쿼드콥터

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쿼드콥터(파란색 프로펠러가 시계 반대 방향으로 움직이는 동안 빨간색 프로펠러는 시계 방향으로 움직인다)

쿼드콥터(quadcopter) 혹은 쿼드로터(quadrotor)는 로터(회전날개)가 네 개를 이용해 뜨고 추진하는 멀티콥터이다.

각 로터는 연직 아래를 향해 있으며, 두 개는 시계 방향으로, 나머지 두 개는 반시계 방향으로 회전한다. 이들 로터의 회전 속도를 조절함으로써 쿼드콥터의 움직임을 제어할 수 있다.

비행 제어[편집]

쿼드콥터와 x(전후),y(좌우),z(상하) 직선축 제어

쿼드콥터는 네 개의 로터의 상대적인 속도를 조절함으로써 기체의 자세와 움직임을 제어한다.

x,y,z축과 대응하는 롤링,피칭,요잉이 있다. 각축을 중심으로 회전할때 즉 x축은 롤링이, y축은 피칭이 z축은 요잉이 된다.

Roll과 pitch[편집]

기체의 앞(진행 방향)과 나란하며 기체의 무게중심을 지나는 축에 대한 기체의 회전을 roll(롤링)이라 하고, 이 축과 수직한 축에 대한 기체의 회전을 pitch(피칭)라고 한다. 즉, 기체가 전후좌우로 기울어지도록 자세를 제어하기 위해서는 높이고자 하는 쪽의 로터의 출력을 다른 로터보다 강하게 한다. 예를 들어 후방 로터의 출력을 상대적으로 강하게 할 경우 기체가 전방으로 기울어져 전진하게 된다.

Yaw[편집]

기체를 세로로 관통하는 축에 대한 기체의 회전을 yaw(요잉)라 하며, 이는 회전 방향이 반대인 두 쌍의 로터의 출력을 다르게 함으로써 조종할 수 있다.

만약 네 개의 로터가 정확히 같은 출력을 낸다면, 기체의 세로축을 중심으로 한(yaw) 돌림힘의 합력은 0이 되어 기체는 평형을 유지한다. 즉, 헬리콥터에서 yaw 방향의 회전 제어를 위해 로터가 필수적으로 추가될 필요는 없다. 회전 방향이 서로 반대인 두 쌍의 로터의 출력이 같지 않도록 하면 세로축을 중심으로 한 돌림힘이 발생하여 출력이 강한 로터의 회전방향으로 기체가 회전한다.


드론의 구조[편집]

Quadrotor-spec001.svg
프로펠러(모터및변속기포함),배터리, 프레임, FC(flight controler),센서(자이로센서,GPS,와이파이,블루투스,초음파감지기 등 )

이들 주요 구성에서 FC 회로기판은 통신 및 연산 그리고 각각의 모터 파워(BEC포함), 변속기 제어등 모든 부품의 기능이 모여서 컨트롤되므로 비행기능유지에 중요한 역할을 담당하는 핵심 부품이다. 대중적인 FC로는 아트멜 AVR MCU칩 또는 ARM Cortex-MX칩을 장착한 아두이노계열이있다.[1]

한편 드론을 움직이는 동작제어의 추진기는 프로펠러 및 모터 그리고 전자변속기(ESC)로 구성된다.이를 서보모터라고 한다.[2][3]

특히 이와는 별개로 구성되는 무선조종기는 드론의 통신기와 데이타를 주고받는 장치로 FC보드와 동등하게 중요한 외부 장치이다. 무선조종기는 경로비행에 핵심이다. [4][5]

원격조정[편집]

무선조종기는 드론의 경로비행 차원에서 드론의 목표를 달성하는 주요한 수단이라고 할수있다. 스로틀(throttle)은 드론이 원격으로 무선조종기에 의해 조작되어지는 모터의 속도조절을 가리킨다.

프로그래밍[편집]

대중적인 프로그래밍은 아두이노 IDE 환경이며 통신 API로는 역시 오픈소스인 아두파일럿이나 멀티위가 주로 사용된다. 특히 블루투스나 와이파이를 통한 멀티위 확장 프로토콜인 MSP(Multiwii Serial Protocol)는 아두이노 보드와 무선조정장치(RC)를 서로 연동하는 무선 메시지를 주고받는 교환 프로토콜로 자주 사용된다.[6][7]


쿼드콥터의 균형[편집]

4개의 모터를 추진력으로 사용하는 쿼드콥터의 특성상 초기 작동 및 비행시 각각의 모터들은 자신뿐만아니라 서로간에 영향을 미치므로 온전한 수평을 유지하기 어렵다. 따라서 중심이 잡힌 안정된 비행을 하기위해서 균형값을 PID 제어를 통해 구현할수 있다.[8]

함께보기[편집]

참고[편집]

  1. (아두이노)https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoYunLin
  2. ([드론프로젝트]아두이노로 비행제어유닛만들기1-회로도구성])https://blog.naver.com/dhkdn9192/220582095782
  3. (m&c automation - 서보 모터가 무엇입니까.)http://www.mncautomation.co.kr/community.do?board_seq=13&subMenuSeq=MENU20120330043&cmd=view
  4. ([DIY드론]드론제작입문가이드1 쿼드콥터구성요소)https://blog.naver.com/dhkdn9192/220584991858
  5. (메이크쉐어.org,메카솔루션)http://makeshare.org/bbs/board.php?bo_table=arduinocom&wr_id=3
  6. (MultiWii Serial Protocol implementation for Arduino)https://github.com/filipproch/MSP_Arduino (GPL3)
  7. (아두이노 안드로이드간 블루투스 FC)https://github.com/godstale/BTChat (GPL3)
  8. (카네기 멜런 대학교 PID 시뮬레이션 데이타 시트)https://www.cs.cmu.edu/afs/cs/academic/class/15883-f15/lectures/cerebellum-controller/pid.xls