APM2.5를 이용한 멀티콥터의 구성

 

APM2.5(Ardupilot Mega V2.5) 보드를 이용한 멀티콥터의 구성의 예를 살펴보기로 합니다.

 

이 구성은 헥사콥터(Hexacopter)로 추력을 발생시키는 프로펠라(이하 '프롭'으로 약칭)와 모터를 탑재한 날개가 8개인 멀티콥터(Multicopter)가 됩니다.

 

 

위 그림에서 APM2 보드는 APM2.5 보드의 전신으로 기능상 거의 동일하며 주변장치와의 연결만을 살펴보는 것으로는 충분할 것으로 생각됩니다.

 

1. 수신기(Reciever; RX) : 무선 조종기(Transmitter; TX)의 수신장치로 기존에는 수 십 MHz의 주파수대역을 세계적으로 나뉘어 사용하였지만 최근에는 2.4GHz 대역를 사용함으로 인해서 안테나의 길이가 짧아져 벌거롭게 안테나를 폈다 접었다 할 필요가 없어졌으며 혼선을 최소화하고 채널당 정보량도 많아져 양방향 수신까지도 가능하다고 전해집니다. 그림에서는 6채널로 각 채널에 서보(Servo)가 할당된다면 독립적으로 6개의 기구적 서보를 동작시킬 수가 있을 것입니다.

 

2. LiPo 4S는 헥사콥터에 전원을 공급하는 밧데리로 이전에는 니켈-카드뮴(NiCd) 충전지를 사용하다가 최근에는 리튬이온(LIon)이나 리튬폴리머(LiPo)를 사용하는데 이는 이러한 밧데리 등이 메모리 효과가 없다는 것을 제외하더라도 충전용량이 매우 증가하였고 방전용량도 크게 향상되었다는 것입니다. 최근 RC 스포츠의 보급은 고용량 충전지의 개발과 비약적인 발전과 무관하지 않은데 그 이유는 과거 니트로(Nitro) 엔진만이 할 수 있었던 것을 전기 모터가 이를 충분히 대체하였고 관련 전자부품 등의 빠른 개발속도와 대량화로 가격인하가 많았다는 것입니다.

 

3. ESC는 'Electronic Speed Controller'의 약자로 APM2.5 보드로부터 오는 신호의 크기에 따라 모터의 속도를 제어하는 장치입니다. 만일에 모터가 회전자에 전기를 공급하는 기계적 접촉면을 가진 전통적인 DC 모터일 경우에는 속도를 제어하는 것이 쉽지만 대부분의 RC 스포츠에 사용되는 모터는 이러한 기계적 접촉이 없는 즉, 브러시(brush)가 없는 3상 모터로 효율이 좋지만 비싸고 제어가 쉽지 않다는 단점이 있습니다.

 

4. 모터(Motor)는 ESC에서 설명한 것처럼 Brushless DC Motor를 사용하는 것이 일반적이며 기계적 접점이 없어 소음이 적고 수명이 반영구적이지만, 제어가 복잡하여 전용 제어기가 필요하고 비싸다는 단점이 있습니다. ESC와 모터는 헥사콥터이므로 8조가 필요하고 APM2.5 보드는 조종기로부터 신호에 따라 이들 8개의 모터를 적절히 각각 제어하여 이착륙 및 비행 등이 가능하게 됩니다.

 

5. PDB는 'Power Distribution Board' 보드의 약자로 8개의 모터는 통상 비행시 수에서 수십 혹은 수백 암페어의 전류를 소비하게 됩니다. 따라서 배선은 이를 가능하도록 선간 저항을 최소화 함과 동시에 8개의 날개로 가는 경로상에 비대칭이 없이 균일한 전류가 흘러가도록 하는 기구물이 됩니다. 날개간 미세한 전류의 차이는 추력의 차이로 나타날 수 있으며 이는 안정된 비행을 방해하고 이러한 문제는 더 많은 전류를 소비하는 멀티콥터일수록 더욱 민감해지게 될 것입니다.

 

6. UBEC는 'Ultimate BEC(Battery Elimination Circuit)'를 약칭하는 것으로 이는 밧데리로부터 공급된 전압을 APM2.5 보드의 정격전압으로 맞추어 공급하기 위한 일종의 레귤레이터가 됩니다. 그림의 경우에는 밧데리는 4셀이므로 14.8V인데 이를 BEC를 이용하여 5V로 변환하여 APM2.5 보드에 공급하게 됩니다. 전통적으로 선형적인 레귤레이터(Linear regulator)를 사용하였지만 감압되어지는 만큼 전력 손실이 발생하기에 최근에는 이를 최소화하기 위하여 DC-DC 컨버터를 사용하는 추세이며 이러한 기술을 적용한 BEC가 Ultimate BEC라 합니다.