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요새는 카메라의 기능이 많이 발달해서, 웬만한 컨트롤과 설정은 무선(와이파이)으로 가능합니다.

촬영 on-off 뿐 아니라 ISO, 화이트밸런스, 노출 등 다양한 설정도 가능하기 때문에 아주 유용합니다. 

하지만, 카메라 바디를 움직이는 기능인 팬-틸트(Pan-Tilt)는 아직까지는 외부적으로 구현할 수 밖에 없습니다. 

물론 시중에 팬틸트 장비들이 없는 것은 아니지만, 우선 가격이 비싸고 사용 목적에 맞지 않은 경우가 많아 거의 무용지물입니다. 특히 렌즈를 외부적으로 컨트롤하는 줌 기능이 있는 상품은 본 적이 없습니다 (아마 다양한 렌즈에 범용으로 맞춰 설계하기도 어렵겠고, 전동줌으로 대신하거나 캠코더를 사용하면 가능하니까)

제가 만들고자 한 것은 - 다분히 저의 장비 상황과 업무상 필요에 따라 - 크게 다음과 같은 목적 떄문입니다.

1. 팬-틸트 및 포커싱(줌)의 원격조정이 되어야 한다 - 원하는 각도와 위치로 원격 조정이 되어야 합니다. 물론 렌즈에 관계 없이 포커싱도 가능해야 합니다.

2. 원거리에서의 컨트롤이 가능해야 한다 - 특히 공연 촬영의 경우 카메라와 오퍼레이터의 거리가 먼 (20미터 이상) 경우가 많은데, 일반 와이파이로는 10M를 넘으면 거의 동작되지 않습니다.

3. 끊이지 않고 실시간으로 영상 수신이 되어야 한다 - 와이파이 영상은 대부분 버벅거리거나 잘 끊깁니다. 

4. 큰 화면으로 볼 수 있어야 한다 - 메이커에서 제공하는 어플로는 대부분 화면이 작다 (물론 파나소닉의 경우가 그렇다는 것이고, 캐논이나 소니는 큰 화면으로 볼 수 있는 어플도 있습니다)

따라서, 위와 같은 목적이 필요하신 분들이 아니라면 굳이 고생해서 이런 장비를 제작할 필요는 없을 것 같습니다.

포스팅은, (1) 구조와 기구설계 (2) 회로와 프로그래밍 의 순으로 올리도록 하겠습니다.

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다음 포스팅에서 다시 언급하겠지만, 지금 만드는 것은 다음과 같은 단점을 가지고 있음을 미리 알려드립니다. 오로지 저의사용 목적에만 부합하는 한계를 가지고 있는지도 모르지만, 아무튼 최저가로 어렵지 않게 만들 수 있다는 점이 장점이겠습니다.

1. 부드러운 연출이 어렵다 - 저는 연출을 목적으로 하지 않기 때문에 이 부분은 감수했습니다만, 만일 부드러운 연출이나 리니어한 촬영을 목적으로 한다면, 아래에 설명할 서보모터 대신에 다른 모터(BLDC 등)를 고려할 필요가 있습니다.

2. 설치는 편리하지만 고정 기구물이 튼튼해야 한다 - 카메라의 무게와 움직임에 따라 약간의 흔들림이 있습니다. 고정 기구물이 튼튼해야 오차를 줄일 수 있습니다.

3. 무선 조정 거리와 영상 송수신 거리가 기대보다 짧다 - 실험 결과, 충분한 거리를 확보하기 위해서는 어쩔 수 없이 사용 재료들의 비용이 올라가야 할것 같습니다. 나중에 업그레이드는 하겠지만, 우선은 기본적인(저렴한) 재료들로 만든 프로토 타입에 대해 올릴까 합니다 (이 정도의 거리만으로도 만족할 수 있는 이용분야가 있기 떄문이기도 하고)

DIY의 목적과 즐거움은, 범용 상품을 만드는 것과는 분명히 차이가 존재합니다. 저로서도 '저에게 필요한 물건을 하나 만들었다' 정도로 만족하면서 만들고 있습니다.^^

 1  전체 구조의 개요

늘 그렇듯이 제가 추구하는 DIY의 가장 기본은, 저렴하면서 쉽게 구할 수 있는 재료여야 한다는 것입니다.

다만 아쉽게도 대한민국은 DIY에 있어서는 아직 척박한 후진국입니다. 인구에 비해 DIYer도 적은 편이고 관련 정보나 재료들을 구하기가 무척 힘든게 사실입니다.

이번 제작에서도 어쩔 수 없이 일부는 외국에서 주문한 재료들이 있지만, 요새는 해외직구나 배송대행이 너무 일반화되어 있어서 큰 문제는 아닐거라는 판단입니다. 배송 기간이 문제이지, 오히려 저렴한 가격에 쉽게 구할 수 있습니다.

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 2  모터(Motor)의 선정 

 팬틸트는 당연히 모터로 구동합니다. 어떤 모터를 사용하느냐가 관건인데, 다음과 같은 기준으로선정하면 될것 같습니다.

1. Torque(토크=파워)가 커야 한다 - 보총 미러리스 카메라는 바디 무게만 500~700g 정도, 렌즈를 부착하면 800~1,200g 됩니다. 당연히 이 무게를 지탱하면서 회전도 해야 하고, 회전 후에 중력에 의해 위치가 변하지 않아야 합니다. 이를 대표하는 개념이 토크(torque)인데, 굳이 설명하자면 정격코트와 기동토크가 있지만 대개의 스펙에는 기동토크 또는 최대토크로 표기되는것 같습니다.

토크가 큰 모터는 당연히 크기와 무게도 커지고 가격도 올라갑니다. 적당한 선에서 고르면 되겠지만, 위에 언급한 미러리스 카메라를 기준으로 한다면 최소한 10Kg/cm 이상의 토크를 가지면 될거라는 판단입니다.

저렴하면서 토크가 큰 모터는 1. 기어모터, 2. 서보모터, 3. BLDC(브러시리스 DC모터) 등이 있겠지만 다음 항목들 떄문에 서보모터를 선택했습니다.

2. 제어가 정확하고 간편해야 한다 - 카메라의 위치와 포커싱이 목적이므로, 원하는 물리량 만큼의 편리한 제어가 가능해야 합니다. 위에 열거한 어떤 모터라도 제어는 어렵지 않지만, BLDC는 컨트롤러(구동기)와 부착 기구물이 복잡해지고, 기어모터는 대체로 소음이 큰 편입니다. 정확한 제어를 위해서는 서보모터만한게 없죠.

3. 소음이 적고 가벼워야 한다 - 공연 촬영에 사용한다고 가정하면 당연히 조용해야 합니다. 움직일 때 마다 모터 특유의 전기, 기계 소음이 발생한다면 곤란하죠. 이 부분에서는 기어모터 보다 서보모터가 유리합니다. 

4. 리니어 제어가 가능해야 한다 - 즉, 카메라가 부드럽게 움직일 수 있어야 한다는 말인데, 이 면에서 만큼은 서보모터가 불리합니다. 기본적으로 펄스(pilse) 폭(PWM) 제어를 하기 떄문인데, 펄스의 정밀도를 높이더라도 디지털한 움직임을 가질 수 밖에 없기 때문입니다. 물론 MCU와 프로그램을 보완한다면 나아질 부분이지만, 제가 제작한 샘플에 있어서는 리니어 제어가 꼭 필요하지 않기 때문에 다른 장점들(편리성, 무게, 가격) 을 위주로 서보모터로 선정하게 되었습니다. 이 부분은 다음 회로 포스팅에서 자세히 다루도록 하겠습니다.

5. 기구물(고정부) 제작이 간편해야 한다 - 모터를 고정하는 부분을 금형을 뜬다든지, 전문 공작기계로 가공해야 하는 정도의 재료(금속 등)를 써야 한다면 DIY에 한계가 생깁니다. 물론 튼튼하고 견고한 알루미늄이나 합금 등으로 고정부를 설계한다면 완성도 면에서는 더 좋겠으나 아마 만들다가 시간과 비용만 들고 지칠것입니다. 그래서 쉽게 구할 수 있는 기성 팬틸트 재료를 중심으로 제작합니다. 이는 주로 서보모터 관련해서 상품이 많이 있습니다. 아래 링크에서 처럼, 팬틸트 부속과 모터를 함꼐 구매할 수도 있어 편리하며, 이번 제작에도 이 상품을 사용했습니다. 

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팬틸트 상품의 예 : https://www.dfrobot.com/product-216.html  

6. 팬틸트 모터 : DSS-M15 

7. 포커싱 모터 : MG946R 

 3  팬틸트(Pan-Tilt)의 조립 

팬틸트에 관련된 대부분의 부품은 구매시 동봉되는 키트에 포함되어 있기 때문에 신경쓰지 않아도 됩니다.

암(arm)이나 나사도 모두 포함되어 있습니다.

따로 제작해야 하는 것은 시판되고 있지 않은 포커싱 모터 부분(Plate)과 팔로우 포커스(Follow Focus) 부착용 암입니다.

이것도 비슷한 모양의 대체품이 있다면 써도 무방하지만, 용도와 사이즈를 맞추어야 한다면 제작하는게 좋을것 같습니다.

저는 3D 프린팅으로 제작해 보았습니다.

조립 자체는 크게 어렵진 않으니, 아래 조립 영상을 바탕으로 전체 구조나 과정을 이해할 수 있을것 같아 따로 자세한 설명은 넣지 않았습니다.

 -- 조립 영상 --

 4  포커싱(Focusing, zooming)부

보통 손으로 조작하는 렌즈(수동 렌즈)를 회전시키기 위해서는 아마 여러가지 방법이 있을 것입니다.

처음 생각했던 방법은, 아래 그림과 같이 풀리와 벨트를 이용하는 방법이었습니다.

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이 방법은 동력을 가장 확실하게 전달하고 안정적이라고 생각했지만, 실제 조립해 보니 렌즈와 모터 사이에 큰 장력이 작용하기 때문에, 모터와 카메라를 아주 튼튼하게 고정할 수 없다면 시간이 지남에 따라 벨트의 장력이 떨어져서 동작 불능 상태가 되는 단점이 있습니다.

그래서, 다시 다음과 같은 방식을 채택했습니다.

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이 방식은 동작시 약간의 유격과 반응 속도 등에 단점은 있지만, 대체로 모든 렌즈에 적용할 수 있고 고정시의 문제가 별로 없어서 어쩔 수 없이 채택하게 되었습니다.

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-- 작은 렌즈의 경우 --

 5  사용 재료 및 가격 

포커싱부의 3D 프린팅 재료를 제외하면, 모두 쉽게 구할 수 있는 재료들입니다.