Table of Contents
TABLE OF CONTENTS����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� iv
TABLES�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� vii
FIGURES������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ vii
1.1 GATEWAY COALITION
PROGRAM BACKGROUND��������������������������������������������������������������������������������� 1
1.2 1996-1997 DESIGN����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 1
1.3 1997-1998 DESIGN����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 2
1.4 1998-1999 DESIGN����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 4
1.5 1999-2000 DESIGN����������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� 5
1.6 2000 GRADUATE
STUDENT DESIGN��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 6
1.7 MARKET ANALYSIS���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 7
2.1 PARTICIPANTS������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 10
2.2 COMMUNICATION
TECHNIQUES����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 11
2.3 PROJECT TASK
ASSIGNMENTS����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 11
3.1 OBJECTIVES���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 12
3.2 DESIGN CONSTRAINTS��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 12
3.3 CONFIGURATION��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 13
3.4 TERMINOLOGY������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 14
3.5 PERFORMANCE
HIGHLIGHTS���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 17
4.1 MOUNTING BRACKETS��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 18
4.2 BASEPLATE DESIGN������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 19
5.1 SHOULDER JOINT������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 29
5.2 LOWER ARM TUBE����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31
5.3 ELBOW MOTOR����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 33
6.1 FOREARM TUBING������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 38
6.2 WRIST DIFFERENTIAL������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 40
7.1 RESEARCH AND CONCEPTS���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 42
7.2 DESIGN AND ACTUATION����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 44
8.1 MOTOR RESEARCH AND SELECTION PROCESS���������������������������������������������������������������������������������� 49
8.2 MOTOR TESTING��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51
9.1 MICROCONTROLLER������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 58
9.2 MOTOR CONTROLLER����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 59
9.3 ANGLE MEASUREMENT FOR CLOSED LOOP
FEEDBACK����������������������������������������������������������������� 60
10.1 KINEMATICS AND CONTROL STRATEGY����������������������������������������������������������������������������������������������� 61
10.2 OOPIC AND CODE DEVELOPMENT�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 62
11.1 GENERAL������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 65
11.2 MOTORS��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 65
11.3 GRIPPER��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 65
11.4 CONTROLLER������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 66
A.1 - SHOULDER, LOWER ARM, AND FOREARM
BILL OF MATERIALS���������������������������������������������������� 67
A.2 - GRIPPER BILL OF MATERIALS������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 69
A.3 - CONTROLS BILL OF MATERIALS������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 70
A.4 - SUMMARIZED COST OF ARM������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 71
A.5 - SUPPLIER INFORMATION��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 72
B.1 TORQUE CALCULATIONS���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 73
B.2 GEAR RATIO
CALCULATIONS FOR FIRESTORM 18V DRILL MOTOR������������������������������������������������� 74
C.1 KINEMATICS���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 78
C.2 MASTER OOPIC CONTROL CODE������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 81
C.3 SLAVE OOPIC CONTROL CODE���������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� 88
ELECTRICAL SCHEMATICS�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 91
E.1 ALTERNATIVE CONTROLS��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 92
E.2 INTRODUCTION AND
GOALS����������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� 92
E.3 ASSUMPTIONS������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 92
E.4 CONTROL DESIGN �
GENERAL DESCRIPTION�������������������������������������������������������������������������������������� 93
E.5 CONTROLS DESIGN �
DETAILED DESCRIPTION����������������������������������������������������������������������������������� 95
E.6
HARDWARE/CONSTRUCTION��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 105
E.7 CODE���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 108
E.7.1 HEADER FILE����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 108
E.7.2 MAIN PROGRAM������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 110
MOTOR TESTING PROCEDURE������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 114
PART DRAWINGS�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 116
DESIGN MODIFICATIONS������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 156