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총 이륙중량 180kg 추가 적재량 100kg
비행 예상 시간 100분
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[DIY드론] 드론제작 입문가이드1_쿼드콥터 구성요소
1) 쿼드콥터 기본 구성요소. 3개 이상의 로터로 구성되는 비행체를 멀티콥터라고 합니다. 보편적으로 부르는 드론은 이 멀티콥터를 칭하는 말입니다.
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Date Published: 3/25/2022
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드론 만들기 – 쿼드콥터(Quadcopter)의 비행원리 – 광필이 좋아요!
위의 그림은 쿼드콥터 중 대중적으로 많이 사용하는 Quadcopter +, x, H의 프로펠러 회전 방향이다. 4개의 프로펠러가 동일한 회전 속도로 회전하면서 …
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Date Published: 6/2/2021
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Build My Own Quadcopter – 나의 쿼드콥터 제작기
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Date Published: 12/28/2021
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쿼드콥터 드론제작 과정 | 거제대학교 HiVE 센터
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아두이노로 직접 쿼드콥터 드론만들기 프로젝트 참가하기
아두이노 드론 만들기 스터디를 진행 합니다. 멀티위라는 아두이노 오픈소스를 활용하여 제작하며 프레임을 제외한 나머지 부품들을 가지고 직접 DIY 쿼드콥터 드론을 …
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멀티콥터 제작방법(Build your own Multicopter)
Flip Sport 와 같이 정말 괜찮고 간단한 쿼드콥터 제작법에 관한 완벽한 문서가 없다면, Frame Up Build(프레임기반 수제작)는 하지 말라.
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Date Published: 7/9/2022
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[헥사콥터] F550 헥사콥터 제작 – 조립 (6)
구입한 F550 헥사콥터 프레임과 배터리이다. 4S 5000mAh이고 방전율은 40c 정도 된다. 쿼드콥터에서 사용하는 배터리랑 비교했을 때 약 2배 정도 크다 …
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Date Published: 5/6/2022
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쿼드콥터 제작 diy – 정보만이 살길
오늘은 제가 쿼드콥터 제작을 알아보게된 시기부터 글을쓸까 합니다. 어느날 TV를 보는데 하늘에서 멋진 영상을 촬영하는게 나왔습니다.
Source: thethe.tistory.com
Date Published: 5/11/2021
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주제에 대한 기사 평가 쿼드 콥터 제작
- Author: 드론수첩
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- Date Published: 2019. 5. 31.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=ukawaoJiTCM
[DIY드론] 드론제작 입문가이드1_쿼드콥터 구성요소
본 게시글은 저처럼 드론제작을 처음 시작하시는 분들을 위해 작성하였습니다. 드론을 직접 만들어보고 싶은데 어디서부터 시작해야할 지, 재료는 무얼 구입해야할 지, 어떻게 조립해야하는 지 등등… 입문자라면 누구나 겪을 어려움들을 제 나름대로 짤막하게나마 가이드로 정리해 봤습니다.
많은 분들께 도움이 되길 바라며, 같은 초보의 제작기라 오류가 많을 수 있다는 점 양해바랍니다.
1) 쿼드콥터 기본 구성요소
3개 이상의 로터로 구성되는 비행체를 멀티콥터라고 합니다. 보편적으로 부르는 드론은 이 멀티콥터를 칭하는 말입니다. 이 중에서도 4개의 로터를 갖는 멀티콥터를 쿼드콥터라 부릅니다.
쿼드콥터의 기본적인 구성요소는 크게 8가지 정도입니다.
(1) 프레임(Frame)
: 드론의 뼈대가 되어줄 프레임이 필요합니다. 당연히 가벼우면서 튼튼할 수록 좋습니다. 많은 DIY용 프레임들이 있으며, 위 이미지의 프레임은 dji naza f450입니다.
(2) 모터(BLDC Motor)
: 일반 DC모터와 다른 BLDC(Brushless DC)모터를 사용합니다. 내부마찰을 일으키는 brush가 없어 수명이 길고 소음이 적습니다.
(3) 프로펠러(Propeller)
: 모터의 추력에 따라 적합한 프로펠러를 정해야 합니다. 프로펠러는 길이와 면적에 따라 구분됩니다.
(4) 전자변속기(ESC:Electronic Speed Controller)
: 모터의 회전속력을 정밀하게 조절해줄 전자변속기가 필요합니다. 역시 모터의 종류에 따라 적합한 ESC를 정해야합니다. ESC에는 전압강하모듈 BEC가 내장되어 기체의 각 부분에 필요한 낮은 전압의 전력을 공급해줄 수 있습니다.
(5) 비행제어유닛(Flight Control Unit)
: 비행체의 코어에 해당됩니다. 자이로, 지자계 등의 센서들을 탑재하여 기체가 수평비행할 수 있도록 해줍니다. 또한, 수신기로부터 전달받은 명령대로 움직일 수 있도록 각 모터의 회전속력을 계산하고, 고도유지, GPS HOLD, 곡예비행 등 많은 기능들을 수행할 수도 있습니다.
(6) 무선수신기(Receiver)
: 무선조종기가 송신한 무선신호를 받아 비행제어유닛에 전달해줄 수신기가 필요합니다. 무선조종기와 페어링이 되어있어야 하며, RF통신모듈이 주로 사용됩니다.
(7) 무선조종기(Controller)
: 두 개의 스틱과 여러 기능스위치들을 갖는 무선조종기를 사용해 드론을 원격조종합니다. 두 스틱은 throttle, roll, pitch, yaw의 네 가지 요소에 대응되어야 하며, 배치 방식에 따라 조종기의 type이 정해집니다.
(8) 배터리(Battery)
: 보편적으로 리튬 Li-po 배터리를 사용합니다. ESC와 모터, 비행제어유닛 등 배터리에 직접 연결될 수 있는 요소들에 따라 전압, 용량을 정해야 합니다. f450규격 등에서 보편적으로 많이 쓰이는 배터리는 11.1v 2200mah 3cell을 많이 사용하는 것 같습니다. 배터리와 연결되는 커넥터는 딘스형(아래 좌측)과 xt60형(아래 우측) 등이 있습니다. 커넥터는 사용자가 원하는 형태로 변경해 사용해도 무방합니다. 단, 암수가 맞도록 해야합니다.
2) 쿼드콥터 추가요소
위의 기본 구성요소는 최소사양에 해당되는 요소들입니다. 기본요소 외에도 여러 기능이나 편의를 위해 추가적으로 필요한 요소들로는 GPS모듈, Bluetooth모듈, 초음파 거리측정 센서 등이 있습니다.
GPS 모듈은 position hold, 위치 탐색 등에 쓰이며, Bluetooth 모듈은 비행제어유닛의 상태정보를 스마트폰으로 받아 pc연결 없이 상태 체크 및 부분적 원격제어를 하는 데 쓰입니다. 초음파 거리측정 센서는 지상과의 거리를 측정해 정밀한 고도를 측정하는 데 쓰입니다.
위의 추가요소들은 비행제어유닛을 어떤 것을 쓰느냐에 따라 사용할 수도, 없을 수도 있습니다. 사용하더라도 기체에 적합한 모델로, 필요한 추가 부품과 함께 사용해야하므로 기본 구성요소를 다 정한 후에 사용여부를 결정하는 것이 좋습니다.
다음 게시글에선 쇼핑몰에서 직접 부품들을 골라 주문해보도록 하겠습니다.
쿼드콥터(Quadcopter)의 비행원리
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맨땅에 헤딩~
인터넷 검색, 관련 사이트를 참고하여 Pixhawk 4를 이용한 중/소형 드론을 만들려고 하고 있습니다.
참고만 하세요~!
커다란 소음을 만들어내며 하늘 위를 이리저리 왔다 갔다 하는 드론을 보면 신기하다.
4 개의 프로펠러가 장착되어있는 쿼드콥터(Quadcopter)는 어떻게 하늘을 나는 것일까?
1. 쿼드콥터는 어떻게 날아오르나?
쿼드콥터의 프로펠러가 양력을 만들어내는 원리는 헬리콥터의 것과 비슷하다.
(자세한 프로펠러의 원리는 여기 참조)
하지만 헬리콥터와 달리 4개의 프로펠러가 있는 쿼드콥터는 어떻게 양력을 조절해서 하늘 위로 떠오르는 걸까?
DJI Phantom quadcopter (출처: www.wikipedia.org)
프로펠러는 회전을 하면서 양력을 만들어내지만, 동시에 반작용으로 쿼드콥터에 토크(torque)가 발생한다. 이 토크를 적절히 상쇄시키지 못하면 쿼드콥터는 회전하게 되고 심할 경우 비행도 불가능하다.
이 토크를 상쇄시키기 위해서 쿼드콥터는 4개의 프로펠러 중 두 개는 시계방향, 다른 두 개는 반시계 방향으로 회전하도록 한다. 물론 각 쌍의 모터는 동일한 회전축에서 동일한 방향으로 회전한다.
이때 서로 마주 보는 프로펠러는 동일한 방향으로, 인접한 프로펠러는 반대방향으로 회전하게 함으로써 프로펠러가 회전하면서 발생하는 토크를 서로 상쇄하게 만든다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
위의 그림은 쿼드콥터 중 대중적으로 많이 사용하는 Quadcopter +, x, H의 프로펠러 회전 방향이다.
4개의 프로펠러가 동일한 회전 속도로 회전하면서 만들어내는 총 양력(thrust)의 크기가 쿼드콥터의 무게를 초과하게 되면 쿼드콥터가 하늘 위로 상승하게 된다.
만약 프로펠러의 회전 속도가 동일하지 않다면 토크가 상쇄되지 않아 쿼드콥터는 회전하게 되고 또 프로펠러가 만들어내는 추력이 동일하지 않기 때문에 안전하게 이륙할 수 없다.
쿼드콥터를 착륙/하강할 때는 4개 프로펠러의 회전 속도를 줄여 드론의 무게보다 추력을 떨어뜨리면 된다.
2. 드론은 어떻게 회전하나?
드론 비행 동영상을 보면 드론이 공중에서 빙글빙글 회전하는 것을 볼 수 있다.
이런 회전을 요(yaw) 축을 중심으로 회전한다고 하거나 또는 요잉(yawing)이라고 하는데 회전하는 원리를 알아보기 전에 우선 쿼드콥터의 방향과 좌표계 정의를 알아야 용어의 이해가 쉽다.
드론의 좌표축과 전면 정의 (원본출처: https://docs.px4.io)
드론이 회전하는 원리는 간단하다.
앞서 설명했듯이 회전하는 프로펠러로 인해서 드론에 토크가 발생하는데 드론의 회전은 이 토크을 이용한다.
쿼드콥터의 경우에는 4개 모터의 회전 속도를 다르게 설정해서 토크가 완전히 상쇄되지 못하도록 하고, 이 남은 토크로 쿼드콥터가 회전한다.
– 좌측 방향으로 회전
4 개의 모터 중 시계방향의 모터 회전 속도를 높이고 반시계 방향의 모터 회전 속도를 낮추면, 쿼드콥터는 제자리에서 반시계 방향, 즉 왼쪽 방향으로 회전하게 된다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
위의 그림에서 회전 방향의 화살표가 굵을수록 회전 속도가 더 빠르다는 의미이다.
– 우측 방향으로 회전
4 개의 모터 중 반시계 방향의 모터 회전 속도를 높이고 시계방향의 모터 회전 속도를 낮추면, 쿼드콥터는 제자리에서 시계방향, 즉 왼쪽 방향으로 회전하게 된다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
단순하게, 회전하고 싶은 방향의 반대방향으로 회전하는 모터의 회전 속도를 높이면 쿼드콥터는 원하는 방향으로 회전하게 된다.
3. 드론은 어떻게 전후/ 좌우 방향으로 비행하나?
드론이 전후/좌우 비행을 하려면 그 방향으로 추력이 가해져야 하는데 좌우/전후 대칭인 Quadcopter +, x, H 같은 쿼드콥터일 경우에 전후/좌우 비행 원리는 동일하다
– 전진 비행
Quadcopter x/H의 경우 앞으로 비행을 하기 위해서 뒤쪽에 있는 모터 쌍의 회전 속도를 앞쪽의 모터 쌍보다 더 빠르게 하고 Quadcopter +의 경우 뒤쪽의 모터 회전 속도를 높이고 앞쪽의 모터 회전 속도를 낮춘다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
뒤쪽의 프로펠러가 더 빠른 속도로 회전하기 때문에 앞쪽의 프로펠러보다 더 큰 추력을 만들어내서 쿼드콥터는 약간 앞으로 기울게 된다.
전진방향 비행(원본출처: https://docs.px4.io)
위의 그림처럼 프로펠러가 비스듬해지면 발생하는 프로펠러에서 만들어지는 양력도 비스듬해지면서 전진 방향으로 추력이 발생하게 된다.
쿼드콥터를 전진하게 하는 추력은 프로펠러의 양력의 가로축 방향 크기이고, 쿼드콥터를 들어 올리는 양력의 힘은 프로펠러 양력의 세로축 방향의 크기이다.
따라서 프로펠러에서 발생하는 양력의 가로 방향의 힘이 항력보다 클 경우 쿼드콥터는 전진 방향으로 비행하게 된다.
이때 프로펠러 양력의 세로 방향 힘이 쿼드콥터의 무게보다 더 크다면 쿼드콥터는 상승하면서 전진 비행하고 더 작다면 쿼드콥터는 하강하면서 전진 비행하게 된다.
Quadcopter x/H의 경우 뒤쪽의 프로펠러 중 하나는 시계방향, 다른 하나는 반시계 방향으로 동일한 속도로 회전하기 때문에 드론에 발생하는 토크가 완전히 상쇄되지만 Quadcopter +의 경우 토크가 완전히 상쇄되지 못한다. 이 경우 쿼드콥터가 요 방향으로 회전하는 것을 막기 위해서 추가로 피치 방향 모터의 회전 속도를 조종해야 한다.
– 후진 비행
후진 비행은 전진 비행의 반대로 모터의 속도를 설정하면 된다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
후진 비행도 마찬가지로 Quadcopter x/H의 경우 앞쪽의 프로펠러 중 하나는 시계방향, 다른 하나는 반시계 방 향으로 동일한 속도로 회전하기 때문에 드론에 발생하는 토크가 완전히 상쇄되지만 Quadcopter +의 경우 토크가 완전히 상쇄되지 못한다. 이 경우 쿼드콥터가 요 방향으로 회전하는 것을 막기 위해서 추가로 피치 방향 모터의 회전 속도를 조종해야 한다.
– 우측 비행
Quadcopter x/H의 경우 오른쪽으로 비행을 하기 위해서 왼쪽에 있는 모터 쌍의 회전 속도를 오른쪽의 모터 쌍보다 더 빠르게 하고 Quadcopter +의 경우 왼쪽의 모터 회전 속도를 높이고 오른쪽의 모터 회전속도를 낮춘다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
왼쪽의 프로펠러가 오른쪽의 프로펠러보다 더 큰 추력을 만들어내서 쿼드콥터는 약간 오른쪽으로 기울게 된다.
오른쪽방향 비행(원본출처: https://docs.px4.io)
앞서 전진 비행에서 설명한 것과 동일한 원리로 쿼드콥터는 우측 비행을 하게 된다.
전진 비행과 마찬가지로 Quadcopter x/H의 경우 왼쪽의 프로펠러 중 하나는 시계방향, 다른 하나는 반시계 방향으로 동일한 속도로 회전하기 때문에 드론에 발생하는 토크가 완전히 상쇄되지만 Quadcopter +의 경우 토크가 완전히 상쇄되지 못한다. 이 경우 쿼드콥터가 요 방향으로 회전하는 것을 막기 위해서 추가로 롤 방향 모터의 회전 속도를 조종해야 한다.
– 좌측 비행
왼쪽 비행은 오른쪽 비행의 반대로 모터의 속도를 설정하면 된다.
Quadcopter + (출처: www.wikipedia.org) Quadcopter x/H (출처: www.wikipedia.org)
우측 비행과 마찬가지로 Quadcopter x/H의 경우 오른쪽의 프로펠러 중 하나는 시계방향, 다른 하나는 반시계 방향으로 동일한 속도로 회전하기 때문에 드론에 발생하는 토크가 완전히 상쇄되지만 Quadcopter +의 경우 토크가 완전히 상쇄되지 못한다. 이 경우 쿼드콥터가 요 방향으로 회전하는 것을 막기 위해서 추가로 롤 방향 모터의 회전 속도를 조종해야 한다.
5. 기타
위의 언급한 비행 방법을 조합해서 루핑(looping), 플립(flip)을 할 수 있다.
루핑이란 아래 그림처럼 드론이 둥그런 원을 그리며 나는 것을 말한다.
쿼드콥터 루핑 (출처: https://www.hindawi.com/journals/jcse/2016/7324540/fig1/)
롤링(rolling)이란 롤 축을 중심으로 드론이 회전하는 것, 피칭(pitching)이란 피치 축을 중심으로 회전하는 것을 의미하는데 이런 회전을 플립(flip)이라고 하며 롤 축에서 플립을 하면 롤 플립, 피치 축에서 플립을 하면 피치 플립이라고도 한다.
멀티콥터(multicopter)에서 프로펠러의 회전 방향에 따라 다른 프로펠러 색깔의 프로펠러를 사용하면 프로펠러 회전 방향을 손쉽게 파악할 수 있기 때문에 프로펠러 구입 시 이런 점도 고려하면 좋다.
아두이노로 직접 쿼드콥터 드론만들기 프로젝트 참가하기
아두이노 드론 만들기 스터디를 진행 합니다.
멀티위라는 아두이노 오픈소스를 활용하여 제작하며 프레임을 제외한 나머지 부품들을 가지고 직접 DIY 쿼드콥터 드론을 제작 (프레임 제작 3D 프린터 사용가능)
장소 : 대구 테크노파크 벤처공장
일시 : 시간 조율
기간 : 당일 오전 10시~ 오후 5시 (진행 속도에따라 기간이 단축되거나 늘어날 수 도 있음.)
참여인원 : 선착순 5분 (상시접수 / 댓글신청 성함, 연락처 남겨주시면 따로 연락드립니다.)
준비물 : 노트북
카카오톡 문의 : yunghwa14
쿼드콥터 제작 diy
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오늘은 제가 쿼드콥터 제작을 알아보게된 시기부터 글을쓸까 합니다. 어느날 TV를 보는데 하늘에서 멋진 영상을 촬영하는게 나왔습니다. 처음에는 아무 감흥이 없었는데 연이어 나오는 장면에 너무도 멋져셔 정보를 찾다보니 쿼드콥터 라고 불리는걸 알게되었습니다. 흔히들 드론이라고 하기도 하는데요, 이걸 제작해 보고 싶은 욕심이 생겼습니다.
사실, 완제품을 사면 되기도 하였지만 공학도의 욕심이랄까? 아님 가성비를 우선시 하는 저의 욕심이랄까 싶은 마음에 일단 정보를 모았습니다. 일단 국내에 정보를 공유하고 계시는 분이 많이 없고 저도 초보자기에 만만해 보이는 아마존을 뒤집기 시작하였습니다.
그리고 한가지 결론에 놓이게 됩니다. 완제품을 선택하지 않고 DIY로 나온걸 선택한다면 어떨까 라는, 계획을 가지고 설계부터 해볼려는 저의 생각을 버리기로 하고 DIY가 있는지를 알아보게 되었습니다.
역시나 외국이네요 라는 생각이 들정도로, 국내와 다르게 여러가지 제품들이 있으며 세트로 이루어진게 많았습니다. 그렇다면 이걸 선택해 볼까? 라는 부분에서 또하나의 난관에 놓이게 됩니다. 기판이였습니다. 일단 아래사진을 보도록 하겠습니다.
이렇게 set로 해서 한국돈으로 20만원내외 입니다. 해외에서 오니까 운송비며 관세가 붙을꺼라 생각됩니다. 더구나 우리나라에서는 쿼드콥터가 항공법에 제한이 된다는 정보를 얻게 되면서 이게 온전하게 한국땅에 올수 있을까 내손 안에 들어올수 있을까 라는 의문이 들었습니다.
그리고 이때, 제가 궁금해 하던 쿼드콥터를 제어해 주는 기판같은것도 세팅되어 있는게 중국에서 나오고 있다는것도 확인이 되었습니다.
아무튼 몇가지 장벽 있다는걸 알아둔 상태에서, 가성비 라는 이름을 외쳐야 하는걸까?
부품수급은 어떻게 해야하지? 내가 전문가 인가 라는 생각을 하게 됩니다. 직접 제작을 하게 될경우 분명 원하는대로 컨트롤이 안되고 힘든상황이 발생할수 있을꺼라는 생각이 다시 주저하게 만들었습니다.
하지만, 다시 나도 멋진영상을 만들어 보겠다. 나만의 개성있는 쿼드콥터를 제작 하여서 하늘에 띄워보겠다. 공중에 머물러 있는 시간이 길어서 배터리 걱정없는 드론을 만들어 보겠다는 생각을 하고, 부품의 조합을 완성하게 됩니다.
결론은 배보다. 배꼽이 더 컸습니다. 제가 공학도라고 하지만 실패할 확률은 50%보다 높을꺼라 생각됩니다. 그리고 거기에 쏟아붓는 시간과 에너지를 생각한다면 완제품을 선택하는게 가장 좋은 선택이라고 생각됩니다. 쿼트콥터 DIY제작을 하고 싶으신 분들은 아마존과 일본직구를 확인해 보시길 바라겠습니다. 장비가 많이 있습니다.
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