086_SG90서보모터_로봇관절 🦾🤖

도로시와 지니가 함께하는 마이크로 서보 SG90과 <Servo.h> 완벽 정복

• 👧 도로시: “지니야! 이 파란색 꼬마 모터는 손가락 두 마디만 한데, 하얀 날개(혼, Horn)를 끼우고 코드를 넣으니까 진짜 로봇 관절처럼 힘차게 윙윙 움직여!”
• 🐱 지니: “이 모터가 바로 전 세계 아두이노 메이커들이 가장 사랑하는 국민 서보모터 Tower Pro SG90이야! 무게는 겨우 9g에 불과하지만 자기 몸무게의 수백 배를 거뜬히 들어 올리는 놀라운 친구란다!”

• 🐶 토토: “바우! 하얀 혼 위에 깃발을 꽂아서 반갑게 흔들어보자 멍!”

• 🖥️ 강의 슬라이드: slides.md

1. 도로시의 감탄: 손바닥만 한 파란색 모터와 부속품

📦 패키지 구성품과 기계적 체결법

SG90 서보모터 세트를 개봉하면 파란색 모터 본체와 함께 다양한 형태의 흰색 플라스틱 회전 날개(Horn) 및 고정용 미세 나사들이 동봉되어 있습니다.

• 서보 혼(Servo Horn):
  • 일자형 혼 (Arm Horn): 로봇 팔 관절, 자동차 조향 링키지 연결용
  • 십자형/사거리 혼 (Cross Horn): 4방향 와이어 당김 장치용
  • 원형 혼 (Round Horn): 회전 원판, 초음파 센서 레이더 스캐너 거치용
• 조립 꿀팁:
  • 코드를 업로드하기 전에 나사로 혼을 꽉 조이지 마세요! 코드로 서보모터를 90도(중립) 위치로 초기화한 다음, 반듯한 각도로 혼을 끼우고 나사를 체결해야 원하는 각도 범위가 정확히 맞습니다.

2. SG90 서보모터 하드웨어 스펙 한눈에 보기

🔍 정밀 제어를 위한 핵심 전기적/기계적 특성

SG90은 가볍고 저렴하면서도 준수한 토크를 발휘하여 교육용 로봇 제작에 최적화되어 있습니다.

3. 3색 케이블 결선과 회로도

🔌 단 3개의 점퍼선으로 완성하는 아두이노 직결 회로

SG90 케이블은 표준 3핀 헤더(2.54mm 피치)로 마감되어 있어 아두이노 핀에 바로 꽂을 수 있습니다.

[!CAUTION] 극성 역결선 주의: 빨간색(5V)과 갈색(GND)을 반대로 꽂으면 서보모터 내부의 제어 IC가 타버려 영구 고장 납니다. 반드시 전원 색상을 재확인하세요!

4. 아두이노의 보물창고: <Servo.h> 표준 라이브러리

📚 타이머 인터럽트를 기반으로 한 초정밀 각도 엔진

아두이노 IDE에 기본 내장된 <Servo.h> 라이브러리는 백그라운드 하드웨어 타이머(Timer 1)를 사용하여 CPU의 간섭 없이 안정적인 50Hz PWM 서보 신호를 생성합니다.

• 핵심 함수 정리:
  • myservo.attach(pin): 서보모터가 연결된 디지털 핀을 지정하고 펄스 생성을 개시합니다.
  • myservo.write(angle): 서보모터를 목표 각도(0 ~ 180)로 회전시킵니다.
  • myservo.read(): 현재 서보모터에 지시된 각도 값을 읽어옵니다.
  • myservo.detach(): 서보모터 신호 출력을 중단하여 모터 전력 소모와 떨림을 방지합니다.

[!IMPORTANT] 우노 핀 사용 제약: <Servo.h> 라이브러리는 우노의 16비트 타이머 1을 독점 사용하므로, 서보 라이브러리를 포함하는 순간 9번과 10번 핀에서는 analogWrite() PWM 기능이 작동하지 않습니다.

5. 실습 1: 부드러운 왕복 스윕(Sweep) 운동 스케치

🧹 와이퍼처럼 0도부터 180도까지 부드럽게 오가기

급격한 각도 변화는 모터 기어에 충격을 줍니다. for 반복문을 사용하여 1도씩 점진적으로 전진시킵니다.

#include <Servo.h> // 아두이노 서보모터 공식 라이브러리 포함

Servo myservo; // 서보모터를 제어할 객체 생성 (이름: myservo)

void setup() {
  myservo.attach(9); // 9번 디지털 핀에 서보모터 신호선 할당
}

void loop() {
  // 1. 0도에서 180도까지 1도씩 전진
  for (int pos = 0; pos <= 180; pos++) {
    myservo.write(pos); // 현재 각도로 서보모터 이동 지시
    delay(15);          // 서보모터 기어가 물리적으로 도달할 시간(15ms) 제공
  }

  // 2. 180도에서 0도까지 1도씩 후진
  for (int pos = 180; pos >= 0; pos--) {
    myservo.write(pos);
    delay(15);          // 급회전 방지 딜레이
  }
}

6. 실습 2: 가변저항으로 실시간 각도 조종하기 (Potentiometer Control)

🎛️ 손잡이를 돌리는 만큼 서보모터가 실시간으로 따라 도는 로봇 조종기

아날로그 입력 핀(A0)에 가변저항을 달아 0~1023 신호를 서보의 0~180도로 변환합니다.

#include <Servo.h>

Servo myservo; // 서보모터 객체

const int potPin = A0; // 가변저항 중앙 신호 핀

void setup() {
  myservo.attach(9); // 9번 핀에 서보모터 연결
}

void loop() {
  int potVal = analogRead(potPin); // 가변저항 아날로그 값 읽기 (0 ~ 1023)
  
  // map(입력값, 입력최소, 입력최대, 출력최소, 출력최대)
  // 0~1023 범위의 센서 값을 서보 각도 범위인 0~180으로 비율 변환!
  int angle = map(potVal, 0, 1023, 0, 180);
  
  myservo.write(angle); // 계산된 각도로 서보모터 회전
  delay(15);            // 부드러운 위치 추종을 위한 최소 지연 시간
}

7. 실습 중 흔히 겪는 문제와 해결법 (Troubleshooting)

#include <Servo.h>

Servo myServo;
const int servoPin = 10;
const int yellowPin = 5;
const int redPin    = 6;
const int greenPin  = 7;

void setup() {
  myServo.attach(servoPin);
  pinMode(yellowPin, INPUT);
  pinMode(redPin, INPUT);
  pinMode(greenPin, INPUT);
}

⚠️ 모터가 덜덜 떨리거나 아두이노가 자꾸 꺼질 때

1. 서보모터 헌팅(Jittering / 떨림 현상):
   • 원인: 저가형 서보모터의 내부 기어 유격이나 가변저항 아날로그 노이즈.
   • 해결: map()으로 계산한 각도 값의 변화량이 2~3도 이상일 때만 write()를 호출하도록 소프트웨어 필터를 적용합니다.
2. 아두이노 무한 재부팅 (Brownout Reset):
   • 원인: 모터가 급격히 방향을 틀 때 순간적으로 500mA 이상의 피크 전류를 당겨와 아두이노 5V 전압이 순간 4V 밑으로 강하됨.
   • 해결: 아두이노 5V와 GND 핀 사이에 100µF ~ 470µF 전해 콘덴서를 병렬로 달아주거나, 5V 외장 배터리 팩을 독립 전원으로 공급합니다.

🌟 도로시와 지니의 핵심 요약 노트!

void loop() {
  if (digitalRead(yellowPin) == HIGH) {
    myServo.write(0);   // 노란 버튼: 0도 회전
  } else if (digitalRead(redPin) == HIGH) {
    myServo.write(90);  // 빨간 버튼: 90도 회전
  } else if (digitalRead(greenPin) == HIGH) {
    myServo.write(180); // 초록 버튼: 180도 회전
  }
}

• 👧 도로시: “갈색(GND), 빨강(5V), 주황(신호) 3가닥만 꽂고 #include <Servo.h>를 불러오면 myservo.write(각도) 한 줄로 로봇 관절을 마음껏 움직일 수 있구나!”
• 🐱 지니: “맞아! 여기에 가변저항이나 조이스틱을 붙이면 나만의 원격 조종 로봇 팔과 스마트 크레인을 만들 수 있단다.”
• 🐶 토토: “바우! 다음 시간에는 3D 프린터처럼 1스텝씩 초정밀 각도로 끊어 도는 스텝모터(Stepper Motor) 를 정복하러 가자 멍!”