Automatisierter Löt-Roboterarm: Präzision, Geschwindigkeit & DIY-Bauanleitung

Komponenten und Zubehör

Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiber	×	1
Arduino UNO	×	1
Servo TowerPro MG955 (Metallgetriebe)	×	1
I2C Serial LCD 1602 Modul	×	1
Step-Down Modul (Buck Converter)	×	1
NEMA 17 Schrittmotor (OpenBuilds)	×	1

Benötigte Werkzeuge

• Lasercutter (für Gehäuseteile)
• Dremel / Rotary Tool mit Fräsbits

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE
• Microsoft Visual Studio 2015 (für eventuelle PC-Software)

Über dieses Projekt

Einführung

Die Idee entstand bei der Recherche zu Roboterarmen – wenige Projekte decken automatisiertes Löten/Schweißen ab. Mit Vorerfahrung im Roboterarm-Bau entstand ein praxistaugliches, effektives Gerät.

Design-Orientierung an Industrie-Robotern und Open-Source-Projekten – visuelle Erfassung hilft dem Gehirn, die richtige Form zu finden.

Schritt 1: Design

Erste professionelle Entwürfe waren zu komplex. Eigenes Design in Google SketchUp 2017 Pro: Jedes Teil für definierte Montagereihenfolge konstruiert. Virtuelles Fertigmodell als Leitfaden für Lötkolben-Auswahl & Dimensionierung.

Schritt 2: Betrieb & Installation – Probleme & Lösungen

1. Arme zu schwer für kleine Schrittmotoren. → Nächste Lasercutter-Version: leichtere Arme.
2. Hohe Reibung am Drehgestell (Kunststoff auf Kunststoff). Erste Lösung: Größerer Schrittmotor (NEMA 17) + Basis-Neukonstruktion. Problem blieb: Reibung + falsche Strombegrenzung am Treiber (Potentiometer nicht nach Herstellervorgabe per Spannungsmessung justiert). Endgültige Lösung: Komplettes Basis-Redesign mit Metallgetriebe-Servo statt Zahnradgetriebe.
3. Spannungsversorgung: Arduino über DC-Buchse (7–12 V), USB (5 V) oder Vin (7–12 V). 5V/3,3V-Pins umgeht Regler. Entscheidung: Spezielles USB-Kabel (5 V von PC/Netzteil) + Step-Down-Modul (Buck Converter) für stabile 5 V an allen Komponenten.

Schritt 3: Modifikationen

Arme verkürzt, Servo-Aussparung für Metallgetriebe-Servo integriert. Servo dreht 180° lastfrei (hohes Drehmoment). I2C für LCD: nur 2 Pins, bis zu 8 Geräte an einem Bus (Hardware-I2C-Pins nötig).

Schritt 4: Lötkolben-Halter / Greifer

Metallgetriebe-Servo für Lötkolben-Gewicht. Problem: Servo-Zittern/Vibration. Lösung: Mechanische Endlagen per Code begrenzen.

servo.attach(9, 1000, 2000);
servo.write(constrain(angle, 10, 160));

Nicht alle Servos schaffen 180°. Test mit servo.writeMicroseconds() (Bereich 1000–2000 µs, oft 600–2400 µs möglich). Summen = mechanischer Anschlag. constrain() verhindert Überfahren.

Schritt 5: Programmierung

Bibliotheken:

#include <AccelStepper.h>
#include <MultiStepper.h>
#include <Servo.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

Code

Stepper X Y Z Steuerung (Arduino)

#include "AccelStepper.h"
AccelStepper stepperX(1, 2, 3); // Interface 1 = Step/Dir, Pin 2=STEP, 3=DIR
AccelStepper stepperZ(1, 5, 6); // Pin 5=STEP, 6=DIR
AccelStepper stepperY(1, 7, 8); // Pin 7=STEP, 8=DIR (Korrektur: war 7,8,9 im Original)

long TravelX, TravelZ, TravelY;
int move_finished = 1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Enter Travel distance separated by comma: X,Z,Y");
  Serial.print("Enter Move Values Now: ");
  stepperX.setMaxSpeed(500); stepperX.setAcceleration(500);
  stepperZ.setMaxSpeed(250); stepperZ.setAcceleration(250);
  stepperY.setMaxSpeed(250); stepperY.setAcceleration(250);
}

void loop() {
  while (Serial.available() > 0) {
    move_finished = 0;
    TravelX = Serial.parseInt(); Serial.print(TravelX); Serial.print(" X Travel, ");
    TravelZ = Serial.parseInt(); Serial.print(TravelZ); Serial.print(" Z Travel, ");
    TravelY = Serial.parseInt(); Serial.print(TravelY); Serial.println(" Y Travel");
    stepperX.moveTo(TravelX);
    stepperZ.moveTo(TravelZ);
    stepperY.moveTo(TravelY);
    delay(1000);
    Serial.print("Moving Steppers into position...");
  }
  if ((stepperX.distanceToGo() != 0) || (stepperZ.distanceToGo() != 0) || (stepperY.distanceToGo() != 0)) {
    stepperX.run(); stepperZ.run(); stepperY.run();
  }
  if ((move_finished == 0) && (stepperX.distanceToGo() == 0) && (stepperZ.distanceToGo() == 0) && (stepperY.distanceToGo() == 0)) {
    Serial.println("COMPLETED!");
    Serial.println("");
    Serial.println("Enter Next Move Values (0,0,0 for reset): ");
    move_finished = 1;
  }
}

Hinweis: Originalcode hatte Pin-Konflikt (stepperY auf 7,8,9 aber 9 für Servo). Korrigiert auf 7,8.

Schaltpläne