Le bras de Lazare : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Je voudrais commencer par vous remercier de l'intérêt que vous portez à mon projet. Je m'appelle Chase Leach et je suis senior dans le WBASD S. T. E. M. Académie. Ce projet est une candidature au Butwin Elias Science and Technology Award 2019-2020. Le bras Lazarus est une conception prothétique unique dans la mesure où il n'utilise que des matériaux que l'on pourrait trouver dans la maison à l'exclusion des moteurs et de l'Arduino Uno qui ont été tirés de projets précédents que j'ai conçus. Cette année, je n'ai pas accès à une imprimante 3D, donc la conception du bras était un peu délicate car je travaillais avec du carton pour de nombreux composants structurels du bras Lazarus. Le but de ce projet est de faire un modèle de travail qui peut démontrer le concept de ma conception. Compte tenu des ressources limitées, je pense que la conception finale s'est plutôt bien passée. Merci pour l'opportunité de participer à ce concours. Cela m'a permis de m'amuser tellement. Ce concours m'a créé des souvenirs précieux. Concevoir le bras de Lazare et surmonter les défis qu'il présentait m'a beaucoup appris. Merci pour votre temps et votre considération et sans plus tarder, j'espère que vous apprécierez.

Fournitures

Toutes les fournitures que j'ai utilisées étaient déjà à ma disposition, cependant j'ai inclus une liste des coûts théoriques à côté des matériaux.

Fournitures et coûts

• Boîte en carton 12 x 12 x 16 (0,82 $)
• Pistolet à colle chaude (4,99 $)
• Bâtons de pistolet à colle chaude (3,97 $)
• Ruban Scotch (6,80 $)
• 4 x rouleaux de serviettes en papier (9,98 $)
• 2 x rouleaux de papier toilette (6,99 $)
• (Montant: 8) Servomoteurs MG90S Tower Pro (Coût total: 23,99 $)
• 1 x carte Arduino MEGA 2560 R3 (coût total: 12,95 $)
• Fil (8,76 $)
• ProtoBoard (5,99 $)
• Pailles (2 $)
• Ruban (3,29 $)

Étape 1: Temps requis pour la construction

Le temps qui a été consacré à ce projet s'est envolé tout en travaillant sur la conception et la construction du bras. La partie du projet que j'ai particulièrement appréciée était la conception de l'articulation du coude, car elle utilise une méthode de construction d'articulations en robotique qui utilise un système de poulie pour augmenter la quantité de travail. La conception de The Lazarus Arm a pris un total de 63 heures, y compris des recherches pour trouver le moyen le plus efficace de rendre la conception finale aussi rentable que possible. L'assemblage de The Lazarus Arm a pris un total de 15 heures et beaucoup de colle chaude. Les tests étaient intéressants car la conception initiale de la prothèse avait tendance à caler en raison de la friction créée par le fil dentaire utilisé dans le système de poulie du coude. Tout ce que j'ai fait c'est diminuer le diamètre des roues et ça a marché. La phase de test a duré 12 heures au total. La phase de programmation du projet m'a pris un total de 10 heures, sans compter le temps qu'il m'a fallu pour perfectionner mes compétences en C++.

Étape 2: S. T. E. M. Applications

Science- Dans mon projet, la science est impliquée dans la conception de la conception du protoboard qui a permis de répartir la puissance entre les servomoteurs de la conception. Il trouve également un rôle dans la physique impliquée dans la conception de la structure du bras. Plus précisément, la conception du système de poulie dans l'articulation du coude qui donne au bras un avantage mécanique considérable lui permettant de se soulever plus qu'il n'aurait pu le faire autrement, grâce à Archimède.

Technologie- L'aspect technologique de mon projet est entré en jeu lorsque je codais le mouvement du bras prothétique en C++. Cela est également entré en jeu lorsque j'ai installé les moteurs et la carte Arduino.

Ingénierie - L'ingénierie est entrée en jeu lorsque je concevais la paume, les doigts, le pouce, l'articulation du poignet, l'avant-bras, le coude et le haut du bras. Il est entré en jeu dans les refontes, l'identification des problèmes lorsqu'ils se sont posés et les solutions que j'ai trouvées pour les problèmes.

Mathématiques - Les mathématiques impliquées dans la création de la main sont entrées en jeu lorsque je cherchais les proportions anatomiques correctes des segments du bras. Cela est également entré en jeu lorsque je cherchais des ajustements de taille acceptables pour les diamètres des roues dans le joint du système de poulie. J'ai également utilisé les mathématiques lors des calculs que j'ai faits pour le nombre de roues que j'utiliserais dans l'articulation du coude pour rendre le bras capable de bouger sous le poids d'une tasse à café. Il est également entré en jeu avec le calcul effectué par l'application de la loi d'Ohm pour la conception du circuit et la tension d'entrée requise.

Étape 3: Croquis de conception technique

Les croquis que j'ai fournis incluent ma conception initiale pour The Lazarus Arm. Je pense que la conception parvient à rester suffisamment robuste pour un usage quotidien tout en restant considérablement rentable.

Étape 4: Construction de l'avant-bras

Je mentionne la quantité et les dimensions des pièces en carton dans la vidéo que j'ai jointe, mais j'inclurai également une liste des pièces, des dimensions et des quantités ici. La liste que j'ai incluse ci-dessous a été écrite après la construction de l'avant-bras, donc s'il y a des divergences entre celle-ci et la vidéo, j'utiliserais la liste.

• 2 x rouleaux d'essuie-tout
• 4 x bras de poulie
• 2 x cercles d'un diamètre de 3 pouces
• 8 x cercles avec trou et diamètre de 2 et 3/16 pouces
• 4 x rouleaux d'essuie-tout modifiés d'une longueur de 1 et 7/8 pouces
• 12 x cercles avec trou et diamètre de 1 et 6/8 pouces
• 1 x diamètre de cheville en bois de 3/8 pouces et longueur de 4 pouces
• 2 x rectangle de 7 et 3/16 pouces de longueur et 3 pouces de largeur
• 2 x rectangle de 7 et 3/16 pouces de longueur et 1 et 7/16 pouces de largeur
• 9 x carré de 1 et 1/2 pouces de longueur et de largeur
• 12 x triangles rectangles avec base et hauteur de 1 et 1/2 pouces

Étape 5: Construction du bras supérieur

La construction du bras supérieur est plutôt simple mais robuste. Afin de construire cette partie de The Lazarus Arm, vous aurez besoin de quelques pièces. J'ai inclus une explication vidéo de toutes les pièces requises, mais je voulais m'assurer que l'explication est suffisamment complète pour être suivie à la maison, j'ai donc inclus une liste ci-dessous.

• 4 x rectangle (5 pouces de longueur et 3 pouces de largeur)
• 4 x rectangle (5 pouces de longueur et 1 et 1/2 pouces de largeur)
• 2 x cercle (3 pouces de diamètre)
• 2 x rouleau d'essuie-tout modifié (1 pouce de diamètre et 1/2 pouce de longueur)
• 9 x carré (1 et 1/2 pouces des deux côtés)
• 8 x triangles rectangles (1 et 1/2 pouces pour la base et la hauteur)
• 2 x grande forme d'arc avec deux trous
• 4 x rectangle avec un trou (3 et 1/2 pouces de longueur et 3 pouces de largeur)
• 4 x cercle avec trou au centre (1 et 1/2 pouces de diamètre)
• 6 x cercle avec trou au centre (1 pouce de diamètre)
• Rouleaux d'essuie-tout plus courts de 2 x 1/2 pouces coupés en longueur au centre d'un côté
• 1 x cheville en bois (4 pouces de longueur et 3/8 pouces de diamètre)

Étape 6: Construction poignet/paume

Le poignet/la paume du bras Lazarus était en fait l'une des parties les plus difficiles de la conception, à part le système de poulie dans le coude. La partie de la conception avec laquelle j'ai le plus lutté était de savoir comment créer une conception qui serait capable de rotation sans sacrifier la stabilité structurelle de la conception. Lorsque j'ai trouvé la solution à mon problème, j'ai d'abord pensé que je serais trop simpliste pour travailler, mais lorsque je l'ai mise en pratique, elle a résisté aux tests que j'ai administrés. Les pièces pour la construction de cette partie du bras de Lazare sont énumérées ci-dessous.

• 6 x modèles de modèles de paume qui doivent être dimensionnés vers le haut ou vers le bas en fonction de l'utilisateur (environ 3 et 1/2 pouces de longueur et 3 pouces de largeur)
• 2 x rectangle (3 pouces de longueur et 2 et 1/2 pouces de largeur)
• 2 x rectangle (3 pouces de longueur et 1 pouce de largeur)
• 6 x triangles à angle droit (hauteur et base de 1 pouce)
• 1 x cercle (2 et 5/16 pouces de diamètre)
• 2 x cercle avec petite découpe rectangulaire (2 et 5/16 pouces de diamètre)
• 1 x cheville en bois (3 pouces de longueur et 3/8 pouces de diamètre)
• 10 x Arch Design avec trou (environ 1 et 1/2 pouces de longueur et 1 pouce de largeur)
• 2 x rouleaux de papier toilette avec découpe d'encoche pour gabarit de main

Étape 7: Construction des doigts/pouces

Les dessins des doigts et du pouce sont presque exactement les mêmes pour des raisons de simplicité. Les principales différences sont que le pouce n'a que des articulations alors que les doigts en ont trois et que le pouce est incliné de la même manière qu'une main humaine en position anatomique. J'ai joint une vidéo expliquant la construction des doigts et du pouce. Les pièces qui sont affichées sont assez simples à créer, mais il faut en fabriquer quelques-unes pour ces pièces.

• 48 x plus grandes arches avec un trou (1 et 1/2 pouces de longueur et 1 et 1/4 pouces de largeur avec trou situé à 1 pouce de la droite et 1/4 pouce vers le bas)
• 13 x arches plus petites avec un trou (1 et 1/2 pouces de longueur et 1 et 1/2 pouces de largeur avec trou situé à 1/2 pouce de la droite et 1/4 pouce vers le bas)
• 13 x Arch (3/4 pouce de longueur et 1/2 pouce de largeur)
• 6 x pailles (3/4 pouces de longueur)
• 5 x pailles (1/2 pouce de longueur)
• 4 x pailles (1/4 pouce de longueur)
• 4 x pailles (1 et 1/2 pouces de longueur)
• 5 x ruban (12 pouces de longueur)

Étape 8: Tester

L'objectif de la phase de test du Lazarus Arm est de prouver que le concept est réalisable. J'ai joint une vidéo qui, je pense, prouve le concept de ma conception. Je pense que The Lazarus Arm fonctionne plutôt bien, compte tenu des matériaux utilisés pour le créer.

Étape 9: Améliorations futures possibles

En regardant le projet dans son ensemble, je suis assez satisfait du produit final. La seule chose que j'aimerais faire est de voir si je peux créer une impression 3D des pièces que j'ai fabriquées en carton afin de voir comment elles résistent à des pressions encore plus importantes. A part ça, j'aimerais prendre le temps d'améliorer l'esthétique du bras. J'aimerais également voir si je peux continuer à travailler sur cette conception de bras prothétique pour voir si je peux tester la conception dans certaines circonstances quotidiennes.

Étape 10: Remarques de clôture

Je voudrais exprimer à quel point je suis heureux avec la conception finale de The Lazarus Arm. Il s'est avéré viable pour une utilisation dans certaines tâches quotidiennes et est surprenant de fonctionnalité compte tenu des matériaux à partir desquels il est fabriqué. Je voudrais prendre un moment pour remercier la Fondation Iseman pour l'opportunité de travailler sur des projets comme celui-ci au cours des quatre dernières années. Cela a été incroyablement éducatif et amusant. Ce concours est l'une des raisons pour lesquelles je poursuis une majeure en génie mécanique. Cela a été incroyable de faire partie de cela au fil des ans et je ne pourrais jamais exprimer à quel point je suis reconnaissant, merci.