O braço de Lázaro: 10 passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Gostaria de começar agradecendo por se interessar por meu projeto. Meu nome é Chase Leach e sou aluno do último ano do WBASD S. T. E. M. Academia. Este projeto foi inscrito no Prêmio Butwin Elias de Ciência e Tecnologia 2019-2020. O Lazarus Arm é um projeto protético único na medida em que utiliza apenas materiais que poderiam ser encontrados ao redor da casa com exceção dos motores e do Arduino Uno que foram retirados de projetos anteriores que eu desenvolvi. Este ano não tenho acesso a uma impressora 3D, então o design do braço foi um pouco complicado porque eu estava trabalhando com papelão para muitos dos componentes estruturais do Braço Lazarus. O objetivo deste projeto é fazer um modelo de trabalho que possa demonstrar o conceito do meu design. Considerando os recursos limitados, acho que o design final saiu muito bem. Obrigado pela oportunidade de estar envolvido nesta competição. Isso me permitiu me divertir muito. Esta competição criou boas lembranças para mim. Projetar o braço de Lázaro e superar os desafios que ele apresentou me ensinou muito. Obrigado pelo seu tempo e consideração e, sem mais delongas, espero que gostem.

Suprimentos

Todos os materiais que usei já estavam à minha disposição, porém incluí uma lista de custos teóricos ao lado dos materiais.

Suprimentos e custos

• Caixa de papelão 12 x 12 x 16 ($ 0,82)
• Pistola de cola quente ($ 4,99)
• Sticks para pistola de cola quente ($ 3,97)
• Fita adesiva ($ 6,80)
• 4 x rolos de toalha de papel ($ 9,98)
• 2 rolos de papel higiênico ($ 6,99)
• (Valor: 8) Servo motores MG90S Tower Pro (Custo total: $ 23,99)
• 1 x placa Arduino MEGA 2560 R3 (custo total: $ 12,95)
• Wire ($ 8,76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Canudos ($ 2)
• Fita ($ 3,29)

Etapa 1: Tempo necessário para construção

O tempo que foi gasto neste projeto voou enquanto trabalhava no design e construção do braço. A parte do projeto que eu particularmente gostei foi o design da junta do cotovelo, uma vez que utiliza um método de construção de junta na robótica que usa um sistema de polia para aumentar a quantidade de trabalho produzido. O projeto do braço Lazarus levou um total de 63 horas, incluindo pesquisas para encontrar a maneira mais eficaz de tornar o projeto final o mais econômico possível. A montagem do Braço de Lázaro levou um total de 15 horas e muita cola quente. O teste foi interessante, pois o desenho inicial da prótese tendia a parar como resultado do atrito criado pelo fio dental usado no sistema de polias no cotovelo. Tudo o que fiz foi diminuir o diâmetro das rodas e funcionou. A fase de testes levou um total de 12 horas. A fase de programação do projeto levou um total de 10 horas, sem contar o tempo que levei para retocar minhas habilidades em C ++.

Etapa 2: S. T. E. M. Formulários

Ciência- Em meu projeto, a ciência está envolvida no design do protoboard, o que permitiu que a energia fosse distribuída entre os servo motores no design. Ele também encontra um papel na física envolvida com o design da estrutura do braço. Mais especificamente, o projeto do sistema de polia na junta do cotovelo, que dá ao braço uma vantagem mecânica considerável, permitindo que o braço levante mais do que poderia, cortesia de Arquimedes.

Tecnologia- O aspecto tecnológico do meu projeto entrou em cena quando eu estava codificando o movimento do braço protético em C ++. Ele também entrou em ação quando eu estava instalando os motores e a placa Arduino.

Engenharia - A Engenharia entrou em ação quando eu estava projetando a palma da mão, os dedos, o polegar, a junta do punho, o antebraço, o cotovelo e o braço. Ele entrou em ação nos redesenhos, na identificação dos problemas quando eles surgiram e nas soluções que encontrei para eles.

Matemática- A matemática envolvida na criação da mão entrou em jogo quando eu estava procurando as proporções anatômicas corretas dos segmentos do braço. Ele também entrou em ação quando eu estava procurando ajustes de tamanho aceitáveis para os diâmetros das rodas na junta do sistema de polias. Também usei matemática durante os cálculos que fiz para o número de rodas que usaria na articulação do cotovelo para tornar o braço capaz de se mover sob o peso de uma caneca de café. Também entrou em jogo com o cálculo feito através da aplicação da Lei de Ohm para o projeto do circuito e entrada de tensão necessária.

Etapa 3: Esboços de projeto de engenharia

Os esboços que forneci incluem meu projeto inicial para O braço Lazarus. Eu acredito que o design consegue permanecer robusto o suficiente para o uso diário, ao mesmo tempo em que permanece consideravelmente econômico.

Etapa 4: construção do antebraço

Menciono a quantidade e as dimensões das peças de papelão no vídeo que anexei, mas também incluirei uma lista das peças, dimensões e quantidades aqui. A lista que incluí abaixo foi escrita após a construção do antebraço, então se houver alguma discrepância entre ele e o vídeo, eu usaria a lista.

• 2 x rolos de toalha de papel
• 4 x braço da polia
• 2 x círculos com diâmetro de 3 polegadas
• 8 x círculos com furo e diâmetro de 2 e 3/16 polegadas
• 4 x rolos de toalhas de papel modificados com comprimento de 1 e 7/8 polegadas
• 12 x círculos com furo e diâmetro de 1 e 6/8 polegadas
• 1 x diâmetro de cavilha de madeira de 3/8 polegadas e comprimento de 4 polegadas
• 2 x retângulo de 7 e 3/16 polegadas de comprimento e 3 polegadas de largura
• 2 x retângulo de 7 e 3/16 polegadas de comprimento e 1 e 7/16 polegadas de largura
• 9 x quadrado de 1 e 1/2 polegadas de comprimento e largura
• 12 x triângulos retos com base e altura de 1 e 1/2 polegadas

Etapa 5: construção do braço

A construção do braço é bastante simples, mas robusta. Para construir esta parte do Braço de Lázaro, você vai precisar de algumas peças. Incluí uma explicação em vídeo de todas as peças necessárias, mas queria ter certeza de que a explicação é abrangente o suficiente para ser seguida em casa, então incluí uma lista abaixo.

• 4 x retângulo (5 polegadas de comprimento e 3 polegadas de largura)
• 4 x retângulo (5 polegadas de comprimento e 1 e 1/2 polegadas de largura)
• 2 x Círculo (3 polegadas de diâmetro)
• 2 x rolo de toalha de papel modificado (1 polegada de diâmetro e 1/2 polegada de comprimento)
• 9 x quadrado (1 e 1/2 polegadas em ambos os lados)
• 8 x triângulos retos (1 e 1/2 polegadas para base e altura)
• 2 x formato de arco grande com dois furos
• 4 x retângulo com um furo (3 e 1/2 polegadas de comprimento e 3 polegadas de largura)
• 4 x Círculo com orifício no centro (1 e 1/2 polegadas de diâmetro)
• 6 x Círculo com orifício no centro (1 polegada de diâmetro)
• Rolos de toalha de papel mais curtos de 2 x 1/2 polegada cortam o comprimento no centro de um lado
• 1 x passador de madeira (4 polegadas de comprimento e 3/8 polegadas de diâmetro)

Etapa 6: construção de pulso / palma

O pulso / palma do braço Lazarus era na verdade uma das partes mais difíceis do projeto, além do sistema de polia no cotovelo. A parte do design com a qual eu mais me esforcei foi como criar um design que fosse capaz de girar sem sacrificar a estabilidade estrutural do design. Quando encontrei a solução para o meu problema, inicialmente pensei que seria muito simplista para trabalhar, mas quando a coloquei em prática ela resistiu aos testes que apliquei. As peças para a construção desta parte do Braço de Lázaro estão listadas abaixo.

• 6 x designs de modelos de Palm que devem ser dimensionados para cima ou para baixo, dependendo do usuário (cerca de 3 e 1/2 polegadas de comprimento e 3 polegadas de largura)
• 2 x retângulo (3 polegadas de comprimento e 2 e 1/2 polegadas de largura)
• 2 x retângulo (3 polegadas de comprimento e 1 polegada de largura)
• 6 x triângulos retos (altura e base de 1 polegada)
• 1 x círculo (2 e 5/16 polegadas de diâmetro)
• 2 x Círculo com pequeno recorte retangular (2 e 5/16 polegadas de diâmetro)
• 1 x passador de madeira (3 polegadas de comprimento e 3/8 polegadas de diâmetro)
• 10 x projeto de arco com furo (cerca de 1 e 1/2 polegadas de comprimento e 1 polegada de largura)
• 2 rolos de papel higiênico com recorte de entalhe para modelo de mão

Etapa 7: construção de dedo / polegar

Os designs de dedo e polegar são quase exatamente os mesmos por uma questão de simplicidade. As principais diferenças são que o polegar tem apenas as articulações, enquanto os dedos têm três e o polegar tem um ângulo semelhante a uma mão humana na posição anatômica. Anexei um vídeo explicando a construção dos dedos e do polegar. As peças exibidas são bastante simples de criar, no entanto, algumas precisam ser feitas para essas peças.

• 48 x arcos maiores com um furo (1 e 1/2 polegadas de comprimento e 1 e 1/4 polegadas de largura com orifício localizado a 1 polegada da direita e 1/4 de polegada para baixo)
• 13 x arcos menores com um furo (1 e 1/2 polegadas de comprimento e 1 e 1/2 polegadas de largura com orifício localizado a 1/2 polegada da direita e 1/4 de polegada para baixo)
• 13 x Arco (3/4 polegada de comprimento e 1/2 polegada de largura)
• 6 x palhas (3/4 de polegada de comprimento)
• 5 x palhas (1/2 polegada de comprimento)
• 4 x palhas (1/4 polegada de comprimento)
• 4 x palhas (1 e 1/2 polegadas de comprimento)
• 5 x fita (12 polegadas de comprimento)

Etapa 8: Teste

O objetivo da fase de teste do braço Lazarus é provar o conceito como viável. Anexei um vídeo que acredito prova o conceito do meu design. Acho que o braço Lazarus funciona muito bem, considerando os materiais usados para criá-lo.

Etapa 9: Possíveis melhorias futuras

Olhando para o projeto como um todo, estou muito feliz com o produto final. A única coisa que adoraria fazer é ver se consigo criar uma impressão 3D das peças que fiz de cartão para ver como aguenta sob pressões ainda maiores. Além disso, gostaria de dedicar algum tempo para melhorar a estética do braço. Também gostaria de ver se posso continuar a trabalhar neste design de braço protético para ver se posso testar o design em algumas circunstâncias do dia a dia.

Etapa 10: Discurso de encerramento

Gostaria de expressar o quanto estou feliz com o design final de O braço de Lázaro. Provou ser viável para uso em algumas tarefas diárias e é surpreendente funcional considerando os materiais de que é feito. Gostaria de agradecer à Fundação Iseman pela oportunidade de trabalhar em projetos como este nos últimos quatro anos. Tem sido incrivelmente educativo e divertido. Essa competição é uma das razões pelas quais estou cursando engenharia mecânica. Tem sido incrível fazer parte disso ao longo dos anos e eu nunca poderia expressar o quão grato estou, obrigado.