서보모터와 스테핑모터, 로봇에서의 올바른 선택 기준
Context: 왜 이 선택이 중요한가
로봇 시스템에서 모터는 "근육"에 해당합니다. 아무리 좋은 기구 설계와 제어 알고리즘이 있어도, 모터 선정이 잘못되면 시스템 전체가 실패합니다. 특히 서보모터와 스테핑모터는 근본적인 제어 철학이 다르기 때문에, 단순히 "비싼 게 좋다"는 접근은 위험합니다.
실제로 많은 프로젝트에서 "처음에 스테퍼로 시작했다가 나중에 서보로 바꾸느라 고생했다"거나, 반대로 "서보가 필요 없는 곳에 서보를 써서 비용이 3배가 됐다"는 사례가 흔합니다.
Drive & Gear Perspective: 근본적인 차이
스테핑모터: 개루프(Open-loop) 제어
스테핑모터는 펄스 신호에 따라 정해진 각도씩 회전합니다. 1.8° 스텝 모터의 경우, 200펄스 = 1회전입니다. 인코더 없이도 위치를 알 수 있다는 것이 장점이자 단점입니다.
- 장점: 저렴한 드라이버, 간단한 제어, 정지 시 유지력(holding torque)
- 단점: 탈조(step loss) 위험, 고속에서 토크 급감, 발열
서보모터: 폐루프(Closed-loop) 제어
서보모터는 인코더를 통해 실제 위치를 피드백받아 제어합니다. 목표 위치와 실제 위치의 오차를 지속적으로 보정합니다.
- 장점: 정확한 위치 제어, 고속에서도 토크 유지, 과부하 감지
- 단점: 비싼 드라이버와 모터, 튜닝 필요, 정지 시 진동 가능
성능 비교표
| 항목 | 스테핑모터 | 서보모터 |
|---|---|---|
| 위치 정밀도 | 0.05° (마이크로스텝) | < 0.01° (고분해능 인코더) |
| 속도 범위 | 0-1000 RPM | 0-6000+ RPM |
| 토크 특성 | 저속 높음, 고속 급감 | 전 속도 범위 균일 |
| 피드백 | 없음 (개루프) | 인코더 (폐루프) |
| 과부하 대응 | 탈조 → 위치 손실 | 알람/정지/복구 |
| 시스템 비용 | 1x (기준) | 3-5x |
| 설정 난이도 | 쉬움 | 중간 (게인 튜닝) |
Field Considerations: 실무 선택 가이드
모터 선정 의사결정 트리
스테핑모터가 적합한 경우
- 3D 프린터, CNC 라우터 (저속, 예측 가능한 부하)
- 검사 장비 스테이지 (짧은 이동, 정지 위치 유지)
- 밸브 제어, 위치 결정 (간헐 동작)
- 교육용/취미용 로봇 (비용 중요)
서보모터가 필수인 경우
- 산업용 로봇 관절 (고속, 고정밀, 연속 운전)
- 반도체 장비 (절대 위치 손실 불가)
- AGV/AMR 구동 (가변 부하, 경사로)
- 협동로봇 (힘 제어, 충돌 감지)
Technical Note: 최근 트렌드
폐루프 스테퍼(Closed-loop Stepper)가 새로운 선택지로 부상하고 있습니다. 스테핑모터에 인코더를 추가하여 탈조 방지와 위치 보정을 가능하게 한 것입니다. 서보보다 저렴하면서 스테퍼의 단점을 보완합니다.
그러나 폐루프 스테퍼도 고속 토크 특성의 한계는 극복하지 못합니다. 1000 RPM 이상의 고속 동작이 필요하면 여전히 서보가 유일한 선택입니다.