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[아두이노]mpu6050 을 이용하여 2축 서보모터 제어하기

아두이노와 같은 마이크로 칩을 이용하여 무엇인가를 해보다 보면 정말 놀라운 경험들을 많이 하게 됩니다. 그 중 하나가 바로 mpu6050 같은 센서가 될 수 있겠습니다.

요 조그만 칩을 이용하여 기울어진 정도나 각도, 나침반과 같은 방향 등을 알아낼 수 있다니 놀랍지 않으신가요?

요 조그만 칩이라고 했는데 이미지는 엄청 큰 mpu6050

오늘 소개해 드릴 내용은 RC Headtracking FPV 만들기의 두번째 스탭인 6축 자이로 센서를 이용한 움직임 신호 받기와 해당 신호를 이용 하여 2축 서보모터를 제어하는 내용 입니다.

헤드트래킹 무선 FPV 를 만들기 위하여 지난 포스트에서 2축 서보모터 마운트를 아주~ 아~~~주 간단하게 만드는 방법을 소개해 드렸었는데요, 해당 프레임에 부착한 서보모터를 이번 시간에 자이로 센서를 이용하여 제어를 해보도록 하겠습니다.

2022.01.31 – [DIY/Arduino] – 2축 서보모터 초간단 제어하기, 간단한 프레임 제작까지

먼저 라이브러리를 받아야 할텐데요, 아래 첨부된 라이브러리를 다운 받으셔서 바로 내문서- Arduino-libraries 폴더에 압축을 해제하여 넣으시면 됩니다.

MPU6050.zip 0.10MB I2Cdev.zip 0.01MB

요렇게 넣으면 됩니다.

혹시 Wire.h 라이브러리가 없으시면 아래 파일도 다운 받으시면 됩니다.

Wire.zip 0.01MB

mpu6050 라이브러리를 받으시면 예제 소스코드가 들어있을 텐데요, 저는 여기서 시작 이후 실제 회전하는 값, 즉 상대 회전 값만을 이용할 계획이고 아래의 코드를 이용하여 회전 값을 추출할 계획입니다. 본 포스트에서 소개해 드리는 예제 외에도 라이브러리가 제공하는 예제 코드를 실행해보시면 다른 창작품 제작에도 도움이 될 수 있을 것 같습니다. ^^

기존 조이스틱 대신 이번에는 mpu6050 보드를 연결해야 하는데요. I2C 방식으로 연결할 것이므로 선은 4가닥만 있으면 되며 vcc 는 3.3v 에 연결해 주시고, GND 는 아두이노의 GND 에 연결, SDA 는 아두이노의 A4 번에 SCL 은 아두이노의 A5에 연결하시면 됩니다. (다른 핀은 안됩니다. 정확히 A4, A5에 연결해 주셔야 합니다)

코딩을 해보자

mpu6050 에 대한 자세한 내용은 이미 여러분들께서 다루어 주시고 있으므로 저는 실제 이번 프로젝트에 사용한 코드만 보여드리도록 하겠습니다.

#include #include “I2Cdev.h” #include “MPU6050_6Axis_MotionApps_V6_12.h” #if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE #include “Wire.h” #endif MPU6050 mpu; #define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL #define INTERRUPT_PIN 2 // use pin 2 on Arduino Uno & most boards #define LED_PIN 13 // (Arduino is 13, Teensy is 11, Teensy++ is 6) bool blinkState = false; // MPU control/status vars bool dmpReady = false; // set true if DMP init was successful uint8_t mpuIntStatus; // holds actual interrupt status byte from MPU uint8_t devStatus; // return status after each device operation (0 = success, !0 = error) uint16_t packetSize; // expected DMP packet size (default is 42 bytes) uint16_t fifoCount; // count of all bytes currently in FIFO uint8_t fifoBuffer[64]; // FIFO storage buffer // orientation/motion vars Quaternion q; // [w, x, y, z] quaternion container VectorInt16 aa; // [x, y, z] accel sensor measurements VectorInt16 gy; // [x, y, z] gyro sensor measurements VectorInt16 aaReal; // [x, y, z] gravity-free accel sensor measurements VectorInt16 aaWorld; // [x, y, z] world-frame accel sensor measurements VectorFloat gravity; // [x, y, z] gravity vector float euler[3]; // [psi, theta, phi] Euler angle container float ypr[3]; // [yaw, pitch, roll] yaw/pitch/roll container and gravity vector volatile bool mpuInterrupt = false; // indicates whether MPU interrupt pin has gone high void dmpDataReady() { mpuInterrupt = true; } Servo myservo_LR; // streering servo Servo myservo_UD; // 2speed gear box servo int pin_servo_LR = 9; int pin_servo_UD = 10; int pin_x = A3; int pin_y = A4; int angle_x = 512 ; int angle_y = 512 ; void setup() { // join I2C bus (I2Cdev library doesn’t do this automatically) #if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE Wire.begin(); Wire.setClock(400000); // 400kHz I2C clock. Comment this line if having compilation difficulties #elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE Fastwire::setup(400, true); #endif Serial.begin(115200); while (!Serial); // wait for Leonardo enumeration, others continue immediately // initialize device Serial.println(F(“Initializing I2C devices…”)); mpu.initialize(); pinMode(INTERRUPT_PIN, INPUT); // verify connection Serial.println(F(“Testing device connections…”)); Serial.println(mpu.testConnection() ? F(“MPU6050 connection successful”) : F(“MPU6050 connection failed”)); // wait for ready Serial.println(F(”

Send any character to begin DMP programming and demo: “)); //while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer //while (!Serial.available()); // wait for data //while (Serial.available() && Serial.read()); // empty buffer again // load and configure the DMP Serial.println(F(“Initializing DMP…”)); devStatus = mpu.dmpInitialize(); // supply your own gyro offsets here, scaled for min sensitivity mpu.setXGyroOffset(51); mpu.setYGyroOffset(8); mpu.setZGyroOffset(21); mpu.setXAccelOffset(1150); mpu.setYAccelOffset(-50); mpu.setZAccelOffset(1060); // make sure it worked (returns 0 if so) if (devStatus == 0) { // Calibration Time: generate offsets and calibrate our MPU6050 mpu.CalibrateAccel(6); mpu.CalibrateGyro(6); Serial.println(); mpu.PrintActiveOffsets(); // turn on the DMP, now that it’s ready Serial.println(F(“Enabling DMP…”)); mpu.setDMPEnabled(true); // enable Arduino interrupt detection Serial.print(F(“Enabling interrupt detection (Arduino external interrupt “)); Serial.print(digitalPinToInterrupt(INTERRUPT_PIN)); Serial.println(F(“)…”)); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(INTERRUPT_PIN), dmpDataReady, RISING); mpuIntStatus = mpu.getIntStatus(); // set our DMP Ready flag so the main loop() function knows it’s okay to use it Serial.println(F(“DMP ready! Waiting for first interrupt…”)); dmpReady = true; // get expected DMP packet size for later comparison packetSize = mpu.dmpGetFIFOPacketSize(); } else { // ERROR! // 1 = initial memory load failed // 2 = DMP configuration updates failed // (if it’s going to break, usually the code will be 1) Serial.print(F(“DMP Initialization failed (code “)); Serial.print(devStatus); Serial.println(F(“)”)); } myservo_LR.attach(pin_servo_LR); myservo_LR.write (90); myservo_UD.attach(pin_servo_UD); myservo_UD.write (90); } void loop() { // if programming failed, don’t try to do anything if (!dmpReady) return; // read a packet from FIFO if (mpu.dmpGetCurrentFIFOPacket(fifoBuffer)) { // Get the Latest packet #ifdef OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL // display Euler angles in degrees mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer); mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q); mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity); float angle_x = (ypr[0] * 180 / M_PI) * -1 + 90 ; //* -1 + 90; float angle_y = (ypr[1] * 180 / M_PI) + 90 ; //* -1 + 30; if (angle_y < 60) angle_y = 60; if (angle_y > 120) angle_y = 120; if (angle_x < 30) angle_x = 30; if (angle_x > 150) angle_x = 150; myservo_LR.write (angle_x); myservo_UD.write (angle_y); Serial.print(“ypr\tx:”); Serial.print(int(angle_x)); Serial.print(“\ty:”); Serial.print(int(angle_y)); Serial.print(“\t”); #endif } Serial.println(“.”); delay(10); }

코드가 조금 길어졌기는 하지만 기존 첫번째 과정에 mpu6050 관련 코드가 추가되었고 크게 달라진것은 없습니다. mpu6050 관련된 상세한 코드는 저도 잘 모르고요. 그냥 예제에서 긁어온 코드입니다. ^^;; (불필요한 내용이 들어 있을 수도 있고요… 어쨌든 위의 코드면 잘 실행됩니다.)

위 코드에서 아래 부분이 실제 회전 값을 받아서 내가 원하는 각도로 세팅하는 부분인데요. 입력 값이 최초 실행된 위치로부터의 상대 값이므로 가만히 있으면 0 이 들어오게 됩니다. 그러므로 기준이 되는 앵글을 더해주면 기준이 되는 앵글에 + – 로 각도가 변경되게 되며 저의 x 위치에 -1 이 들어있는 것은 서보 모터의 설치 방향 때문에 방향을 뒤집어 주기 위함입니다. Y 값 역시 서보모터의 방향이 저와 다른 방향으로 설치되어 반대로 움직인다면 센서의 값에 -1 을 곱해 주시면 됩니다.

float angle_x = (ypr[0] * 180 / M_PI) * -1 + 90 ; //* -1 + 90; float angle_y = (ypr[1] * 180 / M_PI) + 90 ; //* -1 + 30; if (angle_y < 60) angle_y = 60; if (angle_y > 120) angle_y = 120; if (angle_x < 30) angle_x = 30; if (angle_x > 150) angle_x = 150;

어쨌든 서보모터 제어를 위한 부분은 이전에 소개해 드린 코드 그대로 가져왔고요, 회전 정보를 받아 서보모터로 전달하는 과정에서 축의 기준위치, 방향 등을 변경해주기 위하여 위와 같이 약간의 코드가 추가되었습니다. if 구문을 이용하여 입력된 값 + 기준값이 모터의 최대 회전 범위 보다 크다면 최대 회전 범위의 값으로 설정을 해주면 됩니다.

저는 기준위치를 서보의 상하, 좌우 90도를 기준으로 설정하였고 상하로는 ±30도씩, 좌우로는 ±60도씩 움직일 수 있도록 하였습니다.

참 쉽죠?

이것은 동영상은 아닙니다. 

과연 잘 동작할런지??

자 구동 되는 모습은 아래와 같습니다.

아주 잘 되죠?

기존 조이스틱이 움직이는 범위에 비하여 출력되는 범위가 리니어 하지 않은지 휙휙 움직이던것에 비하면 아주 아주 잘 동작하는 것을 확인할 수 있습니다.

이렇게 mpu6050 6축 지자기센서를 이용하여 2축 서보모터를 제어하는 것까지 마쳤습니다.

생각보다 어렵지 않죠?

다음은 이제 대망의 무선 입니다.

다음 포스트를 기대해 주세요.

2022.01.31 – [DIY/Arduino] – [아두이노]NRF24L01을 이용하여 무선으로 mpu6050 신호 전달하기

2022.01.25 – [DIY/RC] – 20년된 엔진 RC 카 전동화 해보자 [kyosho inferno]

2022.01.31 – [DIY/Arduino] – 2축 서보모터 초간단 제어하기, 간단한 프레임 제작까지

2020.11.29 – [DIY/RC] – 1/24 완벽한 RC 카 RGT ADVENTURE

Aduino Uno 로 MPU-6050 자이로센서를 사용해 SG90 서보모터 제어하기

반응형

Aduino Uno 로 MPU-6050 자이로센서를 사용해 SG90 서보모터를 회전시켜 보는 프로젝트 입니다

SG90 마이크로 서보모터에 대해서 알아보기

MPU-6050 은 3축 자이로 센서와 3축 가속도 센서의 기능이 결합된 센서 모듈 입니다

AVR 또는 Arduino 의 I2C bus 인터페이스를 사용하며 DMP(Digital Motion Processer) 기능은

센서 값과 복잡한 계산을 할수 있으며 펌웨어로 프로그래밍 가능하게 합니다

Robot 자동화 시스템, GPS, 게임 등 다양한 용도로 활용이 가능합니다

사용된 부품

Arduino Uno R3 (Italy)

MPU-6050 6 DOF 모듈

브래드 보드

SG90 마이크로 서보모터

점퍼케이블

사용된 키트

Arduino Starter kit (클릭) – MPU-6050은 미포함

구성 배선도

사용된 예제소스

MPU6050_SERVO.txt

사용된 라이브러리

twomey_MPU6050_DMP6.zip

주의사항

배선시 서보 모터의 핀맵에 주의 해야 합니다

빨간선이 VCC, 황색선이 GND, 노란선이 데이터 출력핀 입니다

MPU-6050 의 SCL 과 SDA 핀은 아두이노 우노의 SCL 과 SDA 핀에 연결 합니다

아두이노 우노의 핀헤더 측면 부분을 확인하면 표시가 되어 있습니다

아두이노 우노의 5V 전원은 MPU-6050 의 VCC 에 연결, 3.3V 전원은 서보모터의 VCC에 연결 합니다

(서보모터의 제어 최대각도는 180도 라는것을 확인하고 넘어갑시다)

(MPU-6050 을 회전해도 서보모터가 제대로 회전하지 않는다면 방향을 좌우 상하로 바꾸거나 각도를 바꿔서 테스트 합니다)

프로젝트 동영상

MPU-9250 으로도 위와 마찬가지로 동일하게 SG90 서보 모터를 제어할수 있습니다

MPU-9250 은 3축 가속도 센서 + 3축 자이로 센서 + 3축 지자계 센서 가 결합된 9축 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 모듈입니다

지자계 센서가 추가된것을 빼면 MPU-6050과 동일하기 때문에 위의 MPU-6050 라이브러리와 예제코드를 사용해 동일하게 제어할수 있습니다

*참고*

MPU-6050과 9250의 가장 큰 차이점은 지자기 센서의 포함 유무입니다

MPU-6050은 지자기 센서를 포함하지 않기때문에 지면과 수평인 Yaw 방향에 오차가 생깁니다

반면에, MPU-9250은 지자기 센서를 포함하고 있기때문에 Yaw 방향에 대해서도 정확한 각도를 추출합니다

Yaw 방향의 필요성에 따라 6050 혹은 9250을 선택해서 사용하면 됩니다

구성 배선도

프로젝트 동영상

[아두이노] 가속도센서를 이용한 서보모터 제어

교생실습 중에 해본것인데 가속도센서를 이용하여 서보모터를 제어해 보았다. 3축 가속도센서로 사용한 모듈은 마이센이라는 회사에서 만든 [P0-AXA-12-01] 3축 아날로그 가속도 센서모듈이다.

서보모터는 국민서보라 불리는 HS-311 두 개를 사용하였다.

사용한 보드는 아두이노 UNO보드를 사용하여 만들어보았다~

나는 서보모터 2개를 사용하기 때문에 X, Y, Z축 중에서 X, Y축만 사용하였다. 기본적인 회로는 다음과 같다.

회로까지는 문제가 없는데 A0, A1 핀에서 받아온 ADC값을 이용하여 서보모터의 각도 값으로 변환하고 넣어줄 때 별다른 필터없이 바로 서보모터에 입력하면 문제가 발생한다. 노이즈때문에 값이 고정되어 있지 않고 계속해서 변하기 때문이다. 가끔씩 튈 때도 있다… 그래프로 나타내자면 왼쪽 아래 그림처럼 깔끔하게 나오지 않고 왔다갔다 난리부르스를 친다. 나는 이를 해결하고자 이동평균필터를 사용하였다. 오른쪽 아래 그림의 빨간 선처럼 스무스하게 인식하게 하는것이 목적이다.

일단 아무런 필터 없이 ADC에서 받아오는 값을 서보모터 각도 값으로 바로 입력했을 때의 결과를 보자!

떨림이 매우 심하고 제대로 동작하지 않는다….그래서 이동평균필터를 구현해보도록 한다! 이동평균필터의 구현은 아래 그림을 먼저 보자.

이동평균이란 말 그대로 전체 데이터 값의 평균을 구하는 것이 아니라 지정된 개수의 최근 데이터 값만으로 평균을 구하는 방식이다. 구간 1에서의 평균을 구하고, 구간 2에서의 평균을 구하고 하는 식으로 맨 처음 데이터는 버리고 새로운 데이터를 추가하여 평균을 구한다. 데이터 수는 임의로 정하면 된다. 그림에서는 5개가 되겠다.

자~ 이제 가속도 센서값을 각도값으로 바꿔보자. 먼저 아두이노에 analogRead함수를 이용하여 0~90도에서의 센서 값을 읽어보자. x축의 경우 0도에서 270, 180도에서 420의 값이 출력되었고 y축도 측정해본 결과 265~410의 값이 출력되었다. 그럼 이제 식이 나온다. x축을 먼저 보면, 270~420의 값을 가지므로 차이는 150이다. 이것을 180도와 매칭해야되므로

각도 = (기울기가 최대일때 ADC값 – 현재 측정된 ADC값) x {180도/(최대ADC와 최소 ADC의 차이)} x축 각도 = (420 – 측정된 ADC값) X (180도/150)

라는 식이 나오고 y축에 대해서도 해보면 265~410이니까 차이는 145, 이것을 180도와 매칭시키면 아래와 같이 나온다.

y축 각도 = (410 – 측정된 ADC값) X (180도/145)

아두이노로 구현한 코드는 다음과 같다~

#include #define SIZE 150 Servo mx; Servo my; int xx_arr[SIZE]; int yy_arr[SIZE]; int xx_angle; int yy_angle; float x_sum; float y_sum; void setup(){ mx.attach(9); my.attach(10); x_sum=0; for(int i=0; i 180) xx_arr[i] = 180; else if(xx_arr[i] < 0) xx_arr[i] = 0; x_sum+=xx_arr[i]; } y_sum=0; for(int i=0; i 180) yy_arr[i] = 180; else if(yy_arr[i] < 0) yy_arr[i] = 0; y_sum+=yy_arr[i]; } } void loop() { //////////////////////////////////////////////// x_sum-=xx_arr[0]; for(int i=0; i 180) xx_angle = 180; else if(xx_angle < 0) xx_angle = 0; //////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////// y_sum-=yy_arr[0]; for(int i=0; i 180) yy_angle = 180; else if(yy_angle < 0) yy_angle = 0; //////////////////////////////////////////////// mx.write(xx_angle); my.write(yy_angle); delay(2); } 아래는 이동평균필터를 적용했을 때의 영상이다. 고등학교 수준에선 이정도만 하면 되겠지??

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