ArmControl –
ich habe einen Roboterarm zum Leben erweckt

Steuere den Arm – direkt hier im Browser

Das ist dieselbe inverse Kinematik wie in der echten Software: Du gibst ein Ziel vor, der Rechner bestimmt die Gelenkwinkel. Zieh mit dem Finger oder der Maus, um die Ansicht zu drehen, und steuere den Arm mit den Reglern oder Buttons. Kein Server, keine Installation – alles läuft live.

Vom Bausatz zur echten Steuerung

Die Original-Software des Bausatzes war eine simple Fernbedienung. Ich habe alles neu gebaut – Firmware und PC-Software – damit der Arm wirklich das tut, was er soll.

Der Stack

Bewusst schlank gehalten: läuft lokal, ohne Cloud, ohne schwere Abhängigkeiten.

Alle Verbindungen auf einen Blick

Das Herz ist ein Arduino Mega 2560 mit einem RAMPS-1.4-Shield – die klassische Plattform für Motorsteuerung. Drei Schrittmotoren treiben die Gelenke, ein vierter die Linearschiene. Besonderheit: An der Drehachse sitzt statt eines mechanischen Endschalters eine optische Lichtschranke, damit die Achse im Zweifel gefahrlos durchdrehen kann.

Inverse Kinematik – wie der Arm „weiß", wohin

Ich möchte einen Punkt im Raum angeben – der Arm soll seine Gelenke selbst passend stellen. Das ist die inverse Kinematik. Der Arm ist eine klassische Zwei-Gelenk-Kette auf einem Drehteller, dadurch lässt sie sich exakt in geschlossener Form lösen.

Umgekehrt rechnet die Vorwärtskinematik aus gemessenen Gelenkwinkeln die tatsächliche Position zurück – so weiß die 3D-Ansicht immer, wo der Arm wirklich steht. Beide Richtungen habe ich gegeneinander geprüft: Die Rückrechnung stimmt auf unter ein tausendstel Millimeter.

Technisches Handbuch

Von der Installation bis zum ersten Programm – kompakt zusammengefasst.

Befehlsreferenz (G-Code)

Die vollständige Anleitung inklusive Kalibrierung liegt dem Download als FIRMWARE_ANLEITUNG.md und LIESMICH.md bei.

Der Arm in verschiedenen Posen

Aus der 3D-Simulation – so wird jede Gelenkstellung live dargestellt.

Inverse Kinematik, das Herzstück

Aus einem Zielpunkt im Raum werden die drei Gelenkwinkel berechnet – klassische Zwei-Gelenk-Trigonometrie plus Basisdrehung.

def ik(x, y, z, geo):
    # kartesisch -> Gelenkwinkel (Rückgabe: Winkel oder None)
    a, b = geo["lower_arm"], geo["upper_arm"]
    base = math.degrees(math.atan2(x, y))            # Basisdrehung
    r  = math.hypot(x, y) - geo["tool_offset_h"]     # Reichweite
    zz = z - geo["base_height"]                     # Höhe über Schulter
    d  = math.hypot(r, zz)
    if d > a + b or d < abs(a - b):
        return None                                 # nicht erreichbar
    q2       = math.acos((a*a + d*d - b*b) / (2*a*d))
    shoulder = math.atan2(zz, r) + q2                # Unterarm
    elbow    = math.acos((a*a + b*b - d*d) / (2*a*b))
    upper    = shoulder + elbow - math.pi            # Oberarm absolut
    return {"z": base, "y": deg(shoulder), "x": deg(upper)}

Welche Achse ist welche?

X, Y und Z bedeuten hier an zwei Stellen etwas Verschiedenes – als Koordinate im Raum und als Gelenkname im G-Code. Das ist die häufigste Stolperstelle beim Arbeiten mit dem Arm. Klick auf eine Zeile, um die Achse hervorzuheben.

Warum eine Gerade Rechenarbeit ist

Zwei Punkte, dazwischen eine gerade Linie – für einen Menschen selbstverständlich, für einen Gelenkarm nicht. Fährt man die Gelenke einfach gleichmäßig von Start- auf Zielwinkel, beschreibt die Spitze einen Bogen. Für eine echte Gerade muss die Bahn in kleine Schritte zerlegt und für jeden einzelnen die inverse Kinematik gerechnet werden – genau das macht move_cart(linear=True) in der Software, mit cart_step als Schrittweite.

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