건전지를 바꾸면 다시 움직이던 로봇

건전지를 바꾸면 다시 움직였다

코딩 교육용 로봇을 만들던 때였다. 게임 앱에서 블루투스로 명령을 보내면 작은 마이크로컨트롤러가 모터를 움직였다. 처음에는 잘 됐는데, 쓰다 보면 가끔 연결이 끊기거나 명령이 실패했다. 건전지를 새것으로 바꾸면 다시 잘 움직였다.

같은 일이 반복되니 전원을 살펴보게 됐다. 컨트롤러와 모터가 함께 쓰던 전원을 나눴다. 컨트롤러에는 따로 전지를 연결하고, 모터에는 모터용 건전지를 줬다. 블루투스 모듈도 소비전력을 고려해 BLE 방식으로 골랐다.

이렇게 바꾸고 나서는 로봇이 잘 움직였다. 다만 건전지가 줄면 다시 문제가 생길 수 있어 잔량을 확인해야 했다. 전원을 나눴다고 건전지 상태까지 신경 쓰지 않아도 되는 것은 아니었다.

명령을 보내는 것과 힘을 공급하는 것

마이크로컨트롤러에 핀이 여러 개 있다고 해서 모터를 움직일 전류도 충분한 것은 아니다. 제어 신호는 언제 움직일지를 전달하고, 모터 전원은 실제로 움직이는 데 필요한 전력을 공급한다. 모터 드라이버는 그 사이에서 제어 신호에 따라 모터에 흐르는 전류를 조절하는 회로다.

예를 들어 Arduino의 Motor Shield는 제어부와 모터 구동부의 전원 연결을 구분하고 외부 전원을 사용하도록 안내한다. 모터에 필요한 전류가 USB로 공급할 수 있는 범위를 넘을 수 있기 때문이다. 이 보드는 원리를 설명하는 예이며, 당시 내가 쓴 부품을 뜻하지는 않는다. Arduino Motor Shield 전원 안내

내가 본 것은 연결 실패였지만, 바꿔서 효과를 본 것은 전원 구성이었다. 그렇다고 당시 어느 지점의 전압이 얼마나 떨어졌는지까지 안 것은 아니다. 건전지를 바꾸거나 전원을 나눴을 때의 결과로 판단했다.

다시 이 문제를 살핀다면 연결이 끊겼다는 기록과 전원 상태를 함께 보고 싶다. 모터가 멈춰 있을 때와 움직이기 시작할 때, 새 건전지와 사용하던 건전지에서 결과가 같은지 비교하는 식이다. 연결이 끊겼다는 이유만으로 통신 코드부터 고치기보다, 무엇을 바꿨을 때 증상이 달라지는지 좁혀볼 수 있겠다.

같은 명령인데 움직임이 달랐다

전원과 별개로 모터 자체의 편차도 있었다. 값이 싼 모터를 썼는데 개체마다 토크와 출력이 달랐다. 토크는 축을 돌리는 힘이다. 같은 명령을 보내도 로봇이 똑같이 움직이지 않아, 움직임을 맞추는 제어 방식을 따로 넣었다.

이 차이는 전원을 나누는 것만으로 해결할 수 있는 문제가 아니었다. 연결을 유지할 수 있어도 원하는 만큼 움직이는지는 다시 봐야 했다. 제어 방식을 보완한 뒤 로봇이 움직이는 영상은 남아 있다.

차이를 설명하기 위한 예를 들어보면, 같은 시간 동안 돌리라는 명령을 두 모터에 줬을 때 한쪽이 더 많이 움직일 수 있다. 명령을 같게 주는 것과 결과를 같게 만드는 것은 다른 일이다. 값을 미리 맞춰두는 방법을 생각한다면, 건전지 상태나 바닥이 달라졌을 때도 그 값이 맞는지 확인해야 한다. 실제 움직임을 센서로 읽어 조정하는 방법을 검토한다면 센서와 제어 회로를 더해야 하는 부담도 생긴다. 어느 쪽을 쓰더라도 어떤 조건에서 어디까지 맞출 것인지가 먼저일 듯하다.

조금 더 비싼 모터를 골랐다면 어땠을까 하는 아쉬움은 있다. 다만 가격이 높은 부품을 쓰면 조정할 일이 없어졌을지, 시간을 얼마나 줄였을지는 비교해보지 않았다. 부품값과 움직임을 맞추는 데 드는 수고를 함께 봐야 했겠다는 생각이 남는다.

나중에 여러 실기기를 연결해 화면을 확인하다가 연결이 끊기는 일을 다시 겪었다. 그때도 전원을 의심한 데에는 이 로봇을 만들던 경험이 조금 영향을 줬던 것 같다. 두 문제가 같은 원인이었다고 말할 수는 없지만, 화면에 나온 오류 밖에도 살펴볼 조건이 있다는 점은 닮아 있었다.