오래간만에 드론관련 글을 쓰는 것 같군요...
드론 이야기 3에서는 수동조종을 위한 드론 하드웨어/소프트웨어에 대한 이야기를 하고,
드론 이야기 4에서는 자율주행 드론을 다루어 보도록 하겠습니다.
수동조종을 위한 드론의 구성요소부터 알아 보도록 하겠습니다.
모든 드론들이 비슷한 구성요소를 가지고 있지만, 제조사에서 소프트웨어나 이의 업그레이드에 대한 통제를 하고 있으므로, 무슨 소프트웨어가 있겠냐고 생각할 수도 있지만, 엄연히 소프트웨어가 존재한다는 사실을 기억하면 좋겠습니다.
여기서는 오픈 소스를 중심으로 설명하며, 너무 깊게 들어가진 않겠습니다.
드론 구성요소 1 - 비행체, 드론
드론의 머리를 구성하는 요소는 FC 와 온보드가 있다는 이야기를 했습니다.
FC 는 비행제어를 담당하며 온보드는 WiFi/LTE 통신 및 카메라 등을 담당하는 PC 와 같다고 했습니다.
FC 는 컴퓨팅 파워나 메모리나 모두 작은 공간을 가지고 있으며 여기에 올라가는 소프트웨어를 펌웨어라고 합니다.
오픈 프로젝트인 px4 (http://px4.io) 는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 제공합니다. 홈페이지 맨 아래 보면, DroneCode Project 라고 되어있으며, Linux Foundation 에서 지원하고 있음을 볼 수 있습니다.
하드웨어는 해외에서도 구매할 수 있으나 다량으로 구매하는 경우 전파인증을 받아야 합니다. 국내에서는 subak.io 에서 판매하고 있습니다.
PX4 펌웨어는 https://github.com/px4/Firmware 에서 개발되고 있습니다.
Nuttx 라고 하는 RTOS(실시간 운영체제)가 올라가고, 각종 작업을 관리합니다.
작업(Task)이란 센서의 값을 읽고 이를 처리하는 것인데 센서에는 GPS, 가속센서, 자이로, 고도, 온도 등등이 있습니다. 예를 들면, 온도에 따라 센서의 값들이 달라질 수 있는데, Task 내에서 온도값을 읽어 이를 보정하는 일을 하게 되는 것입니다.
온보드는 라즈베리파이, 인텔아톰계열, 퀄컴, nVidia TX1 등이 사용됩니다.
라즈베리파이3 의 경우 컴퓨터로 쓰기에도 별 지장없는 성능을 보여주고 있으며,
다른 인텔, 퀄컴, nVidia 는 이미 컴퓨터와 차이가 없는 성능을 보여주고 있습니다.
nVidia 경우 머신러닝도 할 수 있다고 합니다.
온보드의 관심사는 카메라와 통신입니다.
드론이 자신의 위치를 파악하는데에는 GPS 에 크게 의존합니다.
최근에는 GNSS 와 같은 기술이 일반에게 공개되어 10cm 까지의 정밀도를 나타내고 있긴 하지만,
GPS 신호를 받지 못하는 경우 막막합니다.
그래서, 카메라를 이용해 영상을 찍고 이를 인식해서 자율주행에 응용하려는 기술들이 많이 개발되고 있습니다.
GPS없는 자율비행 드론 개발 http://subak.io/?p=2068
산속에서 조난자 구출을 위해 저렴한 작은 드론을 개발하기 위해 시작되었다고 합니다.
드론 구성요소 2 - 콘트롤
가장 간단한 콘트롤은 조종기입니다. 매뉴얼 플라이트(수동비행)을 위해서 필수적인 하드웨어입니다.
조종기와 드론 사이는 무선통신으로 이루어져있습니다.
왼쪽 그림은 조종기(Sender)이며 오른쪽은 수신기(Receiver)입니다.
무선 주파수는 2.4GHz 를 주로 사용합니다. 2.4GHz 는 세계적으로 일반 사용자들에게 허용된 주파수로 WiFi, Bluetooth 등이 이를 이용하며, 무선마우스도 이 주파수대를 사용합니다.
보통 6개에서 10개정도의 채널이 있는데, 조종기에서 on/off 하는 스위치가 각각의 채널에 해당됩니다.
조종기 왼쪽이 상하(Throttle), 오른쪽이 좌우전후를 담당합니다. (모드2), 모드1은 좌우레버가 바뀜
조종기 상단에 4개의 레버가 있는데, 이것은 ARMING(시동걸기), 조종모드 설정 등에 매핑해서 사용할 수 있습니다.
좌우 레버가 각각 트로틀, 요, 전후, 좌우 4개의 채널을 사용합니다.
따라서 6채널 수신기의 경우 레버2개만을 설정할 수 있습니다.
채널이 많으면 다양한 설정을 할 수 있으니 좋습니다.
PX4 FC 는 GPIO 가 나와있어, 수신기를 직접 연결할 수 있습니다. GPIO 는 on/off 할 수 있는 핀이며 소프트웨어에서 이를 읽어서 조종기에서 설정한 값을 읽을 수 있습니다.
전용 콘트롤러 대신 WiFi 도 많이 사용합니다. 이 경우 스마트폰이나 타블렛으로 제어가 가능합니다.
이 경우 조종기 앱을 만들 수 있겠습니다.
감사합니다.
드론 이야기 1 - 제품과 시장 https://steemit.com/drone/@kdj/1
드론 이야기 2 - 흥미로운 연구들 https://steemit.com/drone/@kdj/2
드론 이야기 3 - 드론 관련 하드웨어/소프트웨어 *
드론 이야기 4 - 자율 비행 드론