Drone's DIYer

ArduCopter란 쿼드콥터(quadcopter)나 헥사콥터(hexcopter) 또는 기존의 헬기 등을 제어하기 위한 보드 등의 하드웨어나 펌웨어(firmware) 그리고 조종을 위한 소프트웨어(software)의 개발을 위한 프로젝트 이름으로 일반 상업적인 쿼드콥터 브랜드와는 다릅니다.

그러므로 오픈 소스 UAV 프로젝트이며 보드의 MCU는 AVR을 사용하는데 AVR 펌웨어의 개발 역시 Arduino 개발환경을 사용하므로 오픈 소스이고 마치 리눅스처럼 누구나 다양한 피드백을 줄 수 있으며 참여 또한 가능합니다.

한편 하드웨어로서 APM은 AutoPilot-Mega의 약자로 ArduCopter의 비행제어기(Flight Controller, FC)인데 DJI WKM과 비슷한 성능을 가지면서 멀티위(Multiwii)처럼 오픈 소스(open source) 기반으로 사용자가 직접 펌웨어에 접근할 수 있으며 수정 또한 가능하다는 것입니다. 특히, APM 제어기는 멀티콥터(ArduCopter) 뿐만 아니라 일반 비행기(ArduPlane)나 자동차(ArduRover) 등에 응용하여 사용이 가능하며 일반적으로 ArduFlyer라고 부릅니다.

최근에는 ArduCopter의 'Ardu' 대신에 'APM:'붙여 APM:Copter, APM:Plane 그리고 APM:Rover로 이름을 변경하였습니다.

http://ardupilot.org/

아래의 글은 다음의 원문으로부터 번역을 토대로 필자가 재작성한 것이니 양지바랍니다.

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

ArduCopter는 쿼드콥터나 헥사콥터 등의 Multirotor 헬기나 기존 헬기를 쉽게 설정하고 비행할 수 있도록 기존 수동제어의 개념을 탈피하여 완전한 UAV 솔루션으로 기존 매니아 층의 무선 조종 뿐만아니라 자동 비행 기능을 제공하고 또한 지상에서 강력한 모니터링 기능과 경유지점(waypoint)과 비행 임무 설정이 가능합니다.

ArduCopter는 나르는 로봇으로 견줄만큼 진보된 각종 기술과 첨단 기술 그리고 새로운 비행 스타일을 원하는 매니아들을 위해 개발된 것으로 이 ArduCopter 프로젝트는 DIY Drones community에 의해 개발된 APM 2.x 자동 조종 장치에 기반을 두고 그 프레임과 부품은 jDrones Asia와 3D Robotics에서 공급하며 모든 기능을 갖추었지만 작은 Multicopter와 헬기는 APM 2.x을 이용하여 쉽게 UAV 성능으로 업그레이드 할 수 있다고 합니다.

특징:
- 높은 품질의 자동레벨 및 자동 고도제어 - 온보드 magnetometer를 사용하여 노트북에서 클릭하는 것만으로 쉽게 헬기를 조종하므로 기존의 헬기 조종처럼 헬기의 움직에 고도로 집중할 필요가 없습니다.

- 사용자의 프로그래밍은 필요하지 않으며 한 번의 클릭으로 소프트웨어를 로드하고 빠른 시각적 디스플레이로 ArduCopter를 조종할 수 있습니다.

- 무제한으로 경유지점과 미션 지점을 클릭하여 ArduCopter를 이동할 수 있으며 거리에 제한이 없고 카메라 제어를 포함한 모든 임무를 스크립트 형태로 수행할 수 있습니다.

- GPS와 고도센서를 이용하여 언제든지 헬기의 제자리 비행이 가능합니다.

- 어떤 위치에 홈을 설정하고 ArduCopter가 자동으로 돌아오도록 설정이 가능합니다.

- 양방향 통신으로 비행 중에도 경유점과 모든 제어 변수 등의 변경이 가능합니다.

- 단순한 스위치 조작만으로 자동 이륙 및 착륙이 가능합니다.

GCS(Ground Control Station):

경유지점(Waypoint):

ArduCopter에 장착된 카메라는 pan과 tilt 기능을 제어할 수 있으며 Windows, Mac 및 Linux등 다양한 O/S를 지원합니다.

주의사항:
- 다른 비행기나 단일로터 헬기에 대한 비행 경험이 도움이 되며 이는 ArduCopter가 단순히 RC 장난감이 아니기 때문입니다.

- ArduCopter는 오픈 소스 UAV로 차후에 새로운 기능이 추가될 수 있습니다.

비행 영상:

http://www.youtube.com/watch?v=YvTj6dlQ9fo&feature=player_embedded

http://diydrones.com/profiles/blogs/check-our-new-apm-2-0-revision-the-apm-2-5

I’m pleased to announce the new APM 2.0 revision, better known as APM2.5!

But before you start screaming that you just got an APM 2.0, let me explain that there’s NO difference in performance at all between the two, the board is still the same in terms of functionally and it runs exactly the same code as APM 2.0. We just took the liberty of throwing in a few new universal connectors in there (so accessories can be cross compatible with the new PX4 and protect the user from connecting the cable in the wrong direction), some production improvements that will allows to manufacture it faster and finally we added some protection features to protect it from those reverse polarity/short circuit lovers.

Here goes the full list of changes (you already know all its features):

1. No more shield/daughterboard: magnetometer and dataflash were moved to the main board, making it easier to assemble, repair and hack.

2. No more on-board GPS, but we added a new 6-pins DF13 connector for our new GPS cable standard (PX4) and kept the old but reliable Molex (EM-406) connector for old GPS compatibility.

3. The old radio-modem connector is gone and now is being replaced by our new 6-pins DF13 connector (like the GPS, because both are UART’s. Got it?), this will make it compatible with PX4 and prevents users from blowing up the UART mux.

4. We added a second protection fuse and diode (you are no longer required to solder it yourself) for extra reverse polarity and short circuit protection.

5. The old I2C connector is gone and has been replaced by our new 4-pins DF13 connector (yeah PX4 compatible. Oh wait correction… None of both (PX4 & APM2.5) are compatible with each other, we created this standard together as a team, but I have to give the average of the credits to PX4).

6. Added a “mystery” 6-pin DF13 Connector that will be used later. I know you like surprises so please stay tuned. No big deal but is really cool and will save you some soldering here and there.

7. Added “Magnetometer Jumper” that allows you to disable the on-board magnetometer, so you can attach an external one.

8. Added extra LED attached to the PPM encoder (Atmega32-U2) on pin PC7. This will allows us later to use it as PPM status indication and leave those poor TX/RX LED’s do their intended job.

Those who ordered the APM2.0 and are still waiting for it (only if is not shipped yet) will have the option to upgrade to the new APM2.5, but you will be required to wait an extra couple of weeks for production to begin. For upgrades please send us an email to sales@3drobotics.com. 

If you want to order one now you can get the assembled version here and the unassembled version here (for those who want their choice of RC connector: straight or right-angled). They will begin shipping in a week or so, but if there is a huge flood of orders, the backlog for any individual order may grow to 2-4 weeks. We're making them at the new Tijuana facility, so we hope that we'll be able to keep up with demand much better than we have in the past. We're committed to shrinking all delays, and our investment in the Tijuana facility is just one sign of this.

The APM 2.0 enclosures will not fit this new board, so new enclosures are on their way. If you buy an APM 2.5 now, you will get a $4.99 credit for a free enclosure with your next order (the enclosures should be in in about a month).  Also, APM 2.5 will ship with an adapter cable for the 3DR/Xbee radios, converting from the APM 2.5 DF13 connector to the radios' conventional 6-pin connectors. Eagle files for the boards will be posted in the next few days.

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