[Raspberry Pi] Servo motor control

작성자: 8기 이서준

라즈베리파이 서보모터 제어

이 글은 라즈베리파이로 서보모터를 제어하는 방법에 대해 다룬다.

아래에 자세한 설명이 있지만, 라즈베리파이에서 DC 모터와 서보모터를 함께 제어하는 것에 실패하였다. 처음에는 두 모터 모두 시도해보았기 때문에 라즈베리파이를 이용해 서보모터를 제어하는 방법에 대해 작성해보았다.

서보모터는 시스템이 요구하는 특정 위치로 이동시키거나, 특정 속도 및 토크로 정확히 가동시킬 수 있다. 하지만 180도 밖에 회전하지 못한다는 점이 있다.

사용한 부품

• Raspberry Pi 4 Model B 8GB
• HS-311 Servo motor

Python 예제 코드

아래 코드는 서보모터를 0도, 90도, 50도, 120도, 180도로 순차적으로 회전시키며 각 단계마다 1초씩 대기하는 코드이다.

크게 복잡한 로직이 없어서 자세한 설명은 생략한다.

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

# Disable warnings
GPIO.setwarnings(False)

# Constants
servoPin          = 17
SERVO_MAX_DUTY    = 12
SERVO_MIN_DUTY    = 3

# Set up GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(servoPin, GPIO.OUT)

# Start PWM on the servo pin
servo = GPIO.PWM(servoPin, 50)
servo.start(0)

# Function to set servo position
def setServoPos(degree):
  if degree > 180:
    degree = 180

  duty = SERVO_MIN_DUTY + (degree * (SERVO_MAX_DUTY - SERVO_MIN_DUTY) / 180.0)
  # Uncomment for debugging: print("Degree: {} to {}(Duty)".format(degree, duty))
  servo.ChangeDutyCycle(duty)

# Main program
if __name__ == "__main__":
  setServoPos(0)
  sleep(1)
  
  setServoPos(90)
  sleep(1)

  setServoPos(50)
  sleep(1)

  setServoPos(120)
  sleep(1)
  
  setServoPos(180)
  sleep(1)
  
  # Stop PWM and clean up GPIO
  servo.stop()
  GPIO.cleanup()

참고사항

1. 서보모터의 전력 요구사항 (GPIO 핀)

   Raspberry Pi의 GPIO 핀은 최대 전류 제한이 있다. 하나의 핀에서 너무 많은 전류를 소모하면 Raspberry Pi가 손상될 수 있다. 따라서 서보모터가 Raspberry Pi의 GPIO 핀에서 직접 충분한 전력을 공급받지 못할 수 있으므로 외부 전원 공급을 사용하는 것이 좋다. 우리는 이 부분에서 문제점을 느끼고 아두이노를 이용해 서보모터를 제어하였다. (뒷부분에 자세한 설명 나옴)

2. PWM 신호의 주파수

   서보 모터는 일반적으로 50Hz 주파수의 PWM 신호를 필요로 한다. 코드를 작성할 때 이 점을 고려해야 하며, 다른 주파수를 사용할 경우 서보 모터가 제대로 동작하지 않을 수 있다.

3. 정확한 각도 제어

   서보 모터의 각도 제어는 듀티 사이클에 따라 달라진다. 서보 모터의 사양에 따라 최소 및 최대 듀티 사이클 값을 조정해야 정확한 각도 제어가 가능하다. 서보 모터의 데이터 시트를 참고하여 SERVO_MIN_DUTY와 SERVO_MAX_DUTY 값을 정확하게 설정하는 것이 중요하다.