Drone's DIYer

멀티콥터(Multicopter)는 쿼드콥터(Quadcopter) 등을 일반화한 용어입니다.

예를 들어, 프로펠러로 양력을 발생시키는 모터를 탑재한 날개의 갯수가 3개이면 트라이콥터(Tri-copter), 4개이면 쿼드콥터(Quad-copter), 8개이면 헥사콥터(Hexa-copter)라 부르며 날개가 많을수록 양력이 커서 카메라와 카메라 짐벌같은 장치를 장착하기에 좋지만 밧데리 소모량은 많아지겠지요... 또한 'copter' 대신에 'rotor'를 사용하여 쿼드로터(Quadrotor)라 부르는 사람도 있습니다.

모터를 탑재한 4개의 날개 프레임

여기서는 전세계적인 멀티콥터 프로젝트의 사양을 구분한 사이트가 있어서 소개해드립니다.

http://multicopter.org/wiki/Multicopter_Table

테이블에서 보면 MPU로는 ATmel 社사의 AVR 시리즈나 ST마이크로일렉트론닉스 社의 STM시리즈가 많이 사용되었으며 상업적인 프로젝트외에도 오픈소스형태도 다수가 있어 보입니다.

Complete systems
 

MikroKopter

http://www.mikrokopter.de

Very stable and robust system, Limited firmware modifiability

ArduCopter / ArduPilot

http://www.diydrones.com/notes/ArduPilot

http://www.diydrones.com/profiles/blogs/announcing-Arducopter-the

Arduino based autopilot, tuning necessary in many cases

Arducopter controller architecture

http://code.google.com/p/arducopter/wiki/AC2_Tweaks

http://diydrones.com/forum/topics/attitude-control-structure-changing-from-pi-to-pid

OP: http://wiki.openpilot.org/display/Doc/Stabilization+Panel

OpenPilot

http://www.openpilot.org

Robust, Hard to get

MultiWii

http://www.multiwii.com/

developed for using the Wii Extension Gyro/Accel boards, excellent performance out of the box

Paparazzi

http://paparazzi.enac.fr

Versatile UAV autopilot hardware/software project, Ivy software bus protocol for node communication

Quadshot

Tragflächen / Kopter Hybrid

http://thequadshot.com/

UVAP NG

http://ng.uavp.ch/

Old UAVP Project: http://uavp.ch/

PIXHAWK

http://pixhawk.ethz.ch/

Vision and Geometry Lab at ETH ZürichAV, Link protocol for node communication

Aeroquad

http://www.aeroquadstore.com/

arduino shield for QK using arduino pro mini and sparkfun razor IMU

Flyduino

APM clone for 5x5cm physical dimensions

http://www.flyduino.net/

DJI

Multirotor Controller Naza

http://www.dji-hobby.com/naza/index_en.html

Rabbit FC

One-off projects

dragonCopter
http://www.dragoncopter.de/index.php/Hauptseite

X-Copter

http://www.x-copter.org

Flying Robots(Hochschule Niederrhein)

https://ezs.kr.hsnr.de/index.php/Flying_Robots_%28deutsch%29

Plischka

http://plischka.at/

Info u.a. zur Wi232, Motorvergleich

Ben_B

FPGA-Kopter

http://decibel.ni.com/content/blogs/quadrotor

RC-Forum

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=768115

A New 1000mm Quad Copter Design

DIYDrones

http://www.diydrones.com

Ardu-*

UAV Development Board

gentlenav - Firmware for Bill Premerlani's IMU based UAV Dev Board autopilots

Festo Smartbird

http://www.festo.com/cms/de_de/4981.htm

Festo SmartInversion

http://www.festo.com/cms/de_corp/12748.htm

Misc

http://www.waltercedric.com/rc-helicopter-mainmenu-65/135-draganflyer-roswell-flyer/171-roswell-flyer-hmx-4-draganflyer.html

kolibri robot / kolibropter

http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,746343,00.html

Arm-o-Kopter

Agressive Copters / Mellinger: https://fling.seas.upenn.edu/~dmel/wiki/index.php

IFSys: Intelligentes fliegendes System

http://server02.fb12.tu-berlin.de/ILR/FMR/FORSCHUNG/IFSYS/index.html

YARB 1.0 (Yet Another Robotic Blimp), an exploration of lighter-than-air robotics

http://www.surveyor.com/YARB.html

qc-kopter

rosewhite sport-quad

http://www.microcopters.de/artikel/der-r0sewhite-sport-quad

TU Chemnitz
http://www.tu-chemnitz.de/etit/proaut/forschung/quadrocopter.html

TU Ilmenau
https://github.com/ARCADE-UAV/wiki/wiki

Entomopter

A New 1000mm Quad Copter Design

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=768115

MIT Autonomous robotic plane

Adam Bry

AeroAstro

http://web.mit.edu/newsoffice/2012/autonomous-robotic-plane-flies-indoors-0810.html

Robust robotics group: http://groups.csail.mit.edu/rrg/

Misc

http://www.diydrones.com/profiles/blog/list?user=3n7oxlg4fanvy

Small copters

Smartflyer kopter small
http://www.smartflyer.de/

Ingo Rechenberg: MAV / mini-flyers    kopter smal

http://www.bionik.tu-berlin.de/institut/MAV/s2mav2.htm

siehe auch Lab-Besuch im Herbst 2010

HB-Kopter kopter small

https://www.akaflieg.hs-bremen.de/trac/akaflieg/wiki/airborne/hw/nano

https://www.akaflieg.hs-bremen.de/trac/akaflieg/wiki/airborne/hw/qc

ardukopter Jose Julio kopter small
http://www.diydrones.com/profiles/blogs/indoor-fun-with-a-tiny

fancy-creations kopter small
http://www.fancy-creations.de/quadro4.html

palm-sized / rc-forum kopter smal

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1335765 (thanhTran)

Flying PCB: crazyflie kopter smal and crazycopter

http://www.daedalus.nu/category/crazycopter/

shrediquete: nanoquad    kopter small

Hobbyking small frames

5 inch Kit with: frame, ESCs and motors

Walkera QR Ladybird

http://www.rcmaster.de/de-walkera-qr-ladybird-mit-2402d-sender-rc-quadrocopter-mini-ufo-2-4ghz-rtf-p230031.htm

Blade mQX

gearbox motors

http://www.bladehelis.com/Products/Default.aspx?ProdId=BLH7500

Avitron / Bionicbird

http://mybionicbird.com/

The Micro RTF Quadrotor thread
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1701910

 
Meta-Projects
 

Agrikopter
http://agricopter.de/
sfly

cdrones

http://www.cdrones.com/

Fly Sense

transport sensor nodes with flying robots

KapteinKuk

Dji-W

현재 개발하여 상용화한 아래 사이트의 퀴드콥터(MikroKopter)를 중심으로 그 구성을 리뷰하고자 합니다.

http://www.mikrokopter.de(독일)

 카메라 설치되어 있네요

1. Flight-Ctrl 보드
: 쿼드콥터의 두뇌가 되는 메인보드로서 이 보드에는 프로세서와 안정된 비행에 필요한 각종 아래의 센서가 포함되어 있습니다.

- 회전속도 센서 : 탑재된 프로세서가 비행시 위치을 결정하고 바람 등의 외부 영향에서 기체를 잡아주기 위해서 필요합니다. 그러므로 센서는 3가지(x,y,z) 방향으로 모두 감지합니다. 이를 일반적으로 자이로(Gyro, Gyroscope)라고 부르며 초당 몇 도의 각도를 움직였는가를 측정합니다.

- 가속 센서 : 모든 공간축(x,y,z) 방향으로 감지하며 수직방향의 가속 센서는 지면에서 기체의 각도를 측정하며 ACC(Accellerometer)라 부릅니다.

- 고도 센서 : 옵션으로 항상 같은 높이에 비행하고자 할 때 필요합니다.
이 메인보드와 PC와 연결도 가능하여 별도의 툴(KopterTool)을 이용하여 읽고 설정이 가능하고 프로세서로는 Atmel社의 ATmega644P를 사용합니다.

2. Brushless Controller
쿼드콥터는 4개의 프로펠러를 가지므로 4개의 브러시리스 모터를 필요로 하며 이들 모터를 구동하기 위해서 4개의 Electronic Speed Controller(ESC)가 필요한데 이를 Brushless Controller라 부르며 일반적인 헬기에서는 수신기에 바로 연결하여 송신기로 제어하지만, 쿼드콥터에서는 메인보드와 연결하여 I2C 인터페이스 방식으로 통신하고 각 모터를 정해진 속도로 제어하게 됩니다. 또한 프로세서로 Atmel社의 ATmega6 칩를 사용합니다.

3. Motor
쿼드콥터에서는 4개의 동일한 브러시리스 모터를 사용합니다.

4. 프로펠러
쿼드콥터에서는 2개의 시계방향(CW) 프로펠러와 2개의 반시계방향(CCW) 프로펠러가 필요한데
이는 모터의 모두 회전방향이 같기 때문입니다.

5. Transmitter & Receiver
송수신기 세트로 일반적인 RC에 사용되어지는 4채널 이상의 송수신기이면 가능합니다.

6. Frame
메인보드와 모터 그리고 Brushless Controller, 수신기 등을 고정하는 커드콥터의 기체로 알루미늄 재질로 만들어지며 기체의 중심과 각 모터사이의 거리는 40cm라고 합니다.

7. Battery
리튬폴리머(LiPo)를 사용하며 보통 3cell(11.1V)이나 4cell(14.4V)을 사용하고 별도의 충전장치가 필요합니다. 추천사양은 LiPo 3s(11.1V) ca2100mAh, 20C라고 합니다.

8. MKUSB
쿼드콥터 메인보드(Flight-Ctrl)를 PC에 연결하기 위한 아답터로서 툴(KopterTool) 사용을 가능하게 합니다.

9. 기타

그 밖에 사용자 구미에 맞게 탑재가능한 옵션으로 카메라나 GPS 시스템이 그 예라 합니다.

GPS system

쿼드콥터의 비행원리를 알아봅니다.

헬기의 비행원리는 실기든 무인기든 동일합니다.

메인로터가 회전하여 양력을 얻어 부양을 하게되고 기체는 메인로터의 회전방향과 반대 방향으로 '작용과 반작용의 원리'의 의해 반동 토오크가 발생하며 이를 상쇄시키기 위해서 테일로터가 필요하게 됩니다. 만일 테일로터를 메인로터만큼 크게 만들면 쌍발기가 되며 이른바 '치누크'라 알려진 메인로터를 2개 가진 미국의 수송기가 이런 예가 됩니다.

그밖의 Pitch(elevator, 전후진)나 Roll(aileron, 좌우진)의 경우는 메인로터의 피치를 회전각에 따라 달리주어 메인로터를 기울이고 이 기울인 만큼의 수평방향에 기여하는 벡터가 형성되어 특정 방향으로 일종의 드리프트가 발생하게 되어 기체는 이동하게 됩니다. 따라서 헬기의 속도는 고정익기 만큼 빠르게 할 수는 없을 것입니다. 또한 Yaw(rudder, 좌우회전) 동작은 테일로터의 속도를 조절하여 좌우회전을 하게 됩니다.

그러나 쿼드콥터는 테일로터가 없으며 메인로터만 4개로 구성되며 그 비행원리는 다음과 같습니다.

여기서 M1 로터를 증가시키는 것은 반대로 마주보는 M3 로터를 감소시키는 것과 마찬가지이며 또한 기체의 방향은 Pitch와 Roll을 혼합하여 모든 방향으로 날아갈 수 있겠지요...

쿼드콥터 관련 사이트입니다. 

1. 독일로 개발자료도 있고 판매도 하는 군요(영문가능).

http://www.mikrokopter.de/ucwiki/en/HexaKopter

2. 쿼드콥터 개발에 대한 오픈자료가 많습니다(영문).

http://open-bldc.org/wiki/Open-BLDC

3. 국내의 쿼드콥터 사이트네요.

http://www.multicopter.kr/main/index.php

4. 역시 구경할 만한 국내사이트 이네요.

http://www.xcopter.com/

5. 국내 쿼드콥터 개발 업체라네요.

http://www.dreamspaceworld.com/

쿼드콥터(Quadcopter)란?

쿼드콥터는 기존의 헬리콥터(Helicopter)를 변형한 것으로 퀴드로콥터(Quadrocopter)라고도 불리우며, 비행기처럼 고정익(fixed wing)이 아닌 여러 개의 회전익(rotor)을 가지는 멀티로터(mutirotor) 중의 하나라는 것입니다.

기존의 헬기는 회전익으로 메인로터와 테일로터로 구성됩니다. 때로는 소방방재헬기와 같은 호버링 특성 등의 안정성에 촛점을 둔 동축반전 방식의 헬기도 있으나 기동성이 떨어지는 단점이 있겠지요.

퀴드콥터는 메인로터와 테일로터 대신에 4개의 동일한 로터를 사용하여 안정성을 극대화하고 양력을 높여 수송에 탁월한 능력을 가질 것입니다. 또한 체공시간은 감소하더라도 여기에 1조(2개) 이상의 로터를 추가하여 양력을 더욱 개선시키는 것이 얼마든지 가능할 것입니다. 멀티로터는 마주보는 모터 축간의 거리에 따라 250, 450 등의 크기로 구분하며, 최근에는 레이싱 드론처럼 민첩성이 요구되어 250이 가장 대중적으로 알려집니다(단위: mm). 통상 100이하는 나노, 200이하는 미니, 650이상은 대형으로 불려집니다.

회전익(rotor)의 갯수에 따른 다양한 멀티로터(multirotor)의 형태

현재 쿼드콥터 형태의 실기가 존재하는 지는 모르지만 현재는 무인항공기(UAV)로 첩보용이나 전투용으로 각국에서 개발 중이고 최근에는 항공촬영 등 민간에서 많이 이용이고 취미생활로도 각광받는 레저스포츠정도가 되는 추세인 듯 합니다.

숲을 비행하는 쿼드콥터의 모습