rfd250.blogspot.com: 드론의 기초

2017년 9월 24일 일요일

드론의 기초 - ESC와 MOTOR

드론의 중요한 동력인 모터와 모터를 콘트롤하는 장치인 ESC(electronic speed controller)를 알아보겠습니다. 플콘(플라잇 콘트롤러, flight cintroller)은 바로 모터에 연결되어 모터를 제어하지 않습니다. 플콘은 자이로센서 및 가속센서의 값과 RC 조종기의 신호를 읽어서 드론이 파일럿이 의도한 조종대로 움직이고 있는지 판단하고 어떤 모터가 얼마만큼의 출력으로 돌아가줘야 하는지 esc에게 알려줍니다. Esc는 brushless motor에 플라잇 콘트롤러로부터 받은 신호를 전압으로 바꾸어 모터를 회전시키는 역할을 합니다.

https://robotics.stackexchange.com/questions/10970/connected-battery-esc-and-motor-does-not-power-up-the-arduino
그림은 flight controller가 아닌 arduino board에 연결된 것입니다. Motor를 제어하는 signal을 flight controller가 주는 것이냐 arduino board가 주는 것이냐의 차이만 있습니다.

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.

http://www.thinkrc.com/faq/brushless-motors.php
Brushed motor와 brushless의 구조: Brushless motor는 brush가 없어서 모터가 회전시에 마찰열 발생이 적습니다만, esc에서 전자석을 control하는 signal을 순차적으로 보내어 모터를 회전시켜야 합니다.

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.