ذراع لعازر: 10 درجات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

أود أن أبدأ بالقول شكرًا لك على الاهتمام بمشروعي. اسمي تشيس ليتش وأنا كبير السن في WBASD S. الأكاديمية. هذا المشروع هو تقديم لجائزة Butwin Elias Science and Technology لعام 2019-2020. يعتبر Lazarus Arm تصميمًا اصطناعيًا فريدًا من حيث أنه يستخدم فقط المواد التي يمكن العثور عليها حول المنزل باستثناء المحركات و Arduino Uno التي تم أخذها من المشاريع السابقة التي قمت بتصميمها. هذا العام لا يمكنني الوصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد ، لذا كان تصميم الذراع صعبًا بعض الشيء لأنني كنت أعمل باستخدام الورق المقوى للعديد من المكونات الهيكلية لـ Lazarus Arm. الهدف من هذا المشروع هو عمل نموذج عمل يمكنه توضيح مفهوم تصميمي. بالنظر إلى الموارد المحدودة ، أعتقد أن التصميم النهائي اتضح جيدًا. شكرا لك على الفرصة للمشاركة في هذه المسابقة. لقد سمح لي أن أحظى بالكثير من المرح. خلقت هذه المنافسة ذكريات عزيزة بالنسبة لي. علمني تصميم ذراع لازاروس والتغلب على التحديات التي قدمتها الكثير. شكرا لك على وقتك واهتمامك وبدون مزيد من الود ، أتمنى أن تستمتع.

اللوازم

كانت جميع المستلزمات التي استخدمتها متاحة لي بالفعل ، ومع ذلك فقد أدرجت قائمة بالتكاليف النظرية بجانب المواد.

اللوازم والتكاليف

• صندوق من الورق المقوى 12 × 12 × 16 (0.82 دولار)
• مسدس الغراء الساخن (4.99 دولار)
• عصي مسدس الغراء الساخن (3.97 دولار)
• شريط سكوتش (6.80 دولار)
• 4 × مناديل ورقية (9.98 دولار)
• 2 × مناديل ورق التواليت (6.99 دولار)
• (المبلغ: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (التكلفة الإجمالية: 23.99 دولارًا)
• 1 × Arduino MEGA 2560 R3 Board (التكلفة الإجمالية: 12.95 دولارًا)
• الأسلاك (8.76 دولار)
• ProtoBoard (5.99 دولارًا)
• القش (2 دولار)
• الشريط (3.29 دولار)

الخطوة 1: الوقت المطلوب للبناء

انقضى الوقت الذي تم قضاؤه في هذا المشروع أثناء العمل على تصميم وبناء الذراع. كان الجزء الذي استمتعت به بشكل خاص من المشروع هو تصميم مفصل الكوع لأنه يستخدم طريقة لبناء المفصل في الروبوتات التي تستخدم نظام بكرة لزيادة كمية ناتج العمل. استغرق تصميم ذراع Lazarus ما مجموعه 63 ساعة والتي تضمنت بحثًا لإيجاد الطريقة الأكثر فاعلية لجعل التصميم النهائي فعالًا من حيث التكلفة قدر الإمكان. استغرق تجميع ذراع Lazarus Arm ما مجموعه 15 ساعة والكثير من الغراء الساخن. كان الاختبار مثيرًا للاهتمام نظرًا لأن التصميم الأولي للجهاز التعويضي كان يميل إلى التوقف نتيجة الاحتكاك الناتج عن خيط الأسنان المستخدم في نظام البكرة في الكوع. كل ما فعلته هو تقليل قطر العجلات وعملها. استغرقت مرحلة الاختبار ما مجموعه 12 ساعة. استغرقت مرحلة البرمجة للمشروع ما مجموعه 10 ساعات وهو لا يشمل الوقت الذي استغرقته لتطوير مهاراتي في C ++.

الخطوة 2: S. التطبيقات

علم - في مشروعي ، يشارك العلم في تصميم تصميم لوح الحماية الذي سمح بتوزيع الطاقة بين محركات المؤازرة في التصميم. كما وجد دورًا في الفيزياء المرتبطة بتصميم هيكل الذراع. وبشكل أكثر تحديدًا ، تصميم نظام البكرة في مفصل الكوع والذي يمنح الذراع قدرًا كبيرًا من المزايا الميكانيكية مما يسمح للذراع بالرفع أكثر مما كان يمكن أن يكون عليه بخلاف ذلك ، وذلك بإذن من أرخميدس.

التكنولوجيا - ظهر الجانب التكنولوجي لمشروعي عندما كنت أقوم بترميز حركة الذراع الاصطناعية باستخدام C ++. لقد تم تشغيله أيضًا عندما كنت أقوم بتثبيت المحركات ولوحة Arduino.

الهندسة - دخلت الهندسة للعب عندما كنت أصمم راحة اليد والأصابع والإبهام ومفصل الرسغ والساعد والمرفق والجزء العلوي من الذراع. لقد جاء دوره في عمليات إعادة التصميم ، وتحديد المشكلات عند ظهورها ، والحلول التي توصلت إليها للمشكلات.

الرياضيات - ظهرت الرياضيات المستخدمة في إنشاء اليد عندما كنت أبحث عن النسب التشريحية الصحيحة لأجزاء الذراع. لقد بدأ الأمر أيضًا عندما كنت أبحث عن تعديلات حجم مقبولة لأقطار العجلات في مفصل نظام البكرة. لقد استخدمت أيضًا الرياضيات أثناء الحسابات التي أجريتها لعدد العجلات التي كنت سأستخدمها في مفصل المرفق لجعل الذراع قادرة على الحركة تحت وزن فنجان القهوة. كما أنها تدخلت في الحساب الذي تم إجراؤه من خلال تطبيق قانون أوم لتصميم الدائرة وإدخال الجهد المطلوب.

الخطوة 3: اسكتشات التصميم الهندسي

تتضمن الرسومات التي قدمتها تصميمي الأولي لذراع لازاروس. أعتقد أن التصميم قادر على البقاء قويًا بدرجة كافية للاستخدام اليومي مع الحفاظ على فعاليته من حيث التكلفة إلى حد كبير.

الخطوة 4: بناء الساعد

أذكر كمية وأبعاد قطع الكرتون في الفيديو الذي أرفقته ، لكنني سأدرج أيضًا قائمة بالقطع والأبعاد والكميات هنا. تمت كتابة القائمة التي قمت بتضمينها أدناه بعد بناء الساعد ، لذا إذا كان هناك أي تناقضات بينها وبين الفيديو ، فسأستخدم القائمة.

• 2 × بكرات مناديل ورقية
• 4 × ذراع بكرة
• 2 × دوائر بقطر 3 بوصات
• 8 × دوائر بفتحة وقطر 2 و 3/16 بوصة
• 4 × بكرات مناشف ورقية معدلة بطول 1 و 7/8 بوصة
• دوائر 12 × بفتحة وقطر 1 و 6/8 بوصات
• 1 × وتد خشبي بقطر 3/8 بوصة وطول 4 بوصات
• 2 × مستطيل بطول 7 و 3/16 بوصة وعرض 3 بوصات
• 2 × مستطيل بطول 7 و 3/16 بوصة وعرض 1 و 7/16 بوصة
• 9 × مربع 1 و 1/2 بوصة في الطول والعرض
• 12 × مثلثات قائمة مع ارتفاع 1 و 1/2 بوصة

الخطوة 5: بناء العضد

هيكل الجزء العلوي من الذراع بسيط إلى حد ما ولكنه قوي. من أجل بناء هذا الجزء من ذراع لازاروس ، ستحتاج إلى بعض الأجزاء. لقد قمت بتضمين شرح بالفيديو لجميع القطع المطلوبة ، لكنني أردت التأكد من أن الشرح شامل بما يكفي ليتم اتباعه في المنزل ، لذلك قمت بتضمين قائمة أدناه.

• 4 × مستطيل (طوله 5 بوصات وعرضه 3 بوصات)
• 4 × مستطيل (طوله 5 بوصات وعرضه 1 و 1/2 بوصة)
• 2 × دائرة (قطرها 3 بوصات)
• 2 × لفة مناديل ورقية معدلة (قطر 1 بوصة وطول 1/2 بوصة)
• 9 × مربع (1 و 1/2 بوصة على كلا الجانبين)
• 8 × مثلثات قائمة (1 و 1/2 بوصة للقاعدة والارتفاع)
• 2 × شكل قوس كبير مع فتحتين
• 4 × مستطيل بفتحة (طوله 3 و 1/2 بوصات وعرض 3 بوصات)
• 4 × دائرة بفتحة في المركز (قطر 1 و 1/2 بوصة)
• 6 × دائرة بفتحة في المركز (قطرها 1 بوصة)
• 2 × 1/2 بوصة لفات مناديل ورقية أقصر طولها في منتصف جانب واحد
• 1 × وتد خشبي (طوله 4 بوصات وقطره 3/8 بوصة)

الخطوة 6: بناء المعصم / راحة اليد

كان معصم / كف ذراع Lazarus في الواقع أحد أصعب أجزاء التصميم ، بخلاف نظام البكرة في الكوع. كان الجزء الأكثر صعوبة في التصميم هو كيفية إنشاء تصميم يكون قادرًا على الدوران دون التضحية بأي من الاستقرار الهيكلي للتصميم. عندما توصلت إلى حل لمشكلتي ، اعتقدت في البداية أنني سأكون مبسطًا جدًا في العمل ، ولكن عندما وضعته موضع التنفيذ ، فقد صمدت أمام الاختبارات التي أجريتها. تم سرد الأجزاء الخاصة ببناء هذا الجزء من ذراع لازاروس أدناه.

• 6 × تصميمات لقالب النخلة والتي يجب أن يكون حجمها لأعلى أو لأسفل اعتمادًا على المستخدم (حوالي 3 و 1/2 بوصات في الطول و 3 بوصات في العرض)
• 2 × مستطيل (3 بوصات في الطول و 2 و 1/2 بوصة في العرض)
• 2 × مستطيل (3 بوصات في الطول و 1 بوصة في العرض)
• 6 × مثلث قائم الزاوية (ارتفاع وقاعدة 1 بوصة)
• 1 × دائرة (بقطر 2 و 5/16 بوصة)
• 2 × دائرة بفتحة مستطيلة صغيرة (بقطر 2 و 5/16 بوصة)
• 1 × وتد خشبي (طوله 3 بوصات وقطره 3/8 بوصة)
• 10 × تصميم قوس بفتحة (حوالي 1 و 1/2 بوصة في الطول و 1 بوصة في العرض)
• 2 × مناديل ورق التواليت مع قطع نوتش لقالب اليد

الخطوة 7: بناء الإصبع / الإبهام

تصميمات الإصبع والإبهام هي نفسها تقريبًا من أجل البساطة. الاختلافات الرئيسية هي أن الإبهام له مفاصل فقط بينما الأصابع لها ثلاثة وأن الإبهام مائل بزاوية مماثلة ليد الإنسان في الوضع التشريحي. لقد أرفقت مقطع فيديو يشرح تكوين الأصابع والإبهام. القطع المعروضة سهلة الإنشاء إلى حد ما ، ولكن يلزم عمل عدد قليل منها لهذه الأجزاء.

• 48 × أقواس أكبر مع فتحة (طولها 1 و 1/2 بوصة وعرض 1 و 1/4 بوصة مع فتحة تقع على بعد 1 بوصة من اليمين و 1/4 بوصة لأسفل)
• 13 × أقواس أصغر بفتحة (طولها 1 و 1/2 بوصة وعرض 1 و 1/2 بوصة مع فتحة تقع 1/2 بوصة من اليمين و 1/4 بوصة لأسفل)
• 13 × قوس (طوله 3/4 بوصة وعرضه 1/2 بوصة)
• 6 × مصاصات (طولها 3/4 بوصة)
• 5 × قش (طول 1/2 بوصة)
• 4 × قش (طول 1/4 بوصة)
• 4 × قش (طول 1 و 1/2 بوصة)
• 5 × شريط (طوله 12 بوصة)

الخطوة 8: الاختبار

الهدف من مرحلة اختبار Lazarus Arm هو إثبات المفهوم على أنه ممكن. لقد أرفقت مقطع فيديو أعتقد أنه يثبت مفهوم تصميمي. أعتقد أن ذراع Lazarus يعمل بشكل جيد ، مع الأخذ في الاعتبار المواد المستخدمة في إنشائه.

الخطوة 9: التحسينات المستقبلية المحتملة

بالنظر إلى المشروع ككل ، أنا سعيد جدًا بالمنتج النهائي. الشيء الوحيد الذي أرغب في فعله هو معرفة ما إذا كان بإمكاني إنشاء طباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء التي صنعتها من الورق المقوى لأرى كيف تصمد تحت ضغط أكبر. بخلاف ذلك ، أود أن أستغل الوقت لتحسين جماليات الذراع. أود أيضًا معرفة ما إذا كان بإمكاني مواصلة العمل على تصميم الذراع الاصطناعية هذا لمعرفة ما إذا كان بإمكاني اختبار التصميم في بعض الظروف اليومية.

الخطوة 10: الملاحظات الختامية

أود أن أعبر عن مدى سعادتي بالتصميم النهائي لذراع لازاروس. لقد ثبت أنها قابلة للاستخدام في بعض المهام اليومية وهي عملية مدهشة بالنظر إلى المواد التي صنعت منها. أود أن أتوقف لحظة لأشكر مؤسسة Iseman على الفرصة للعمل في مثل هذه المشاريع على مدى السنوات الأربع الماضية. لقد كانت تعليمية وممتعة بشكل لا يصدق. هذه المنافسة هي أحد الأسباب التي تجعلني أتابع تخصصًا في الهندسة الميكانيكية. لقد كان أمرًا لا يصدق أن أكون جزءًا من هذا على مر السنين ولم أستطع أبدًا التعبير عن مدى امتناني ، شكرًا لك.