MODE 2 — SCARA-Arm

Ziel & Anwendung

Du steuerst nie ein einzelnes Gelenk direkt — du gibst nur vor, wohin die Hand zeigen soll, und die beiden Arm-Gelenke berechnen automatisch den passenden Winkel. Genau nach diesem Prinzip arbeiten echte Industrieroboter.

• Du bewegst nur einen Zielpunkt — die Arm-Gelenke berechnen ihren Winkel dazu ganz automatisch.
• Ein Werkzeugrad-Paar am Arm-Ende dreht sichtbar gegenläufig, sobald der Punkt erreichbar ist.
• Ein Status-Fähnchen zeigt dir auf einen Blick, ob der Zielpunkt exakt getroffen wurde.

Anschluss & Funktion

Motoren am Board

Materialliste

• Kartonbox als Standfuß (mind. 15 × 15 cm) + schweres Füllmaterial
• Runde Kartonscheibe (Ø ca. 10 cm) als Drehteller
• 2 senkrechte Holzstäbchen als Führungsschienen für den Höhen-Hub
• Kleine Kartonplattform (ca. 10 × 10 cm) als Hub-Plattform
• Dünner Faden (ca. 40 cm) als Seilzug für den Hub
• 2 Kartonstreifen je ca. 10 × 3 cm als Ober-/Unterarm
• 2 kleine Kartonkreise (Ø ca. 4 cm) als Werkzeugräder
• Kleine Kartonlasche als Status-Fähnchen
• Strohhalme als Gleitlager, Gummiband zur Gewichtsentlastung
• Klebeband und Heißkleber

Step-by-Step Tutorial

1. Fuß-Drehteller bauen

   Fülle die Kartonbox mit schwerem Material. Stecke den Mitnehmer auf die Schrittmotor-Achse und klebe die runde Kartonscheibe flächig darauf — das ist die drehbare Basis für den ganzen Arm.

   Check: Drehteller dreht sich gleichmäßig mit dem Schrittmotor mit

   Tipp: Standfuß so schwer wie möglich befüllen — der Arm hat später einiges an Gewicht oben.

2. Höhen-Hub mit Seilzug bauen

   Stecke zwei Holzstäbchen senkrecht als Führungsschienen auf den Drehteller. Schneide Löcher in die kleine Kartonplattform, durch die die Stäbchen als Gleitschiene laufen. Schraube das Servo-Horn auf den Höhen-Servo und klebe das Faden-Ende daran fest — der Faden läuft nach oben über die Plattform. Dreht der Servo, wickelt sich der Faden auf und zieht die Plattform nach oben.

   Check: Hub-Plattform lässt sich am Faden sauber hoch- und runterziehen, ohne zu verkanten

   Tipp: Löcher in der Plattform mit einem Kugelschreiber weiten, damit sie ohne Klemmen an den Stäbchen entlanggleitet.

3. Oberarm und Unterarm montieren

   Schraube ein Servo-Horn auf den Schulter-Servo und klebe den Oberarm-Kartonstreifen flächig darauf. Montiere den Ellbogen-Servo am Oberarm-Ende, schraube auch dort ein Horn auf und klebe den Unterarm-Streifen daran. Ein Gummiband von der Arm-Unterseite zur Hub-Plattform entlastet den Schulter-Servo.

   Check: Beide Arm-Gelenke bewegen sich frei, Unterarm zeigt in die entgegengesetzte Richtung wie der Oberarm

   Tipp: Arm-Segmente nicht länger als 10-12 cm bauen, sonst wird der Schulter-Servo überfordert.

4. Werkzeugrad-Paar am Arm-Ende anbringen

   Klebe je eine kleine Kartonscheibe auf die Hörner der beiden verbleibenden 360°-Servos und montiere sie nebeneinander am Ende des Unterarms. Bemale beide unterschiedlich, damit die gegenläufige Drehung gut zu erkennen ist.

   Check: Beide Räder drehen sich gegenläufig, wenn du sie testweise von Hand antreibst

5. Status-Fähnchen bauen

   Klebe eine kleine Kartonlasche auf das letzte Servo-Horn und montiere den Servo gut sichtbar am Standfuß. Das Fähnchen zeigt später an, ob der Zielpunkt exakt getroffen wurde.

   Check: Fähnchen klappt sichtbar hoch, wenn der Servo auf die Zu-Position fährt

6. Leichtgängigkeits-Test ohne Strom

   Drehe den Fuß-Drehteller von Hand, ziehe die Hub-Plattform am Faden hoch und runter, bewege Schulter und Ellbogen durch, drehe beide Werkzeugräder. Klemmt oder schleift etwas, Löcher nachbessern oder ein Strohhalm-Stück als Gleitlager einsetzen. Erst wenn alles frei läuft, ProtoPeaks einschalten.

   Check: Drehteller, Hub-Plattform, beide Arm-Gelenke und beide Werkzeugräder bewegen sich von Hand frei

7. Mode 2 starten und Zielpunkt steuern

   Wähle im Menü Robotik den zweiten Modus. Bewege den Joystick zur Seite: die Fuß-Basis dreht mit und die Arm-Gelenke passen ihren Winkel automatisch an, als würde die Hand einem unsichtbaren Punkt folgen. Bewege den Joystick nach vorne/hinten: der Zielpunkt verschiebt sich, die Gelenke rechnen automatisch nach.

   Check: Joystick bewegt einen unsichtbaren Zielpunkt — beide Arm-Gelenke drehen automatisch mit, die Fuß-Basis dreht gleichzeitig mit

   Tipp: Du steuerst nie ein einzelnes Gelenk direkt — du gibst nur vor, wohin die Hand zeigen soll. Das ist das Grundprinzip echter Industrieroboter.

8. Höhe verstellen und Zieltreffer testen

   Drehe den Encoder: die Hub-Plattform samt Arm hebt oder senkt sich. Lass den Joystick in der Mitte los, sobald der Arm die Zielposition erreicht hat: das Status-Fähnchen klappt hoch, ein kurzer Rüttel-Impuls und ein Ton bestätigen den Treffer.

   Check: Encoder hebt/senkt die Hub-Plattform. Zielpunkt getroffen: Fähnchen klappt hoch, kurzer Rüttler ist spürbar

Troubleshooting

• Arm bewegt sich gar nicht, obwohl der Joystick ausgelenkt wird — Der Zielpunkt liegt außerhalb der Reichweite der beiden Arm-Segmente. Joystick länger in eine Richtung halten oder den Encoder drehen, um den Punkt zurück in den erreichbaren Bereich zu bewegen.
• Hub-Plattform verkantet und bleibt hängen — Führungslöcher zu eng oder Stäbchen nicht parallel. Löcher weiter aufweiten, Stäbchen mit einem Lineal exakt parallel ausrichten.
• Fuß-Drehteller reagiert nicht auf den Joystick — Mitnehmer sitzt locker auf der Motorachse. Fester aufstecken, bei Bedarf zusätzlich mit einem Tropfen Heißkleber fixieren.

Modifikationen & Sicherheit

• Pro-Tipp: Werkzeugräder mit Sandpapier bekleben — sieht dann wirklich wie ein kleines Schleifwerkzeug aus.
• Erweiterung: Faden-Länge des Höhen-Hubs verlängern für mehr Hubweg — dann reicht der Arm auch über höhere Hindernisse.
• Sicherheit: Finger nicht zwischen Ober- und Unterarm halten, während der Modus aktiv ist — die automatische Winkel-Berechnung kann sich schnell ändern.

Wichtige Code-Teile

// Joystick verschiebt den Zielpunkt (X/Y)
targetX += applyDeadzone((int)JoystickX - 2048, 0, 200) * 0.005f;
targetY += applyDeadzone((int)JoystickY - 2048, 0, 200) * 0.005f;
targetX = constrain(targetX, 0, 180);
targetY = constrain(targetY, 20, 180);
// Inverse Kinematik berechnet die Gelenkwinkel für S1/S2
JointPositions pos = scaraIK.calculate(targetX, targetY, 0);
if(pos.valid) {
    servocontroller.setServoPulse(1, scaraIK.angleToPulse(pos.q1, 0, 180, 1000, 2000));
    servocontroller.setServoPulse(2, scaraIK.angleToPulse(pos.q2, 0, 180, 1000, 2000));
}
// S3: Höhen-Hub via Encoder
servocontroller.setServoPulse(3, mapEncoder);
// Stepper: Fuß-Drehteller folgt zusätzlich JoystickX
int stepSpd = applyDeadzone(map(JoystickX, 0, 4095, -3, 3), 0, 1);
if(stepSpd != 0) stepper.move(stepSpd * 15);
// S4/S5: Werkzeugräder gegenläufig, aktiv wenn Zielpunkt erreichbar
servocontroller.setServoPulse(4, pos.valid ? 1700 : 1500);
servocontroller.setServoPulse(5, pos.valid ? 1300 : 1500);

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