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[아두이노 강좌] 14. 아두이노로 서보모터 제어하기

임베디드 오픈소스 ‎ > ‎ 아두이노 ‎ > ‎ [아두이노 강좌] 14. 아두이노로 서보모터 제어하기 본 게시글에서는 아두이노를 이용하여 서보모터를 어떻게 제어하는지 살펴보도록 하겠습니다. 서보를 자동으로 앞뒤로 움직이게 만들어보고, 포텐셔미터를 추가하여 서보의 포지션을 제어하도록 하겠습니다. 브레드보드 레이아웃1 아래의 브레드보드에서는 서보 모터만이 아두이노에 연결되어 있습니다. 아래와 같이 브레드보드를 셋업합니다. 서보모터는 3개의 리드선을 가지고 있는데 보통 빨강이 5V, GND는 검정이나 갈색입니다. 나머지 리드선은 제어 리드선으로 보통 오렌지색이나 노랑색을 띄고 있습니다. 제어 리드선을 디지털 핀 9번에 연결합니다. 서보 리드선 끝의 소켓에 점퍼를 연결하여 아래와 같이 브레드보드에 셋업합니다. 만약 서보가 오동작을 한다면, 위와 같이 셋업을 하였는데 만약 서보가 이상하게 동작을 한다면, 그것은 서보가 너무 많은 전력을 끌어다 쓰기 때문일 수 있습니다. USB로 아두이노에 전원을 공급하기 때에만 이러한 현상이 발생할 수 있습니다. 보통 모터가 움직이기 시작할때 전력을 많이 쓰기 때문에 이는 아두이노 보드의 전압을 떨어 뜨릴 수 있으며, 이는 다시 아두이노 보드를 리셋하게 만듭니다. 만약 이러한 현상이 발생한다면, 캐페이시터(470uF이상)를 GND와 5V 사이에 추가함으로써 해결할 수 있습니다. 캐패에시터는 모터가 사용하는 전력 저장소와 같은 역활을 하여 모터가 시작할때 아두이노 전원뿐아니라 캐패이시터에서 전기를 끌어다 쓸수 있습니다. 캐패이시터의 긴 다리가 양극이며 이 리드선이 5V에 연결되어야 합니다. 음극 리드선은 보통 ‘-‘ 심볼로 표시됩니다. 아두이노 코드 1 아래의 스케치 코드를 아두이노에 업로드하면 서보가 한방향으로 돌다가 다른 방향으로 다시 도는 것을 확인 할 수 있습니다. 본 스케치 코드는 아두이노 servo 예제 폴더에 있는 sweep 코드를 기반으로 작성된 코드입니다. #include int servoPin = 9 ; Servo servo ; int angle = 0 ; // servo position in degrees void setup () { servo . attach ( servoPin ); } void loop () { // scan from 0 to 180 degrees for ( angle = 0 ; angle < 180 ; angle ++) { servo . write ( angle ); delay ( 15 ); } // now scan back from 180 to 0 degrees for ( angle = 180 ; angle > 0 ; angle –) { servo . write ( angle ); delay ( 15 ); } } 서보 모터는 펄스에 의해 제어되어 사용하기 쉽습니다. 서보용 아두이노 라이브러리가 있어 서보에게 단지 동작할 각도를 알려주기만 하면 됩니다. 이러한 서보 라이브러리를 사용하기 위해서는 아래와 같은 코드로 아두이노 IDE에게 서보 라이블러리를 사용할 것임을 알려주어야 합니다. #include 그리고, 서보를 제어하기 위해 servoPin이라는 이름의 변수를 정의하였습니다. Servo servo ; 위의 코드에서 보면 Servo 타입 servo변수를 정의한 것을 볼 수 있습니다. Servo는 라이브러리에서 제공하는 변수 타입으로 서보사용시 사용합니다. 8개까지의 서보를 정의할 수 있습니다. 만약 두개의 서보를 가지고 있다면, 아래와 같이 정의 할 수 있을 것입니다. Servo servo1 ; Servo servo2 ; servo변수에게는 실제로 제어할 서보의 제어핀이 어떤 핀인지를 알려주어야 니다. 아래의 코드로 servo변수에게 제어핀을 알려줍니다. servo.attach(servoPin); 변수 angle은 서보의 현재각도를 저장하기 위해 사용됩니다. loop함수에서 우리는 두개의 for loop를 사용하는 것을 볼 수 있는데, 첫번째로 각도를 한방향으로 180도까지 증가 시키고, 다음 for 루프에서는 반대방향으로 욺직이게 합니다. servo.write(angle); 위의 코드는 서보에게 파라메터로 들어온 각도로 위치를 업데이트 하는 명령입니다. 브레드보드 레이아웃2 그럼 두번째 브레드보드 레이아웃을 살펴보겠습니다. 이 레이아웃에는 포텐셔미터가 포함되어 포텐셔미터를 돌려 서보의 위치를 조절할 수 있습니다. 포텐셔미터의 슬라이더 리드를 아두이노의 A0에 연결합니다. 아두이노 코드 #include int potPin = 0 ; int servoPin = 9 ; Servo servo ; void setup () { servo . attach ( servoPin ); } void loop () { int reading = analogRead ( potPin ); // 0 to 1023 int angle = reading / 6 ; // 0 to 180-ish servo . write ( angle ); } 두번째 코드도 첫번째 코드와 비슷한데 potPin이라는 변수가 추가되었습니다. 서보의 위치를 셋팅하기 위해 포텐셔미터로부터 나오는 아날로그 값을 A0핀으로부터 analogRead함수를 통하여 읽어 드리면, 0에서 1023의 값이 읽히게 됩니다. 서보는 오직 180도만 회전할 수 있기 때문에 180도에 맞게 0~1023까지의 값을 스케일 하여야 합니다. 0-1023을 6으로 나누면 0~170이 되어 알맞게 스케일 되었습니다 서보 모터 서보 모터의 위치는 펄스의 길이에 따라서 설정됩니다. 서보는 대략 매 20ms마다 펄스를 받게되는데, 만약 이 펄스가 1ms동안 high이면 각은 0 이며, 1.5ms동안 high이면 중간위치에 위치하게 되고 2ms인 경우는 180도가 되게 됩니다.. 서버가 움직일 수 있는 끝부분은 제품에 따라 차이가 있는데 많은 서보가 170도까지만 회전을 합니다. 360도까지 회전하는 서보도 있으니 필요하다면 제품을 찾아보는 것도 좋습니다.

[모듈 1-3] 아두이노 서보모터 제어하기 (feat. For 구문)

● 모듈 구성 안내

1-3-1. 서보모터란 무엇인가

1-3-2. 서보모터 기본 제어

1-3-3. for 구문으로 서보모터 제어하기

1-3-4. 포텐셜미터(가변저항)으로 서보모터 제어하기

● 1-3-1. 서보모터란 무엇인가?

▶ 모터의 종류

– 오늘 우리가 다룰 서보 모터는 로 모터의 위치제어가 주 목적이다.

– 모터의 위치제어란 아래 사진의 모터 위에 있는 흰색(액추에이터)의 각도 조절을 말한다.

▶ 모터의 연결

– 서보모터의 3개의 선 중, 적색(+), 갈색(-) 은 각각 VCC와 GND를 공급하여 서보모터에 전력을 공급한다.

– 오렌지 핀은 데이터 핀으로서 20ms(0.02초) 동안 1과 0의 신호 비율을 통해 내가 원하는 서보모터의 각도 값으로 제어 할수 있다.

– 오렌지 핀으로 제어할 수 있는 각도의 범위는 0 에서 179도까지이다. -> 180 단계.

● 1-3-2. 서보모터 기본제어

▶ [실습 1-3-2-1] 서보모터 기본 각도 제어

– 아래와 같이 아두이노 회로 구성을 한다.

출처 : 코딩런 : https://codingrun.com/110

– 아래 코드를 복붙하여 아두이노에 업로드 해보자.

#include //Servo 라이브러리를 추가 Servo servo; //Servo 클래스로 servo객체 생성 int value = 0; // 각도를 조절할 변수 value void setup() { servo.attach(7); //servo 서보모터 7번 핀에 연결 // 이때 ~ 표시가 있는 PWM을 지원하는 디지털 핀에 연결 } void loop() { value = 0; servo.write(value); //value값의 각도로 회전. ex) value가 90이라면 90도 회전 delay(500); value = 45; servo.write(value); delay(500); value = 90; servo.write(value); delay(500); value = 135; servo.write(value); delay(500); value = 179; servo.write(value); delay(500); }

☞ value 값에 180 이상의 값을 넣어봅시다. 잘 작동하지 않는 다면 이유가 무엇일까요?

● 1-3-3. for 구문으로 서보모터 제어하기

▶ 반복동작을 위한 < for 구문 > 의 기본 구조

▶ [실습 1-3-3-1] 서보모터 for 구문으로 제어

– 아래 코드를 타이핑 하여 넣어보자. (기존 코드 수정, 회로 구성 1-3-2 동일)

#include //Servo 라이브러리를 추가 Servo servo; //Servo 클래스로 servo객체 생성 int value = 0; // 각도를 조절할 변수 value int ii = 0; // for 구문의 변수 선언 void setup() { servo.attach(7); //맴버함수인 attach : 핀 설정 } void loop() { for(ii = 0; ii < 180 ; ii++) // ii++ : ii 가 1씩 커진다. { servo.write(ii); delay(30); } } ☞ 위 코드에 대한 서보모터의 동작을 for구문과 연결시켜 설명해 보자. ▶ [실습 1-3-3-2] 서보모터 2개의 for 구문 제어 - 아래 코드를 타이핑 하여 넣어보자. (기존 코드 수정, 회로 구성 1-3-2 동일) #include //Servo 라이브러리를 추가 Servo servo; //Servo 클래스로 servo객체 생성 int value = 0; // 각도를 조절할 변수 value int ii = 0; // for 구문의 변수 선언 void setup() { servo.attach(7); //맴버함수인 attach : 핀 설정 } void loop() { for(ii = 0; ii < 180 ; ii++) { servo.write(ii); delay(30); } for(ii = 179; ii > 0; ii–) // ii– : ii가 1씩 작아진다. { servo.write(ii); delay(30); } }

☞ 위 코드에 대한 서보모터의 동작을 2개의 for구문과 연결시켜 설명해 보자.

★ [도전과제 1-3-3] step 변수로 서보모터 동작 크기 정하기

– 2개의 servo.write( /* 어떻게 들어가야 할까요? */ ); 부분을 채워 동작을 시켜보세요.

#include Servo servo; int value = 0; int ii = 0; void setup() { servo.attach(7); } void loop() { // step_size, step_num 선언 int step_size = 30; // 한번에 30도씩 서보모터를 움직이겠다. // 180도에 step_size를 나누어 180도에서 서보모터가 움직이는 횟수를 구했다. float step_num = 180 / step_size; for(ii = 0; ii < step_num ; ii++) { servo.write( /* 어떻게 들어가야 할까요? */ ); delay(500); // 힌트 : 기존의 ii는 1씩 커지면서 1도씩 움직였으니 // ii에 무언가를 곱하면 되겠쥬? } for(ii = step_num; ii > 0; ii–) { servo.write( /* 어떻게 들어가야 할까요? */ ); delay(500); } }

☞ 동작을 성공한 학생은 step_size에 45, 90도를 주어서 서보모터의 동작을 확인해 보세요.

● 1-3-4. 포텐셜미터(가변저항)으로 서보모터 제어하기

▶ 포텐셜 미터(가변저항)

– 포텐셜 미터 3개의 핀중 양 끝 2개의 핀은 VCC, GND에 연결하여 전원을 공급합니다.

– 가운데 A0 핀은 포텐셜 미터의 로터의 회전값을 전송해 주는 데이터 핀으로

아두이노의 아날로그 입력핀인 A0 ~ A5 중에 연결해 주어야 합니다.

– 포테셜 미터의 회전값은 로터의 회전 각도의 따라 0 ~ 1023 값으로 변환되어 A0에 출력됩니다.

▶ [실습 1-3-4] 포텐셜미터로 서보모터 제어하기

– 아래와 같이 회로 구성을 합니다.

출처 : https://sites.google.com/site/physicalcomputingeducation/inputoutput/potentiometer-servo

– 아래의 코드를 아두이노에 업로드 하고 코드의 주석을 통해 코드의 의미를 이해해 보세요.

#include Servo myServo; // myServo 객체 생성 int potPin = A0; // A0를 myServo의 입력핀으로 쓴다. int potVal; // potVal 변수에서 포텐셜미터의 입력값을 받는다. int angle; // myServo에 입력할 angle. void setup() { myServo.attach(9); } void loop() { // potPin에서 받아온 포텐셜 미터의 입력 값을 PotVal에 저장 potVal = analogRead(potPin); /* 중요 */ // 포텐셜 미터의 입력값 potVal의 크기 범위 : 0 ~ 1023 // 서보모터의 각도 입력값 angle의 범위 : 0 ~ 179 // 따라서 아래와 같이 map 함수를 통해 potVal값의 크기의 비율을 조정하여 angle에 넣어줘야 한다. angle = map(potVal, 0, 1023, 0, 179); // 0~179 크기로 변환된 angle값을 서보모터에 입력을 준다. myServo.write(angle); delay(15); }

☞ map 함수의 역할을 설명해 보세요.

★ [도전과제 1-3-4] 2개의 서보모터 제어하기.

– 아래 영상을 통해 도전과제의 목표를 확인 하시오.

영상 제공 : 컴퓨터전자과 3학년 이00 학생

– 아래의 아두이노 회로를 구성하시오.

– 아두이노 입출력 핀은 변경해서 사용해도 무관합니다.

– 아래 코드를 기반으로 loop() 함수의 내용을 코딩하여 2개의 서보모터를 2개의 포텐셜미터로 제어하는 동작을 구현하시오.

#include Servo xservo; Servo yservo; int xservopin = A0; int yservopin = A1; int xval = 0; int yval = 0; int xangle = 0; int yangle = 0; void setup() { xservo.attach(9); yservo.attach(10); } void loop() { /* xservo와 yservo를 2개의 포텐셜 미터로 각각 제어하는 코드를 완성하시오 */ }

FINISH

글쓴이 : Wonking / 교사 성원경

아두이노 예제 10. 서보모터 제어하기

서보 모터(Servo Motor)

서보 모터는 일반 모터와는 다르게 회전이 정해져 있기 때문에 정확한 움직이 필요한 경우에 사용하는 모터이다. 서보 모터란 별도로 존재하는 모터가 아닌 서보(따른다 : 사용자의 명령에 따른다.)라는 기술이 적용되어 사용자가 원하는 각도, 속도로 움직임이 가능한 것이다. 서보모터는 로봇, 장난감, 드론, CCTV 등에서 광범위하게 쓰이고 있다.

우리가 사용하는 서보모터는 SG90이라는 서보모터이며 이는 수많은 제조사가 제작하고 있으므로 굉장히 저렴하지만 0~180도까지만 회전이 가능하다는 단점도 있다.

서보 모터 사용방법

SG90Servo.pdf

데이터 시트를 참고해 보면 PWM을 사용하여 서보 모터를 제어할 수 있다. 서보모터의 펄스폭은 1ms ~ 2ms의 범위를 가지며 1ms 일때 0도, 2ms일때 180도를 나타낸다. 그러므로 1.25ms일 때 45도, 1.5ms일 때 90도라는 것을 유추할 수 있다.

위와 같은 방법은 보다 Servo라이브러리를 사용하면 좀 더 편하게 서보 모터를 제어할 수 있다. 이번 실습에서는 Servo라이브러리를 사용하여 서보모터를 제어해 볼 것이다.

Servo.zip

Servo라이브러리는 위 파일을 다운 받고, 라이브러리를 추가하는 방법은 아래 링크를 참고하기 바란다.

http://codingrun.com/100

서보 모터 핀 색상 구분

서보모터는 3개의 단자가 있다. 서보 모터에 따라서 색상이 다른 경우가 있으니 위 사진을 참고하기 바란다.

주황색(황색 or 흰색) : 데이터핀

빨간색 : VCC

갈색(검은색) : GND

실습 내용

시리얼모니터를 통해 ‘1’을 입력하면 서보모터가 30도씩 회전하며, 180도가 되었을 땐 다시 0도로 돌아오게 한다. ‘1’이외의 값이 입력되면 0도로 초기화한다.

준비물

아두이노 보드, 브레드 보드, 점퍼선 3개, 서보모터 1개

회로도

소스 코드

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 # include < Servo.h > //Servo 라이브러리를 추가 Servo servo; //Servo 클래스로 servo객체 생성 int value = 0 ; // 각도를 조절할 변수 value void setup () { servo.attach( 7 ); //맴버함수인 attach : 핀 설정 Serial . begin ( 9600 ); //시리얼 모니터 사용 고고 } void loop () { if ( Serial .available()) //시리얼 모니터에 데이터가 입력되면 { char in_data; // 입력된 데이터를 담을 변수 in_data in_data = Serial . read (); //시리얼모니터로 입력된 데이터 in_data로 저장 if (in_data = = ‘1’ ) //입력된 데이터가 1이라면 { value + = 30 ; //각도를 30도 증가시킨다. if (value = = 18 0 ) //각도가 180도가 되면 (150도보다 커지면) value = 0 ; //각도를 0으로 초기화 } else //그외의 데이터가 입력되면 value = 0 ; //각도를 0으로 초기화 servo.write(value); //value값의 각도로 회전. ex) value가 90이라면 90도 회전 } } Colored by Color Scripter cs

ex10_Servo.ino

결과 영상

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