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

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● 모듈 구성 안내

● 1-3-1 서보모터란 무엇인가

● 1-3-2  서보모터 기본제어

● 1-3-3  for 구문으로 서보모터 제어하기

●  1-3-4 포텐셜미터(가변저항)으로 서보모터 제어하기

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[아두이노 강좌] 14. 아두이노로 서보모터 제어하기 – 가치창조기술 위키

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아두이노 서보모터 다중제어 – أفضل أشرطة الفيديو والموسيقى مجانا

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아두이노에서 멀티태스킹 구현하기 2 – Multi-tasking the arduino : Blink without delay

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아두이노 내부전원으로 서보모터(SG-90) 여러개 사용하는 방법

<목표>

– 아두이노 내부 전원은 매우 약하다.

각종 센서나 LED 사용에는 큰 문제가 없지만, 모터류를 사용할 때에는 문제가 항상 따른다.

전류가 부족한 문제로, 모터쪽으로 과전류가 흐르게 되면 아두이노가 오작동 하는 등 문제가 생긴다.

그래서 원래는 외부전원을 사용하는 등 정석의 방법이 존재 한다.

하지만 이런 외부전원 회로를 만드는게 힘든 상황이거나 귀찮을 경우에 서모모터를 여러개 사용해야 하는 경우가 생기곤 한다.

이럴 때에 어떻게해야 아두이노 내부전원으로 서보모터를 여러개 돌릴 수 있을지 알아보자.

<준비물>

– 아두이노(나노, 우노, 메가), 시리얼 통신 케이블, 점퍼선(M-M), 서보모터(SG-90) 여러개

<회로도>

아두이노 내부 전원 5V 를 통해서 서보모터 여러개에 전원 공급을 해준다.

signal 신호는 각각 하나씩 연결을 해준다.

이런 확장보드가 있으면 더욱 편하게 서보모터를 이용할 수 있다.

없다면 미니브레드보드를 이용해서 5V와 GND를 확장시켜줘야 한다.

<코드>

#include Servo myservo1; // create servo object to control a servo Servo myservo2; // create servo object to control a servo Servo myservo3; // create servo object to control a servo int pos1 = 0; // variable to store the servo position int pos2 = 0; int pos3 = 0; int pos = 0; void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { myservo1.attach(7); delay(100); for (pos1 = 0; pos1 < 360; pos1 += 1) { if(pos1 >= 180) pos = 359-pos1; else pos = pos1; myservo1.write(pos); delay(15); } delay(500); myservo1.detach(); myservo2.attach(8); for (pos2 = 0; pos2 < 360; pos2 += 1) { if(pos2 >= 180) pos = 359-pos2; else pos = pos2; myservo2.write(pos); delay(15); } delay(500); myservo2.detach(); myservo3.attach(9); for (pos3 = 0; pos3 < 360; pos3 += 1) { if(pos3 >= 180) pos = 359-pos3; else pos = pos3; myservo3.write(pos); delay(15); } delay(500); myservo3.detach(); }

<실행 결과>

위의 영상에서 확인할 수 있는 것처럼, 모터가 순서대로 잘 돌아가는 것을 확인할 수 있다.

이번 포스팅에서 핵심은 에 있는 함수 두개가 핵심이다.

바로 ~.attach( ) 와 ~.detach( ) 이다.

~.attach( ) 는 해당 핀에 전류를 흘려 보내는 것이다.

정확히 말하자면 전류이긴 하지만, PWM 신호에 맞춰서 신호가 보내진다.

서보모터에 대해서 자세하게 알고 싶다면 아래 포스팅을 참고하면 좋다.

그렇다면 ~.detach( ) 는 무슨 역할을 할까?

함수 이름에서 유추할 수 있듯이 반대 개념으로 전류를 차단하는 역할을 한다.

일단 위에서 각각 함수의 역할에 대해서 알았으므로, 좀 더 전문적으로 이해해보자.

서보모터는 PWM 신호에 따라서 각도를 유지하는데, 서보모터에 전류가 들어가 있으면 손으로 힘을 주어도 각도가 강하게 유지된다.

다른 상황으로, 서보모터를 아두이노에서 다 분리한 상태로 사람의 힘으로 모터를 돌리면 빡빡하지만 각도가 변하면서 돌아가게 된다.

이런 현상이 있는 이유는, 5V 와 GND 때문이 아니라, signal 신호 때문에 그렇다.

전류 공급이 되지 않는 서보 모터는 그냥 일반적인 기어드모터 라고 보면 된다.

하지만 전류가 공급이 되고 있는 서보 모터는 스텝모터와 같아진다.

힘을 주어 모터를 강제로 회전시키려해도 계속 해당 각도를 유지하려 하기 때문에 회전이 되지 않는다.

보통은 아두이노에서 서보모터를 사용할 때, ~.detach( ) 함수를 사용하지 않는다.

외부전원을 사용하는 경우에는 당연 필요가 없을 뿐더러, 전류가 계속 들어가야 그 각도가 유지되기 때문이다.

그럼에도 간단히 테스트 하는 상황에서 서보모터를 여러개 사용해야 할 때가 분명 있다.

그런 경우가 있으니깐 이렇게 검색해서 이 포스팅을 찾아왔을 것이니 말이다 ㅎㅎ

~.detach( ) 함수를 사용해서 서보모터를 원하는 방향으로 회전시키고 전류를 차단시키고,

다음 서보모터를 ~.attach( ) 함수를 사용해서 원하는 각도를 가리키는 신호를 보내주는 것이다.

이렇게 하면 아두이노 내부 전원으로도 충분히 서보모터를 제어할 수 있게 되는 것이다.

그러면 궁금증이 하나 생긴다. 서보모터에 전류를 빼면 각도 유지가 제대로 안 되는것 아닌가? 라는 궁금증 말이다.

반은 맞고, 반은 틀리다.

당연히 외부의 힘이 강하게 들어온다면 각도 유지는 되지 않는다.

하지만, 전류 없는 서보모터를 사람 손으로 돌리려 했을때, 쉽게 되지는 않는다는 경험을 다 해봤을 것이다.

그렇다, 엄청 강한 외부 힘이 아니면 서보모터는 기어드모터와 같기 때문에 그 각도를 애초에 유지할 수 있는 것이다.

로봇에 사용하는 서보모터에는 당연히 외부전원을 사용하는 것이 좋고,

간단하게 사용하는 경우라면 이렇게 ~.attach( ) 와 ~.detach( ) 함수만을 이용하면 쉽게 여러개 서보모터를 제어할 수 있게된다.

또한 배터리를 이용하는 경우 전력소모를 줄이는 과정이 필요한데,

이 때에도 ~.detach( ) 를 사용해서 전류를 차단해 주는 것이 좋다.

물론 힘을 많이 받는 경우에는 당연히 ~.detach( ) 를 사용하면 좋지 않은 결과를 초래할 수 있다…

이건 경험과 실제로 해보지 않는이상 모르는 것이니깐 이런 방법도 있다더라~ 하고 참고하면 될듯 하다.

※ 궁금하시거나 질문사항이 있으시면 댓글로 작성해주시면 답변해 드릴 수 있는 부분에서 친절히 답변드리겠습니다!

[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 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.

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