Lazarus Kolu: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Projeme gösterdiğiniz ilgi için teşekkür ederek başlamak istiyorum. Benim adım Chase Leach ve WBASD S. T. E. M.'de son sınıf öğrencisiyim. Akademi. Bu proje, 2019-2020 Butwin Elias Bilim ve Teknoloji Ödülü için bir başvurudur. Lazarus Kol, tasarladığım önceki projelerden alınan motorlar ve Arduino Uno hariç, yalnızca evin çevresinde bulunabilecek malzemeleri kullandığı için benzersiz bir protez tasarımıdır. Bu yıl bir 3D yazıcıya erişimim olmadığı için kolun tasarımı biraz zor oldu çünkü The Lazarus Arm'ın birçok yapısal bileşeni için kartonla çalışıyordum. Bu projenin amacı, tasarım konseptimi gösterebilecek bir çalışma modeli yapmaktır. Sınırlı kaynaklar göz önüne alındığında, son tasarımın oldukça iyi olduğunu düşünüyorum. Bu yarışmaya katılma fırsatı verdiğiniz için teşekkür ederiz. Çok eğlenmeme izin verdi. Bu yarışma bende çok değerli anılar yarattı. Lazarus Kolunu tasarlamak ve sunduğu zorlukların üstesinden gelmek bana çok şey öğretti. Zaman ayırdığınız ve değerlendirdiğiniz için teşekkür ederim ve daha fazla veda etmeden umarım beğenirsiniz.

Gereçler

Kullandığım malzemelerin hepsi zaten elimdeydi, ancak malzemelerin yanına teorik maliyetlerin bir listesini ekledim.

Sarf Malzemeleri ve Maliyetler

• Karton Kutu 12 x 12 x 16 (0,82 $)
• Sıcak Tutkal Tabancası (4.99 $)
• Sıcak Tutkal Tabancası Çubukları (3,97 $)
• Scotch Bant (6,80 $)
• 4 x Kağıt Havlu Ruloları (9.98 $)
• 2 x Tuvalet Kağıdı Rulosu (6,99$)
• (Miktar: 8) MG90S Tower Pro Servo Motorlar (Toplam Maliyet: 23.99$)
• 1 x Arduino MEGA 2560 R3 Kartı (Toplam Maliyet: 12,95 $)
• Tel (8.76$)
• ProtoBoard (5.99$)
• Pipetler (2 $)
• Şerit (3.29 $)

Adım 1: İnşaat İçin Gerekli Süre

Bu projeye harcanan zaman, kolun tasarımı ve yapımı üzerinde çalışırken uçup gitti. Projenin özellikle keyif aldığım kısmı, iş çıktısını artırmak için bir kasnak sistemi kullanan robotikte eklem yapım yöntemini kullandığından dirsek ekleminin tasarımıydı. The Lazarus Arm'ın tasarımı, nihai tasarımı mümkün olduğunca uygun maliyetli hale getirmenin en etkili yolunu bulmak için yapılan araştırmaları içeren toplam 63 saat sürdü. The Lazarus Arm'ın montajı toplam 15 saat ve bolca sıcak tutkal sürdü. Protezin ilk tasarımı, kasnak sisteminde kullanılan diş ipinin dirsekte yarattığı sürtünme nedeniyle durma eğiliminde olduğundan test ilginçti. Tek yaptığım tekerleklerin çapını azaltmaktı ve işe yaradı. Test aşaması toplam 12 saat sürdü. Projenin programlama aşaması toplam 10 saatimi aldı ve buna C++ becerilerimi rötuşlamam için geçen süre dahil değil.

Adım 2: S. T. E. M. Uygulamalar

Bilim- Projemde, tasarımda servo motorlar arasında gücün dağıtılmasına izin veren protoboard tasarımının tasarımında bilim yer almaktadır. Ayrıca, kolun yapısının tasarımı ile ilgili fizikte bir rol bulur. Daha özel olarak, kola önemli miktarda mekanik avantaj sağlayan dirsek eklemindeki makara sisteminin tasarımı, kolun başka türlü kaldırabileceğinden daha fazla kaldırmasına olanak tanır, Arşimet'in izniyle.

Teknoloji- Protez kolun hareketini C++ kullanarak kodlarken projemin teknolojik yönü devreye girdi. Ayrıca motorları ve Arduino kartını kurarken devreye girdi.

Avuç içi, parmaklar, başparmak, bilek eklemi, önkol, dirsek ve üst kolu tasarlarken Mühendislik-Mühendislik devreye girdi. Yeniden tasarımlarda, ortaya çıkan problemlerin tespitinde ve problemler için bulduğum çözümlerde devreye girdi.

Matematik- Kol bölümlerinin doğru anatomik orantılarını ararken elin yaratılmasıyla ilgili matematik devreye girdi. Ayrıca kasnak sistemi mafsalındaki tekerlek çapları için kabul edilebilir boyut ayarlamaları ararken devreye girdi. Kolun bir kahve kupasının ağırlığı altında hareket edebilmesi için dirsek ekleminde kullanacağım tekerlek sayısı için yaptığım hesaplamalarda da matematikten yararlandım. Ayrıca devre tasarımı ve gerekli voltaj girişi için Ohm Yasasının uygulanmasıyla yapılan hesaplama ile devreye girmiştir.

Adım 3: Mühendislik Tasarım Eskizleri

Sağladığım çizimler, The Lazarus Arm için ilk tasarımımı içeriyor. Tasarımın, oldukça uygun maliyetli kalırken, günlük kullanım için yeterince sağlam kalmayı başardığına inanıyorum.

Adım 4: Önkol Yapısı

Eklediğim videoda karton parçalarının adet ve ölçülerinden bahsetmiştim ancak burada parça, ölçü ve adetlerin bir listesini de ekleyeceğim. Aşağıda eklediğim liste önkol yapıldıktan sonra yazılmıştır, bu yüzden video ile arasında herhangi bir tutarsızlık varsa listeyi kullanırdım.

• 2 x Kağıt Havlu Ruloları
• 4 x Kasnak Kolu
• 3 inç Çaplı 2 x Daire
• Delik ve Çapı 2 ve 3/16 inç olan 8 x Daire
• 1 ve 7/8 inç Uzunlukta 4 x Modifiye Kağıt Havlu Ruloları
• 1 ve 6/8 inç Delik ve Çaplı 12 x Daire
• 1 x Ahşap Dübel Çapı 3/8 inç ve Uzunluğu 4 inç
• 2 x 7 ve 3/16 inç Uzunluk ve 3 inç Genişlik Dikdörtgen
• 2 x 7 ve 3/16 inç Uzunluk ve 1 ve 7/16 inç Genişlik Dikdörtgen
• Uzunluk ve Genişlik 1 ve 1/2 inç 9 x Kare
• 1 ve 1/2 inç Taban ve Yükseklik ile 12 x Sağ Üçgen

Adım 5: Üst Kol Yapısı

Üst kol yapısı oldukça basit ancak sağlamdır. The Lazarus Arm'ın bu bölümünü inşa etmek için bazı parçalara ihtiyacınız olacak. Gerekli tüm parçaların videolu açıklamasını ekledim, ancak açıklamanın evde takip edilebilecek kadar kapsamlı olduğundan emin olmak istedim, bu yüzden bir liste ekledim.

• 4 x Dikdörtgen (5 inç uzunluğunda ve 3 inç genişliğinde)
• 4 x Dikdörtgen (5 inç uzunluğunda ve 1 ve 1/2 inç genişliğinde)
• 2 x Daire (3 inç çapında)
• 2 x Modifiye Kağıt Havlu Rulosu (1 inç çapında ve 1/2 inç uzunluğunda)
• 9 x Kare (her iki tarafta 1 ve 1/2 inç)
• 8 x Sağ Üçgen (taban ve yükseklik için 1 ve 1/2 inç)
• İki Delikli 2 x Büyük Kemer Şekli
• 4 x Delikli Dikdörtgen (3 ve 1/2 inç uzunluğunda ve 3 inç genişliğinde)
• 4 x Merkezde Delik Olan Daire (1 ve 1/2 inç çapında)
• Merkezde Delik ile 6 x Daire (1 inç çapında)
• 2 x 1/2 inç Daha Kısa Kağıt Havlu Ruloları, Bir Tarafın Ortasındaki Uzunluğu Kesti
• 1 x Ahşap Dübel (4 inç uzunluğunda ve 3/8 inç çapında)

Adım 6: Bilek/Avuç Yapısı

The Lazarus Arm'ın bilek/avuç içi aslında dirsekteki makara sistemi dışında tasarımın en zor kısımlarından biriydi. Tasarımın en çok zorlandığım kısmı, tasarımın yapısal stabilitesinden ödün vermeden dönebilen bir tasarımın nasıl oluşturulacağıydı. Sorunuma bir çözüm bulduğumda, ilk başta çok basit bir çalışma yapacağımı düşünmüştüm, ancak bunu uygulamaya koyduğumda uyguladığım testlere dayanıyordu. The Lazarus Arm'ın bu bölümünün yapım parçaları aşağıda listelenmiştir.

• Kullanıcıya bağlı olarak boyutlandırılması gereken 6 x Palm Şablon tasarımları (yaklaşık 3 ve 1/2 inç uzunluğunda ve 3 inç genişliğinde)
• 2 x Dikdörtgen (3 inç uzunluğunda ve 2 ve 1/2 inç genişliğinde)
• 2 x Dikdörtgen (3 inç uzunluğunda ve 1 inç genişliğinde)
• 6 x Dik Açı Üçgen (1 inç yükseklik ve taban)
• 1 x Daire (2 ve 5/16 inç çapında)
• Küçük Dikdörtgen Kesimli 2 x Daire (2 ve 5/16 inç çapında)
• 1 x Ahşap Dübel (3 inç uzunluğunda ve 3/8 inç çapında)
• Delikli 10 x Kemer Tasarımı (yaklaşık 1 ve 1/2 inç uzunluğunda ve 1 inç genişliğinde)
• El Şablonu İçin Çentik Kesikli 2 x Tuvalet Kağıdı Ruloları

Adım 7: Parmak/Başparmak Yapısı

Basitlik adına parmak ve başparmak tasarımları neredeyse tamamen aynıdır. Temel farklar, başparmağın sadece eklemlere sahip olması, parmakların üç tane olması ve başparmağın anatomik pozisyonda insan eline benzer şekilde açılı olmasıdır. Parmakların ve başparmağın yapısını açıklayan bir video ekledim. Görüntülenen parçaların oluşturulması oldukça basittir, ancak bu parçalar için epeyce yapılması gerekir.

• 48 x Delikli Daha Büyük Kemerler (1 ve 1/2 inç uzunluğunda ve 1 ve 1/4 inç genişliğinde, delik 1 inç sağdan ve 1/4 inç aşağı yerleştirilmiş)
• 13 x Delikli Daha Küçük Kemerler (1 ve 1/2 inç uzunluğunda ve 1 ve 1/2 inç genişliğinde, delik sağdan 1/2 inç ve 1/4 inç aşağı yerleştirilmiş)
• 13 x Kemer (3/4 inç uzunluğunda ve 1/2 inç genişliğinde)
• 6 x Pipet (3/4 inç uzunluğunda)
• 5 x Pipet (1/2 inç uzunluğunda)
• 4 x Pipet (1/4 inç uzunluğunda)
• 4 x Pipet (1 ve 1/2 inç uzunluğunda)
• 5 x Şerit (12 inç uzunluğunda)

Adım 8: Test Etme

Lazarus Arm'ın test aşamasının amacı, konsepti uygulanabilir olarak kanıtlamaktır. Tasarım konseptimi kanıtladığını düşündüğüm bir video ekledim. Lazarus Arm'ın yapımında kullanılan malzemeler göz önüne alındığında oldukça iyi çalıştığını düşünüyorum.

9. Adım: Gelecekteki Olası İyileştirmeler

Projeye bir bütün olarak baktığımda, nihai üründen oldukça memnunum. Yapmayı çok istediğim tek şey, kartondan yaptığım parçaların 3D baskısını oluşturup oluşturamayacağımı görmek ve böylece daha fazla baskı altında nasıl dayandığını görmek. Bunun dışında kol estetiğini geliştirmek için zaman ayırmak istiyorum. Ayrıca bu protez kol tasarımı üzerinde çalışmaya devam edip edemeyeceğimi görmek ve tasarımı bazı günlük durumlarda test edip edemeyeceğimi görmek isterim.

Adım 10: Kapanış Açıklamaları

The Lazarus Arm'ın son tasarımından ne kadar mutlu olduğumu ifade etmek isterim. Bazı günlük işlerde kullanım için uygun olduğu kanıtlanmıştır ve yapıldığı malzemeler göz önüne alındığında şaşırtıcı derecede işlevseldir. Son dört yıldır böyle projeler üzerinde çalışma fırsatı verdiği için Iseman Vakfı'na bir dakikanızı ayırarak teşekkür etmek istiyorum. İnanılmaz eğitici ve eğlenceliydi. Bu yarışma, makine mühendisliği ana dalını takip etmemin nedenlerinden biri. Yıllar boyunca bunun bir parçası olmak inanılmazdı ve ne kadar minnettar olduğumu asla ifade edemezdim, teşekkür ederim.