사우론 로봇 제작기: 아두이노 메가 2560 기반 세미 휴머노이드 로봇 완전 가이드

부품 및 소모품

부품	수량
Arduino Mega 2560	1
1Sheeld (스마트폰 센서 연동 실드)	1
안드로이드 스마트폰	1

필요 도구

• 레이저 커터 (3mm 합판, 발사목, 아크릴 가공용)

소프트웨어

• Arduino IDE
• 1Sheeld 라이브러리 및 안드로이드 앱
• SolidWorks (기계 설계), Autodesk 123D Make (슬라이스 모델링)

프로젝트 개요

반지의 제왕의 사우론을 모티브로 한 인간 크기 세미 휴머노이드 로봇입니다. 양팔 3자유도(DOF), 머리 3자유도, 고정 베이스 구조로, 세 가지 모드로 동작합니다.

• 대기 모드(Standby): 전시용 자동 시퀀스 수행
• 게임패드 모드(Gamepad): 1Sheeld 앱의 게임패드 실드로 수동 제어
• 모방 모드(Imitation): 장갑에 고정한 스마트폰의 자이로/방향 센서로 사용자 팔 동작 실시간 모방 (영화 리얼 스틸의 아톰처럼)

뉴욕 메이커 페어 출품작으로, 아두이노와 1Sheeld 같은 현대 개발 플랫폼으로 영화 속 캐릭터를 구현해 아이들에게 영감을 주기 위해 제작했습니다. CAD 도면, 회로도, 아두이노 코드, 레이저 커터 DXF 파일 모두 제공합니다.

제작 단계

1단계: 로봇 헤드 제작

오픈소스 로봇 헤드 "Fritz"(xyzbot) 디자인을 활용했습니다. 레이저 커터로 3mm 합판 파츠를 커팅하고, 3D 프린팅 파츠(눈, 눈썹, 입술)는 생략해 비용/시간 절약. 기본 프레임만 조립해 베이스 없이 몸체에 결합.

2단계: 바디 프레임 제작

이동성을 위해 아텔론(Artelon) 로드와 3mm 합판으로 모듈식 프레임 설계. 통굄(Tongue-and-Groove) 조인트로 가슴-어깨-목-등 결합. 나사 규격: 4mm×20mm(목재-아텔론), 12mm×30mm(아텔론-베이스), 4mm×10mm(서보-목재). 아텔론 스켈레톤: 기본 로드(50mm), 스켈레톤(25mm), 폭 로드(15mm×3).

3단계: 베이스 제작

SolidWorks로 설계한 6mm 시트메탈 베이스. 무게 감량을 위한 컷아웃 적용. 책상 고정용 나사 홀 3개 또는 4인치 C-클램프 사용 가능. DXF 파일 제공.

4단계: 로봇 팔 제작 (최대 난이도)

모듈식/교체 가능 설계: 검/후크/주먹/그리퍼 등 용도별 엔드 이펙터 장착 가능. 3mm 합판 프레임 + 알루미늄 팬틸트(어깨) + 발사목 무기. 팔뚝 조인트는 123D Make로 슬라이스 모델링 후 레이저 커팅. SolidWorks로 토크 계산(3kg·cm 필요, 여유분 위해 더 큰 서보 사용).

5단계: 사우론 헬멧 & 아머 코스프레

인스트럭터블의 사우론 코스프레 가이드 참고해 로봇 크기에 맞게 수정 제작. 친구 카림(Kareem) 협업.

6단계: 전자회로 구성

• Arduino Mega + 1Sheeld로 서보 모터 제어 (총 9개 서보: 양팔 6개, 목 2개, 입 1개)
• 5V/5A 파워서플라이로 서보 및 아두이노 전원 공급
• 브레드보드로 서보 VCC/GND 공통 결선
• 1Sheeld 실드: 블루투스로 스마트폰 센서/기능 활용
  • 게임패드 실드: 수동 제어
  • 방향 센서 실드: 모방 모드용
  • 음악 플레이어 실드: 사우론 음성 재생(입 동작 동기화)
  • 토글 버튼 실드: 모드 전환(물리 버튼 대체)
  • 터미널 실드: 디버깅용 (블루투스와 시리얼 모니터 동시 사용 불가)

7단계: 아두이노 코드 구조

OneSheeld, Servo 라이브러리 사용. 9개 서보 객체 생성, 인터럽트 핀(2, 3)으로 모드 전환 감지. standbyMode(): 9단계 시퀀스(음성+입 동작 포함). gamePadMode(): 게임패드 8개 버튼에 프리셋 포즈 매핑. imitationMode(): 스마트폰 Y/Z축 각도를 왼쪽 팔 서보 2개에 매핑. ISR로 모드 플래그 토글.

8단계: 메이커 페어 뉴욕 전시

실제 전시 사진 다수. 아이들과 관람객들이 게임패드/모방 모드로 로봇 조작하며 즐거워하는 모습.

9단계: 향후 계획

• 조립 과정 영상 제작
• 헤드: 3D 프린팅 아이 파츠 추가(눈꺼풀, 안구, 링 등)로 표정 표현 확장
• 베이스: 고정형 → 4륜 메카넘 휠 베이스 교체로 자율 이동 구현 (SolidWorks 설계 완료, 미통합)

소스 코드

전체 스케치(F5KJZGXIKMXG3DG.ino) 제공. 1Sheeld 업로드 모드(UART 스위치) 전환 후 업로드 필수.

회로도

서보 신호 핀(D4~D12) 직결, 외부 전원과 그라운드 공통 연결 구성도.