[아두이노]2축 서보모터 초간단 제어하기, 간단한 프레임 제작까지

뭔가 목표가 생기면 과정이 분명해 진다.

RC 카에 헤드트래킹을 이용한 FPV 를 구현하려는 목표가 생기고나니 과정을 잘 정리하는게 필요하겠다 싶어 포스트를 남깁니다.

우선 첫번째 스텝으로 2축으로 제어가 가능한 서보모터 마운트를 만들고 서보모터를 제어하는 것인데요, 이미 언젠가 사용하겠지 싶어서 구입해 둔 2축 서보모터 마운트가 있기에 이 부분은 간단히 해결될 거라 생각했습니다.

 

바로 중국에서 구입한 이런 제품이죠.

9g 서보모터를 이용하여 바로 연결이 가능하도록 나온 제품이고 약간 헷갈리기는 하지만 조립이 어렵지는 않습니다. 

그런데 너무 쉽게 생각한게 오산이었을까요?

일단 어떻게 연결해도 약간 제가 생각하는 머리의 움직임과 괴리감이 있었습니다. 

사람은 목이라는 놀라운 구조에 의해 상하좌우 회전이 거의 동일한 한 점에서 이루어 집니다. 심지어는 틸트까지 되죠, 3축이 하나의 구조에서 이루어지는 놀라운 구조가 아닐수 없습니다. 

제가 구입하였던 2축 서보 마운트는 그런 개념에서 완전히 빗나가 있더군요. 일단 x, y 축의 회전 축이 상당히 어긋나 있다는 점이 첫번째 문제점이었고 두번째로는 기본 각도가 수평에서 시작한다는 점 이었습니다.

위의 사진에서 보이는 것처럼 상단 평평한 면이 이미 최대 상향(y축) 각도인데요, 말하자면 더이상 고개를 들거나 또는 내리는건 불가능한 상태 입니다. 물론 90도를 꺽은 상태에서 카메라를 부착하는 방법도 있지만 그렇게 되면 축에서 더욱 멀어지게 되므로 이미 상당한 수준의 거북목이 진행된 것처럼 되어 버립니다. 무슨 목을 쭉 앞으로 뺀 거북이처럼 회전이 되게 되는 것이죠.

세번째 문제는 전체 부품의 부피가 너무 크다는 것인데요, RC 카 운전석 안에 장착을 해야 하는데 이런 저런 부품이 너무 자리를 많이 차지하더군요, 음...

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2축 서보 연결을 위한 브라켓 제작하기

그래서 아주 간단한 구조에 부피도 아주 작은 2축 회전축을 만들어 보기로 하였습니다.

제 포스트를 보시는 분도 제가 만든 것처럼 구현하시면 축의 위치를 거의 같은 선상에 두고 사람의 머리처럼 제어되는 축을 만드실 수 있을 거에요.

 

서보모터2개를 연결해주는 부품 제작

최종 회전각도를 고려하여 수정

저는 3D 프린터를 이용하여 핵심 부품을 출력하였습니다만, 구조상 그냥 L 자 꺽쇠를 이용하여 만드시는 것도 가능합니다. 필요하신 크기로 가공만 하면 되는 것이죠. 

 

프린팅 중

저는 부품의 부피를 최소화 하기 위하여 서보모터의 고정 부품 안쪽으로 브라켓이 장착되도록 제작을 하였습니다.

 

출력된 프린트 물에 서보모터 부작을 위한 부품 장착

 

9g 서보모터에 부착된 상태

다른각도에서 본 모습

 

이렇게 되면 상단의 서보모터는 Y 축(상하회전)을 제어하고 하단의 서보모터는 X 축(좌우회전)을 제어하게 되는데요, 우리의 목의 구조를 봐도 보통 회전은 귀를 중심으로 머리통이 상하로 움직이고 좌우 회전은 목 전체가 회전되므로 상대적으로 제가 만든것과 유사한 구조로 움직이는 것을 알 수 있습니다. 물론 사람의 목은 대단히 유연하고 훌륭한 관절이어서 상하회전이 꼭 한군데서 이루어지는 것은 아닙니다만 유사한 움직임이 구현되기는 합니다.

제가 만든 것처럼 브라켓의 상하 길이를 작게 만들게 되면 상하 회전 움직임에 제약이 있기는 합니다. 서보모터에 부딪힐 수 있기 때문인데요, 사람의 목이 상하로 180도를 움직이지 않는 것을 고려해보면 크게 문제될 것은 없어 보입니다.

만약 서보모터의 동작 범위 전체를 커버하기를 원하시면 브라켓의 상하 길이를 서보모터의 회전 반경보다 크게 제작하면 문제 없이 동작하게 됩니다.

 

아두이노와 연결을 해보자

자 이제 아두이노로 잘 제어가 되는지 확인해 보도록 하겠습니다.

2축 제어를 위하여 간단하게 2축 아날로그 조이스틱을 연결하고 제어를 해봅니다.

연결은 아래와 같이 하시면 됩니다.

소스코드는 아주 간단합니다.

아날로그 신호를 받아 서보모터를 움직이는 기본 소스코드 그대로 약간만 응용하면 구현이 가능합니다.

다만 저처럼 상하 움직임에 제한이 있는 경우는 서보로 가는 신호에 제한을 주어야 합니다.

#include <Servo.h>

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() {

  myservo_LR.attach(pin_servo_LR);
  myservo_LR.write (90);
  myservo_UD.attach(pin_servo_UD);
  myservo_UD.write (90);
}

void loop() {
  angle_x = analogRead(pin_x);
  angle_y = analogRead(pin_y);
  
  angle_x = map(angle_x, 0, 1024, 30, 150);
  angle_y = map(angle_y, 0, 1024, 60, 120);

  myservo_LR.write (angle_x);  
  myservo_UD.write (angle_y);

  delay(10);
  
}

90도를 기준 각도로 하여 상하는 60~120도, 좌우는 30~150도의 움직임을 범위로 하였습니다.

자 이제 테스트를 해볼까요?

 

 

 

잘 동작하네요.

 

일단 첫번째 관문은 통과한 셈 입니다.

다음 편에는 mp6050 을 이용하여 회전한 각도 만큼 서보모터를 움직이는 방법을 알아보도록 하겠습니다.

아래 링크된 글을 이용하여 바로 보실 수 있습니다.

 

그럼 이만~

 

2022.01.31 - [DIY/Arduino] - [아두이노]mpu6050 을 이용하여 2축 서보모터 제어하기

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