움직임을 제어하는 마법: 서보 모터 완전 정복 > 초보자를 위한 로봇 프로젝트

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움직임을 제어하는 마법: 서보 모터 완전 정복

서보 모터는 단순히 '회전'만 하는 것이 아니라, '원하는 각도(위치)로 움직여서 그 위치를 유지하는' 특별한 능력을 가진 모터입니다.

1. 서보 모터는 무엇이고, 왜 특별할까요?

정의: 서보 모터는 외부에서 특정 각도 값을 입력받으면 그 각도로 회전하고, 외부의 힘이 가해져도 그 각도를 유지하려는 위치 제어형 모터입니다. 일반적인 DC 모터처럼 계속해서 돌아가지 않습니다.

왜 특별할까요?: 일반 DC 모터는 전원을 넣으면 계속 한 방향으로 돌지만, 서보 모터는 "90도로 움직여!"라고 명령하면 정확히 90도로 움직인 후 그 위치를 유지합니다.  이것이 서보 모터를 '위치 제어'에 최적화된 마법사라고 부르는 이유입니다.

2. 서보 모터, 어떻게 움직임을 제어할까요? (작동 원리)

서보 모터는 내부적으로 여러 부품이 협력하여 작동합니다.

DC 모터: 실제 회전을 담당하는 작은 모터.

기어박스 (Gearbox): DC 모터의 빠른 회전을 감속시켜 힘(토크)을 키우고 정밀한 각도 조절이 가능하게 합니다.

포텐쇼미터 (Potentiometer): 모터의 현재 회전 각도를 감지하여 전기 신호로 바꿔주는 센서입니다. 로봇의 '눈'과 같은 역할을 합니다.

제어 회로 (Control Circuit): 가장 중요한 부분입니다.

외부로부터 '원하는 각도' 값을 입력받습니다.

포텐쇼미터로부터 '현재 각도' 값을 입력받습니다.

**"원하는 각도 - 현재 각도"**를 계산하여 '얼마나, 어느 방향으로 더 움직여야 할지'를 판단합니다.

판단에 따라 DC 모터에 전력을 공급하여 움직입니다. 원하는 각도에 도달하면 전력 공급을 중단하고 각도를 유지합니다.

PWM (Pulse Width Modulation) 신호: 서보 모터는 마이크로컨트롤러(아두이노 등)로부터 특정 주기의 PWM 신호를 받습니다. 이 신호의 **펄스 폭(Pulse Width)**에 따라 서보 모터의 축이 움직이는 각도가 결정됩니다. 예를 들어, 짧은 펄스 폭은 0도, 중간 펄스 폭은 90도, 긴 펄스 폭은 180도 등으로 미리 약속되어 있습니다. 

3. 서보 모터, 어디에 사용될까요? (활용 분야)

서보 모터의 정밀한 위치 제어 능력 덕분에 로봇의 다양한 부분에 활용됩니다.

로봇 팔의 관절: 특정 위치에 물건을 집거나 놓을 때 각 관절의 각도를 정확하게 제어합니다.

RC카의 조향 장치: RC카의 앞바퀴 방향(스티어링)을 정밀하게 제어하여 원하는 방향으로 움직이게 합니다. 

센서 방향 조절: 로봇이 특정 방향의 장애물이나 대상을 감지하도록 센서(예: 초음파 센서)의 방향을 돌려줄 때 사용됩니다.

카메라 짐벌: 드론이나 로봇의 카메라를 원하는 각도로 회전시켜 안정적인 영상 촬영을 돕습니다.

공장 자동화 시스템: 부품을 정확한 위치로 이동시키는 등의 작업에 필수적입니다. 

4. 서보 모터 종류 (초보자를 위한 구분)

표준 서보 (Standard Servo):

가장 일반적인 서보 모터로, 보통 0도에서 180도 사이의 각도 제어가 가능합니다. (예: SG90, MG996R)

대부분의 취미용/교육용 로봇 프로젝트에 사용됩니다.

연속 회전 서보 (Continuous Rotation Servo):

일반 서보와 달리 특정 각도 대신, 회전 방향과 속도를 제어할 수 있습니다. 0도나 180도 명령을 통해 DC 모터처럼 지속적으로 회전하며, 90도 명령을 통해 멈출 수 있습니다.

바퀴를 직접 구동하는 간단한 로봇 자동차 등에 사용될 수 있습니다. (하지만 보통은 DC 기어드 모터를 더 많이 사용)

고토크 서보 (High Torque Servo):

더 큰 힘(토크)을 낼 수 있는 서보 모터로, 무거운 로봇 팔이나 큰 로봇의 관절에 사용됩니다. (예: MG996R)

5. 아두이노로 서보 모터 제어하기 (코딩 꿀팁)

아두이노는 Servo.h 라이브러리를 통해 서보 모터를 아주 쉽게 제어할 수 있습니다. 

#include <Servo.h>: 서보 라이브러리를 코드에 포함합니다.

Servo myServo;: Servo 객체를 생성합니다. 이 객체를 통해 서보를 제어합니다.

myServo.attach(핀번호);: 서보 모터의 신호(Signal) 핀을 아두이노의 특정 핀(PWM 지원 핀)에 연결합니다.  이 명령이 실행되면 서보 모터에 전원이 공급되어 작동 준비가 완료됩니다.

myServo.write(각도);: 서보 모터를 원하는 각도(0~180도)로 움직이게 합니다. 

myServo.read();: 현재 서보 모터의 각도를 읽어올 수 있습니다.

예시 코드:

cpp

#include <Servo.h> // Servo 라이브러리 포함

Servo myServo;      // myServo라는 이름의 Servo 객체 생성

const int servoPin = 9; // 서보 모터를 아두이노 핀 9에 연결

void setup() {

  myServo.attach(servoPin); // 서보 모터를 핀 9에 연결

  Serial.begin(9600);       // 시리얼 통신 시작 (디버깅용)

  myServo.write(90);        // 로봇 시작 시 서보를 90도(중앙)로 초기화

  delay(1000);

}

void loop() {

  // 0도부터 180도까지 1도씩 증가하며 부드럽게 이동

  for (int angle = 0; angle <= 180; angle += 1) {

    myServo.write(angle);

    Serial.print("Angle: "); Serial.println(angle);

    delay(15); // 15ms 지연 (너무 빠르면 서보에 무리)

  }

  delay(1000); // 1초 대기

  // 180도부터 0도까지 1도씩 감소하며 부드럽게 이동

  for (int angle = 180; angle >= 0; angle -= 1) {

    myServo.write(angle);

    Serial.print("Angle: "); Serial.println(angle);

    delay(15);

  }

  delay(1000);

}

6. 서보 모터 사용 시 꿀팁

전원 공급: 작은 SG90 서보 1~2개는 아두이노의 5V 핀으로 구동할 수 있지만, 여러 개를 사용하거나 큰 서보(예: MG996R)를 사용할 때는 반드시 별도의 외부 전원(배터리 팩)을 연결해야 합니다. 아두이노 5V 레귤레이터에 과부하가 걸려 아두이노가 손상될 수 있습니다.

GND 공유: 외부 전원을 사용할 때도 아두이노의 GND 핀과 서보 모터의 GND 핀은 반드시 서로 연결해야 합니다.

각도 범위: 대부분 0~180도이지만, 실제 서보 모터마다 물리적인 한계가 있어 특정 각도에서 더 이상 움직이지 않거나 힘을 받을 수 있습니다. 항상 write() 명령 전후로 서보 모터의 동작 범위를 확인하는 것이 좋습니다.

부드러운 움직임: 서보 모터를 순간적으로 write(0)에서 write(180)으로 명령하면 빠르게 움직이며 진동할 수 있습니다. 위 예시처럼 for 반복문을 사용하여 각도를 1도씩 천천히 변화시키고 delay()를 주면 더 부드럽고 자연스러운 움직임을 연출할 수 있습니다.

서보 모터는 로봇에게 '생명력'과 같은 정밀한 움직임을 불어넣는 중요한 부품입니다. 이 마법사를 잘 이해하고 활용한다면 당신의 로봇은 훨씬 더 다양한 기능과 멋진 동작을 수행할 수 있게 될 것입니다!