[아두이노] 서보모터 제어

[아두이노] 서보모터 제어

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• 온라인 가상시뮬레이터 : https://www.tinkercad.com
• 참고자료 : https://www.arduino.cc/en/Reference/Servo

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이전 시간까지는 칩과 관련해서 제어를 하다보니 복잡한 주제를 포스팅 했었습니다. 이번에는 좀 쉬운 주제를 다루고자 합니다. 기본 서보모터 동작 제어만 다루기 때문에 별거 아니라고 생각 할 수 있지만 서보모터 제어는 나중에 아두이노로 작품을 만들때 가장 많이 사용하는 부품입니다. 그리고 사용 목적에 따라서 코딩 능력을 필요로 하는 부분이기도 하기 때문에 사용목적에 따라 좀 어려울 질 수 있는 부품이기도 합니다. 하지만 오늘 포스팅은 단순한 제어를 통해 서보모터를 체엄하도록 하죠.

1. 서보모터

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서보모터는 Vcc(5V), Gnd, Signal(입력신호)로 3핀으로 구성되어 있습니다. 아두이노에서 Signal핀에 신호를 보냄으로써 각도를 제어하게 됩니다.

2. 회로도 구성

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• 준비물 : 서보모터 1개, 아두이노우노
• 내용 : 서보모터 회전 시키자

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가장 간단한 회로도 입니다. Vcc은 5V에 Gnd은 Gnd에 Signal은 9핀에 연결하면 완료입니다. 원래 모터제어를 할때는 모터쉴드보드가 필요합니다. 하지만 서보모터의 경우는 아두이노에서 직접 제어해도 됩니다.

3. 코딩

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• 사용함수 : attach(사용핀), write(각도), writeMicroseconds(각도시간값)
• 내용 : 간단히 180도 회전만 시키자.

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설계

(1) 서보모터객체 선언

서보모터를 사용하기 위해서는 제어함수들이 있는 Servo클래스를 객체로 선언합니다. 이말은 예전에 변수 선언과 같은 의미로 생각하시면 됩니다. Servo 클래스를 하나의 변수에 저장되었다고 생각하시면 됩니다.

#include <Servo.h> 
Servo servo1; 

Servo.h 파일에 있는 Servo 클래스를 servo1이라는 객체변수로 선언합니다. 그래서 servo1 객체를 통해서 Servo 클래스 안에 함수들을 사용하게 됩니다. 쉽게말해서 servo1.함수() 이렇게 Servo클래스의 함수를 사용할 수 있게 됩니다.

(2) 서보모터객체 연결

servo1.attach(사용핀);
servo1.attach(사용핀,min,max); //Ardunio min = 544, max=2400

attach()함수는 해당핀을 서보모터를 제어하는 핀으로 사용하겠다는 의미로 받아 들이시면 됩니다. 여기서, 두가지 방식이 있는데 첫번째, 사용핀만 인자로 넘겨주면 기본값으로 자동으로 세팅됩니다. 두번째, min, max로 범위를 따로 지정해 줄 수 있습니다. 두번째 방식이 좀 더 서보모터를 정교하게 제어할 수 있습니다.

과거 tinkercad.com 사이트로 옮기전 사이트에서는 서보모터가 다른 종류가 한개 더 있었는데 그 모터에서는 min, max값을 1000, 2000으로 줘서 1500일때 90도 회전이였습니다. 가상시뮬에터에서는 그냥 544, 2400으로 맞춰서 실험했네요. 서보모터마다 제어하는 각도가 차이가 있기 때문에 조정 작업이 필요합니다. 그래서 범위를 지정해서 하실때는 사용하시는 서보모터의 종류에 따라 다르니깐 꼭 보정을 하셔야 합니다.

(3) 서보모터객체 제어

servo1.write(180); 
servo1.writeMicroseconds(2400);

여기에서 write(각도)로 제어하시면 서보모터 기종에 따라서 약간 차이를 보이게 됩니다. 정확하게 제어가 안될 수 있습니다. 하지만 writeMicroseconds(2400)로 제어하시면 오차율을 줄일 수 있습니다. 하지만 보정을 해야하기 때문에 좀 귀찮은 점이 있지요.

(3) delay()함수 사용

delay(2000);

180도를 회전 시킬려고 하는데 일정 시간이 필요합니다.

만약에,

servo1.write(180); 
delay(500);
servo1.write(0); 
delay(500);

delay(500)으로 할 경우 0.5초동안 180도로 갈려고 회전하는 도중에 딜레이 시간이 끝나면 0도로 가는 명령라인이 실행됩니다. 그러면 180도 회전이 안된 상태에서 다시 0도로 회전되어 버리는 현상이 발생합니다. 그래서 각도별 delay()함수로 시간 조정이 필요합니다.

코딩을 하면

첫번째,

#include <Servo.h> 

Servo servo1; 
int servoPin1 = 9;

void setup() 
{ 
    servo1.attach(servoPin1); 
}

void loop() 
{
    servo1.write(180);     
    delay(2000);
    servo1.write(0);     
        delay(2000);
}

두번째,

#include <Servo.h> 
 
Servo servo1; 
int servoPin1 = 9;

void setup() 
{ 
    servo1.attach(servoPin2,544,2400); //Ardunio min = 544, max=2400
}


void loop() 
{
    servo1.writeMicroseconds(2400);
    delay(2000);
    servo1.writeMicroseconds(544);
    delay(2000);   
}

5. 결과

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가장 빠르게 작업했네요.

마무리

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그러면 서보모터로 제어할 수 있는게 뭐가 있을까요. 지금까지 다룬 부품중에 이거랑 같이 쓸 수 있는게 뭐가 있을지 곰곰히 생각해 보세요.

가령 초음파센서를 여기에다 붙이여 어떻게 될까요. 서보모터로 각도가 제어된다면 거기에 초음파센서가 부착된다면 초음파 센서를 회전 시킬 수 있다는 의미가 됩니다. 회전 각도에 따른 거리측정이 이루어지면 어떤 일이 할 수 있을가요. 가장 많이 알려진게 레이더 입니다. 즉, 각도별 거리를 측정해서 모니터에 초음파센서에 감지된 장애물을 표시 할 수 있습니다. 또 하나는 자율주행차 입니다. 주변의 장애물을 측정해서 미로 같은 곳을 주행하면서 혼자서 피해다니면서 주행을 할 수 있게 되겠죠. 또 한가지는 180도 각도의 거리를 측정하여 그 거리들을 일정한 간격으로 게속 누적 측정한다면 그 데이터로 3D Rendering도 수행이 가능합니다. 그외로 서보모터와 초음파센서가 결합하면 다양한 표현이 가능합니다.

그러면 서보모터만으로 제어할 수 있는 다른 것들은 뭐가 있을까요. 이 글을 읽으시는 당신의 가장 가까운 곳에 정답이 있습니다. 바로 당신이 하는 행동을 비슷하게 제어할 수 있습니다. "뭘까요!" 그것은 바로 관절입니다. 관절 꺽기가 된다는 것이죠. 당신의 손을 바라보세요. 그리고 둘째(집게) 손가락을 한번 구브렸다 펴보세요. 둘째 손가락은 3마디이고 그 중간 관절을 중심으로 각 마디가 구브러졌다 펴질 꺼에요. 바로 그게 회전입니다. 그 관절 부위를 서보모터로 제어한다고 생각하시면 됩니다. 손가락 하나를 제어하게 되면 손을 제어할 수 있게 됩니다. 그러면 한쪽 팔을 제어할 수 있게 되고 그러면 로보팔을 만드는데 이용하면 되겠죠. 보다 정교하게 제어하고 싶을때 360도 회전하면서 하고 싶다면 스템모터로 제어하면 됩니다.

기본 제어로 180도 회전이였지만 좀 더 전문적으로 제어하기 위해서는 현실에서 곤충의 보행을 관찰하면서 관절의 각도를 계산해서 4,6,8축 로못으로 보행을 시킬 수 있고 사람의 손 동작의 움직일때 각 마디의 각도를 관찰하여 각도를 계산하시면 로봇팔을 만들 수 있습니다.

마지막으로 본인의 움직임의 각도를 측정해서 그걸 아두이노로 서보모터로 회전시켜 비슷하게 표현 하는 것을 상상해 보세요. 참고로 여러개의 서보모터를 아두이노에서 제어가 가능하지만 서보모터의 전류를 아두이노에서 전부 공급하면 안됩니다. 가상시뮬레이터에서는 가능하지만 현실에서는 모터에게 전류를 순간 많이 공급하면 아두이노에 불안정 전류 공급이 이루어질 수 있기 때문에 안좋습니다. 외부전류 공급을 추천 드려며 많은 모터를 제어하고자 할때는 따로 여러모터를 한번에 제어할 수 있는 보드가 있는데 오래전에 본거라 보드 이름이 생각 안나네요. 한번 구글링 하셔서 여러 모터를 제어할 수 있는 보드를 찾아보세요.