로봇에게 '움직여!' 명령하기: 모터 제어의 기초 > 초보자를 위한 로봇 프로젝트

로봇에게 '움직여!' 명령하기: 모터 제어의 기초

로봇 모터는 컨트롤러의 명령을 받아 전기 에너지를 기계적인 움직임으로 바꿔주는 장치입니다. 초보자 프로젝트에서 가장 많이 사용되는 두 가지 모터인 DC 모터와 서보 모터를 중심으로 제어 원리를 알아보겠습니다.

1. DC 모터 (Direct Current Motor) 제어: 로봇의 '전진/후진/회전' 근육

DC 모터는 전원을 인가하면 계속 한 방향으로 회전하는 모터입니다. 로봇 자동차의 바퀴 구동에 주로 사용됩니다.

제어 목표:

정지/회전: 모터를 끄거나 켜기.

방향: 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키기.

속도: 모터의 회전 속도를 조절하기.

필요한 부품:

DC 모터: 2개 (로봇 자동차의 좌우 바퀴용)

모터 드라이버 (Motor Driver): 1개 (예: L298N 또는 L9110S)

왜 필요한가?: 아두이노 같은 마이크로컨트롤러는 모터를 직접 구동할 만큼 충분한 전류를 공급할 수 없습니다. 또한, 모터 드라이버는 모터의 회전 방향을 쉽게 제어할 수 있게 해줍니다.

전원: 모터 구동용 배터리 (아두이노와 분리하여 더 높은 전류를 공급하는 경우가 많음).

제어 원리:

방향 제어 (H-Bridge): 모터 드라이버는 'H-브릿지'라는 회로를 통해 모터 양단에 걸리는 전압의 극성을 바꿔 모터의 회전 방향을 바꿉니다.

(예시) M+에 +, M-에 - 전압 → 시계 방향. M+에 -, M-에 + 전압 → 반시계 방향.

속도 제어 (PWM - Pulse Width Modulation): 아두이노의 '아날로그 출력(analogWrite())' 기능은 사실 디지털 핀을 빠르게 껐다 켰다 하면서 'HIGH' 신호가 유지되는 시간(펄스 폭)을 조절합니다. 이 펄스 폭이 넓을수록 모터에 가해지는 평균 전압이 높아져 모터는 더 빠르게 회전합니다. (0-255 사이 값으로 속도 조절)

예시 코드 (L298N 모터 드라이버 연결 기준):

// L298N IN1, IN2 핀으로 왼쪽 모터 방향 제어 (아두이노 핀 8, 9)

// L298N ENA 핀으로 왼쪽 모터 속도 제어 (아두이노 핀 5)

// HIGH/LOW 조합: (IN1, IN2) = (HIGH, LOW) -> 정방향, (LOW, HIGH) -> 역방향

// L298N 모터 제어 함수

void setMotorSpeed(int in1Pin, int in2Pin, int enablePin, int speed, bool forward) {

  analogWrite(enablePin, speed); // 속도 제어 (PWM)

  if (forward) {

    digitalWrite(in1Pin, HIGH);

    digitalWrite(in2Pin, LOW);

  } else {

    digitalWrite(in1Pin, LOW);

    digitalWrite(in2Pin, HIGH);

  }

}

void setup() {

  // 핀 설정

  pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); // 왼쪽 모터

}

void loop() {

  setMotorSpeed(8, 9, 5, 200, true); // 왼쪽 모터를 200 속도로 전진

  delay(2000);

  setMotorSpeed(8, 9, 5, 0, true);  // 정지 (속도를 0으로)

  delay(1000);

}

2. 서보 모터 (Servo Motor) 제어: 로봇의 '관절' 근육

서보 모터는 DC 모터와 달리 특정 각도(예: 0~180도)로 정밀하게 위치를 제어할 수 있는 모터입니다. 로봇 팔의 관절, 센서의 방향 조절 등에 사용됩니다.

제어 목표:

위치: 모터를 원하는 각도(예: 45도, 90도)로 정확히 이동시키기.

필요한 부품:

서보 모터: 1개 이상 (예: SG90, MG996R)

전원: 아두이노 5V (작은 서보), 또는 별도 외부 전원 (큰 서보).

제어 원리:

PWM 신호: 서보 모터는 아두이노에서 특정 주기의 PWM 신호를 받아 그 신호의 '펄스 폭'에 따라 자신의 축을 특정 각도로 돌립니다. 아두이노에서는 Servo 라이브러리를 사용하면 쉽게 제어할 수 있습니다.

(예시) 1ms 펄스 → 0도, 1.5ms 펄스 → 90도, 2ms 펄스 → 180도.

예시 코드 (SG90 서보 모터 연결 기준):

#include <Servo.h> // Servo 라이브러리 포함

Servo myServo;      // Servo 객체 생성

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

void setup() {

  myServo.attach(servoPin); // 서보 모터를 핀에 연결

  Serial.begin(9600);

}

void loop() {

  Serial.println("Moving to 0 degrees");

  myServo.write(0); // 0도로 이동

  delay(1000);      // 1초 대기

  Serial.println("Moving to 90 degrees");

  myServo.write(90); // 90도로 이동

  delay(1000);

  Serial.println("Moving to 180 degrees");

  myServo.write(180); // 180도로 이동

  delay(1000);

}

3. 모터 제어 시 공통 주의사항

전원 공급: 모터는 전력을 많이 소비하므로, 아두이노의 5V 핀에 직접 여러 개의 모터를 연결하면 아두이노가 불안정해지거나 손상될 수 있습니다. 모터 드라이버와 별도의 외부 전원(배터리 팩)을 사용하는 것이 일반적입니다.

접지(GND) 공유: 아두이노, 모터 드라이버, 센서 등 모든 전자 부품의 GND(접지) 핀은 반드시 서로 연결(공유)되어야 합니다. 그렇지 않으면 회로가 제대로 작동하지 않습니다.

모터 드라이버 선택: 프로젝트에 사용할 모터의 종류, 개수, 전류 요구량에 따라 적절한 모터 드라이버를 선택해야 합니다.

PWM 핀: 아두이노에서 analogWrite() 함수를 사용하여 속도를 제어하려면 "~" 표시가 있는 핀(예: 3, 5, 6, 9, 10, 11번 핀)을 사용해야 합니다.

로봇에게 '움직여!'라고 명령하는 모터 제어는 로봇의 행동을 직접적으로 만들어내는 핵심 기술입니다. DC 모터와 서보 모터의 제어 원리를 이해하고 실제 프로젝트에 적용해보면서 로봇이 어떻게 생명력 넘치는 움직임을 갖게 되는지 직접 체험해 보세요. 로봇 제작의 가장 큰 즐거움 중 하나를 느끼실 수 있을 것입니다!