Procés disseny 3D

-Introducció

Primerament vam decidir entre tots fer el nostre propi disseny de la mà perquè no volíem agafar un disseny ja fet d'Internet i començar a programar, ja que treballs així s'han fet moltíssims i no són molt originals. Fent la mà nosaltres aprendríem bastant sobretot el que envolta el món del disseny i la gran complicació que té.

Començàrem fent cubs molt senzills i a partir d’aquí vam arribar a fer un cub soma, que són diferents peces formades per cubs. El programa que utilitzàrem per fer-lo va ser FreeCAD, que ens va recomanar la Carol perquè practiquéssim. Tot i que no vam imprimir cap peça més feta amb aquell programa, vam continuar veient i practicant amb videotutorials d’un youtuber que es diu Obijuan, gràcies als seus vídeos diferents instituts estan introduint el disseny i impressió 3D.

Seguidament vam descobrir un altre que es diu Tinkercad, en el qual era molt més senzill arribar a fer figures més complicades i per aquest motiu vam continuar durant tot el procés amb aquest programa de disseny.

- 5 o 3 dits?

Una altra qüestió que ens vam plantejar va ser el fet de fer una mà amb 5 dits o només 3 dits, com diferents animals tenen; l’ós mandrós, diferents granotes, etc. La decisió final que vam prendre va ser fer-la amb només 3 dits perquè:

- No són necessaris més dits per poder arribar a fer els moviments bàsics i imprescindibles per poder viure. Per exemple per agafar algun objecte no massa gran amb 3 dits és més que suficient.

- Dona una sensació més àmplia de mà artificial, ja que si fem una amb 5 dits, segurament tothom pensaria que és com una mà humana i això precisament és el que no volem. Aquest és el motiu principal.

- Pressupost menor, és a dir, si utilitzem més dits haurem de comprar més servos, més sensors, fer la palma més gran i imprimir dos dits extra.

- Menys dificultat a l’hora de coordinar-lo tot a l’hora de programar i també més comoditat per poder organitzar tots els elements a la palma definitiva. Aquest temps que guanyàvem havent de muntar tres dits en comptes de cinc el podíem invertir en fer més proves.

Disseny del dit

Ja posats de ple al disseny de la mà, d’una pàgina que es diu Thingiverse, on es poden trobar diferents exemples de tota mena de figures per imprimir en 3 dimensions, vam agafar un model de dit i el vam fer una mica més senzill per fer-lo moure. A les primeres impressions ens vam adonar que el dit havia de fer un moviment cap a dins i a l’hora de tornar a la posició inicial havia de tenir un límit com un dit normal de qualsevol humà i aquest va ser el primer problema. Amb l’ajuda de tots i després de vàries proves amb impressió 3D i fusta, vam arribar a trobar la solució posant com una petita paret a les dues articulacions que hi ha i així no podria girar al fer el moviment de tornada. Hi ha forats per sobre i per sota dels dits per on poden passar els fils de pescar que uneixen les diferents falanges permetent el moviment.

Havíem agafat les mesures dels dits de l’Iván perquè fossin a mida real però a l’hora de fer el moviment costava molt, ja que estava tot molt just i forçat i s’havia de deixar espai perquè les articulacions es moguessin d’una manera més fluida. Deixant de banda les mesures de l’Iván, ja que sortien desproporcionades les mides de les falanges per un problema de disseny a l’hora de canviar la mida, vam decidir agafar mesures que eren molt semblants a les reals de qualsevol persona (sense ser exactament la mateixa mida) fent que funcionés molt millor amb una proporció determinada de les falanges.

El polze era gairebé el mateix que el dit que vam dissenyar primer però amb una falange menys. Més endavant es veuria la col·locació dels dits a la palma, més la dels servos i la manera d’unit tot això amb l’avantbraç que encara s’hauria de fer.

Als dos extrems de la segona falange que uneix la primera amb la tercera tant damunt com a sota de cada una de les dues parts vam col·locar una paret petita perquè el moviment sigui més real i no sigui tan robòtic.

Comprovat que el dit es movia correctament amb el servo unit amb fil de pescar, passàrem a la següent fase del procés.

Disseny de la palma

Aquesta és la part que més ha costat de tot el procés perquè havíem de fer la palma amb unes mesures proporcionals als dits i a part posar les ranures a la posició adequada per col·locar els servos i que funcionin correctament, també s’havien de fer forats per on passessin els fils de pescar. Com fer això de primeres és massa complicat, vam fer diferents proves amb fusta per obtenir una idea més o menys clara de com distribuir les ranures i l’espai.

Per fer un forat o bé un encaix l’únic que s’ha de fer és escollir la forma que volem i posar la figura escollida en mode buit, així al posar-la al lloc on volem fer el forat de la palma només s’han d’unir les dues peces i ja estaria creat. Aquest procés l’hem seguit per fer els forats que hi ha als dits per on passen els fils de pescar i els forats de la palma que van un per sobre i l’altre per sota de cada dit.

Els dits s’uneixen a la palma amb peces semicirculars que estan incorporades al lloc corresponent de cada dit. La primera falange es fusiona amb aquesta peça la qual fa que faci el moviment pretès.

Tenint en compte que el polze és el dit més extern de la mà i la separació amb els altres dits d’una mà humana vam posar el polze a la posició que està actualment. La separació i col·locació dels altres 2 dits està basada en la distància que hi ha entre l’índex i l’anul·lar.

Les posicions dels servos estan relacionades amb les dels dits; el servo que està més a prop del dit és del polze, dit el qual és el que té més força. El segon dit amb més força és l’índex la qual cosa fa que el segon servo més a prop sigui el d’aquell dit. Per últim, dels dits d’una mà humana el que està entre els que tenen menys força és l’anul·lar (encara que el que té menys força de tots és el petit).

A la primera impressió ens vam adonar que els servos estaven massa alts i tocarien els dits perquè vam posar parets massa altes la qual cosa feien que no baixés bé el servo. A la segona impressió editada amb les parets més baixes, vam moure la posició dels dits perquè tingui millor proporció i així tenir més seguretat de que no tocaran els servos (tot i que quedaven bastant a prop) ja que quedaven més avall, això el vam fer també perquè era més adequat i semblant a l’anatomia d’una mà humana. Els artells estan a la part superior de la mà, no a la part inferior.

A més a més a la zona del canell de la mà hem fet un forat perquè passin els cables del servo i un forat per l’encaix de l’avantbraç amb la mà. Això està fet perquè amb la impressora 3D no es pot imprimir la palma amb l’avantbraç ja unit per una qüestió de mida aleshores vam decidir imprimir per separat les dues peces i una vegada que les tinguéssim físicament unir-les a partir de encaixos. Mostrant a la Carol el forat amb la forma de l’avantbraç que vam fer a la palma no li va acabar de agradar ja que no era molt segur que es fixés bé aleshores va sorgir la idea entre tots d’utilitzar tres cargols fent tres forats a la palma i a més a més fent una paret a l’avantbraç i tres forats amb les mateixes proporcions de distàncies que els altres de la palma.

Tal i com estava dissenyat se’ns feia molt complicat arribar a agafar un objecte amb la mà que havíem creat ja que encara que els servos no tocaven els dits no hi havia la distància suficient entre ells perquè hi hagi un objecte entremig. Per això vam pujar la posició dels dits el màxim que vam poder i a més vam canviar la posició del polze perquè estava perpendicular a la palma i per poder arribar a agafar algun objecte és molt millor tenir el polze en posició diagonal ja que els dits al tancar-se s’ajunten molt més. Vam fer una primera impressió i ens vam adonar que el polze s’havia de fer una mica més gran, de manera que al costat més curt la distància en diagonal del forat fins la palma havia de ser igual a la distància en perpendicular de la palma al forat dels altres 2 dits. Ho vam haver de fer així perquè si no a l’hora de tancar el dit per una qüestió de distàncies els forats no coincideixen bé i no es pot fer el moviment de manera correcta ja que si els forats no estan exactament iguals a l’hora d’encaixar, el cargol no podria fer la seva funció.

Més endavant ens vam adonar que els dits al fer el moviment de tancar-se, era pràcticament impossible que poguessin agafar algun objecte ja que els servos estaven molt a prop de la zona de tancament.

Per aquest motiu vam modificar la posició dels dits baixant-los fins a avall de tot. D’aquesta manera canviant el moviment de tancament dels dits cap avall i amb la posició dels dits canviada, no hi hauria cap element que els pogués impedir tancar correctament.

La palma està dissenyada al nostre nivell, és a dir, des del principi no buscàvem fer una mà que fos espectacular simplement una mà que funcioni a través del sensor que escolliríem més endavant.

Disseny de l’avantbraç

Com no sabíem per on començar exactament vam buscar models de referència al software on treballàvem el disseny 3D: Tinkercad. Sortien molts dissenys de mans amb avantbraços ja fets però ens vam fixar en un especialment. Era un model fet a partir del braç de Thanos (personatge de ficció de Marvel), el que s’havia de fer era treure la mà i la part superior de l’avantbraç per quedar-nos només amb la part de sota. Quan ja estava fet el vam modificar perquè l’avantbraç estigués fet amb més forats i amb la forma que necessitàvem per poder col·locar el velcro necessari per posar el braç d’una persona o les plaques corresponents.

La idea va ser imprimir-lo quan la mà funcionés correctament amb el sensor que utilitzaríem, que els dits es moguessin amb fluïdesa i que no hi hagués problemes de connexió, de disseny o de qualsevol altre tipus.

Per assegurar-nos que encaixaven bé els forats de la palma amb els de l’avantbraç i no imprimir encara l’avantbraç final, vam fer un arxiu separat amb només la part de l’avantbraç que té els forats per als cargols. Després de comprovar que encaixaven perfectament imprimiríem l’avantbraç complet.

A l’hora d’imprimir ens vam adonar que les parts laterals de l’avantbraç eren molt fines i hi havia una que no tocava la part que havia d’unir. Per això vam haver de rectificar i arreglar aquest error mitjançant unions. Al final l’avantbraç va quedar dissenyat amb unes connexions laterals més grosses que donaven més seguretat.