MK2 Plus Roboterarm-Controller – Arduino UNO, CNC Shield & Schrittmotoren

Komponenten & Zubehör

Benötigte Werkzeuge

• 3D-Drucker (für MK2 Plus Arm, Thingiverse #2520572)
• Lötkolben (für Treiber-Pins, Endschalter)

Projektbasis: EEZYBOT MK2 Arm

Der ursprüngliche EEZYBOT MK2 (von daghizmo) nutzt Servos – wackelig und unpräzise. Der MK2 Plus Remix ersetzt sie durch 3 NEMA-17-Schrittmotoren für präzise, wiederholbare Bewegungen. Kinematik basiert auf ABB IRB 460 (skaliert 1:7). Druckzeit: mehrere Tage.

Referenzfahrt (Homing) mit 3 Endschaltern

Da Schrittmotoren keine Absolutposition kennen, wird beim Start eine Homing-Routine gefahren:

1. X & Y gemeinsam: Gegenläufig fahren, bis Y-Endschalter triggert.
2. Dann gleichläufig, bis X-Endschalter triggert.
3. Beide leicht zurückfahren, bis Schalter öffnen (Feinjustage).
4. Z (Basisrotation): Drehen bis Z-Endschalter, dann zurück bis Öffnen.

Die Logik ist in der Funktion autohome() implementiert (siehe Code).

Verkabelung (CNC Shield)

• X-Motor → X-Achse (Seite mit Y-Endschalter)
• Y-Motor → Y-Achse (Seite mit X-Endschalter)
• Z-Motor → Z-Achse (Basisrotation)
• Endschalter an X-LIMIT (Pin 9), Y-LIMIT (Pin 10), Z-LIMIT (Pin 11) – INPUT_PULLUP
• ENABLE Pin 8 (LOW = Treiber an)
• 12 V an Motor Shield (nicht an Arduino Vin!)

Software: AccelStepper Bibliothek

Installation über Bibliotheksverwalter: AccelStepper (by Mike McCauley). Ermöglicht ruckfreie Beschleunigung, gleichzeitiges Fahren mehrerer Motoren und Positionierung in Steps.

Code-Struktur (Ausschnitte)

#define XSTEP 2, YSTEP 3, ZSTEP 4
#define XDIR 5, YDIR 6, ZDIR 7
#define ENABLE 8
#define XLIMIT 9, YLIMIT 10, ZLIMIT 11

AccelStepper XMOTOR(1, XSTEP, XDIR);
AccelStepper YMOTOR(1, YSTEP, YDIR);
AccelStepper ZMOTOR(1, ZSTEP, ZDIR);

void pinsetup() { ... }
void autohome() { xyhome(); zhome(); }
void xyhome() { ... } // siehe Original für Details
void zhome() { ... }

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinsetup();
  autohome();
  Serial.println("HOMING OK");
}

void loop() {
  // Beispiel: einfache Bewegungssequenz
  XMOTOR.runToNewPosition(100); delay(1000);
  YMOTOR.runToNewPosition(50); delay(1000);
  YMOTOR.runToNewPosition(-50); delay(1000);
  YMOTOR.runToNewPosition(0); delay(1000);
  XMOTOR.runToNewPosition(0); delay(1000);
}

Vollständiger Code & Download: GitHub Repository

Erweiterungsmöglichkeiten

• Serielle Steuerung (G-Code / eigenes Protokoll) für PC-Ansteuerung.
• Inverse Kinematik: Cartesian Koordinaten (X,Y,Z) → Schrittmotor-Positionen.
• Greifer / Werkzeugwechsler am Endeffektor.

Fazit

Der MK2 Plus mit Schrittmotoren ist ein hervorragendes Lernprojekt für Robotik-Kinematik, CNC-Steuerung und 3D-Druck. Die Homing-Routine ist der Schlüssel zur Wiederholgenauigkeit. Ohne PC (nur Arduino) lassen sich fixe Abläufe realisieren – ideal für Demos oder kleine Automatisierungsaufgaben.