորհակալ եմ, շնորհակալություն: