드론만들기 드론의 구조 알기

드론만들기 포스팅을 시작합니다.

이번 드론만들기 포스팅에서는 드론의 구조에 대해서 알아보겠습니다. 앞선 포스팅에서 드론의 정의, 종류, 드론의 원리를 대해서 배웠습니다. 앞의 포스팅을 보고 이번 드론만들기 포스팅을 보면 이해가 잘 될 것입니다. 드론의 구조를 살펴보고 어떤 센서가 있는지 안다면 드론을 만들 때 큰 도움이 됩니다.

 

 

 

드론교육 드론을 알아봐요 1

어린이드론 드론을 알아봐요 2

 

드론만들기 드론의 구조

앞에서 드론의 원리를 배웠습니다. 그럼 4개의 프로펠러에 모터만 연결해 회전시키면 드론이 날 수 있을까요? 그렇지 않습니다. 드론이 공중에서 균형을 잡고, 원하는 곳으로 가려면 다양한 부품과 센서가 필요합니다.

드론만들기 드론의 구성

 

 

모터

앞에서 드론의 원리를 배웠습니다. 그럼 4개의 프로펠러에 모터만 연결해 회전시키면 드론이 날 수 있을까요? 그렇지 않습니다. 드론이 공중에서 균형을 잡고, 원하는 곳으로 가려면 다양한 부품과 센서가 필요합니다.모터는 전기와 자기의 성질을 이용합니다. 전기와 자기장이 만든 힘으로 모터가 회전합니다.

 

드론에 사용하는 모터는 브러시드(Brushed) 모터와 브러시리스(Brushless) 모터로 구분할 수 있습니다. 브러시드(Brushed) 모터는 우리가 흔히 사용하는 DC 모터입니다. 모터 내부를 보면 브러시가 있습니다.

드론만들기 브러시드(Brushed) 모터와 구조

 

전류를 흐르면 자기장의 방향에 따라서 코일이 회전합니다.

드론만들기 브러시드(Brushed) 모터의 회전 원리

 

브러시드 모터는 가격이 저렴해서 많이 쓰이지만 브러시와 정류자의 마찰로 오래 사용하기 힘듭니다. 브러시리스(Brushless) 모터는 말 그대로 브러시(Brush)가 없는(-less) 모터입니다. 영어 앞글자를 따서 ‘BLDC 모터’라고 부릅니다. 브러시리스 모터는 안에 있는 전자석(고정자: Stator)과 바깥에 있는 영구자석(회전자: Rotor)의 상호작용으로 회전합니다.

드론만들기 브러시드(Brushed) 모터의 회전 원리

 

코일에 전류가 흐르면 전자석이 됩니다. 코일 A에 전류가 흐르면 반대 극인 회전자와 고정자가 서로를 끌어당깁니다. 그 다음에 코일 B에 전류가 흐르면 서로 끌어당겨서 조금 더 회전합니다. 코일에 순서대로 전류를 보내서 회전자를 회전시킵니다. 브러시가 없어서 오래 사용할 수 있지만, 코일 각각에 신호를 줘야 하므로 변속기(ESC) 같은 장치를 써서 모터에 안정적인 전류를 보내야 합니다.

 

센서

드론이 균형을 잡고 비행하려면 센서도 필요합니다. 비행 제어 컴퓨터(FCC: Flight Controller Computer)는 드론의 두뇌와 같은 역할을 합니다. 송신기에서 보낸 신호를 수신기로 받아서 어떤 명령을 보냈는지 확인하여 조종자가 원하는 대로 드론이 움직일 수 있게 합니다. 또한, 다양한 센서에서 읽은 값을 계산해서 드론이 안정된 자세로 날 수 있게 합니다.

드론만들기 다양한 센서

 

▶자이로, 가속도 센서

자이로 센서는 X, Y, Z축으로 운동하는 물체의 회전 각도를 측정합니다. 가속도 센서는 물체의 가속도와 방향을 이용하여 움직임, 진동, 충격 등 물체의 운동 상태를 감지해서 3차원 공간에서 전후·좌우·상하 움직임을 측정합니다.

 

▶GPS

‘위성 위치확인 시스템’의 줄임말입니다. 위성에서 받은 신호로 드론의 위치를 확인합니다. 드론이 제자리에서 가만히 있으려면 자신의 위치를 알아야 하고 비행하다가 원래 있던 곳으로 자동으로 돌아오기 위해서도 처음 이륙했던 위치를 알아야 합니다. 이때 GPS가 필요합니다. GPS가 없으면 드론은 제자리 있지 못하고 조금씩 움직입니다.

 

▶지자계 센서

지자계 센서는 드론의 방향을 정해줍니다. 지구는 큰 자석과 같아서 나침반은 항상 일정한 방향을 가리킵니다. 자북(磁北, Magnetic North)은 나침반이 가리키는 북쪽을 말하며, 지자계 센서는 자북과의 각도 측정해서 드론의 방향을 확인합니다.

지구의 자기장

 

▶기압 센서

기압 센서는 드론과 지면의 기압 차를 측정해서 드론이 같은 높이로 날 수 있게 합니다. 기압 센서가 없으면 드론이 같은 고도를 유지할 수 있게 조종자가 컨트롤러로 직접 조종해야 합니다.

 

▶관성 측정 장치(IMU)

관성 측정 장치(IMU)는 자이로 센서, 가속도 센서 등으로 기울어짐, 속도, 이동 방향, 등을 계산해서 드론이 안정된 자세로 비행할 수 있게 합니다. 드론은 GPS가 없어도 날 수 있지만, 관성 측정 장치가 없으면 균형을 잡을 수 없어 날 수 없습니다.

 

▶비행제어컴퓨터(FCC :Flight Controller Computer)

비행제어컴퓨터는 드론에서 두뇌와 같은 역할을 합니다. 송신기에서 보낸 신호를 수신기로 받아서 어떤 명령을 보냈는지 확인하며, 조종가가 원하는 대로 드론이 움직일 수 있도록 합니다. 또한 다양한 센서에서 읽은 값을 계산해서 드론이 안정된 자세로 날 수 있도록 합니다.

 

아래 링크는 대한상공회의소 홈페이지에 있는 드론의 구조를 설명하는 내용입니다.

 

대한상공회의소 무인항공 교육센터

 

이 포스팅에서 사용하는 드론은 브러시드 모터를 사용합니다. 속도를 제어하기 위한 4개의 모터 드라이브 칩도 있습니다. 하우징과 드론의 덮개로 보드를 보호해줍니다. 드론만들기 포스팅에서 사용하는 드론은 코드론입니다. 이 드론은 완제품으로 따로 조립할 필요는 없지만 프로펠러가 고장나면 교체할 수 있어야 합니다.

드론만들기 코드론미니의 구조

 

코드론과 달리 드론 부품을 직접 조립해서 드론을 만드는 제품도 있습니다. 드론을 직접 조립해보는 것도 어렵지만 큰 재미가 있습니다. 드론을 조립할 때 오늘 알아본 내용이 큰 도움이 될 것입니다.