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Rotor Riot의 Freestyle FPV Quad를 위한 Hypetrain 모터에 대해 알아보겠습니다. Quad의 성능을 좌지우지하는 중요한 요소 중의 하나가 바로 모터가 되겠습니다. 지금까지 주로 중저가의 모터만 찾아 빌드를 해온 저로서는 하이엔드 모터에 대한 로망이 아주 많은데요. 하이엔드 모터인 T-motor의 F시리즈 모터를 써보니 안정적이고 진동이 거의 없는 회전 및 폭발적인 회전능력이 아주 마음에 들었습니다.
Rotor Riot의 Hypetrain motor 역시 고급진 quad용 모터인데 두가지 정도의 특장점이 있어서 구매를 해보았습니다. 아직 배송중이지만 도착하는대로 리뷰를 남겨 보도록 하겠습니다.
Hypetrain motor는 www.rotorriot.com에서 구매하실 수 있습니다. Paypal로 결제를 했고, 개당 25.99$입니다. 4개를 구매하고 배송비까지 지불하니 118.02$가 되더군요. 배송기간은 2주 정도 될 것으로 예상됩니다.
Hypetrain 모터의 경우 밑뚜껑이 개방형으로 되어있어 열방출에 유리한 디자인으로 되어있습니다. 모터에 열이 발생되면 모터의 영구자석의 자력이 약해지기 때문에 모터의 성능이 저하됩니다. 따라서 열방출이 원활해야 모터의 건강을 유지할 수가 있습니다. 다만 개방형 모터라서 추락후 이물질이 모터에 들어갈 가능성은 더 높아지겠습니다. 또한 이러한 구조는 모터의 무게를 줄여주기 때문에 결과적으로 드론의 성능을 높여주는 효과가 있습니다.
두번째로 모터의 회전부인 bell 부분과 밑뚜껑의 결합이 c clip이 아닌 볼트로 되어있어 분리 및 청소에 유용합니다. 모래나 흙 풀을 먹었을때 분리가 간편합니다.
물론 하이엔드 모터를 쓴다고 비행실력이 월등히 늘지는 않겠지만, 장비병에 걸린 취미가들이 각종 고가의 장비를 사모으곤 하는 것이 드론도 예외는 아닌가봅니다.
오늘은 fpv에 대해 알아보겠습니다. Fpv란 first point view의 머리글자를 따서 만든 용어입니다. 말그대로 일인칭시점이란 뜻입니다. 마치 지상의 내가 드론에 타고있는 것처럼 드론이 보는 주변을 보면서 조종하는 방법입니다. 제 개인적인 생각은 fpv야말로 드론을 더 재미있고 스릴있게 하는 아주 매력적인 비행방법이 아닌가합니다. Fpv 비행을 위해서는 드론에 fpv를 위한 특별한 장치들을 집적해 넣어야 합니다. 어떤 장치들이 필요한지 그리고 그 장치들은 어떤 역할을 하는지 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.
Fpv camera
드론에 장착하는 카메라입니다. 드론의 전면에 장착하여 드론의 앞에 펼쳐지는 환경을 실시간으로 보여주는 역할을 합니다. 무게와 부피는 작고 좋은 image 센서가 장착된 것이어야 하고 당연히 그 조건을 잘 만족할 수록 가격이 비싸집니다. 해상도를 나타내는 스펙, 입력전압, 등등의 것들이 다양하지만 초보자들의 입장에서 보자면 Runcam이나 Foxeer사의 fpv camera를 사면 제일 무난합니다.
Microphone
오디오 마이크입니다. 매우 작은 사이즈의 마이크가 있는데 fpv 시스템에 탑재하여 드론주변의 소리를 파일럿에게 전달해줍니다. 마이크를 사용하지 않으면 지상에서 보는 fpv카메라의 영상이 너무 밋밋하다고 느껴지는데 파일럿으로부터 멀어진 후 영상만 눈앞에 펼쳐지고 모터의 회전이나 바람소리가 나지 않기 때문입니다. 특별히 드론의 모터회전소리나 바람소리를 생생하게 느끼고 싶지 않다면 필수 아이템은 아닙니다.
VTX (Video Transmitter)
드론이 보고 듣는 영상과 소리는 카메라와 마이크를 통해 수집이 되는데 지상의 조종자에게는 어떻게 전달을 해줄까요? 거기에 대한 해답이 바로 VTX입니다. 마이크를 달았다면 오디오 전송까지 가능한 vtx를 구매하셔야 합니다. 25mW, 200mW, 500mW, 600mW등으로 표시되는 전력량이 큰 것일 수록 먼 송신거리를 보장합니다. 그러나 5.8gHz를 사용하는 영상 송신의 경우 중간의 장애물(특히 수분을 포함한 풀과 나무) 안테나의 모양 등등의 다른 요인에 의해서 기대한 만큼의 송신이 안될 수 있음을 꼭 기억해야합니다. 2.4gHz를 사용하는 조종기는 주파수를 조종기와 리시버를 따로 맞춰주지 않습니다. 이유는 서로 바인딩을 해주면 채널을 동시에 똑같이 옮겨타면서 리시버가 조종기의 조종신호를 계속 수신합니다. 그래서 여러 사람이 동시에 2.4gHz를 사용하는 조종시스템으로 날리더라도 혼선이 발생하지 않는 것입니다. 현재의 5.8gHz 영상 송신 시스템은 주파수 고정 방식을 사용합니다. 내가 사용하는 주파수에 누군가 같은 주파수로 영상 송신을 하려고 하면 혼선이 일어납니다. 같은 주파수를 사용하는 한 사람이 채널을 바꾸어 주어야 합니다. Vtx 사용시 초보자들이 하는 가장 잦은 실수는 안테나를 연결하지 않고 vtx에 전원을 넣는 것입니다. 원래 발열이 심한데 안테나를 통해서 에너지를 발산하지 못하여 타버립니다.
안테나
안테나는 vtx에 연결하여 5.8gHz 주파수에서 영상과 소리를 전달해줍니다. 다이폴 안테나보다 클로버 안테나가 영상 송수신이 더 안정적입니다. 장거리 비행을 위해 패치형 안테나를 쓰기도 하는데 드론의 방향을 향해야 수신율이 높습니다.
Fpv goggle
사진은 Fatshark goggle입니다. 고글에 따라서 수신 모듈이 내장되어 있는 것도 있고 교체할 수 있는 것도 있습니다. 아예 고글 밖에 아래와 같은 수신기를 키고 AV 케이블로 고글로 영상을 보내주는 방법도 있습니다.
이상의 장치들을 드론에 장착하거나 지상의 조종자가 소지하고 있으면 fpv 비행이 가능합니다.
브러쉬리스 모터는 일반 모터와 달리 브러쉬가 없어서 중심축에 전류를 흘리기 위한 접촉이 없습니다. 따라서 마찰에 의한 열발생이 없어 고속 회전 모터에 사용됩니다. 모터의 규격은 2203-2300KV 와 같이 네자리-네자리 숫자로 표시되는데 22는 모터의 지름 03은 높이를 나타내고 2300KV는 1V당 1분에 2300 회전이 가능한 모터라는 뜻입니다. 다만 모터에 프로펠러가 장착되지 않은 상태의 회전수입니다. 이 KV 숫자가 높다고 무조건 좋은 것은 아니고 같은에너지를 소모하는 모터에서 회전수가 높아지면 토크에서 손해를 보기 때문에 돌아가는 속도는 빠르지만 회전의 힘은 그만큼 손해를 보게 되어 있습니다. 고속으로 회전하기 때문에 밸런싱이 잘 맞게 제작되어야 하고 이 품질에 따라 가격이 차이가 납니다. 250mm 프레임을 쓰는 드론의 경우 2300KV~2600KV 모터를 많이 사용합니다. 품질과 브랜드에 따라 개당 수 천원에서 수 만원사이에 가격이 형성되어 있습니다. 브러쉬리스 모터는 영구자석이 붙어있는 하우징과 전자석으로 이루어진 코어부분으로 나누어져있고 3개의 선을 통해 모터에 전기를 공급합니다.
사용할 배터리의 전압과 모터의 규격 등을 감안하여 esc의 종류를 결정해야 하는데 12A~35A 급의 esc를 선택하면 3s~4s 배터리를 사용하는데 문제가 없습니다. Esc가 플라잇 콘트롤러와 주고받는 프로토콜이 몇 가지 종류가 있는데 구매시 최신 프로토콜인 dshot을 지원하는지 알아보고 구매하시는 것이 좋습니다. Esc의 역할로 본다면 모터 한개당 플라잇 콘트롤러 하나씩이 필요합니다. 각각의 모터랑 플라잇 콘트롤러간의 통역자 역할을 하는 esc가 총 4개가 필요합니다. 이 경우에 보통 드론의 팔 중간쯤에 esc를 고정하게 됩니다. 그런데 esc의 개당 무게가 그리 크진 않지만 드론 본체 중심에서 다소 떨어진 팔 중간에 붙이면 드론의 roll 또는 pitch의 회전 관성이 커지므로 샤프한 조종에 불리해집니다. 그래서 esc를 드론의 팔쪽이 아닌 몸통 쪽에 배치하는 방법도 나왔었는데, 네개씩이나 되는 유닛을 몸통쪽으로 우겨 넣는 일이 쉽지만은 않습니다. 그래서 최근에는 4 in 1 esc가 많이 나오고 있습니다. 30.5mm x 30.5mm 사이즈의 보드에 네 개의 esc를 집적하여 만든 것입니다. 드론의 몸체 중심에 esc의 중량을 모아 넣게 되므로 회전 관성이 줄어들어 샤프한 기동에 유리해집니다. 4 in 1 esc가 많이 나오게 된 것은 최근 210mm, 180mm, 150mm 등의 프레임도 많이 나오면서 종래의 개별 esc로는 팔쪽에 붙이기가 쉽지 않게 된 탓도 있다고 생각됩니다.
드론을 구성하는 각 구성요소의 종류를 알아보고 각 요소의 역할에 대해 알아보도록 하겠습니다. 직접 드론을 제작하고 비행하고 싶다면 각 구성요소를 알고 이해하는 것이 중요하겠습니다. 각각의 부품들은 eBay나 Aliexpress 등에서 쉽게 구매할 수 있습니다. 결제는 금방 되지만 배송은 평균 2주 이상입니다. 자신의 스타일대로 드론을 구성하고 만들어 보고 성능을 개선하고 튜닝하는 일 역시 비행만큼이나 즐거운 일입니다.
1. 프레임(frame)
드론의 뼈대가 되는 부분입니다. 모터를 비롯한 송수신 장치와 flight controller를 장착하기 위한 바탕이 됩니다. 가장 많이 쓰이는 것이 carbon fiber frame이고 glass fiber 소재를 사용한 frame도 있습니다. 물론 플라스틱이나 알루미늄 재질의 프레임도 있지만 소재의 강성이나 무게를 고려할 때 carbon fiber가 가장 많이 쓰이고 있습니다.
구글 이미지에서 quadcopter frame으로 검색한 결과
구글에서 quadcopter frame으로 검색해 보시면 위와 같은 여러 종류의 frame을 볼 수 있습니다. 흔히들 frame의 size를 얘기할 때 450mm, 250mm, 210mm, 180mm 등의 수치로 얘기하는데 서로 대각선 상에 있는 두개의 모터 축간의 거리를 수치로 나타낸 값들입니다. 숫자가 클 수록 크기가 큰 프레임입니다. 250mm가 가장 많이 쓰이고 있고, 210mm의 frame도 상당히 인기가 높습니다. 제작의 편의성이나 액션캠 등을 달아 고화질의 영상까지 녹화할 생각이라면 250mm 또는 210mm frame을 생각하시는 것이 좋습니다. 브랜드 있고 정밀하게 제작된 frame의 경우는 10만원을 훌쩍 넘기기도 하지만 중국산 clone frame의 경우는 5만원 이하의 가격으로 만나보실 수 있습니다. 품질의 차이가 매우 크냐고 물어보신다면 크게 차이가 나진 않습니다. 명품 가방과 무난히 들고 다니는 가방의 차이라고나 할까요? 마감이나 내구성 등이 차이가 분명 있지만 초보자는 잘 못 느낄 수도 있습니다.
2. 플라잇 콘트롤러(flight controller)
플라잇 콘트롤러는 드론의 기울어진 방향과 정도를 측정하는 gyro sensor, 얼마나 빨리 가속되고 있는지를 측정하는 acceloremeter sensor, 고도를 측정하기 위한 barometer sensor, 동서남북 어느 방향으로 향해 있는지 측정하는 compass sensor 등의 sensor류와 RC 신호를 처리하여 motor를 제어하기 위한 연산을 수행하고, sensor에서 수집된 정보를 처리하는 MPU chip이 탑재된 integrated board입니다. Flight controller의 MPU의 진화에 따라 F1, F2, F3, F4, ... 등등의 이름으로 플라잇 콘트롤러의 이름이 붙여졌습니다. 지금은 F7까지 나온 것으로 알고 있는데, 현재 가장 많이 쓰이고 있는 것은 F3 version의 flight controller입니다. 플라잇 콘트롤러 보드에는 GPS antenna, RC receiver에서 수신된 조종신호를 읽어들이기 위한 port 들이 준비되어 있습니다.
우선 FPV에 대해서 알아보겠습니다. FPV는 first point view의 약자입니다. 일인칭 시점이란 뜻이지요. 드론을 조종할 때 일인칭 시점으로 조종을 한다면 그것을 fpv 드론, fpv 비행 등으로 부릅니다. 일인칭으로 조종한다는 것은 마치 내가 드론에 타고 있는듯 드론 앞에 펼쳐진 환경을 보고 조종을 하는 것입니다. 지상에서 고개를 들어 날라다니는 드론을 보며 조종을 하는 것은 LOS라고 합니다. Line of sight 의 약자입니다. 이전 포스팅에서 추천해드린 초급용 드론은 모두 los 비행을 하는 드론들입니다.
LOS와 FPV의 비교
FPV 비행의 장점을 몇가지 말씀드리면, 드론이 어느 방향을 보고있는지를 명확히 알 수 있기 때문에 드론이 지상의 시야에서 사라지더라도 조종이 가능합니다. LOS의 경우 조종하다 방향성이 헤깔리는 순간 의도하지 않은 방향으로 조종하게 되고 추락으로 가는 헬게이트가 열립니다. 마치 내가 드론에 탄 것 같은 기분이 들어 더 짜릿한 기분을 맛볼 수 있습니다. LOS보다 먼거리를 비행해 볼 수 있습니다. 물론 단점도 있는데요. 착륙이 조금 어렵습니다. 드론의 앞쪽만 시야에 들어오기 때문에 시각 정보의 제한이 있습니다. 이러한 단점들에도 불구하고 fpv를 시작해서 맛들이면 los로는 못돌아간다라고 말할 수 있을 정도로 비행의 즐거움이 큽니다.
드론의 경우 주로 레이스 드론에서 fpv를 사용합니다. 장애물을 통과하고 포스트를 돌기위해선 los보단 fpv가 더 적합하기 때문입니다. 드론 레이스 외에 곡예비행을 즐기는 freestyle 드론의 경우도 fpv를 사용합니다. Freestyle 드론이란 레이스 드론의 고스피드, 고출력을 이용해서 지형과 지물을 이용한 곡예비행을 하는 것입니다. 레이스용 드론과 프리스타일용 드론은 크게 차이가 없는데 나중에 따로 포스팅을 하도록 하겠습니다.
5년간의 드론 취미를 정리하는 의미에서 지금까지의 저의 경험을 바탕으로 드론 입문자들을 위한 포스팅을 남겨볼까합니다. 지금까지 여러 종류의 드론을 구매하고, 만들고, 날려보고 하면서 굳이 사지 않아도 되었을 드론, 장비, 부품들에 대한 후회가 있습니다. 그리고 혼자 개인의 취미로 시작한 거라서 물어볼 사람도 없어서 삽질했던 시간도 부지기수입니다. 따라서, 돌아가는 길 없이 즐겁고 안전하게 드론을 구매, 제작, 비행하기 위한 초보자들에게 꼭 필요한 내용들을 정리해 보겠습니다.
드론(drone)이란 무엇인가?
드론이란 UAV(Unmanned Aerial Vehicle, 무인항공기)의 다른말입니다. 사람이 탑승하지 않는 원격조종 또는 자동조종 항공기를 통칭합니다. 그러나 우리나라에 드론이 알려질 때는 여러 종류의 드론 중에서도 프로펠러가 4개 달린 quadcopter가 주로 알려졌기 때문에 보통 드론이라 함은 quadcopter를 일컫는 말이 되었습니다.
위 사진은 DJI사의 Phantom 4 drone입니다. 일반적으로 떠올리는 드론에 대한 이미지가 될텐데요. DJI사가 대중적인 상품으로 히트시킨 Phantom 시리즈 중의 하나입니다. 발전된 기술과 적절한 가격으로 quadcopter가 상당히 대중적인 취미활동으로 자리잡게 된 주역이라고 할 수 있습니다. 드론은 항공 촬영, 군사용 등의 목적으로 개발이 많이 되었으나 이제는 일반인들도 하나의 취미활동이 되었습니다. 원격으로 조종하는 드론에는 quadcopter 이외에도 RC 비행기, RC 헬리콥터 등이 꽤 오랜 역사를 가지고 존재했었는데, 유독 quadcopter의 인기가 높아진 이유는 RC 비행기 처럼 이착륙에 필요한 넓은 공간이 없어도 날릴 수가 있고 RC 비행기나 헬리콥터에 비해 조종이 비교적 쉽기 때문이라고 생각합니다. 이후로 드론이라 함은 quadcopter랑 같은 말로 사용을 하여 혼선을 피하도록 하겠습니다.
입문용 드론 추천
인터넷 오픈마켓이나 심지어는 마트에도 저렴한 가격에 드론을 체험해 볼 수 있는 제품이 많습니다. 크기도 작아서 집안에서도 날릴 수 있는 5만원 이하의 제품이 주로 포진되어 있습니다. 요 정도 관심 단계에서는 SYMA X5C 정도를 추천합니다. 3만원 중반 정도의 가격이라 입문자가 부담이 없이 접할 수 있는 가격입니다. 드론 조종은 이렇게 하는 것이구나 정도를 체험해 볼 수 있습니다. 두 개의 스틱으로 기체를 어떻게 움직일 수 있는지 이해하고 익숙해지는데 적당합니다. HD화질의 카메라가 달려있어서 사진을 찍거나 영상을 촬영할 수 있는데 지상의 조종자가 실시간으로 보지는 못합니다. 조종거리는 약 100m 정도라고 합니다.
한 4년 전 쯤에 SYMA사의 드론을 사서 날려본 적이 있는데 품질이나 비행능력 등에서 초보자들이 사용하기에는 적당한 스펙의 드론이었던 것으로 기억합니다. 그때는 무려 19만원이었는데 이것도 비슷한 스펙으로 4분의 1 가격으로 떨어졌습니다. 조종기와 기체가 모두 포함된 세트이고 배터리나 프로펠러 정도만 추가로 구매해서 유지보수할 수 있습니다. 그러나 바람부는 날 실외에서 날리기에는 기체가 가볍고 출력이 약해서 바람이 드론을 조종하게 될 수 있으니 주의해야 합니다. 그리고 집안에서만 좀 날려보고 싶다라고 생각하는 분들은 SYMA X12S 정도를 추천합니다. 손바닥 만한 사이즈입니다. 한가지 주의할 점은 오히려 손바닥 사이즈의 작은 드론이 조종하기에는 더 어렵습니다. 드론의 무게대비 출력의 비율이 커서 조종간을 조금만 움직여도 빨리 움직여버리기 때문에 꽤 많은 연습이 필요할 수도 있습니다. 이 정도의 입문단계에서는 내가 드론 조종을 조금 해봤다 정도의 기분을 느낄 수 있는 단계입니다. 조종이 어느정도 익숙해지고 이제 이 드론들은 좀 무료한 장난감이 될 것입니다.
이상으로 초보자용 드론에 대해 알아보았습니다. 둘 중의 하나를 열심히 가지고 놀다가 이제 다음 단계의 드론을 한번 시작해 보고 싶을 때가 올 것입니다. 조종도 어느 정도 익숙해지고 배터리 하나를 한 번도 추락시키지 않고 소진할 정도의 실력이 될 때가 바로 그때입니다. 다음 포스팅에서는 중급자용 드론에 대해 알아보겠습니다. 초급, 중급, 고급 등의 분류기준은 순전히 저의 개인적인 주관에 따라 분류한 것임을 알려드리고, 표준화된 분류기준이 있는 것은 아닙니다.
최근에 만들었던 드론에 대한 제작 후기를 쓰려고 합니다. 아래 사진에 보이는 녀석입니다. 210mm frame을 사용했습니다. Lumenier사의 QAV210 frame이랑 똑같이 생긴 복제품입니다. 모양은 똑같은 거 같은데 재질의 차이가 있는지는 잘 모르겠습니다. 제작기간은 2일 정도 소요가 되었습니다. 250mm frame은 조금 크다고 느껴지는데, 210mm 사이즈는 개인적으로 적당하다는 생각입니다. 5인치 프로펠러까지 장착이 가능합니다. 제가 드론 제작을 시작했던 3년 전 대비 드론 부품 업계에도 많은 발전이 있었습니다. 최근 어느정도 완성되고 인정 받는 부품들로 한 번 제작을 해보았습니다.
카메라는 요즘 유명한 Runcam사의 Owl Plus란 제품을 사용했습니다. 화각이 150도라서 드론 앞의 전경을 시원하게 보여줍니다. 5V~22V까지의 입력전압을 가지고 있습니다. 한가지 팁을 드리자면 입력전압이 어떤 range를 가지고 있으면 중간 정도의 값으로 입력 전압을 주는 것이 좋습니다. 배터리 충전상태 및 비행상태에 따라 전압이라고 하는 것은 오르락 내리락 하기 때문에 중간 정도의 전압으로 입력을 해주어야 안정적인 작동을 기대할 수 있습니다. 따라서 12V로 camera의 전원을 사용했습니다. 이름이 올빼미인 것에서 알 수 있듯이 어두운 곳에서 잘 보일 것 같습니다. 매뉴얼을 보다보니 적외선 대역을 증폭시켜 주는 기능이 있더군요. 박스안에 동봉된 OSD controller를 이용하여 camera 설정을 바꿔 야간에 조금 더 잘 보이게 해줄 수 있습니다. 아직 테스트는 해보지 않았습니다.
Video transmitter용 antenna는 TBS triumph antenna를 사용했습니다. 수신율이 상당히 좋은 안테나입니다. 최근들어 워낙 유명해져서 왠만하면 다 이것으로 쓰는 경향이 있는 것 같습니다. 무엇보다 좋은 것은 안테나를 감싸고 있는 플라스틱 커버로 인해 안테나가 손상되는 것을 막아줍니다. 내구성이 아주 끝내줍니다.
노브랜드 혹은 거의 브랜드 가치가 없는 brushless 모터만 사용하다가 EMAX 2205-2600KV 모터를 사용했습니다. 근처 하비샵에서 꽤나 거액을 들여 4개를 구매했었는데 이제서야 사용을 하네요. Aliexpress나 eBay 등을 통하면 더 싼 가격에 구매가 가능합니다. Motor cap는 원래 들어있던 너트를 쓰지 않고 종모양의 cap을 썼습니다. 특별한 툴 없이 탈거가 편해서 주로 저것을 씁니다. CW/CCW가 구분되어 나사산의 방향이 달라서 self-tightening이 가능합니다. 힘주어 조일 필요없이 대충 돌려놓으면 프로펠러가 회전할 수록 더 강하게 조여집니다. 항간의 모터들은 나사산의 방향을 한 종류로만 하는 모델들도 있는데 그런 경우는 스패너나 드라이버로 세게 조여줘야 비행중 프로펠러가 날라가 버리지 않습니다.
프로펠러는 5030에 날개 3개짜리 프로펠러를 썼습니다. 오래전 묶음으로 대량 구매했던 것입니다. 내구성이 좋진 않지만 부러지거나 깨지면 가벼운 마음으로 교체할 수 있는 모델입니다. 저는 개인적으로 5030을 선호하는데 throttle control에 용이하기 때문입니다. Blade 각도가 높게 선 5040이나 5045는 throttle stick을 조금만 움직여도 훽훽 올라갔다 내려갔다 하기 때문에 조종이 약간 어렵습니다.
RC receivers는 Futaba 조종기용 FM800 pro version을 썼습니다. FM800 pro version과 original version의 차이는 안테나를 교체 가능하도록 똑딱이 단추처럼 접합하느냐 아니면 그냥 soldering 되어 있느냐의 차이입니다. Original version은 긴 안테나도 아니고 그냥 3.125cm의 선 두개만 달랑 접합되어 있죠. 기체 위쪽으로 안테나를 높게 뽑아두기 위해서는 FM800 pro를 구매하는 것이 좋습니다.
Flight controller는 SP racing F3 deluxe입니다. Clone 제품이라 2만원 정도에 구입할 수 있고 deluxe판은 compass랑 barometer가 내장되어 있습니다. F4 및 F7 flight controller도 시중에 나와 있지만 아직까지는 안정성을 보여주는 F3 flight controller를 많이 쓰는 것 같습니다.
드라이버가 가르키는 것이 마이크입니다. 드론 조종시에 영상 뿐만 아니라 드론 주변의 소리까지 고글을 통해 전송 받으려고 장착했습니다. 드론 조종시에 영상 이외에 소리라는 또 하나의 감각을 사용할 수 있는 것이죠. 모터 돌아가는 소리가 주로 전달될텐데 모터 소리를 통해 기체에 이상이 있는지 등을 실시간으로 확인할 수 있습니다.
Video transmitter는 저가형 Readytosky 600mw 48CH mini를 사용했습니다. Readytosky는 중저가형 부품을 많이 내어놓는 회사입니다. 가지고 있는 것중에 크기와 무게가 작고 audio까지 전송이 가능한 것이 저것 뿐이라서 사용을 했습니다.
전원단자는 XT60 단자를 사용했습니다. 지금까지는 T plug를 주로 사용했었는데요. 이유인 즉슨 맨처음 드론 제작을 시작할 때 저가형 조립 kit를 사서 조립했는데, 그때 들어있던 전원단자가 T plug 였습니다. T plug에 맞춰서 Lipo battery들을 구매했으니 다음 드론을 만들어도 기존 배터리를 그냥 사용하고자 T plug로만 계속 만들었던 것이죠. 그런데, T plug는 잘 끼워지지도 않고 끼워진 플러그를 다시 뺄 때도 쏙 빠지지가 않습니다. 늘 불편하다고 생각했었는데, 배터리 connector를 모두 XT60로 바꾸는 귀찮음을 감수하고 XT60로 정했습니다.
ESC는 저가형 노브랜드 20A opto ESC입니다. Opto라고 되어 있는 ESC들은 시그널 와이어랑 그라운드 와이어만 flight controller로 연결됩니다. 즉 예전에는 ESC에서 flight controller에 전원을 공급하는 경우가 많았는데, ESC에서 flight controller로 전원을 공급할 경우 ESC에 capacitor가 들어가고 전압을 강하하는 모듈이 들어가서 부피와 무게가 커집니다. 게다가 노이즈 문제도 있고 esc가 불타버릴 때 flight controller도 attack을 주는 경우가 있어서 요즘은 flight controller는 power distribution board를 통해 따로 받습니다. 최신 프로토콜인 DSHOT을 쓸 수 있는 ESC를 쓰고 싶었지만 그것은 다음 build를 위해 남겨두고(게다가 30A 용이라 크기도 큰지라) 저렴한 놈으로 장착하고 Oneshot125 프로토콜을 사용하기로 했습니다. 모터 선을 esc로 바로 연결하느라 esc 껍데기를 모두 벗겨내고 모터를 땜질 후 파란색 수축 튜브로 다시 감싸준 것입니다.
Flight controller 아래에 드라이버가 가리키는 것이 PDB(Power distribution board)입니다. 5V용 12V용 전원을 제공합니다. 4S 14.8V 배터리를 연결해도 5V와 12V로 알아서 바꿔주는 전원 단자들이 있다는 것이죠. 12V 단자의 경우는 만일 3S 11.1V 배터리를 쓰면 배터리 전압과 같이 따라서 떨어집니다. 즉 완충된 배터리 12.6V가 연결되면 12V를 내지만, 배터리가 방전되면서 11V로 떨어지면 12V 단자는 11V를 낸다는 뜻입니다. 4S 배터리를 사용하면 12V 단자가 안정적으로 12V로 작동됩니다. 특히 camera 및 VTX용 전원 단자가 따로 준비되어 있는데 noise filter가 달려 있어서 ESC에서 발생하는 noise로 인해 전송되는 영상의 품질이 떨어지는 것을 방지해줍니다.
아래 사진에서 드라이버가 가리키는 검은색 수축튜브에 둘러싸인 것이 minim micro OSD module입니다. 요즘에는 플콘에 OSD가 내장된 것들도 많이 나오는데, 장착된 flight controller에는 OSD가 내장되어 있지 않아서 따로 wiring해서 장착한 것입니다. 선들도 많아지고 OSD 설정하느라 상당히 번거로웠습니다. 다음에는 꼭 OSD가 내장된 flight controller를 써야겠다고 다짐했습니다. 요즘에는 심지어 flight controller, OSD, PDB, VTX까지 같이 하나로 만든 것들도 나오고 있습니다.
전면부의 모습입니다. 이 프레임이 3cm 폭을 가진 camera에 특화되어 있는 frame이라 앞쪽으로 camera 렌즈부만 쏙 돌출되게 하고 옆면도 카본 파이버 플레이트로 딱 cover 해주는 형태라서 완벽한 fitting을 자랑합니다.
원래는 배터리를 등에 얹어주려고 했는데 무게중심이 위로 올라가면서 propwash가 심해져서 아래에 달기로 했습니다. Propwash가 조금은 개선이 되었지만 여전히 좀 있어서 PID 세팅은 좀 바꿔주어야 할 것 같습니다. EVA 재질의 테입을 바닥에 붙여서 배터리가 미끄러지는 것을 방지하였고 high grip 배터리 스트랩을 써서 단단히 고정할 수 있게 했습니다. 실제 시험비행에서 두어번 추락했는데 배터리가 날라가 버리는 일은 없이 드론에 잘 장착되어 있었습니다.
안테나는 상부에 케이블 타이에 수축튜브로 마감했습니다. 한가지 팁을 드리면 수축 튜브로 한 번 씌우고 다시 한 번 수축 튜브를 끼워서 한 겹 더 만들어주면 튼튼한 안테나 pole이 됩니다.
이상으로 제작과정은 모두 생략하고 제작하고 나서 후기만 간단히 적어보았습니다. 다음 포스팅부터는 제작기를 또 써볼까합니다. 단계별로 차근차근 기초부터 설명하고 저도 대충 알고 넘어갔던 것들도 찾아서 공부해서 덧붙이면서 쓸 것입니다.
재미삼아 위 드론에 사용된 부품들의 견적을 한 번 내어 보겠습니다. 제가 구매했던 부품가격 말고 현재 온라인에서 제일 싸게 구입할 수 있는 가격으로 한 번 정리해 보겠습니다. 물론 배송료도 포함된 가격입니다.
QAV210 clone frame: $12.42
Readytosky AV transmitter: $8.85
Runcam Owl Plus camera: $44.99
FM800 pro RC receiver: $23.39
EMAX 2600KV brushless motor * 4: $45.99
SP racing F3 deluxe flight controller: $17.99
Matek PDB: $5.74
Minim micro OSD: $6.35
5030 propeller * 4: $1.69
Motor cap *4: $5.39
Battery strap 5개 set: $5.57$
Battery mat: $1.29
XT60 connector with wire: $2.34
사용된 wiring용 전선들과 수축튜브 및 cable tie는 제외하고 모든 부품의 가격을 적어보았습니다. Set로 살 수 밖에 없는 것들은 set 가격을 적었습니다. 모두 합산해 보면 $182로 딱 떨어지네요. 1150원 환율을 적용하면 209,300원입니다. 21만원짜리 드론입니다. 물론 제 공임까지 더한다면 얼마나 될까요? 보통 helipal에서 조립비로 6만원 정도를 책정하는 거 같은데, 전 전문가는 아니니 4만원 정도라고 친다면 25만원짜리 드론이 되겠습니다. 물론 조종기는 따로 구매해야겠지요. 후타바 조종기는 비싸니까 FrSky의 보급형 조종기를 쓴다면 한 13만원할테고(물론 RC receiver도 FrSky용으로 바꿔야겠죠, FrSky용 receiver는 2~3달러 더 쌉니다.) 그러면 한 38만원 정도 하겠습니다. 아참, 그리고 고글이 있어야 하니 저가형 박스 고글을 쓴다면 5만원 정도 더하면 43만원이면 full set를 갖출 수 있겠습니다. 물론 나중에는 장비병에 걸려 이것 저것 더 좋은 것으로 사게 되긴 하겠습니다. 아 그리고 lipo 배터리와 충전기도 있으니 한 4만원 추가하면 47만원에 진짜 full set를 갖출 수 있겠군요. 물론 용돈을 받아쓰는 청소년들은 시작하기 어려운 취미일 수도 있겠지만, 아재들이 시작하기에는 그렇게 돈이 많이 들지 않는 취미라고 보입니다. 낙시대, 골프채, DSLR, 뭐 이런 것들을 생각하면 상대적으로 싸다는 이야기죠.
자, 이상으로 제작 후기를 남겨보았는데요. 역시나 시험비행은 안해볼 수 없겠죠? 영상 마지막은 추락으로 마무리됩니다. Battery voltage를 과신하다가 급기동 후 갑자기 떨어진 전압에 놀라 최소한의 피해로 추락시키려고 노력했습니다. 프로펠러 세 개만 부러졌고 별 다른 피해는 없었습니다.
Moby-X4와 1300mah 3s 배터리 3개, Fatshark HD3 goggle, FrSky Taranis 9XD+와 함께 신정교 아래로 나가봅니다.
사람이 다니지 않은 저 평지가 좋겠군요. 다리를 건너다가 찍어봤습니다.
도착해서 보니 꽤나 넓습니다. 그러나 FPV quad를 날리려면 저처럼 특히 초보의 경우에는 적어도 축구장 만한 크기의 평지는 있어야 마음의 여유를 갖고 날려볼 수 있습니다. 그에는 미치지 못하지만, 사람이 안다니는 곳이고 추락해도 쉽게 찾을 수 있으니 이보다 좋을 수 없습니다.
Moby-X4를 꺼내놓고 준비를 합니다.
요건 설정입니다.
한 번도 추락시키지 않고 3번의 비행을 모두 성공했습니다. ACRO mode 두번째 비행치곤 꽤 성공적이라 자평합니다. 시뮬레이터를 가지고 연습을 한게 빛을 발했습니다. 두번째 비행 footage를 감상해 보겠습니다. Moby-X4는 액션캠을 달고 날만큼 큰녀석이 아니라 goggle의 DVR 영상을 가지고 편집한 것입니다.
Helipal.com의 4인치 propeller quadcopter 시리즈 중의 하나인 Moby-X4에 대해 알아보겠습니다. 3S(11.1V) 1300mah 배터리까지 장착해서 달아보니 약 240g입니다. 일반적으로 많이 사용하는 5인치 propeller를 사용하는 quad가 고프로까지 얹어서 보통 800g 정도 하는 거에 비하면 매우 가볍습니다.
최신 스마트폰인 갤노트8이 195g 정도라고 하니 스마트폰보다 45g 정도 더 무거울 뿐입니다.
배터리를 제외하면 146g 정도입니다. 왠만한 스마트폰 무게 정도가 된다는 것이지요. 어디든 가져가기에 부담없는 무게입니다.
전체적인 모습입니다. 4mm 두께의 carbon fiber 프레임으로 강성이 어마무시합니다. 게다가 팔이 얇아서 공기저항을 감소해주니 역시 레이싱 시리즈임을 상기시켜줍니다.
BTF(bind to fly, RC transmitter에 binding만 하면 날릴 수 있는 상태) 모델로 구입을 했고 FrSky의 XSR receiver를 option으로 선택했습니다. 노란색 antenna pole은 제가 shrink tube를 덧씌워 입힌 것입니다. 뭐 그냥 부질없는 꾸미기입니다.
측면을 보면 최하단부에 4 in 1 esc가 있고 그 위로 flight controller, RC receiver, 그리고 윗 프레임에 GTX226 VTX가 달려있습니다. 오밀조밀하게 잘 집어넣었습니다. 공간을 아주 알뜰살뜰하게 살렸네요. 게다가 납땜을 보니 역시 전문가의 손길이 느껴집니다.
프로펠러는 HQ 4040입니다. 앞자리 숫자 40은 4인치(총 길이) propeller임을 뜻하고 뒷자리의 40은 블레이드의 pitch인데 숫자가 클 수록 블레이드의 경사각이 큽니다. 예를 들어 5030 propeller은 5인치 길이에 pitch가 3 인치란 뜻입니다. 프로펠러 길이와 pitch가 크면 클수록 단위회전당 공기를 밀어내는 힘이 커서 폭발적인 기동이 가능합니다. 그러나 모터에 무리가 가고 조종간을 조금만 움직여도 휙휙 바뀌므로 조종은 어려워집니다.
Motor는 CW와 CCW가 따로 구분 없이 너트를 시계방향으로 돌리면 조여지는 방식입니다. 보통은 시계방향(CW, Clock Wise)으로 돌아가는 모터는 너트를 시계반대방향으로 돌려야 조여지고, CCW로 돌아가는 모터는 너트를 시계방향으로 돌려야 조여지는 방식을 씁니다. 그래야 모터가 회전하면서 절대 너트가 풀리지 않게끔 됩니다. 그러나 Moby-X4에 채용된 모터는 그 구분이 없는 모터라서 너트를 무식하게 잘 조여주어야만 비행중에 프로펠러가 빠져버리는 일을 방지할 수 있습니다. 너트를 조일 수 있는 묵직한 드라이버가 서비스로 들어가 있었습니다.
카메라는 RunCam swift가 장착되어 있습니다. 최신 CCD 장착으로 광량이 부족한 곳에서도 잘 보인다고 합니다. 150도의 시야각으로 quad 앞쪽의 사물과 배경을 잘 볼 수 있습니다.
Video transmitter는 GTX226이라는 모델인데, 25mW, 200mW, 600mW 세가지로 출력을 조절할 수 있고, 40개의 channel을 선택할 수 있습니다. Audio 신호 전송이 안되어서 그게 좀 아쉽긴 합니다. FPV 조종을 하다보면 throttle을 쫙 올릴때 모터가 자지러지게 울어재끼는 소리도 들려야 맛이 사는데 그게 안되서 아쉽네요. 스포츠카를 탔는데 엔진소리는 안들리는 경우랑 비슷합니다.
후면부에는 LED strip과 buzzer가 달려있습니다. LED setting이 조금 신기하게 되어 있는데, throttle을 올림에 따라 LED 색깔이 변합니다. 배터리가 부족할 땐 빨간색으로 점멸되고, binding 되었을때와 아닐 때 색깔도 달라져서 quad의 상태를 LED로 확인할 수 있습니다.
Motor는 Storm M1306 2100KV 모터입니다. 1306이란 13은 직경, 06은 높이를 나타내고 2100KV라는 것은 프로펠러를 장착하지 않은 상태에서 1 volt당 분당 2100번을 회전한다는 뜻입니다. 12V가 가해지면 25200 RPM으로 회전합니다. 프레임으로 구현한 motor 가드가 인상적입니다. 추락시 모터에 힘이 가해지지 않고 삐죽하게 나온 프레임이 충격을 받도록 해둔 것입니다.
Propeller에 새겨진 4X4는 4040 프로펠러란 뜻입니다. 프로펠러가 단단한 재질인데 프로펠러가 단단하면 반응력이 좋고 말랑말랑하면 칼같이 반응하진 않으나 잘 부러지지 않는 장점이 있습니다.
ESC에 납땜된 motor line을 찍어봤습니다. 밝게 빛나고 이슬처럼 맺힌 납을 보니 납땜에 꽤나 숙련된 사람이 한 것임에 틀림없군요.
OSD는 simple 하게 voltage, 비행모드, 비행시간만 딱 표시되게 해놨더군요. 물론 Betaflight configurator를 이용해서 필요한 정보를 더 얹을 수 있는데, 화면만 지저분해집니다. 개인적으로는 저 세가지가 딱 필요한 정보입니다.
배터리 connector는 XT30입니다. XT30단자의 lipo battery가 없어서 11.1v 1300mah lipo battery 세 개를 XT30 단자로 교체했습니다.
카메라 양쪽의 post는 거칠거칠한 무늬를 넣어서 잡고 볼트를 조이기 쉽습니다.
무엇보다 마음에 드는 것은 camera angle을 조정할 수 있는 것입니다. 속도있게 잘 날리는 사람들은 저 카메라 각도가 기본 45도 이상이지만 전 살며시 낮춰두었습니다.
이상으로 대략적인 review를 마쳤습니다. 가벼운 기체에 충분한 모터 파워, 안정적인 비행성능 모든 것이 다 맘에 듭니다. 흠결을 찾을 수가 없을 정도의 명작이네요. 연습기로 사용하기 위해 구매를 한 것인데, 틈틈히 연습해서 빨리 이 장비병을 벗어나야겠습니다. 카메라 촬영 실력이 늘지 않을 때 이 카메라, 저 카메라, 이 렌즈, 저 렌즈 사게 되듯이 드론도 장비병이 만만치 않습니다.
