21. DC 모터의 활용-회전운동 장난감 만들기
모터는 전기 신호를 회전 운동으로 변경해서 장난감 자동차를 주행하게 하고, 드론의 프로펠러를 돌리는 등 모든 회전 기관에 사용되는 부품이다.
장난감을 만들 때 가장 많이 사용되는 부품이므로 이를 잘 활용할 줄 아는 것이 다양한 장난감 구상의 중요한 포인트가 된다.
DC 모터는 직류 전기를 받아서 회전하는 모터이므로 우리가 아두이노 보드와 함께 사용하는 5V 내외의 전기를 사용하는 모터를 많이 사용하게 되지만, 회전 신호를 주는 것과 회전을 위해 실제 사용하는 전압이 같아야 할 필요는 없으므로 다양한 전압에서 사용되는 모터를 활용할 수 있어야 한다.
아래의 사진은 필자가 일상적으로 사용하는 장난감용 모터들이다.
일반적인 모터는 우측의 모터처럼 다른 장치와 연결되지 않은 상태로 판매되지만, 실제 모터의 회전수가 너무 빠를 수 있으므로 가운데 있는 노란색 기어박스 안에 이 모터를 장치하여 사용하는 경우가 많다. 노란색 박스 안에는 회전수를 줄일 수 있는 기어가 들어가 있다.
기어 박스에 들어가 있는 모터의 경우 자동차의 바퀴를 돌리거나 움직이는 로봇 등을 만드는 데 적절한 회전수를 유지하므로 편하게 사용할 수 있다.
좌측의 작은 모터는 가운데 있는 노란 모터와 같은 기능을 가지지만 크기도 작고, 기어가 금속으로 제작된 모터이다.
위의 있는 모터는 회전 운동을 하는 모터이긴 하지만, 정밀한 기계 장치에 사용되는 스텝 모터(또는 스테퍼 모터)이다. 스텝 모터는 전체 회전각을 작게 분할하여 일정한 만큼만 회전하게 하는 기능을 가지므로, 3D 프린터나 CNC 장비 등에 활용되는 모터이다. 위의 모터는 아두이노와 함께 사용되는 저가의 작은 모터이지만, 여타의 장난감용 모터에 비하여 속도는 느리지만 회전력도 강하고 정밀하게 움직인다.
아래의 영상은 아두이노와 같은 전자 장치 없이 기어박스 형태의 모터를 사용하여 제작한 장난감이다.
단순히 앞으로만 전진하는 단순한 자동차이고 나무로 디자인한 외형을 제외한 부품으로는 모터와 건전지만이 들어가 있다.
영상의 마지막 부분을 보면 노란색의 모터 기어 박스가 보일 것이다.
AA 배터리 2개 (3V)로 이 정도의 속도를 유지하면서 작동하는 수준이라고 생각하면 된다.
모터마다 허용하는 전압 전류가 다르고, 그 속도도 차이가 있으므로 사용 전에 모터의 스펙을 잘 알고 사용하면 좋겠지만, 저가의 장난감용 모터는 실제로 전압을 인가하면서 스펙을 알아나가야 한다.
높은 전압은 회전수를 높일 수 있지만 과전류로 인하여 모터가 탈 수도 있다.
아두이노는 컴퓨터 USB 케이블에서 공급하는 5V나 쉽게 연결이 가능한 외부 전원(5V~9V)을 이용하여 작동을 하는데, 실제로 각 핀에서 공급할 수 있는 전류의 양은 매우 제한되어 있다. 그래서 모터를 회전할 때 사용하는 전류를 일시적으로 흘릴 수는 있겠지만 과전류의 공급이 지속되면 아두이노 보드 자체를 망가뜨리게 된다.
그리고 움직이는 작동 완구의 속도를 변경하거나, 방향을 바꾸기 위하여 모터를 역회전시키는 것과 같은 동작이 단순한 장난감에서도 요구되므로 이를 손쉽게 할 수 있는 장치가 필요하다.
이를 모터 드라이버라고 한다.
모터 드라이버 : 아두이노는 회전의 시작과 끝을 알리거나 속도를 변경하는 등의 신호를 보내주고, 이 신호를 받아서 실제로 모터에 전원을 공급하고 움직이게 하는 기능을 하는 장치이다.
위의 사진은 다양항 형태의 모터 드라이브 들이다.
장치를 아두이노와 연결하는 방법이 차이 나거나, 한 번에 연결할 수 있는 모터의 수가 2~4개로 다르다거나 하는 차이를 가지고 있기는 하나 동작의 방법은 거의 동일하다.
이제 다음번 강좌에서 이들을 이용하는 방법을 배우고 다섯 번째 장난감을 만들어 보자.
