LittleArm 2C: 3D 프린팅 아두이노 로봇 팔 – STEM 교육용 4자유도 로봇 암

부품 및 소모품

필요 도구

• 3D 프린터 (PLA/PETG 필라멘트)
• 납땜 도구 (Meped 보드 조립 시)

프로젝트 소개

LittleArm 2C는 STEM 교육용으로 설계된 3D 프린팅 4자유도(4-DOF) 로봇 팔입니다. 부품 수 15개 미만, 나사 15개 이하로 조립이 매우 간단하며, 아이들도 쉽게 만들 수 있도록 견고하게 설계되었습니다. 모든 부품은 3D 프린터로 출력 가능합니다.

제어 방식

• 윈도우 앱: 파이썬 기반 GUI로 관절 각도 직접 제어
• 안드로이드 앱: 블루투스(HC-06)로 무선 제어
• 시리얼 프로토콜: base,shoulder,elbow,gripper,delay\n 형식으로 아두이노에 명령 전송

3D 프린팅 파일

Thingiverse / 프로젝트 페이지에서 STL 파일 다운로드 (베이스, 숄더, 엘보, 그리퍼, 서보 홀더 등)

조립 가이드

1. 모든 파트 3D 프린팅 (지름 0.4mm 노즐, 0.2mm 레이어 권장)
2. 서보 모터를 각 관절에 장착 (나사 고정)
3. Meped 보드에 아두이노 나노 장착, 서보 커넥터 연결 (D2~D5)
4. 배선 정리 후 베이스에 보드 수납
5. 그리퍼 서보 연결 확인

아두이노 펌웨어 (핵심 로직)

#include <Servo.h>
#include <math.h>

#define PI 3.141

Servo baseServo, shoulderServo, elbowServo, gripperServo;

struct JointAngle { int base, shoulder, elbow; };
JointAngle desiredAngle;
int desiredGrip, gripperPos, desiredDelay;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.setTimeout(50);
  
  baseServo.attach(5);
  shoulderServo.attach(4);
  elbowServo.attach(3);
  gripperServo.attach(2);
  
  // 초기 자세
  baseServo.write(90);
  shoulderServo.write(100);
  elbowServo.write(110);
  gripperServo.write(0);
  
  Serial.println("started");
}

void loop() {
  if(Serial.available()) {
    // 프로토콜: base,shoulder,elbow,gripper,delay\n
    desiredAngle.base    = Serial.parseInt();
    desiredAngle.shoulder= Serial.parseInt();
    desiredAngle.elbow   = Serial.parseInt();
    desiredGrip          = Serial.parseInt();
    desiredDelay         = Serial.parseInt();
    
    if(Serial.read() == '\n') {
      Serial.flush();
      Serial.print('d');  // 완료 응답
    }
  }
  
  // 모든 서보가 목표 위치 도달할 때까지 병렬 제어
  int done = 0;
  while(!done) {
    int s1 = servoParallelControl(desiredAngle.base,    baseServo,    desiredDelay);
    int s2 = servoParallelControl(desiredAngle.shoulder,shoulderServo, desiredDelay);
    int s3 = servoParallelControl(desiredAngle.elbow,   elbowServo,   desiredDelay);
    int s4 = servoParallelControl(desiredGrip,          gripperServo, desiredDelay);
    done = (s1 && s2 && s3 && s4);
  }
}

// 서보를 목표 각도까지 단계적으로 이동 (±5° 허용 오차)
int servoParallelControl(int target, Servo &servo, int speed) {
  int current = servo.read();
  if(current < target - 5) {
    servo.write(current + 1);
    delay(speed);
    return 0;
  } else if(current > target + 5) {
    servo.write(current - 1);
    delay(speed);
    return 0;
  }
  return 1;  // 도달 완료
}

회로도

Meped 보드 사용 시 연결은 단 4선(서보 4개)만 있으면 됩니다.

교육적 가치

• 역기구학(Inverse Kinematics) 기초 학습: 목표 좌표 → 관절 각도 계산
• 시리얼 통신 프로토콜 설계/파싱 실습
• 서보 동시 제어(병렬 이동) 알고리즘 이해
• 3D 모델링 → 프린팅 → 조립 → 프로그래밍 전 과정 체험

참고 자료

• 조립 매뉴얼: LittleArm 2C Assembly Guide
• 윈도우 앱 소스 (파이썬): GitHub 저장소
• 안드로이드 앱: Play Store / APK 다운로드