DIY Arduino Roboterarm: Kabellos per Smartphone steuern & programmieren

Einführung

In diesem Tutorial bauen Sie einen Arduino Roboterarm mit 5 Freiheitsgraden, der kabellos per selbstentwickelter Android-App gesteuert und programmiert wird. Prozess: 3D-Druck, Elektronik, Arduino-Code, App-Entwicklung (MIT App Inventor).

Funktionsumfang der App

6 Slider für manuelle Steuerung jedes Servos/Achse
Geschwindigkeits-Slider
SAVE: Aktuelle Position als Schritt speichern
RUN: Gespeicherte Schritte automatisch abspielen (Loop)
PAUSE (während RUN): Anhalten, erneutes RUN → fortsetzen
RESET: Alle Schritte löschen, neu aufnehmen
Schrittzähler-Anzeige

3D-Modell & Druck

Design in SolidWorks. 5 Achsen: Basis (Drehung), Schulter, Ellbogen, Handgelenk-Roll, Handgelenk-Pitch, Greifer.

DIY Arduino Roboterarm: Kabellos per Smartphone steuern & programmieren

Servos:

Achse 1–3 (Basis, Schulter, Ellbogen): MG996R (hohes Drehmoment)
Achse 4–5 (Handgelenk) & Greifer: SG90 Micro

3D-Modell (STL/Assembly) auf Thangs zum Download & Browser-Exploration.

3D-Druck (Creality CR-10)

Alle Teile in wenigen Stunden gedruckt. CR-10: 90% vormontiert, top Druckqualität.

Tipp: Exzentermuttern an Rollen justieren für sauberen Lauf. Bett leveln → drucken.

Roboterarm montieren

Basis: Servo 1 anschrauben, Rundhorn auf Welle, Bolzen sichern.

Oberteil aufsetzen, 2 Schrauben.

Schulter: Servo 2 → Horn → nächstes Teil → Bolzen.

Wichtig: Feder/Gummiband an Schulterachse zur Gewichtsentlastung (trägt ganzen Arm + Last).

Ellbogen, Handgelenke, Greifer analog (4 mm Schrauben/Muttern für Greifer).

Greifer auf letztes Servo → Fertig.

Elektronik & Schaltplan

Einfach: Arduino + HC-05 Bluetooth-Modul. 6 Servo-Signalpins an Digitalpins 5–10.

Stromversorgung: Servos brauchen 5 V, aber externes Netzteil (≥ 2 A) – Arduino kann Summenstrom nicht liefern. Gemeinsame Masse (Arduino GND = Netzteil GND = Servo GND).

Benötigte Bauteile

3× MG996R Servo
3× SG90 Micro Servo
HC-05 Bluetooth Modul
Arduino Board (Uno/Nano/Mega)
5 V 2 A DC-Netzteil

Arduino Code (strukturiert)

Code in Abschnitten erklärt, am Ende vollständiger Sketch.

1. Bibliotheken & Variablen

#include <SoftwareSerial.h>
#include <Servo.h>

Servo servo01, servo02, servo03, servo04, servo05, servo06;
SoftwareSerial Bluetooth(3, 4); // Arduino RX=3, TX=4 → HC-05 TX, RX

int servo1Pos, servo2Pos, servo3Pos, servo4Pos, servo5Pos, servo6Pos; // aktuell
int servo1PPos, servo2PPos, servo3PPos, servo4PPos, servo5PPos, servo6PPos; // vorher
int servo01SP[50], servo02SP[50], servo03SP[50], servo04SP[50], servo05SP[50], servo06SP[50]; // Schritte
int speedDelay = 20;
int index = 0;
String dataIn = "";

2. Setup: Initialposition & Bluetooth

void setup() {
  servo01.attach(5); servo02.attach(6); servo03.attach(7);
  servo04.attach(8); servo05.attach(9); servo06.attach(10);

  Bluetooth.begin(38400); // HC-05 Default Baud
  Bluetooth.setTimeout(1);
  delay(20);

  // Initialposition
  servo1PPos = 90;  servo01.write(servo1PPos);
  servo2PPos = 150; servo02.write(servo2PPos);
  servo3PPos = 35;  servo03.write(servo3PPos);
  servo4PPos = 140; servo04.write(servo4PPos);
  servo5PPos = 85;  servo05.write(servo5PPos);
  servo6PPos = 80;  servo06.write(servo6PPos);
}

3. Loop: Bluetooth-Daten verarbeiten

void loop() {
  if (Bluetooth.available() > 0) {
    dataIn = Bluetooth.readString(); // String empfangen

    // Servo 1 (Basis) - Präfix "s1"
    if (dataIn.startsWith("s1")) {
      String val = dataIn.substring(2); // ab Index 2
      servo1Pos = val.toInt();
      moveServoSlow(servo01, servo1PPos, servo1Pos, 20);
      servo1PPos = servo1Pos;
    }
    // Servo 2 (Schulter) - "s2", Delay 50
    if (dataIn.startsWith("s2")) {
      String val = dataIn.substring(2);
      servo2Pos = val.toInt();
      moveServoSlow(servo02, servo2PPos, servo2Pos, 50);
      servo2PPos = servo2Pos;
    }
    // Servo 3 (Ellbogen) - "s3", Delay 30
    if (dataIn.startsWith("s3")) { /* analog, delay 30 */ }
    // Servo 4 (Handgelenk Roll) - "s4", Delay 30
    if (dataIn.startsWith("s4")) { /* analog, delay 30 */ }
    // Servo 5 (Handgelenk Pitch) - "s5", Delay 30
    if (dataIn.startsWith("s5")) { /* analog, delay 30 */ }
    // Servo 6 (Greifer) - "s6", Delay 30
    if (dataIn.startsWith("s6")) { /* analog, delay 30 */ }

    // SAVE gedrückt
    if (dataIn.startsWith("SAVE")) {
      servo01SP[index] = servo1PPos;
      servo02SP[index] = servo2PPos;
      servo03SP[index] = servo3PPos;
      servo04SP[index] = servo4PPos;
      servo05SP[index] = servo5PPos;
      servo06SP[index] = servo6PPos;
      index++;
    }

    // RUN gedrückt
    if (dataIn.startsWith("RUN")) {
      runservo();
    }

    // RESET gedrückt
    if (dataIn == "RESET") {
      memset(servo01SP, 0, sizeof(servo01SP));
      memset(servo02SP, 0, sizeof(servo02SP));
      memset(servo03SP, 0, sizeof(servo03SP));
      memset(servo04SP, 0, sizeof(servo04SP));
      memset(servo05SP, 0, sizeof(servo05SP));
      memset(servo06SP, 0, sizeof(servo06SP));
      index = 0;
    }
  }
}

4. Hilfsfunktion: Langsame Servobewegung

void moveServoSlow(Servo &servo, int fromPos, int toPos, int dly) {
  if (fromPos > toPos) {
    for (int j = fromPos; j >= toPos; j--) {
      servo.write(j);
      delay(dly);
    }
  } else if (fromPos < toPos) {
    for (int j = fromPos; j <= toPos; j++) {
      servo.write(j);
      delay(dly);
    }
  }
}

5. Automatik-Modus: Gespeicherte Schritte abfahren

void runservo() {
  while (dataIn != "RESET") {
    for (int i = 0; i <= index - 2; i++) {
      // Bluetooth während Bewegung prüfen (PAUSE, SPEED, RESET)
      if (Bluetooth.available() > 0) {
        dataIn = Bluetooth.readString();
        if (dataIn == "PAUSE") {
          while (dataIn != "RUN") {
            if (Bluetooth.available() > 0) {
              dataIn = Bluetooth.readString();
              if (dataIn == "RESET") break;
            }
          }
        }
        if (dataIn.startsWith("ss")) { // Speed Slider
          String val = dataIn.substring(2);
          speedDelay = val.toInt();
        }
      }

      // Alle 6 Servos zum nächsten Schritt bewegen
      moveServoArray(servo01, servo01SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo02, servo02SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo03, servo03SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo04, servo04SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo05, servo05SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo06, servo06SP, i, speedDelay);
    }
  }
}

void moveServoArray(Servo &servo, int arr[], int i, int dly) {
  if (arr[i] == arr[i+1]) return;
  if (arr[i] > arr[i+1]) {
    for (int j = arr[i]; j >= arr[i+1]; j--) { servo.write(j); delay(dly); }
  } else {
    for (int j = arr[i]; j <= arr[i+1]; j++) { servo.write(j); delay(dly); }
  }
}

Android App (MIT App Inventor)

App-Struktur:

Oben: Bluetooth Connect/Disconnect Buttons
Links: Roboterarm-Bild, Rechts: 6 Servo-Slider + Speed-Slider
Unten: SAVE, RUN, RESET Buttons + Schrittzähler

Jeder Slider sendet bei Änderung: "s" + ServoNummer + Wert (z. B. "s1120"). Speed-Slider: "ss" + Wert. Buttons senden "SAVE", "RUN", "RESET".

Downloads

MIT App Inventor Projektdatei (.aia) – 24,85 KB
Android App (APK) – 2,57 MB, direkt installierbar

Kompletter Arduino Sketch

/* DIY Arduino Robot Arm Smartphone Control
 * by Dejan, www.HowToMechatronics.com
 */
#include <SoftwareSerial.h>
#include <Servo.h>

Servo servo01, servo02, servo03, servo04, servo05, servo06;
SoftwareSerial Bluetooth(3, 4);

int servo1Pos, servo2Pos, servo3Pos, servo4Pos, servo5Pos, servo6Pos;
int servo1PPos, servo2PPos, servo3PPos, servo4PPos, servo5PPos, servo6PPos;
int servo01SP[50], servo02SP[50], servo03SP[50], servo04SP[50], servo05SP[50], servo06SP[50];
int speedDelay = 20;
int index = 0;
String dataIn = "";

void setup() {
  servo01.attach(5); servo02.attach(6); servo03.attach(7);
  servo04.attach(8); servo05.attach(9); servo06.attach(10);
  Bluetooth.begin(38400); Bluetooth.setTimeout(1); delay(20);
  servo1PPos = 90;  servo01.write(servo1PPos);
  servo2PPos = 150; servo02.write(servo2PPos);
  servo3PPos = 35;  servo03.write(servo3PPos);
  servo4PPos = 140; servo04.write(servo4PPos);
  servo5PPos = 85;  servo05.write(servo5PPos);
  servo6PPos = 80;  servo06.write(servo6PPos);
}

void loop() {
  if (Bluetooth.available() > 0) {
    dataIn = Bluetooth.readString();

    if (dataIn.startsWith("s1")) { servo1Pos = dataIn.substring(2).toInt(); moveServoSlow(servo01, servo1PPos, servo1Pos, 20); servo1PPos = servo1Pos; }
    if (dataIn.startsWith("s2")) { servo2Pos = dataIn.substring(2).toInt(); moveServoSlow(servo02, servo2PPos, servo2Pos, 50); servo2PPos = servo2Pos; }
    if (dataIn.startsWith("s3")) { servo3Pos = dataIn.substring(2).toInt(); moveServoSlow(servo03, servo3PPos, servo3Pos, 30); servo3PPos = servo3Pos; }
    if (dataIn.startsWith("s4")) { servo4Pos = dataIn.substring(2).toInt(); moveServoSlow(servo04, servo4PPos, servo4Pos, 30); servo4PPos = servo4Pos; }
    if (dataIn.startsWith("s5")) { servo5Pos = dataIn.substring(2).toInt(); moveServoSlow(servo05, servo5PPos, servo5Pos, 30); servo5PPos = servo5Pos; }
    if (dataIn.startsWith("s6")) { servo6Pos = dataIn.substring(2).toInt(); moveServoSlow(servo06, servo6PPos, servo6Pos, 30); servo6PPos = servo6Pos; }

    if (dataIn.startsWith("SAVE")) {
      servo01SP[index] = servo1PPos; servo02SP[index] = servo2PPos;
      servo03SP[index] = servo3PPos; servo04SP[index] = servo4PPos;
      servo05SP[index] = servo5PPos; servo06SP[index] = servo6PPos;
      index++;
    }
    if (dataIn.startsWith("RUN")) { runservo(); }
    if (dataIn == "RESET") {
      memset(servo01SP, 0, sizeof(servo01SP)); memset(servo02SP, 0, sizeof(servo02SP));
      memset(servo03SP, 0, sizeof(servo03SP)); memset(servo04SP, 0, sizeof(servo04SP));
      memset(servo05SP, 0, sizeof(servo05SP)); memset(servo06SP, 0, sizeof(servo06SP));
      index = 0;
    }
  }
}

void moveServoSlow(Servo &servo, int from, int to, int dly) {
  if (from > to) for (int j = from; j >= to; j--) { servo.write(j); delay(dly); }
  else if (from < to) for (int j = from; j <= to; j++) { servo.write(j); delay(dly); }
}

void runservo() {
  while (dataIn != "RESET") {
    for (int i = 0; i <= index - 2; i++) {
      if (Bluetooth.available() > 0) {
        dataIn = Bluetooth.readString();
        if (dataIn == "PAUSE") {
          while (dataIn != "RUN") {
            if (Bluetooth.available() > 0) {
              dataIn = Bluetooth.readString();
              if (dataIn == "RESET") break;
            }
          }
        }
        if (dataIn.startsWith("ss")) { speedDelay = dataIn.substring(2).toInt(); }
      }
      moveServoArray(servo01, servo01SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo02, servo02SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo03, servo03SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo04, servo04SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo05, servo05SP, i, speedDelay);
      moveServoArray(servo06, servo06SP, i, speedDelay);
    }
  }
}

void moveServoArray(Servo &servo, int arr[], int i, int dly) {
  if (arr[i] == arr[i+1]) return;
  if (arr[i] > arr[i+1]) for (int j = arr[i]; j >= arr[i+1]; j--) { servo.write(j); delay(dly); }
  else for (int j = arr[i]; j <= arr[i+1]; j++) { servo.write(j); delay(dly); }
}

Viel Spaß beim Bauen & Programmieren! Fragen in den Kommentaren. Meine Arduino-Projektsammlung.

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