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지난 시간에 ELF88 micro fpv quad에 대해서 살펴보고 OSD도 설치하고 flight controller의 진동도 잡았더랬습니다. 모두 마음에 드는데 역시 모터의 성능이 아주 구립니다. 4000KV 모터로는 그냥 날 수 있구나 정도의 느낌 밖에 주지 못합니다. 그래서 7800KV의 모터로 교체하는 작업을 해보려고 합니다.
수술대에 올려진 ELF88입니다.
교체할 Kingkong 1103-7800KV 모터 네 개입니다. 4개 한 세트로 배송비 포함 28$ 정도에 구매했습니다.
우선 propeller를 모두 제거해 줍니다. 프레임도 분해하고, ESC, flight controller 등도 모두 분해해서 작업하면 깔끔하게 작업을 할 수 있겠지만, 다시 조립하기가 귀찮습니다. ESC에서 모터로 연결되는 단자들이 양 쪽으로 돌출되어 있어서 프레임을 분해하지 않고 모터를 교체하려고 합니다.
모터 한 개 부터 납을 녹여서 떼어냈습니다.
또 하나의 녀석도 분리해냅니다.
그리고 모두 분리했습니다.
모터의 mount bolt를 풀어서 모터를 모두 제거합니다.
ESC 단자에 손실된 땜납을 송글송글 맺히도록 보충해줍니다.
교체할 motor의 선들도 땜납을 치덕치덕 발라줍니다.
그리고 ESC 단자에 모두 연결합니다. ESC board의 단자 순서대로 motor의 세 개 선을 순서대로 이어주면 모터가 시계방향으로 돌아가고, 세 개의 선 중 아무거나 두 개를 교차하여 이어주면 시계 반대방향으로 모터가 돌아갑니다. 간혹 안그런 경우도 있기 때문에 연결 후 돌아야 하는 방향대로 돌아가는지 확인해 주는 것이 좋습니다.
Brushless motor를 사용한 fpv micro quad인 ELF88에 대해서 알아보겠습니다. 이름에서 알 수 있듯이 88mm frame을 사용했습니다. ELF란 이름 그대로 요정같이 깜찍깜찍합니다. 사진 뒤로 보이는 것은 kingkong 1103-7800KV motor set이고, 지난번 공원에서 날리다가 모터가 박살난 brushed fpv micro quad의 모습도 같이 찍혔습니다.
특히나 이녀석이 배송오길 기다리고 있었던 이유는 OSD를 지원하는 mini F3 omnibus fligt controller를 사용했기 때문입니다. OSD라고 하는 것은 on screen display라고 하는데, fpv 화면에 비행 관련 정보를 overlap해서 같이 띄워주는 것을 말합니다.
말로 설명하는 것보다 직접 보는 것이 낫겠습니다. 배터리 잔량, GPS 좌표, 비행방향, 온도, 비행시간, 수평계 등등의 정보를 제공합니다. 마치 전투기 cockpit에 앉아서 비행을 하는 느낌을 줍니다.
자, 그래서 ELF88을 조종하면서 저런 화면을 고글로 볼 수 있다는 기대감이 넘쳐났던 것이지요. 그래서 박스를 개봉하자마자 배터리를 연결하고 비디오 수신기의 영상을 확인해 보았습니다.
어라? 이게 어찌된 일인가요? 그 이유는 글 후반부에 다시 설명 드리겠습니다. 그래서 Aliexpress에 접속해서 item description을 다시 확인해 보았는데 역시나 OSD를 지원하는 녀석이 맞았습니다. 그래서 분해를 해보니 flight controller가 OSD를 지원하는 것은 맞는데 배선 작업이 되어 있지 않았습니다. 그것도 그럴것이 camera와 vtx가 하나의 모듈로 구성되어 있는 것을 썼기 때문에 camera의 video 신호를 가로채서 OSD 정보를 얹어 다시 vtx로 전해주는 배선작업이 불가능 했던 것입니다. Flight controller가 OSD를 지원하기는 하지만 ELF88 제품에는 구현이 되어 있지는 않은 것입니다.
해당 camera+vtx 모듈은 요즘 소형 quad에 fpv용으로 흔히 쓰는 것입니다. 아래 사진처럼 생긴 것입니다. ELF88에 쓰인 것과 정확히 일치하지는 않지만 설명을 위해 사진을 퍼왔습니다. 카메라 layer가 있고 다음 layer가 vtx입니다. vtx layer에는 전원선과 5.8GHz 클로버 안테나가 달려 있습니다.
구조상 vtx에서 전원을 camera로 제공하고 video 신호를 받는 것을 층간에 연결된 pin으로 처리하기 때문에 video 신호를 가로챌 수가 없습니다. OSD를 사용하기 위해서는 camera의 영상신호가 flight controller의 OSD 단자를 거쳐 다시 vtx로 전달이 되어야 합니다. 그래서 개조를 해보기로 했습니다.
위 사진의 빨간색 동그라미 안에 있는 세 개의 pin이 vtx와 camera를 연결해 주는 pin입니다. 반대편에 또 세 개의 pin이 있습니다. 총 6개의 pin으로 두 개의 layer가 연결되어 있습니다. 여섯개 중에서 두개는 +5V 전원을 camera로 공급하기 위한 단자이고, 하나는 video signal, 그리고 나머지 세개는 단지 두 개 layer를 지지해 주는 역할을 위해 연결된 것입니다. +5V 전원을 찾아내는 것은 배터리를 연결해 놓고 멀티미터로 찍어보면 전원 공급 단자가 어느 것인지 확인할 수 있었습니다. 문제는 video signal을 전달하는 단자가 무엇이냐 인데요. 한쪽에 있는 세개의 단자 중 양끝에 있는 것들이 전원 공급 역할을 한다는 것을 알아냈습니다. 그래서 그 가운데 있는 것이 video signal이겠거니 하고 우선 단락을 시키기로 했습니다. 가운데 pin을 어떻게 제거할까 하다가 아래 사진 처럼 표쪽한 줄로 구멍을 뚫어 갈아내기로 했습니다. 약 30분에 걸쳐 갈아내니 단락이 되었습니다.
배터리를 연결하고 video 신호를 확인해 봤습니다. 만일 비디오 선이 단락이 된 것이라면 비디오 수신기를 통한 LCD 모니터에서는 그냥 검은색 화면만 보여야 합니다. 그러나 멀쩡히 signal이 들어오는 것이었습니다. '아차! 이선이 아니었구나.' 30분 동안 정성스레 줄질을 한 노력이 허사가 되어버렸습니다.
그렇다면 반대편에 있는 pin 중에 video signal을 전송하는 것이 있을 것이라는 자연스러운 추론이 가능합니다. 위 사진의 양끝은 전원공급하는 두 선과 연결되어 있는 것을 확인했기 때문입니다. 반대편에 있는 pin 중에서 어떤 녀석인지 찾아야 합니다. 세 개중의 하나인 것은 확실한데 어떤것인지 찾기가 난감했습니다. 신기하게도 가운데 선은 +5V 전원단자였습니다. 그럼 양쪽 중 하나인데, 아래와 같이 일단 하나 잘라보았습니다. 운좋게도 50%의 확률에 당첨되어 video signal 선이 맞았습니다.
이제 선 하나를 아래 사진처럼 양쪽 단자에 연결을 해 봅니다. 다시 배터리를 연결해 보니 두 화면이 또 정상적으로 보입니다. Video 전송 단자가 맞았다는 것을 한 번 더 확인한 것입니다.
이제 두 선의 가운데를 잘라줍니다.
자른 것 중에서 camera에서 나온 것은 flight controller의 OSD 단자에 video in에 연결해 줍니다. 그리고 video out 단자에 vtx에서 나온 선을 연결해줍니다.
Video in/out 단자의 위치는 아래 controller의 wiring diagram을 참고하세요. OSD의 VIN과 VOUT입니다.
그리고 다시 조립해보면 아래와 같이 몇가지 정보가 표시되는 OSD 화면을 영상과 함께 볼 수 있습니다. 물론 Betaflight에서 OSD section에서 표시될 정보를 설정해 주어야 합니다.
이제 OSD 화면도 넣었고 하니 재미있게 날리면 되겠죠? 그러나 OSD 화면을 보면서 고글로 거실에서 날리다가 한가지 심각한 문제점을 발견했습니다. 수평선이 점점 틀어지는 것이었습니다. 원래는 화면에 보이는 OSD의 수평선은 말그대로 수평선의 방향에 놓여 있어야 하는데, 수평선이 점점 틀어지는 것이었습니다. 수평선이 틀어진다는게 무슨 말이냐구요? 그래서 캡쳐된 사진을 보여드립니다. 아래 화면은 고글에 저장된 비행중 영상의 스틸컷입니다. 하얀 점선으로 보이는 가로 선이 사선 방향으로 되어 있습니다. 거실과 창틀의 구도를 보면 지금 드론은 수평이 되어 있는데 OSD의 수평선은 엉뚱한 방향을 가리키고 있습니다.
저 수평선은 gyro sensor에서 읽어들인 값을 바탕으로 표시됩니다. 그렇다면 드론은 현재 왼쪽으로 기울어져 있다고 판단을 하게 되고 angle mode에서는 수평을 잡기 위해 오른쪽으로 기울이려고 합니다. 그래서 자꾸 오른쪽으로 가게 되는 것입니다. 그런데, 착륙을 하고 모터가 돌지 않으면 저 수평선이 제대로 수평방향을 가리킵니다. 유추해 보면 비행중 어떤 원인에 의해서 gyro sensor가 잘못 읽히고 있고, 그것은 모터가 작동하는 중에만 나타나는 것이라고 결론지을 수 있습니다.
열심히 구글링을 해보니 모터가 회전하면서 발생하는 진동이 gyro sensor에 영향을 미칠 수 있고 비슷한 현상을 경험한 사람들이 몇 있었습니다. 따라서 진동 특히 high frequency의 진동이 flight controller에 전달되지 않도록 해야한다고 합니다.
그래서 flight controller를 지지하는 nylon spacer의 볼트 부분에 실리콘 링을 끼워서 high frequency의 진동이 전달되지 않게 하려고 합니다. 아래 사진처럼 윗 덮개를 다시 열어 제끼고,
Flight controller를 관통하는 네 개의 nylon spacer의 볼트 부분에 silicon ring을 하나씩 총 4개를 끼워줍니다.
그리고 다시 너트를 조이는데, 너무 꽉조이게 되면 silicon ring으로 진동을 damping하는 효과가 떨어질테니 살짝만 조여줍니다.
실리콘 링으로 flight controller가 높여지니 RC receiver를 놓을 공간이 사라져 버리더군요. 게다가 propeller가 flight controller에 닿아버립니다.
가지고 있던 Kingkong 90GT의 여분의 propeller는 ELF88의 propeller 보다 blade의 폭과 길이가 좀 짧아서 flight controller에 닿지를 않았습니다. 그래서 propeller를 교체하고 RC receiver는 그냥 덮개 위에 zip tie로 고정했습니다.
드디어 완성입니다. 비행 테스트를 해보니 수평선이 놀랍게도 정말로 수평을 지시하고 있었습니다. 물론 당연한 일이지만. 설마 진동 땜에 그러겠어?라고 반신반의하다가 효과가 있음을 보니 놀라웠습니다. 그리고 얼마전 review했던 Loki X16 소형 quadcopter에도 silicon ring이 끼워져 있던게 생각났습니다. 다 이유가 있어서 그렇게 했던 것이죠.
앞쪽에서 본 모습입니다. Brushless motor는 brand가 없는 노브랜드 모터입니다. 편의점에서 파는 노브랜드 새우깡 같은 느낌입니다.
옆면의 모습입니다. OSD를 위한 노란색 선과 flight controller의 진동을 잡기 위한 silicon ring이 보입니다.
뒤에서 본 모습입니다. RC receiver가 삐딱하게 맨 백팩같이 보입니다.
반대편 옆면의 모습입니다.
몇 번 거실에서 날리고 놀다가 보니 또 문제점을 발견했습니다. 모터의 spec이 4000KV인데 1V당 프로펠러가 마운트되지 않은 상태로 분당 4000번을 회전한다는 뜻입니다. Kingkong 90GT의 motor는 7800KV인데 말이죠. 분당 회전수가 낮은 모터입니다. 그래서 상승력이 매우 떨어지는 데다가 배터리 소모도 빠릅니다. 체감상 킹콩보다 반정도 시간 밖에 못날리는 거 같습니다. 그래서 저 모터들은 떼어버리고 Kingkong의 7800KV 모터로 교체를 하려고 합니다. 그건 다음 포스팅에서 다루도록 하겠습니다.
또 하나의 amazing한 micro fpv quadcopter를 하나 소개하려고 합니다. Helipal.com에서 Loki-X16이라는 이름으로 판매되고 있는 완성품 드론입니다. 이 녀석을 구매할 때 FrSky Taranis X9D plus RC 조종기 및 FrSky RC receiver를 같이 구매했더니 ready-to-fly 상태로 배송이 왔습니다. 배터리만 연결하고 바로 날려볼 수 있었습니다. 생김새가 아주 깜찍하고 귀엽습니다. 손바닥위에 쏙 올라가는 크기입니다.
Antenna pole은 제가 다시 세웠습니다. 같이 주문한 FrSky RC receiver가 두 개의 안테나를 사용함에도 불구하고 멋대가리 없이 안테나 pole 하나만 세워서 수축튜브로 같이 엮어놨길래 두 개의 안테나의 장점을 잘 살릴 수 있도록 아래와 같이 장착하고 빨간색 수축 튜브로 포인트를 줘봤습니다. 모터색깔과 깔맞춤을 한 것입니다.
1.6" 프로펠러를 사용합니다. 3 blades로 되어 있고 작은 회전반경을 보상하면서 thrust를 늘리기 위해 blade의 각도가 매우 큽니다. 킹콩 1103-7800KV brushless 모터를 사용합니다. 다른 포스팅에서 brushed motor의 엄청난 열(데일 정도로 뜨거워짐)을 지적한 적이 있는데, 이녀석은 고속으로 회전하면서도 비행후 모터가 그렇게 뜨거워 지지 않습니다. 손으로 잡을 수 있을 정도. 어느 brushless 모터 제조사는 공기역학적 구조를 이용하여 모터를 더 빨리 식힌다는 점을 장점으로 내세우고 있는데, brushless motor 개발자들은 냉각에 매우 신경을 쓰는 것 같습니다. 모터에 들어있는 영구자석은 고열을 받으면 그 성능이 떨어지기 때문일 것이라 추측해봅니다. 하얀색 프로펠러가 인상적입니다. 프로펠러는 다른 색상으로 Helipal.com에서 구매가 가능하더군요. 다른 색깔도 좀 구매해 봐야겠습니다. 모터 바깥쪽으로 불룩 튀어나온 프레임은 모터 guard입니다. 단순한 디자인 변경으로 모터를 보호하기 위한 아주 효율적인 방법입니다.
아래 사진은 측면에서 찍어본 사진입니다. 특이한 점은 4 in 1 esc와 flight controller 사이사이에 실리콘 링을 촘촘히 끼워두었습니다. 드론의 진동이 플라잇 콘트롤러에 전달되지 않도록 하기 위한 조치입니다. 여러 선들이 빽빽하게 들어차 있는데 제가 직접 조립했다면 적지 않이 빡쳤을 것 같습니다. 물론 DIY를 원하시는 분들은 DIY kit를 따로 판매하고 있으니 구매해서 직접 만들어 보셔도 좋을 것 같습니다.
후면부의 모습입니다. LED와 buzzer가 달려있습니다. Buzzer와 LED는 low battery 알람, arm 전 후의 알람 등에 유용하게 사용할 수 있습니다. 다만 제가 구매한 Loki-X16은 Lumenier spec으로 Lumenier사의 esc와 flight controller를 장착한 것인데 아쉽게도 이 플콘은 low battery alarm 기능을 제공하지 않습니다. Storm spec으로 구매하시면 가능하다고 합니다. Buzzer의 소리가 꽤나 시끄럽기 대문에 파란색 스티커로 구멍을 막아서 volume down 효과를 노렸습니다. LED는 arm되었을 때와 안되었을 때 색깔이 바뀌도록 설정되어 있습니다. Betaflight controller에서 쉽게 설정을 바꿀 수 있습니다. 특히나 esc는 DSHOT 프로토콜을 지원합니다. Helipal 팩토리 셋팅에는 Multishot으로 되어 있는데, Lumenier사의 홈페이지에서 DSHOT도 지원하는 것을 알고 냉큼 요즘 대세인 DSHOT으로 바꿨습니다. 기분 탓인지는 모르겠지만 아주 부드러운 throttle management가 가능해졌습니다.
하단부에는 배터리용 EVA pad를 야무지게 붙여놨더군요. Helipal에서 판매되는 드론들은 플레이어의 needs를 정확히 꿰뚫고 있는 것 같습니다. 세심한 부분 하나하나가 드론 좀 날려본 사람의 마음을 너무 잘 알고 만든 것 같군요.
배터리 단자는 JST입니다. 이 녀석이 마음에 드는 또 하나의 이유는 2s, 3s lipo를 다른 설정 없이 같이 쓸 수 있다는 것입니다. Casual한 비행에는 2s 배터리를 쓰고, 짐승같은 비행을 원할 경우 3s 배터리를 연결해서 사용하면 됩니다.
프레임의 상단부에는 STORM이라고 각인되어 있습니다. Helipal의 brand name인지 FPV racing team의 이름인지는 잘 모르겠습니다. 아무튼 간지납니다.
밑판 프레임의 두께는 2mm입니다. 왠만한 충격에는 부러지지 않을 것입니다.
상판은 1.0mm 두께입니다.
프로펠러 블레이드 하나의 길이는 0.8인치 입니다. 그러니까 프로펠러 사이즈가 1.6인치가 맞군요. 뻔한 것이지만 그냥 버니어 캘리퍼스를 꺼낸 김에 이것저것 재보았습니다.
휠 베이스는 75.2mm 아마 75mm 타겟으로 디자인 된 것 같습니다. 제가 본 micro fpv quadcopter 중에는 역시나 제일 작은 크기입니다.
특이하게 공간의 장점을 살리고자 플라잇 콘트롤러와 esc 보드가 45도 틀어져서 마운팅 되어 있습니다. 플라잇 콘트롤러는 항상 화살표 방향이 앞이 되도록 마운팅 하는 것으로 알고 있었는데, 저렇게 마운팅 해놓고 betaflight에서 align 각도를 -135도로 바꿔주면 되는 것이더군요. 하나 배웠습니다. 마찬가지 방법으로 플라잇 콘트롤러를 세워서 달고 align 각도만 바꿔주어도 되는 것입니다.
위쪽 프레임 아래로 FrSky RC receiver가 살짝 보입니다. Binding 버튼을 누르려면 위쪽 덮개를 개방하는 것이 편합니다.
같이 구매한 350mah 2s lipo 배터리입니다. 배터리를 제외한 드론의 무게는 약 57g 정도입니다.
카메라 모듈은 센스있게 살짝 상향을 바라보도록 설치를 해놨군요. 고속으로 비행할 때 바닥만 쳐다보고 날라가는 불상사를 막기 위한 조치입니다. 광각 camera라서 위아래 좌우 넓은 시야를 제공합니다.
자 그럼 날려보지 않을 수가 없겠습니다만, 해도 지고 밖엔 지금 비가오는 관계로 집에서 날려봤습니다. FPV goggle을 이용하고, angle mode에서 비행했습니다. Acro mode에서 날려보려고 하니 setting된 값들이 아직 저의 무딘 손에는 너무나 휙휙 움직여서 제대로 날리기가 어렵더군요. 무딘 손을 위한 세팅으로 나중에 바꿔서 연습해야겠습니다.
