זרוע לזרוס: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

אני רוצה להתחיל להגיד תודה שהתעניינת בפרויקט שלי. שמי צ'ייס ליץ 'ואני בכיר ב- WBASD S. T. E. M. אֲקָדֶמִיָה. פרויקט זה הינו הגשה לפרס המדע והטכנולוגיה של בוטווין אליאס 2019-2020. זרוע לזרוס הינה עיצוב תותב ייחודי במידה והיא משתמשת רק בחומרים שניתן היה למצוא ברחבי הבית למעט מנועים וארדואינו אונו אשר נלקחו מפרויקטים קודמים שעיצבתי. השנה היא שאין לי גישה למדפסת תלת מימד ולכן עיצוב הזרוע היה קצת מסובך כי עבדתי עם קרטון להרבה רכיבים מבניים של זרוע לזרוס. מטרת הפרויקט היא ליצור מודל עבודה שיכול להדגים את הרעיון של העיצוב שלי. בהתחשב במשאבים המוגבלים, אני חושב שהעיצוב הסופי יצא די טוב. תודה על ההזדמנות לקחת חלק בתחרות הזו. זה איפשר לי ליהנות כל כך. התחרות הזו יצרה לי זכרונות מוקירים. עיצוב זרוע לזרוס והתגברות על האתגרים שהציגה לימד אותי רבות. תודה על הזמן וההתחשבות וללא התנהגות נוספת אני מקווה שתיהנו.

אספקה

כל הציוד שהשתמשתי בו כבר היה זמין לי, אולם צירפתי רשימה של העלויות התיאורטיות לצד החומרים.

אספקה ועלויות

• קופסת קרטון 12 x 12 x 16 ($ 0.82)
• אקדח דבק חם ($ 4.99)
• מקלות אקדח דבק חם ($ 3.97)
• סרט סקוטי ($ 6.80)
• 4 x גלילי מגבת נייר ($ 9.98)
• 2 x גלילי נייר טואלט ($ 6.99)
• (כמות: 8) מנועי MG90S Tower Pro Servo (עלות כוללת: $ 23.99)
• 1 x לוח Arduino MEGA 2560 R3 (עלות כוללת: 12.95 $)
• חוט ($ 8.76)
• ProtoBoard ($ 5.99)
• קשיות ($ 2)
• סרט (3.29 $)

שלב 1: הזמן הנדרש לבנייה

הזמן שהוקדש לפרויקט זה חלף תוך כדי עבודה על תכנון ובניית הזרוע. החלק של הפרויקט שנהניתי במיוחד היה תכנון מפרק המרפק מכיוון שהוא משתמש בשיטה של בניית מפרקים ברובוטיקה המשתמשת במערכת גלגלת כדי להגדיל את כמות תפוקת העבודה. העיצוב של זרוע לזרוס לקח בסך הכל 63 שעות שכללו מחקר כדי למצוא את הדרך היעילה ביותר להפוך את העיצוב הסופי כמה שיותר חסכוני. ההרכבה של זרוע לזרוס ארכה בסך הכל 15 שעות והרבה דבק חם. הבדיקה הייתה מעניינת מכיוון שלעיצוב הראשוני של התותבת הייתה נטייה להיעצר כתוצאה מהחיכוך שנוצר על ידי חוט הדנטלי המשמש את מערכת הגלגלת במרפק. כל מה שעשיתי היה להקטין את קוטר הגלגלים וזה עבד. שלב הבדיקה ארך בסך הכל 12 שעות. שלב התכנות של הפרויקט לקח לי בסך הכל 10 שעות וזה לא כולל את הזמן שלקח לי לגעת בכישורי C ++ שלי.

שלב 2: S. T. E. M. יישומים

מדע- בפרויקט שלי, המדע מעורב בעיצוב של עיצוב הלוח המאפשר חלוקת כוח בין מנועי הסרוו בעיצוב. הוא גם מוצא תפקיד בפיזיקה הכרוכה בעיצוב מבנה הזרוע. יותר, במיוחד העיצוב של מערכת הגלגלת במפרק המרפק המעניק לזרוע יתרון מכני ניכר המאפשר לזרוע להרים יותר מכפי שהיתה יכולה אחרת, באדיבות ארכימדס.

טכנולוגיה- ההיבט הטכנולוגי של הפרויקט שלי נכנס לתמונה כאשר קידדתי את תנועת הזרוע התותבת באמצעות C ++. זה נכנס לתמונה גם כשהתקנתי את המנועים ולוח ה- Arduino.

הנדסה- הנדסה נכנסה לשחק כשעיצבתי את כף היד, האצבעות, האגודל, מפרק כף היד, האמה, המרפק והזרוע העליונה. זה נכנס לשחק בעיצובים המחודשים, בזיהוי בעיות כשהן צצו ובפתרונות שהבאתי לבעיות.

מתמטיקה- המתמטיקה הכרוכה ביצירת היד נכנסה לשחק כשחיפשתי את הפרופורציות האנטומיות הנכונות של מקטעי הזרוע. זה גם נכנס לשחק כשחיפשתי התאמות גודל מקובלות לקטרי הגלגלים במפרק מערכת הגלגלת. השתמשתי גם במתמטיקה במהלך החישובים שערכתי למספר הגלגלים בהם הייתי משתמש במפרק המרפק כדי שהזרוע תוכל לנוע מתחת למשקל של ספל קפה. זה גם נכנס לשחק עם החישוב שנעשה באמצעות יישום חוק אוהם לעיצוב המעגל וקלט המתח הנדרש.

שלב 3: סקיצות עיצוב הנדסיות

המערכונים שסיפקתי כוללים את העיצוב הראשוני שלי לזרוע לזרוס. אני מאמין שהעיצוב מצליח להישאר מספיק יציב לשימוש יומיומי תוך שהוא נשאר חסכוני במידה ניכרת.

שלב 4: בניית זרוע

אני כן מציין את הכמות והמידות של חלקי הקרטון בסרטון שצירפתי, אולם אכלול כאן גם רשימה של החלקים, המידות והכמויות. הרשימה שכללתי להלן נכתבה לאחר בניית האמה, כך שאם יש פערים בינה לבין הסרטון, הייתי משתמש ברשימה.

• 2 x גלילי מגבת נייר
• 4 x זרוע גלגלת
• 2 x עיגולים בקוטר של 3 אינץ '
• 8 x עיגולים עם חור וקוטר של 2 ו 3/16 אינץ '
• 4 x גלילי מגבות נייר שהשתנו באורך של 1 ו- 7/8 אינץ '
• 12 x עיגולים עם חור וקוטר של 1 ו- 6/8 אינץ '
• 1 x קוטר דיבל מעץ של 3/8 אינץ 'ואורך של 4 אינץ'
• 2 x מלבן של 7 ו 3/16 אינץ 'אורך ו 3 אינץ' רוחב
• 2 x מלבן באורך של 7 ו -3/16 אינץ 'ורוחב של 1 ו- 7/16 אינץ'
• 9 x ריבוע של 1 וחצי אינץ 'באורך וברוחב
• 12 x משולשים ימניים עם בסיס וגובה

שלב 5: בניית זרוע עליונה

מבנה הזרוע העליונה די פשוט אך יציב. כדי לבנות חלק זה של זרוע לזרוס, תזדקק לכמה חלקים. צירפתי הסבר בוידאו על כל החלקים הנדרשים, אולם רציתי לוודא שההסבר מקיף מספיק כדי לעקוב אחריו בבית ולכן כללתי רשימה להלן.

• 4 x מלבן (5 אינץ 'אורך ו 3 אינץ' ברוחב)
• 4 x מלבן (5 אינץ 'באורך ו -1 ו- 1/2 אינץ' ברוחב)
• 2 x עיגול (3 אינץ 'בקוטר)
• 2 x גליל מגבות נייר שונה (קוטר 1 אינץ 'ואורך 1/2 אינץ')
• 9 x ריבוע (1 וחצי אינץ 'משני הצדדים)
• 8 x משולשים ימניים (1 וחצי אינץ 'לבסיס ולגובה)
• 2 x צורת קשת גדולה עם שני חורים
• 4 x מלבן עם חור (3 וחצי אינץ 'באורך ו -3 אינץ' לרוחב)
• 4 x עיגול עם חור במרכז (1 וקוטר 1/2 אינץ ')
• 6 x עיגול עם חור במרכז (קוטר 1 אינץ ')
• 2 x 1/2 אינץ 'גלילי מגבות נייר קצרים יותר חותכים את האורך במרכז צד אחד
• 1 x דיבל עץ (4 אינץ 'באורך וקוטר 3/8 אינץ')

שלב 6: בניית פרק כף היד/כף היד

פרק כף היד/כף היד של זרוע לזרוס הייתה למעשה אחד החלקים הקשים ביותר בעיצוב, מלבד מערכת הגלגלת במרפק. החלק בעיצוב שנאבקתי בו ביותר היה כיצד ליצור עיצוב שיהיה מסוגל להסתובב מבלי לוותר על כל היציבות המבנית של העיצוב. כאשר הגעתי לפתרון הבעיה שלי חשבתי בתחילה שאהיה פשטני מדי לעבודה, אולם כאשר ניסיתי את זה בפועל זה עמד במבחנים שניהלתי. החלקים לבניית חלק זה של זרוע לזרוס מפורטים להלן.

• 6 x עיצובים של תבנית כף יד שצריכים להיות בגודל למעלה או למטה בהתאם למשתמש (בערך 3 וחצי אינץ 'באורך ו -3 אינץ' לרוחב)
• 2 x מלבן (3 אינץ 'באורך ו -2 ו- 1/2 אינץ' ברוחב)
• 2 x מלבן (3 אינץ 'אורך ורוחב 1 אינץ')
• 6 x משולשים בזווית ישרה (גובה ובסיס של 1 אינץ ')
• 1 x עיגול (2 ו 5/16 אינץ 'קוטר)
• 2 x עיגול עם חיתוך מלבני קטן (קוטר 2 ו -5/16 אינץ ')
• 1 x דיבל עץ (3 אינץ 'באורך וקוטר 3/8 אינץ')
• 10 x עיצוב קשת עם חור (כ -1 וחצי סנטימטר באורך ורוחב סנטימטר)
• 2 x גלילי נייר טואלט עם חיתוך חריץ לתבנית יד

שלב 7: בניית אצבע/אגודל

עיצובים האצבע והאגודל כמעט זהים למען הפשטות. ההבדלים העיקריים הם שלאגודל יש רק למפרקים בעוד לאצבעות שלוש ולאגודל הזווית בדומה ליד אדם במצב אנטומי. צירפתי סרטון המסביר את בניית האצבעות והאגודל. החלקים המוצגים די פשוטים ליצירה, אולם יש צורך לבצע לא מעט חלקים אלה.

• 48 x קשתות גדולות יותר עם חור (1 וחצי אינץ 'באורך ורוחב 1 ו -1/4 אינץ' עם חור שנמצא 1 אינץ 'מימין ו 1/4 אינץ' למטה)
• 13 x קשתות קטנות יותר עם חור (1 וחצי אינץ 'באורך ו -1 וחצי אינץ' ברוחב עם חור שנמצא 1/2 אינץ 'מימין ו -1/4 אינץ' למטה)
• 13 x קשת (3/4 אינץ 'באורך ו 1/2 אינץ' ברוחב)
• 6 x קשיות (3/4 אינץ 'באורך)
• 5 x קשיות (באורך 1/2 אינץ ')
• 4 x קשיות (1/4 אינץ 'באורך)
• 4 x קשיות (1 וחצי אינץ 'באורך)
• 5 x סרט (12 אינץ 'באורך)

שלב 8: בדיקה

מטרת שלב הבדיקה של זרוע לזרוס היא להוכיח את הרעיון כדבר אפשרי. צירפתי סרטון שלדעתי מוכיח את הרעיון של העיצוב שלי. אני חושב שזרוע לזרוס פועלת די טוב בהתחשב בחומרים שבהם נוצרו.

שלב 9: שיפורים עתידיים אפשריים

במבט על הפרויקט בכללותו, אני די מרוצה מהתוצר הסופי. הדבר היחיד שהייתי שמח לעשות הוא לראות אם אני יכול ליצור הדפסה תלת מימדית של החלקים שיצרתי מקרטון בכדי לראות כיצד הוא מחזיק מעמד בלחץ גדול עוד יותר. חוץ מזה, אני רוצה לקחת את הזמן כדי לשפר את האסתטיקה של הזרוע. אני גם רוצה לראות אם אוכל להמשיך לעבוד על עיצוב זרוע תותבת זה כדי לבדוק אם אוכל לבדוק את העיצוב בנסיבות יומיומיות מסוימות.

שלב 10: הערות סגירה

אני רוצה להביע עד כמה אני שמח מהעיצוב הסופי של זרוע לזרוס. זה הוכיח את עצמו ככדאי לשימוש בחלק מהמשימות היומיומיות והוא פונקציונאלי מפתיע בהתחשב בחומרים שהוא עשוי מהם. אני רוצה לקחת רגע להודות לקרן איזמן על ההזדמנות לעבוד על פרויקטים כאלה בארבע השנים האחרונות. זה היה חינוכי וכיפי להפליא. תחרות זו היא אחת הסיבות לכך שאני לומד במגמת הנדסת מכונות. זה היה מדהים להיות חלק מזה לאורך השנים ואף פעם לא יכולתי להביע עד כמה אני אסירת תודה, תודה.