서보 모터는 어떻게 작동하나요? 로봇과 공장 작업을 위한 간단한 가이드

서보 모터는 매우 정확한 움직임으로 사물을 움직이게 합니다. 로봇 팔은 어떻게 멈출 위치를 알 수 있을까요? 비행기는 어떻게 플랩을 움직일까요? 저는 서보 모터가 그 해답이라는 것을 알게 되었습니다. 이 글에서는 이 훌륭한 도구가 작동하는 방식에 대해 제가 배운 것을 알려드리겠습니다. 서보 모터가 정확하게 움직일 수 있도록 하는 피드백 메커니즘을 살펴볼 것입니다. 또한 서보 모터의 다양한 산업 응용 분야도 살펴볼 것입니다.

서보 모터란 무엇이며 왜 중요한가요?

기본적으로 서보 모터는 특수한 종류의 모터입니다. 회전하는 부분의 정확한 지점을 제어할 수 있습니다. 각도 또는 선형 위치를 제어할 수 있습니다. 또한 속도와 가속도, 즉 움직이는 속도와 속도를 제어할 수도 있습니다. 일반 DC 모터는 그냥 돌고 돌기만 합니다. 하지만 서보 모터는 다릅니다. 특정 지점으로 가서 그 위치를 유지하라는 지시를 내릴 수 있습니다.

이 기술은 폐쇄 루프 제어 시스템이라는 스마트한 설정에서 비롯됩니다. 다음과 같이 작동합니다: 서보 모터에 이동할 위치를 지정하면 서보 모터가 해당 위치로 이동합니다. 서보 모터가 그 위치로 이동합니다. 그러면 모터 내부의 센서가 컨트롤러에게 모터가 올바른 위치에 있음을 알려줍니다. 항상 확인하는 이 과정 덕분에 서보는 매우 정확할 수 있습니다. 로봇, CNC 기계 또는 올바른 위치로 이동해야 하는 모든 것을 제작하고 있다면 서보 모터의 작동 방식을 배워야 합니다.

서보 모터의 내부에는 무엇이 있나요?

서보 모터를 열면 팀으로 작동하는 몇 가지 주요 부품을 볼 수 있습니다. 작지만 똑똑한 도구입니다.

• AC 또는 DC 모터와 같은 일반 모터입니다.
• 회전력인 속도와 토크를 제어하는 일부 기어가 있습니다.
• 위치를 파악하는 센서. 일반적으로 포텐셔미터 또는 인코더입니다.
• 제어 회로, 즉 제어 전자 장치입니다. 센서를 읽고 모터에 수행할 작업을 알려줍니다.

모터가 동력을 제공합니다. 기어는 모터에 더 많은 회전력, 즉 모터의 토크를 제공합니다. 센서와 제어 회로는 두뇌와 같은 역할을 합니다. 이러한 부품을 조합하면 서보 메커니즘이 로봇 공학 및 자동화에 매우 효과적으로 작동합니다. 모터 샤프트는 기어에 연결됩니다. 그런 다음 기어는 외부에 보이는 회전 부품에 연결됩니다.

폐쇄 루프 피드백 메커니즘은 어떻게 작동하나요?

이것이 서보 모터의 작동 방식에서 가장 특별한 부분입니다. 폐쇄 루프 제어 시스템이라는 아이디어는 서보를 다른 모터와 차별화하는 요소입니다. 자동차 주차를 생각해 보세요. 길가에서 한 발짝 떨어진 곳에 주차하고 싶다고 가정해 봅시다. 얼마나 멀리 있는지 확인한 다음 위치를 수정할 것입니다. 눈으로 확인하고 수정하는 것이죠.

서보 모터도 같은 역할을 합니다. 컨트롤러는 모터에 메시지 또는 제어 신호를 보냅니다. 이 메시지는 모터가 원하는 위치인 특정 지점으로 이동하도록 지시합니다. 모터가 회전할 때 센서(포텐셔미터 또는 인코더)는 항상 샤프트의 위치를 읽습니다. 이 정보는 다시 컨트롤러로 전달됩니다. 컨트롤러는 현재 위치와 원하는 위치를 확인합니다. 두 위치가 같지 않으면 모터에 계속 전력을 공급합니다. 두 위치가 같으면 모터가 멈춥니다. 항상 확인하고 수정하는 이 시스템이 바로 피드백 메커니즘입니다. 서보 모터가 매우 정확하게 위치를 유지할 수 있도록 도와줍니다.

서보 모터는 어떻게 제어하나요?

서보 모터에 배터리를 그냥 연결할 수 없다는 것을 알게 되었습니다. 그냥 돌아가기 시작하지 않습니다. 서보 모터는 명령을 이해하기 위해 특별한 명령어 세트가 필요합니다. 이러한 명령을 펄스 폭 변조 또는 PWM이라고 합니다.

PWM 신호는 짧은 전기 버스트 그룹입니다. 서보 모터는 20밀리초마다 이러한 버스트 또는 펄스 중 하나를 받을 것으로 예상합니다. 중요한 것은 전기의 양이 아니라 펄스의 길이입니다. 이 전기 펄스의 길이가 모터의 샤프트에 회전 방향을 알려줍니다.

• 1밀리초 동안 지속되는 펄스는 일반적으로 서보 모터가 한 쪽(0도)으로 완전히 회전하도록 지시합니다.
• 2밀리초 동안 지속되는 펄스는 반대쪽(180°)으로 완전히 돌리라는 의미입니다.
• 1.5밀리초 동안 지속되는 펄스는 중간 지점(90도)으로 이동하라는 신호입니다.

올바른 전기 펄스를 보내면 모터 샤프트를 매우 정밀하게 제어할 수 있습니다. 많은 재미있는 프로젝트에서 아두이노와 같은 컨트롤러를 사용합니다. 이러한 보드에 서보 실드를 추가할 수 있습니다. 이렇게 하면 여러 서보 모터를 한 번에 쉽게 제어할 수 있습니다.

서보 모터의 주요 종류는 무엇인가요?

서보 모터를 찾다 보면 서보 모터는 몇 가지 주요 종류가 있음을 알 수 있습니다. 가장 일반적인 두 가지 유형의 서보 모터는 AC 서보와 DC 서보입니다.

선형 서보 모터도 있습니다. 이 모터는 원이 아닌 직선으로 움직입니다. 연속 회전 서보도 있습니다. 일반 모터처럼 끝까지 회전할 수 있지만 속도를 제어할 수 있습니다. 올바른 서보 모터를 선택하는 것은 프로젝트에 필요한 것이 무엇인지에 따라 결정됩니다. 출력, 얼마나 정확한지, 예산 등을 고려해야 합니다. 예를 들어, 대형 CNC 기계에는 강력한 AC 서보 모터인 서보 모터를 사용하는 경우가 많습니다.

서보 모터의 전위차계란 무엇인가요?

많은 일반 서보에서 위치 센서는 포텐셔미터입니다. 취미 프로젝트에 사용되는 서보의 경우 특히 그렇습니다. 전위차계는 변화할 수 있는 저항의 일종입니다. 돌릴 수 있는 노브가 있습니다. 돌리면 전기 저항의 양이 변합니다.

모터 내부의 전위차계는 마지막 기어에 연결되어 있습니다. 모터 샤프트가 회전하면 전위차계도 회전합니다. 제어 회로는 전위차계를 통해 전압을 전달합니다. 그런 다음 나오는 전압을 읽습니다. 출력 전압은 샤프트의 위치에 따라 달라집니다. 이를 통해 회로는 언제든지 샤프트의 정확한 위치를 알 수 있습니다. 이는 서보 시스템이 피드백을 받을 수 있는 간단하지만 좋은 방법입니다.

인코더와 리졸버란 무엇인가요?

까다로운 공장 작업의 경우 전위차계가 충분히 정확하지 않을 수 있습니다. 이러한 작업의 경우 서보 모터는 센서에 인코더 또는 리졸버를 사용합니다.

인코더는 움직임을 전기 메시지로 변환하는 센서입니다. 컨트롤러에게 단순한 위치 이상의 정보를 알려줄 수 있습니다. 모터 샤프트의 속도와 방향도 보고할 수 있습니다. 두 가지 주요 유형이 있습니다:

• 인크리멘탈 인코더: 이 종류는 컨트롤러에 다음 정보를 알려줍니다. 변경 사항 제자리에 놓습니다. 항상 작업할 수 있는 시작 지점이 필요합니다.
• 앱솔루트 인코더: 이 종류는 항상 정확한 각도 위치를 제공합니다. 전원이 꺼졌다가 다시 켜져도 위치를 알 수 있습니다.

리졸버는 또 다른 종류의 센서입니다. 매우 강력하며 거칠거나 더러운 장소에서 자주 사용됩니다. 엔코더와 마찬가지로 샤프트의 위치에 대한 피드백을 제공합니다. 이 두 센서는 전위차계보다 훨씬 더 정확합니다. 그렇기 때문에 높은 수준의 로봇 공학 및 자동화 기계에서 볼 수 있습니다.

서보 모터는 어디에 사용되나요?

서보 모터가 무엇인지 알게 되면 여러 곳에서 서보 모터를 볼 수 있을 것입니다. 서보 모터의 응용 분야 목록은 매우 길다. 매우 많은 사물이 매우 정확한 방식으로 움직여야 하기 때문입니다.

다음은 서보가 사용되는 몇 가지 장소입니다:

• 로봇 공학: 로봇 팔의 모든 관절에는 서보 모터가 있을 수 있습니다. 이를 통해 로봇의 위치를 제어할 수 있습니다. 이는 대형 산업용 로봇과 소형 취미용 로봇에 모두 적용됩니다. 로봇의 그리퍼는 서보 모터를 사용하여 적절한 힘으로 열고 닫습니다.
• 산업용 애플리케이션: 공장에서 서보 모터는 움직이는 벨트, 병을 채우는 기계, CNC 기계 등을 작동하는 데 사용됩니다. 서보 모터의 속도와 정확성은 공장 자동화를 가능하게 합니다.
• 원격 조종 차량: 원격 조종 비행기는 서보를 사용하여 작은 날개를 움직입니다. RC 자동차는 서보를 사용하여 조향합니다. 이는 취미용 애플리케이션에서 매우 일반적으로 사용됩니다.
• 의료 기기: 서보 모터는 스캐너나 수술용 로봇과 같은 병원 도구에 사용됩니다. 이러한 도구에서는 정확성이 매우 중요합니다.
• 일반 전자제품: 카메라 같은 것에서도 작은 서보 모터를 찾을 수 있습니다. 서보 모터는 작고 정확한 변화를 통해 사진을 선명하게 만드는 역할을 합니다.

사람들이 배의 방향타를 제어하기 위해 증기를 처음 사용했을 때부터 오늘날의 로봇 공학에 이르기까지 서보 메커니즘의 주요 아이디어는 여전히 기계를 제어하는 훌륭한 방법입니다.

서보 모터와 스테퍼 모터의 차이점은 무엇인가요?

처음 배울 때는 서보 모터와 스테퍼 모터를 혼동하는 경우가 많았습니다. 둘 다 위치를 제어하는 데 사용됩니다. 하지만 서보 모터와 스텝 모터는 매우 다른 방식으로 작동합니다.

스테퍼 모터는 작고 고정된 단계로 움직입니다. 피드백 메커니즘이 없습니다. 몇 단계를 움직이라고 지시하면 그대로 움직입니다. 이는 "개방형 루프" 시스템으로, 다음과 같은 기능을 수행합니다.