Drone's DIYer

사람마다 멀티콥터(Multicopter)를 즐기는 방법은 크게 2가지가 있습니다.

● 레저활동으로 다이나믹한 조종비행과 고공촬영을 즐기는 매니아 층

● 멀티콥터를 직접 제작부터 비행까지 취미생활을 영위하는 매니아 층

자신이 단순히 레저활동으로 비행을 즐기고 촬영을 감상하는 매니아 층이라면 Flight Controller(FC)를 포함한 상업용 완전한 기체(RTF)를 구입하여 바로 비행에 나서는 것이 시간을 단축시키는 길입니다. 그러나 Flight Controller의 구성(GPS 등) 및 펌웨어(Firmware) 등을 수정하며 조립과정에서부터 비행까지 직접 관여하며, 프론티어 정신에 비중을 두는 매니아 층이라면 완전한 기체(RTF)보다는 반조립 기체(ARF)에 자신이 직접 제작한 Flight Controller 등을 탑재하길 원할 것입니다.

만일 후자의 경우라면 전자와 다르게 고려해야 될 것이 많이 있습니다. 대부분의 상업용 기체는 Rock solid한 반면에 자작용 기체는 유연하지만 안정성이 떨어질 수 밖에 없다는 것입니다. 'Rock soild'라 함은 제조사에서 무수한 시행착오로 고도로 최적화되어 있어 안정한 비행이 가능하다는 것이고, 후자는 하드웨어적 유연성으로 인해 혹은 여러 부품과의 호환성으로 인해 안정성은 결국 유저 자신의 몫이라는 것입니다.

하지만 후자의 경우 여러 장점도 있습니다. 상업용 기체는 안정성을 담보로 로열티에 대한 댓가를 치루어야 합니다. 즉 비싸다는 것입니다. 그러나 후자는 기체만을 구입하고 Flight Controller 등은 Open source 이기에 저렴하다보니 조립하는 것이 [반드시 그렇지는 않지만] 싸질 수 있다는 것입니다. 자신의 드론(Drone) 제작에 앞서 드론을 정복하기 위해서는 많은 관련지식과 시행착오를 겪어야 하며 때론 추가의 비용과 많은 시간이 걸릴 수도 있다는 것을 기억해야 합니다.

멀티콥터를 제작하려면 우선 Flight Controller를 선택해야 합니다. Open source로는 크게 Multiwill와 APM 시리즈가 있는데 두터운 사용자 층을 고려한다면 Multiwill가 추천되는 추세입니다. 이는 Community가 보다 활성화되어 있어 조립과정 중에 혹은 기체 셋팅 중에 발생할 수 있는 문제를 쉽게 해결할 수 있다는 것입니다. 기타 Open source를 골라야 한다면 원론적으로 메인 칩셋부터 확인해야 할 것입니다. 왜냐면 단적으로 STM시리즈의 마이크로컨트롤러(Microcontroller)에 익숙하지 않다면 수정은 고사하고 코드를 읽기조차 힘들기 때문입니다.

Multiwill은 Community에서 지속적으로 업데이트되고 있으며 포럼에서 많은 도움을 받을 수 있으며 코드의 수정과 업로드하는 과정을 간단화시킨 근래의 아두이노(Arduino) 환경에서 쉽게 개발할 수 있기 때문입니다. 게다가 메인 칩셋은 Atmel사의 칩으로 C언어로 최적화가 잘되는 마이크로컨트롤러로 알려지며 폭넓게 사용되고 사용자 층이 넓기 때문입니다.

어떤 매니아는 ESC조차도 자작을 시도하는데 이 경우를 제외하면 기체는 Brushless 모터를 포함한 프롭과 ESC, 프레임을 모두 갖춘 보급형 퀴드콥터 기체가 입문자로서 적당할 것입니다. F450 ARF 기체는 중국 DJI사(http://www.dji.com) 제작한 쿼드콥터 기체로 그래도 저렴한 편이며, 최근에 많이 보급되어 프레임이 견적으로 이어지면 쉽게 교환할 수 있는 장점이 있습니다.

Phantom 3

또한 F550 ARF는 헥사콥터(엄밀하게 6개의 Arm을 가짐) 기체용이며 DJI사는 자사의 Naza 시리즈 Flight Controller를 탑재하여 Phantom 시리즈로 조립, 발매하고 있습니다. F450 ARF 기체는 Flight Controller와 송/수신기, 밧데리 등은 제외하고 있으며 스펙은 다음과 같습니다.

• Frame Weight(기체 무게) : 282g

• Diagonal Wheelbase(대각선 기체 길이) : 450mm

• Takeoff Weight(이륙 중량) : 800g ~ 1200g

• Propeller : 10 x 4.5inch

• Battery : LiPo(3S 1500mAh ~ 2600mAh)

• Motor : 2212 ~ 2216(stator size)

• ESC : 15A ~ 25A

F450 ARF 기체의 외형

F450 ARF 기체의 구성

About

This firmware designed as a replacement for many commercially available ESC designs based on the AVR MCU. It implements scalar sensor less method to drive Brushless Motor by detecting BEMF zero-crossing instants. The goal of this project is to create firmware most suitable to use in multi-rotors, using cheap and commercially available hardware.

이 펌웨어는 AVR 마이크로콘트롤러(MCU)에 기반을 둔 많은 상업용 ESC의 대체용으로 설계되었습니다. 이것은 BEMF zero-cross 순간을 감지하여 Brushless 모터를 구동하는 Sensorless 방법을 구현하였습니다. 이 프로젝트의 목표는 저렴하고 상업적으로 가능한 멀티로터(Multi-rotor) 기체를 사용하는 데에 가장 적당한 펨웨어를 개발하는 것입니다.

Features:

• Fastest possible power response.

• Up to 4000 steps of resolution.

• Low noise with comparatively high efficiency (Sigma-delta modulator, instead of fixed frequency PWM)

• Linear power response. (completely no "bump" at 100%)

• Jitter-free input PWM measurement without harware assisted input capture.

• Accepts any PWM update rate

• Sync recovery.

• Safe stall detection.

• Complimentary PWM support (AKA: active freewheeling, active rectification)

• Fixed throttle end-points. No need to calibrate. (since version 2.0.9 it is also possible to calibrate end-points using stick programming procedure)

• Automatic oscillator calibration.
  Enhanced PPM filter, preventing accidental motor startup (when FC is rebooted, for example)

• Configurable. The configuration parameters are stored in EEPROM. The Wii-ESC flash tool has visual parameters editor. No more stick programming.

• Modularity. The high-level implementation is separated from actual hardware with HAL layer.

• Portability. The firmware is written in C++, which means it can be easilly ported to different platform.

Supported Hardware:

For complete mapping between targets and real hardware, it is possible to use RapidESC Database. Currently tested targets:

펌웨어와 실제 하드웨어 사이에 완전한 매핑을 위하여 RapidESC 데이타베이스를 사용하는 것이 가능합니다. 현재 검증된 펨웨어는 다음과 같습니다.

• bs.hex

• bs_nfet.hex

• bs40a.hex

• kda.hex

• qynx.hex

• rb50a.hex

• rct30nfs.hex

• rct45nfs.hex

• tgy.hex

• tp.hex

• tp_nfet.hex

다음은 아래의 상업용 HobbyKing BlueSeries 40A(HK40A-bs) ESC에서 APC prop.을 장착하고 원래 출고당시 제품과 SimonK와 Wii-ESC 펌웨어를 탑재하였을 때의 추력 등의 특성을 서로 비교한 데이터입니다.

마지막으로 상업용 ESC에 재프로그램(reflashing)하는 절차입니다.

• Project Wiki

• RCGroups Thread

지구 반대편에서 무선으로 드론(Drone, 비행로봇)을 조종해 영상을 실시간으로 전송하는 시대가 도래하였습니다.

무선제어장치는 서울에 드론은 대전에 있지만 세계 최초로 4세대 LTE망을 이용해 152Km 떨어진 서울과 대전을 하나로 연결하여 드론을 조종하는데에 성공하였다는 것입니다. 이론적으로 조종하는 사람의 시야에서만 영상을 실시간으로 전송받을 수 있다면 어디서든지 드론을 제어할 수가 있는데 이러한 양방향 통신이 휴대전화나 노트북처럼 LTE가 연결된 곳이면 어디든지 가능하다는 것입니다.

장소와 관계없이 좁은 공간에서도 드론의 이륙 및 착륙이 가능해져 미국과 마찬가지로 그동안 사람에 의존했던 군 감시정찰이나, 재난, 재해 감시, 교통 통제, 항만 감시 그리고 도시계획 등의 공중촬영 등에 폭넓게 활용될 전망이라고 알려집니다.

사실 기존의 RC와 멀티콥터(Multicopter) 등의 드론은 차이가 있습니다. 과거의 RC는 비행에 꼭 필요한 변속기(ESC)와 엔진(모터), 자이로(Gyro), TX, RX 등의 구성으로 헬기의 단순 정지비행(Hovering)을 익히는 데에도 고도의 집중력과 키감이 요구되는 매우 다이나믹 스포츠이었습니다.

하지만 근래의 드론은 다수의 로터를 장착하여 기동성 대신 안정성을 극대화하였고 여기에 고성의 마이컴을 탑재하고 GPS 수신기와 각종 첨단 센서 등을 장착함으로서 지상의 컴퓨터를 통한 자동 원격 비행이 가능해져서 과거와 같은 경험을 통한 특유의 키감이나 숙련된 비행 조종 기술이 따로 필요없게 되어 대중화를 앞당기는데 일조를 하였습니다.

스마트폰으로 화상전화를 통한 생각의 교환 뿐만아니라 드론을 이용해 물건도 주고 받을 날이 머지않아 다가올것으로 기대해 봅니다.

아래의 사이트는 ArduCopter의 비행제어보드(Flight Controller board)의 펌웨어에 대한 자료와 최신 코드를 받을 수 있는 곳입니다.

ArduCopter는 Full-Featured Multicopter UAV로서 비행제어보드의 모든 펨웨어는 오픈소스(Open Source)입니다.

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

최근에 멀티콥터를 비행 제어할 수 있는 메인보드(Flight Controller board)를 비교한 자료입니다. 이 자료는 다음의 사이트에 근거합니다.

(번역이 원문과 상이하거나 매끄럽지 못한 부분은 댓글로 남겨 주시면 감사하겠습니다)

http://oddcopter.com/flight-controllers/?

Flying capabilities

• Gyro Stabilization - the ability to easily keep the copter stable and level under the pilot's control. This is a standard feature of all flight control boards. (조종사의 통제하에 콥터를 안정된 레벨로 쉽게 유지시키는 기술로 모든 비행 제어 보드에 표준 특성입니다)
• Self Leveling(ACC) - the ability to let go of the pitch and roll stick on the transmitter and have the copter stay level. (송신기에서 피치나 롤 스틱을 제어하는 것 없이 콥터가 일정한 레벨을 유지하도록 하는 기술입니다)
• Care Free- The pilot can control the copter as if it is pointing in its original direction as the orientation of the copter changes. (조종사는 콥터의 방향이 변함에 따라서 마치 최초 방향을 기억하는 것처럼 콥터를 제어할 수 있습니다)
• Altitude(Height) Hold - the ability to hover a certain distance from the ground without having to manually adjust the throttle. ( 스로틀을 수작업으로 맞추는 것 없이 지표로부터 일정거리 부양해서 정지비행이 가능하게 하는 기술입니다)
• Position Hold - the ability to hover at a specific location. (특정 위치에서 정지비행이 가능하게 하는 기술입니다)
• Return(Come) Home - the ability to automatically return to the point where the copter initially took off. (콥터가 처음에 이륙한 위치로 자동적으로 되돌아오는 기술입니다)
• Waypoint Navigation - the ability to set specific points on a map that copter will follow as part of a flight plan. (콥터가 경유할 특별한 위치를 지도상에 설정할 수 있는 기술입니다)

Pricing

• Low - less than $100
• Medium - $100-300
• High - $300+.