El brazo de Lázaro: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Me gustaría empezar agradeciendo el interés que ha mostrado en mi proyecto. Mi nombre es Chase Leach y soy un estudiante de último año en WBASD S. T. E. M. Academia. Este proyecto es una propuesta para el Premio Butwin Elias de Ciencia y Tecnología 2019-2020. El Lazarus Arm es un diseño protésico único en la medida en que utiliza solo materiales que se pueden encontrar en la casa con exclusión de los motores y Arduino Uno que fueron tomados de proyectos anteriores que diseñé. Este año es que no tengo acceso a una impresora 3D, por lo que el diseño del brazo fue un poco complicado porque estaba trabajando con cartón para muchos de los componentes estructurales de The Lazarus Arm. El objetivo de este proyecto es hacer un modelo de trabajo que pueda demostrar el concepto de mi diseño. Teniendo en cuenta los recursos limitados, creo que el diseño final resultó bastante bien. Gracias por la oportunidad de participar en esta competencia. Me ha permitido divertirme mucho. Esta competencia me ha creado recuerdos preciados. Diseñar el brazo de Lázaro y superar los desafíos que presentaba me ha enseñado mucho. Gracias por su tiempo y consideración y sin más preámbulos espero que lo disfruten.

Suministros

Todos los suministros que utilicé ya estaban disponibles para mí, sin embargo, he incluido una lista de los costos teóricos junto a los materiales.

Suministros y costos

• Caja de cartón 12 x 12 x 16 ($ 0.82)
• Pistola de pegamento caliente ($ 4,99)
• Varillas de pistola de pegamento caliente ($ 3.97)
• Cinta adhesiva ($ 6,80)
• 4 x rollos de toallas de papel ($ 9.98)
• 2 x rollos de papel higiénico ($ 6,99)
• (Cantidad: 8) Servomotores MG90S Tower Pro (Costo total: $ 23.99)
• 1 x placa Arduino MEGA 2560 R3 (costo total: $ 12.95)
• Alambre ($ 8.76)
• ProtoBoard ($ 5,99)
• Pajitas ($ 2)
• Cinta ($ 3,29)

Paso 1: tiempo requerido para la construcción

El tiempo que se dedicó a este proyecto pasó volando mientras trabajaba en el diseño y construcción del brazo. La parte del proyecto que más disfruté fue el diseño de la articulación del codo, ya que utiliza un método de construcción de juntas en robótica que utiliza un sistema de poleas para aumentar la cantidad de trabajo. El diseño de The Lazarus Arm tomó un total de 63 horas que incluyeron investigación para encontrar la forma más efectiva de hacer que el diseño final sea lo más rentable posible. El montaje de The Lazarus Arm tomó un total de 15 horas y mucho pegamento caliente. Las pruebas fueron interesantes ya que el diseño inicial de la prótesis tenía una tendencia a atascarse como resultado de la fricción creada por el hilo dental utilizado en el sistema de poleas en el codo. Todo lo que hice fue disminuir el diámetro de las ruedas y funcionó. La fase de prueba tomó un total de 12 horas. La fase de programación del proyecto me llevó un total de 10 horas, lo que no incluye el tiempo que me llevó retocar mis habilidades en C ++.

Paso 2: S. T. E. M. Aplicaciones

Ciencia: en mi proyecto, la ciencia está involucrada en el diseño del diseño del protoboard que permitió que la energía se distribuyera entre los servomotores en el diseño. También encuentra un papel en la física involucrada con el diseño de la estructura del brazo. Más, específicamente el diseño del sistema de poleas en la articulación del codo que le da al brazo una cantidad considerable de ventaja mecánica permitiendo que el brazo se levante más de lo que podría hacerlo de otra manera, cortesía de Arquímedes.

Tecnología: el aspecto tecnológico de mi proyecto entró en juego cuando codificaba el movimiento del brazo protésico con C ++. También entró en juego cuando estaba instalando los motores y la placa Arduino.

Ingeniería: la ingeniería entró en juego cuando estaba diseñando la palma, los dedos, el pulgar, la articulación de la muñeca, el antebrazo, el codo y la parte superior del brazo. Entró en juego en los rediseños, la identificación de problemas cuando surgieron y las soluciones que se me ocurrieron para los problemas.

Matemáticas: las matemáticas involucradas en la creación de la mano entraron en juego cuando buscaba las proporciones anatómicas correctas de los segmentos del brazo. También entró en juego cuando buscaba ajustes de tamaño aceptables para los diámetros de las ruedas en la junta del sistema de poleas. También utilicé las matemáticas durante los cálculos que hice para la cantidad de ruedas que usaría en la articulación del codo para hacer que el brazo fuera capaz de moverse bajo el peso de una taza de café. También entró en juego con el cálculo realizado mediante la aplicación de la Ley de Ohm para el diseño del circuito y la entrada de voltaje requerida.

Paso 3: bocetos de diseño de ingeniería

Los bocetos que he proporcionado incluyen mi diseño inicial para The Lazarus Arm. Creo que el diseño se las arregla para permanecer lo suficientemente resistente para el uso diario sin dejar de ser considerablemente rentable.

Paso 4: Construcción del antebrazo

Menciono la cantidad y dimensiones de las piezas de cartón en el video que adjunto, sin embargo, también incluiré una lista de las piezas, dimensiones y cantidades aquí. La lista que he incluido a continuación se escribió después de la construcción del antebrazo, por lo que si hay alguna discrepancia entre ella y el video, usaría la lista.

• 2 x rollos de toallas de papel
• 4 x brazo de polea
• 2 x círculos con un diámetro de 3 pulgadas
• 8 x círculos con agujero y diámetro de 2 y 3/16 pulgadas
• 4 x rollos de toallas de papel modificados con una longitud de 1 y 7/8 pulgadas
• 12 x círculos con agujero y diámetro de 1 y 6/8 pulgadas
• 1 x diámetro de la clavija de madera de 3/8 de pulgada y longitud de 4 pulgadas
• 2 x rectángulo de 7 y 3/16 pulgadas de largo y 3 pulgadas de ancho
• 2 x rectángulo de 7 y 3/16 pulgadas de largo y 1 y 7/16 pulgadas de ancho
• 9 x cuadrado de 1 y 1/2 pulgadas de largo y ancho
• 12 x triángulos rectángulos con base y altura de 1 y 1/2 pulgadas

Paso 5: Construcción del brazo superior

La construcción del brazo superior es bastante simple pero resistente. Para construir esta parte de The Lazarus Arm, necesitarás algunas partes. He incluido una explicación en video de todas las piezas requeridas, sin embargo, quería asegurarme de que la explicación sea lo suficientemente completa para ser seguida en casa, así que incluí una lista a continuación.

• 4 x rectángulo (5 pulgadas de largo y 3 pulgadas de ancho)
• 4 x rectángulo (5 pulgadas de largo y 1 y 1/2 pulgadas de ancho)
• 2 x círculo (3 pulgadas de diámetro)
• 2 x rollo de toalla de papel modificado (1 pulgada de diámetro y 1/2 pulgada de largo)
• 9 x Cuadrado (1 y 1/2 pulgadas en ambos lados)
• 8 x triángulos rectángulos (1 y 1/2 pulgadas para la base y la altura)
• 2 x forma de arco grande con dos agujeros
• 4 x rectángulo con un agujero (3 y 1/2 pulgadas de largo y 3 pulgadas de ancho)
• 4 x círculo con orificio en el centro (1 y 1/2 pulgadas de diámetro)
• 6 x círculo con agujero en el centro (1 pulgada de diámetro)
• Rollos de toalla de papel más cortos de 2 x 1/2 pulgada que reducen la longitud en el centro de un lado
• 1 x taco de madera (4 pulgadas de largo y 3/8 de pulgada de diámetro)

Paso 6: Construcción de muñeca / palma

La muñeca / palma de The Lazarus Arm fue en realidad una de las partes más difíciles del diseño, aparte del sistema de poleas en el codo. La parte del diseño con la que más luché fue cómo crear un diseño que fuera capaz de girar sin sacrificar la estabilidad estructural del diseño. Cuando se me ocurrió la solución a mi problema, inicialmente pensé que sería demasiado simplista para trabajar, sin embargo, cuando lo puse en práctica, se mantuvo a la altura de las pruebas que administraba. Las piezas para la construcción de esta parte de El brazo de Lázaro se enumeran a continuación.

• 6 diseños de plantillas de palma que se deben dimensionar hacia arriba o hacia abajo según el usuario (aproximadamente 3 y 1/2 pulgadas de largo y 3 pulgadas de ancho)
• 2 x rectángulo (3 pulgadas de largo y 2 y 1/2 pulgadas de ancho)
• 2 x rectángulo (3 pulgadas de largo y 1 pulgada de ancho)
• 6 x triángulos de ángulo recto (altura y base de 1 pulgada)
• 1 x círculo (2 y 5/16 pulgadas de diámetro)
• 2 x círculo con recorte rectangular pequeño (2 y 5/16 pulgadas de diámetro)
• 1 x taco de madera (3 pulgadas de largo y 3/8 de pulgada de diámetro)
• 10 x Diseño de arco con orificio (aproximadamente 1 y 1/2 pulgadas de largo y 1 pulgada de ancho)
• 2 x rollos de papel higiénico con recorte de muesca para plantilla de mano

Paso 7: Construcción de dedo / pulgar

Los diseños de los dedos y el pulgar son casi exactamente iguales en aras de la simplicidad. Las diferencias clave son que el pulgar solo tiene articulaciones, mientras que los dedos tienen tres y el pulgar tiene un ángulo similar a una mano humana en posición anatómica. Adjunto un video que explica la construcción de los dedos y el pulgar. Las piezas que se muestran son bastante sencillas de crear, sin embargo, es necesario hacer bastantes para estas piezas.

• 48 arcos más grandes con un orificio (1 y 1/2 pulgadas de largo y 1 y 1/4 pulgadas de ancho con orificio ubicado a 1 pulgada de la derecha y 1/4 de pulgada hacia abajo)
• 13 arcos más pequeños con un agujero (1 y 1/2 pulgadas de largo y 1 y 1/2 pulgadas de ancho con el orificio ubicado a 1/2 pulgada de la derecha y 1/4 de pulgada hacia abajo)
• 13 x arco (3/4 de pulgada de largo y 1/2 pulgada de ancho)
• 6 x pajitas (3/4 de pulgada de largo)
• 5 x pajitas (1/2 pulgada de largo)
• 4 x pajitas (1/4 de pulgada de largo)
• 4 x pajitas (1 y 1/2 pulgadas de largo)
• 5 x cinta (12 pulgadas de largo)

Paso 8: prueba

El objetivo de la fase de prueba del Lazarus Arm es demostrar que el concepto es factible. He adjuntado un video que creo que prueba el concepto de mi diseño. Creo que The Lazarus Arm funciona bastante bien, teniendo en cuenta los materiales utilizados para crearlo.

Paso 9: posibles mejoras futuras

Mirando el proyecto en su conjunto, estoy bastante contento con el producto final. Lo único que me encantaría hacer es ver si puedo crear una impresión en 3D de las piezas que hice con cartón para ver cómo se sostiene bajo una presión aún mayor. Aparte de eso, me gustaría tomarme el tiempo para mejorar la estética del brazo. También me gustaría ver si puedo seguir trabajando en este diseño de brazo protésico para ver si puedo probar el diseño en algunas circunstancias cotidianas.

Paso 10: Observaciones finales

Me gustaría expresar lo feliz que estoy con el diseño final de The Lazarus Arm. Ha demostrado ser viable para su uso en algunas tareas cotidianas y es sorprendentemente funcional teniendo en cuenta los materiales con los que está fabricado. Me gustaría tomarme un momento para agradecer a la Fundación Iseman por la oportunidad de trabajar en proyectos como este durante los últimos cuatro años. Ha sido increíblemente educativo y divertido. Esta competencia es una de las razones por las que estoy estudiando ingeniería mecánica. Ha sido increíble ser parte de esto a lo largo de los años y nunca podría expresar lo agradecido que estoy, gracias.