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.
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