골판지 로봇 팔 만들기 – 아두이노와 서보로 쉽게 DIY

필요한 부품 및 소모품

필요한 도구

• 글루건 (Hot glue gun)

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE (Arduino IDE)
• 파이썬 (Python)

프로젝트 소개

이 프로젝트는 위치를 기록하고 재생할 수 있는 간단한 로봇 팔입니다. 골판지와 글루건 같이 쉽게 구할 수 있는 재료로 제작되어 누구나 만들기 쉽습니다.

컴퓨터의 그래픽 인터페이스로 팔을 제어하며, 이 인터페이스는 아두이노로 데이터를 전송해 서보를 제어합니다. 각 서보를 조절하는 슬라이더와 위치를 기록·재생하는 버튼이 있으며, 녹화 내용을 저장하고 불러올 수도 있습니다.

제작 방법

1. 페이지 하단의 'Custom Parts and Enclosures' 섹션에 있는 골판지 커팅 템플릿을 다운로드해 출력한 뒤, 골판지를 잘라 부품을 만듭니다.
2. 영상(0:22부터 시작)을 참고해 로봇 팔을 조립합니다.
3. 페이지 하단의 회로도를 참고해 회로를 구성합니다.
4. 'Robot Arm Arduino Code'를 다운로드해 아두이노에 업로드합니다.
5. 'Python User Interface' 코드를 다운로드합니다. 파이썬이 설치되어 있어야 하며(python.org에서 다운로드), PySerial 라이브러리도 필요합니다(pip install pyserial로 설치).
6. 로봇 팔을 연결하고 파이썬 코드를 실행한 뒤, 아두이노의 COM 포트(윈도우의 장치 관리자에서 확인 가능)를 입력하면 사용 준비가 완료됩니다.

문제 해결 팁: 작동하지 않으면 파이썬 코드 20번째 줄의 time.sleep(0.15) 값을 0.2나 0.3으로 늘려보세요.

코드

파이썬 사용자 인터페이스 (Python)

from tkinter import *
from tkinter import filedialog
import serial
import time

port_opened = False

def set_port():
    global port_opened, arduino
    com_port = port_input.get()
    arduino = serial.Serial(com_port, 9600)
    port_opened = True
    print("COM port set to: " + com_port)

def send_positions(position):
    message = "{0:0=3d}".format(position[0]) + "{0:0=3d}".format(position[1]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[2]) + "{0:0=3d}".format(position[3]) + \
              "{0:0=3d}".format(position[4]) + "\n"
    arduino.write(str.encode(message))
    print(message, end='')
    time.sleep(0.2)

saved_positions = []

def save_positions():
    saved_positions.append([servo1_slider.get(), servo2_slider.get(),
                            servo3_slider.get(), servo4_slider.get(), servo5_slider.get()])
    print("saved positions: " + str(saved_positions))

def play_positions():
    for position in saved_positions:
        print("playing: " + str(position))
        send_positions(position)
        time.sleep(1)

def clear_all_positions():
    global saved_positions
    saved_positions = []
    print("cleared all positions")

def clear_last_positions():
    global saved_positions
    removed = saved_positions.pop()
    print("removed: " + str(removed))
    print("saved positions: " + str(saved_positions))

def open_file():
    global saved_positions
    filename = filedialog.askopenfilename(initialdir="/", title="Select a File",
                                          filetypes=(("Text files", "*.txt*"), ("all files", "*.*")))
    file = open(filename, "r")
    data = file.read()
    saved_positions = eval(data)
    file.close()
    print("opened: " + filename)

def save_file():
    save_file = filedialog.asksaveasfile(mode='w', defaultextension=".txt")
    save_file.write(str(saved_positions))
    save_file.close()
    print("saved file")

def instructions():
    print("1.) 아두이노의 COM 포트를 설정하고 Enter를 누르세요. (윈도우 장치 관리자에서 확인 가능)")
    print("2.) 슬라이더로 각 서보를 움직이세요")
    print("3.) 위치를 기록하려면 'Record Position'을 클릭하세요")
    print("4.) 기록된 위치를 재생하려면 'Replay Positions'을 클릭하세요")
    print("\n기록을 저장하려면 File > Save File")
    print("저장된 파일을 열려면 File > Open File")

window = Tk()
window.title("Robot Arm Controller 2")
window.minsize(355, 300)

port_label = Label(window, text="Set Port:")
port_label.place(x=10, y=10)
port_input = Entry(window)
port_input.place(x=10, y=35)
port_button = Button(window, text="Enter", command=set_port)
port_button.place(x=135, y=32)

servo1_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo1_slider.place(x=0, y=100)
servo1_label = Label(window, text="Servo 1")
servo1_label.place(x=10, y=80)

servo2_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo2_slider.place(x=70, y=100)
servo2_label = Label(window, text="Servo 2")
servo2_label.place(x=80, y=80)

servo3_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo3_slider.place(x=140, y=100)
servo3_label = Label(window, text="Servo 3")
servo3_label.place(x=150, y=80)

servo4_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo4_slider.place(x=210, y=100)
servo4_label = Label(window, text="Servo 4")
servo4_label.place(x=220, y=80)

servo5_slider = Scale(window, from_=180, to=0)
servo5_slider.place(x=280, y=100)
servo5_label = Label(window, text="Servo 5")
servo5_label.place(x=290, y=80)

save_button = Button(window, text="Record Position", command=save_positions)
save_button.place(x=10, y=220)

clear_button = Button(window, text="Clear Last Position", command=clear_last_positions)
clear_button.place(x=120, y=220)

clear_button = Button(window, text="Clear All Positions", command=clear_all_positions)
clear_button.place(x=120, y=255)

play_button = Button(window, text="Replay Positions", command=play_positions, height=3)
play_button.place(x=250, y=220)

menubar = Menu(window)
filemenu = Menu(menubar, tearoff=0)
filemenu.add_command(label="Open File", command=open_file)
filemenu.add_command(label="Save File", command=save_file)
menubar.add_cascade(label="File", menu=filemenu)

editmenu = Menu(menubar, tearoff=0)
editmenu.add_command(label="Clear last position", command=clear_last_positions)
editmenu.add_command(label="Clear all positions", command=clear_all_positions)
menubar.add_cascade(label="Edit", menu=editmenu)

helpmenu = Menu(menubar, tearoff=0)
helpmenu.add_command(label="How to use (printed in console)", command=instructions)
menubar.add_cascade(label="Help", menu=helpmenu)

window.config(menu=menubar)

while True:
    window.update()
    if port_opened:
        send_positions([servo1_slider.get(), servo2_slider.get(),
                        servo3_slider.get(), servo4_slider.get(), servo5_slider.get()])

로봇 팔 아두이노 코드 (Arduino)

#include 
Servo servo1;
Servo servo2;
Servo servo3;
Servo servo4;
Servo servo5;
int servoPositions[5];

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    servo1.attach(3);
    servo2.attach(5);
    servo3.attach(6);
    servo4.attach(9);
    servo5.attach(10);
}

void loop() {
    while (Serial.available()) {
        String input = Serial.readStringUntil('\n');
        servoPositions[0] = input.substring(0, 3).toInt();
        servoPositions[1] = input.substring(3, 6).toInt();
        servoPositions[2] = input.substring(6, 9).toInt();
        servoPositions[3] = input.substring(9, 12).toInt();
        servoPositions[4] = input.substring(12, 15).toInt();
    }
    servo1.write(servoPositions[0]);
    servo2.write(servoPositions[1]);
    servo3.write(servoPositions[2]);
    servo4.write(servoPositions[3]);
    servo5.write(servoPositions[4]);
    delay(500);
}

회로도

페이지 하단의 회로도 이미지를 참고하세요.