'드론 설계'에 해당되는 글 3건

  1. 2016.10.26 멀티콥터용 모터 선택방법 (4)
  2. 2016.10.24 드론 제작방법(3) - 추진력
  3. 2016.10.24 드론 제작방법(2) - 프레임 (4)
드론/쿼드콥터2016. 10. 26. 18:09

이 간단 가이드는 쿼드콥터 혹은 멀티콥터에 맞는 모터를 선택하는 방법에 대해 기술한다. 이를 결정하기 위해서는 스스로 추력 데이터 테이블(thrust data tables)에 있는 통계를 여러번 테스트하는 게 바람직하다. 다행스럽게도 평판좋은 제조사들은 필요한 테스트를 이미 수행하였으므로, 당신이 직접할 필요없이, 이 테이블만 보면 원하는 정보를 얻을 수 있다. 이 글에서 사용하는 MT1801 모터에 대한 추력데이터 테이블은 아래와 같다.

브러시리스 모터에 대해 아무것도 모르겠다면, 브러시리스 모터 초보자 가이드를 읽어보길 바란다.

어디서 시작할까?

가장 먼저 알아야 할 것은 멀티콥터의 무게이다. 처음 드론을 조립하고자 계획할 때 정확한 무게를 알기는 어렵다. 하지만, 어딘가에서 시작하여 부품을 선택하고 바꾸다보면 무게를 좀 더 정확히 추정할 수 있게 된다.

나는 제일 먼저 어떤 프레임을 사용할 것인지를 아는 것으로부터 출발한다. 프레임 사이즈가 정해져야 모터와 프로펠러 최대 크기를 결정할 수 있기 때문이다. 대부분의 판매용 프레임은 어떤 모터를 사용해야 할 지를 추천하므로, 무엇을 찾아봐야 할 지 어느정도 감을 잡을 수 있을 것이다. 나는 또한 카메라와 짐벌의 무게를 추가할 예정이다.

추력대 무게 비

먼저 제일 중요한 점은 모터의 추력이 드론의 총 무게에 비해 2배 이상 되어야 한다는 것이다. 다른 말로 중간 throttle 에서 호버링이 가능해야 한다는 것이다. 이것은 중요한 법칙으로, 멀티로터를 바람속에서도 조정가능하고, 공격적으로 비행하는 동안에도 조종할 수 있을 정도로 여분의 추력이 충분해야 한다는 뜻이다. 항상 부드럽게 날리는 등 반응성이 떨어져도 되는 드론의 경우 70% throttle에서 호버링해도 무방하다. 따라서 쿼드콥터의 무게가 800g 이라면 쿼드콥터의 모터는 총 1.6kg의 추력을 만들어야 하며, 따라서 최대 추력이 400g 인 모터가 필요하다.

미니쿼드 레이싱 드론의 경우 상당히 민첩한 쿼드콥터가 필요하므로, 추력대 무게 비가 높은 것이 바람직하고, 항공사진 드론처럼 부드럽게 날리는 경우, 추력대 무게비가 약간 낮아도 무방하지만, 일반적으로 2:1 정도로 계획하는 것이 좋다. 여분이 있다면 좀더 큰 배터리를 사용하여 비행시간을 늘릴 수도 있다.

사례 - 개략적인 중량 추정

silver blade 미니쿼드 제작 가이드에 설명한 미니쿼드를 조립하고 싶다고 가정하자. 어떤 프레임을 사용할 것인지 부터 시작해야 하는데, 이 경우에서는 silver blade 37을 사용한다. 이 제품의 설명에 따르면 1806-2204 크기의 모터를 사용하라고 추천하므로, 인터넷을 검색하여 이 정도 급의 모터의 무게는 대략 100g 정도라는 것을 파악하였다.(약간 과추정임) 이와 비슷하게 1300-1800mAh 급의 3-4S LiPo 배터리가 미니쿼드에서 널리사용되므로, 배터리 무게는 이 크기를 기초로 한다. 이를 기초로 한 추정은 아래와 같다. 이는 시작하기 위한 아주 대략적인 추정임을 명심하라.

  • 비행콘트롤러 - 15g
  • R/C 수신기 - 15g
  • Silver Blade 프레임 - 150g
  • 모터 및 ESC 4 쌍 - 200g
  • 3S LiPo 배터리 (1300-1800mah) - 150g
  • FPV 카메라 및 송신기 - 50g

이제 우리 드론의 무게는 대략 680g 정도 되므로, 적어도 이 값의 배 (1.2kg)의 추력을 뽑을 수 있는 모터가 필요하다. 단, 추력이 더 높다면 더 빨리 날릴 수 있다. 우리는 쿼드콥터를 제작하므로, 각각의 모터는 최소 300g 이상의 추력을 생성할 수 있어야 한다.

이 과정이 힘들다면, 인터넷에서 원하는 드론과 비슷한 정보의 드론을 제작한 분들의 정보를 찾아보라. 이들이 사용하고 있는 부붐을 근거로 무게를 추정하면 된다.

데이터 읽기

추정한 무게로부터, 각각 최대 추력이 300g 정도인 모터를 찾아야 한다는 것을 알았다. 각 모터의 추력 테이블을 조사하면, 필요한 추력 성능을 가진 모터를 몇가지 선별할 수 있을 것이다. 이번 예에서는 MT2204를 찾았다고 가정한다.

이 과정이 어렵다면, 조립가이드를 찾아보거나, 원하는 드론과 비슷한 것을 찾아서, 어떤 모터나 장비를 사용하는 지를 알아봐서 시작하는 것도 좋다.

추력 확인

이제 우리는 위와 같은 표로부터 유용한 정보를 조사하고 추출할 수 있게 되었다. 이 업체가 두가지 전압(2S(약 8V) 와 3S(약 12V))과 두가지 프로펠러를 사용하여 테스트 했다는 걸 알 수 있다. 모터가 끌어다 쓰는 전류에 따라, 생성되는 추력과 효율(힘/전력 : gram/watt) 등의 정보가 표시되어 있다. 우리는 이 표로부터 3S 배터리를 사용하면 이 모터는 5x3, 6x3 프로펠러를 사용할 때 원하는 추력 300g 을 낼 수 있다는 것을 알 수 있다. 

효율성 비교

이처럼, 제일 먼저 해야 할 일은 모터의 추력을 조사하는 일이다. 나는 다음으로 모터를 비교를 할 때 모터의 효율을 고려해야 한다고 생각한다. 효율은 일반적으로 추력 나누기 전력으로 나타낸다. 단위는 gram/watt 이다. 효율이 높은 모터(g/W 값이 높은 모터) 일수록 콥터가 더 오래 날 수 있다. 일반적으로는 효율이 7이상 되면 좋지만, 더 높은 값일 수록 좋다. 일부 대형 모터 (예 : BE 8108919)의 경우 효율이 18 이상되기도 한다.

필요한 추력을 내는 모터를 찾은 후, 이를 비교하는 가장 좋은 방법은 가장 효율이 높은 것을 고르는 것인데, 하지만 이는 필연적으로 가장 비싼 모터로 귀결된다.

하지만, 앞서 언급했듯이 이 것이 우선순위가 아닐 수도 있다. 작고 움직임이 빠른 아크로바틱 드론을 원할 경우, rpm 이 우선이고 효율성은 뒷전일 것이다. 이 경우 kV가 높은 모터가 우선이다. 우리의 예에서는 미니쿼드용 모터를 선택하는 것이므로, 이런 쿼드콥터용 모터는 대부분 위 표에서 볼 수 있는 MT2204 와 비슷하다. 이것이 이 모터의 효율성이 상대적으로 나쁜 이유이다.

모터에 맞는 ESC

이제 이 모터가 우리 응용에 적합하다고 확인하였으므로, 우리가 선택한 모터/배터리/프롭에 대한 전류 소모량을 본다. 우리의 경우, 5x3 프롭을 사용하면 최대 7.5A, 6x3 프롭을 사용하면 11.5V 이다. 우리는 5x3 을 사용하기로 했으므로, 7.5A 이상의 ESC 가 필요하므로, 12A ESC면 좋은 선택일 것이다.

중량 재 추정 및 배터리 선택

이제 몇몇 부품을 선택했으니 처음 무게를 추정한 것을 실제 무게로 갱신할 수 있게 되었다. 이 모터에 5x3 프롭을 달면 각각 최대 310g 의 추력을 발생시키므로, 우리 쿼드콥터의 무게는 620g 이하여야 한다. 모든 부품과 프레임의 실제 무게는 368g 이므로, 무게 250g 이하의 배터리를 달면 된다. 괜찮은 배터리를 장착할 만큼 무게가 충분히 남아 있지 않다면, 처음으로 돌아가서 좀더 큰 모터나 큰 프롭을 검토해야 한다.

남은 무게를 모조리 배터리용으로 쓰는 대신 약간 가벼운 배터리(예 3S 1800mAh 158g)를 사용하면쿼드콥터가 더 민첩해질 것이다. 실제 어떤 브랜드의 제품을 쓸 것인가 하는 것은 개인적인 선호도와 자금에 달렸지만, 좀 더 많은 정보를 원한다면 LiPo 배터리 구입 가이드를 참고하라.

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원문 : How to choose the right motor for your multicopter drone

Posted by 푸른하늘 푸른하늘이

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  1. Roy

    안녕하세요 지금 쿼드콥터에 관심이 많은 학생입니다 ㅎㅎ
    포스트는 잘 읽었습니다 모터가 가장 중요한 선택지 인것 같은데 추력계산시 왜 50%에서 호버링이 되야
    되는것이며 호버링이 되는 추력을 찾더라도 만약 최고속도가 25m/s일경우 호버링 추력에 +a가 되어야 할것 같은데 이점이 궁금합니다 지금 계산을 해서 적정 모터를 찾아볼려고 연습중인데 혹시 공식이나 이런것들이 있으면 조언좀 부탁드립니다 흠.... 예를 들면 550Kg의 쿼드콥터의 경우 550X2(50퍼 스로트일경우)X안전계수 를 해서 동축반전 쿼드콥터이면 나누기 8을 하면 207Kg이 나오는데 모터 하나당 207Kg의 추력이 필요한것인가요?

    2017.06.29 20:27 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
    • 500kg 이면 사람이 타는 건가요? 엄청 크네요. ㅎㅎ 50%추력이라는 것은 일반적인
      드론에 대해 여유분을 고려한 경우입니다.

      레이싱드론과 같이 빠른 동작이 필요한 드론은 30%에서 호버링하도록 맞추고, 사진촬영용 드론처럼 천천히 움직이는 드론은 60-70%도 가능하다고 합니다.

      만약 100% 추력에 맞췄다면 겨우 뜨기만 한다는 거고 아무 작업도 수행할 수 없다는 거니까요.

      2017.06.29 22:10 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]
  2. Roy

    역시 그렇겠죠? ㅎㅎ 도움 감사합니다 혹시
    이런 계삭식들이 공인받은 논문이나 이런 전문지같은데를 추천해주실수 있을까요?

    2017.07.04 21:49 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
    • 논문 같은 건 못봤습니다. 멀티콥터의 경우, 모터의 추력만 알면 기체 전체의 추력/부하 등을 계산할 수 있으니까, 고정익이나 헬기처럼 복잡한 계산이 필요 없기 때문이 아닐까 합니다.

      2017.07.08 16:52 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]

드론/쿼드콥터2016. 10. 24. 18:00

이제 프레임을 선택 또는 제작하였다면, 다음 단계는 적절한 추진 시스템을 선택하는 것이다. 완전한 추진계는 모터, 프롭, ESC와 배터리가 포함된다. 모든 소형 멀티로터 드론, UAV는 모두 전기식으로, 동력식은 전혀 없다. 따라서 브러시리스 DC 모터를 사용하는 전기식 추진계를 구현하는 방법에 초점을 맞춘다.

1. 모터

사용하는 모터는 적재(총 적재량) 및 비행시간에 커다란 영향을 미친다. 모든 곳에 동일한 모터를 사용하는 것이 좋다. 모터가 동일한 브랜드에 동일한 모델이고 동일한 생산라인에서 나왔더라도 속도는 약간씩 다르다. 이 차이는 비행 콘트롤러가 처리한다.

브러쉬/브러쉬리스

브러쉬 모터는 영구자석이 케이스에 고정되어 있고, 그 내부에 코일이 회전하는 형태이다. 브러시리스 모터는 반대로 코일이 안쪽 혹은 바깥쪽에 고정되어 있고 자석이 회전한다. 대부분의 경우, 브러쉬리스 DC 모터만 고려한다. 브러시리스 모터는 헬리콥터, 비행기로 부터 RC 카나 보트까지 다양한 취미용 RC 산업에서 널리 사용되고 있다. "팬케이크" 브러시리스 모터는 지름이 크고 기본적으로 납작한 형태로, KV 는 낮고 회전력(torque)이 강하다. 초소형 UAV(손바닥 크기)의 경우 작은 브러시 모터를 사용하는 경향이 많다. 가격이 저렴하고 선이 두개만 필요하기 때문이다. 브러시리스 모터가 크기와 사양이 매우 다양하지만, 작은 브러시리스 모터가 반드시 저렴한는 것은 아니다.

내부회전식과 외부회전식

브러시리스 DC 모터의 종류는 다음과 같다.

  • 내부회전식(Inrunner) - 코일이 바깥쪽 통에 고정되고, 영구자석이 내부 전기자 축에 설치되어, 축이 통 내부에서 회전하는 방식. (KV가 높아 RC 카에 많이 사용됨)
  • 외부회전식(Outrunner) – 자석이 외부 통에 고정되어 있으며, 모터 축 중심에 코일이 고정되어 있고 통이 회전하는 방식 (모터의 바닥은 고정됨)
  • 하이브리드 외부회전식(Hybrid Outrunner) - 기술적으로는 외부회전식이지만, 외부 통이 고정되어 있어, 내부회전식처럼 보이는 형태

내부회전식 브러시리스 DC 모터는 RC 카, 항공기, 헬리콥터 등에 많이 사용된다. KV가 빠르기 때문이다. 기어를 사용해 회전력을 높이는 경우도 있다. 외부회전식이 회전력이 높은 경향이 있다.

"KV"

KV rating 혹은 KV 값은 주어진 전압에 대해 얼마나 빨리 회전하는가와 관계가 있다. 대부분의 멀티로터 기체는 KV가 낮은 것이 좋다. (예를 들어 500에서 1000 사이) 안정성이 좋기 때문이다. 하지만 아크로바틱 비행의 경우 KV가 1000에서 1500 사이에 있고 프롭 지름이 작은 것을 고려하는 게 좋다. KV 값이 650 rpm/V 라면, 11.1V 에서 모터는 11.1V x 650 = 7215rpm으로 회전한다. 낮은 속도에서 회전시키면 (예 7.4V) RPM은 7.4V x 650rpm/V = 4810rpm 가 된다. 참고로 낮은 전압에서  동일한 출력을 내려면 전류 유입량이 더 높아지게 된다. (power = current x voltage).

추력(Thrust)

일부 브러시리스 모터 제작사는 여러 프로펠러별 모터의 추력 정보를 제시한다. (대부분 테이블 형태로) 추력의 단위는 kg, lbs 또는 N 이다. 예를 들어 쿼드콥터를 조립중으로 11인치 프롭으로 0.5kg 추력을 제공하는 특정 모터를 찾았을 경우, 이 모터와 프롭 4쌍은 최대추력으로 0.5kg * 4 = 2kg 을 들어올릴 수 있다. 따라서 쿼드콥터의 무게가 2kg 보다 약간 작다면, 최대추력으로 이륙만 가능하다. 따라서 추력이 더 큰 모터+프롭 쌍을 선택하거나, 기체의 무게를 줄여야 한다. 

추진력 시스템(모든 모터와 프롬)이 최대 2kg 추력을 제공한다면, 전체 콥터는 최대 이 무게의 절반(모터 등 모든 부품을 포함한 무게)인 1kg 이하여야 한다. 이러한 방식으로 어떠한 구성도 계산할 수 있다. 예를 들어 헥사콥터의 무게(프레임, 모터, 전자부품, 배터리, 액세서리 등)가 2.5kg이라고 하자. 각각의 모터는 따라서 2.5 kg / 6 / 2 = 0.83 (또는 그이상)의 추력을 제공할 수 있어야 한다. 이제 모터의 사양을 계산할 수 있게 되었지만, 결정을 내리기 전에 아래쪽 글을 모두 읽어보길 바란다.

기타 고려사항

  • 커넥터 : 브러시 DC 모터는 두개의 커넥터가 있다. 하나는 양극 다른 하나는 음극. 선을 바꾸면 모터의 회전이 반대로 바뀐다.
  • 커넥터 : 브러시리스 DC 모터는 세개의 커넥터가 있다. 결선하는 방법이나 회전 방향을 바꾸는 방법은 아래 ESC 부분을 참고할 것 
  • 와인딩(Windings) : 와인딩은 모터의 KV에 영향을 미친다. KV는 낮추되 회전력을 유지하려면 대형 팬케이크 형 브러시리스 DC 모터를 고려할 수 있다.
  • 마운팅 : 대부분의 제조사들은 브러시리스 DC 모터를 위한 일반적인 마운팅 패턴이 있어, 프레임을 생산하는 업체들이 별도의 어댑터를 설계할 필요가 없다. 이 패턴은 일반적으로 미터법에 따라 두개의 구멍이 16mm 떨어진 두개의 구멍과 19mm 떨어진 또다른 두개의 구멍 (앞의 구멍과는 수직방향)으로 구성된다.
  • 나사 : 브러시리스 모터를 프레임에 결합하는데 사용되는 마운팅 나사는 여러가지가 있다. 일반적인 미터법 방식의 스크류는 M1, M2, M3 등이 사용되고, imperial 단위의 경우 2-56, 4-40 등이 사용된다.

2. 프로펠러

멀티콥터 프로펠러는 RC 비행기에서 사용되는 프로펠러를 사용하고 있다. 헬레콥터 프롭은 안되는가? 적용사례가 없는 건 아니지만, 헬리콥터 프롭을 사용하는 헥사콥터의 크기를 상상해 보라. 참고로 헬리콥터 형 시스템은 깃(blade)의 각도를 변경할 수 있어야 하는데, 이는 기계적으로 상당히 복잡하게 된다. turbojet, turbofan, prop-jet 등은 왜 사용하지 않느냐고 물을 수도 있다. 이들은 높은 추력을 제공하는데는 매우 좋지만, 높은 전원이 필요하다. 드론의 목표가 한정된 지역에 떠 있는게 아니라, 빠르게 이동하는 것이라면 이런 옵션을 사용할 수도 있을 것이다.

깃과 지름

대부분의 멀티콥터는 로터 깃이 2개 또는 3개로, 2개인 경우가 대부분이다. 깃의 갯수를 늘린다고 추력이 높아지는 것은 아니다. 각각의 깃은 앞선 깃의 wake(궤적?)를 통해 나가야 하는데, 깃이 많아질 수록 wake가 더 많아지게 된다. 직경이 작은 프롭은 관성이 적어, 속도를 쉽게 변화시킬 수 있고 따라서 아크로바틱 비행에 유리하다. 

피치 / 받음각(Angle of Attack) / 효율성 / 추력(Thrust)

프로펠러에 의해 생산되는 추력은 공기의 밀도, 프로펠러의 RPM 과 직경, 깃의 형태와 면적, 피치 등에 의해 영향을 받는다. 프롭의 효율성은 받음각(angle of attack : 깃의 피치에서 helix 각을 뺀 것(helix 각은 깃의 회전 방향과 상대속도를 고려한 각도))과 관련이 있다. 효율성 그자체는 입력과 출력의 비율이다. 대부분의 잘 설계된 프로펠러는 효율성이 80% 이상이 된다. 받음각은 상대속도에 영향을 받으므로, 프로펠러는 모터 속도에 따라 효율성이 달라진다. 


또한 효율성은 프로펠러 깃의 leading edge에 의해서도 크게 영향을 받으므로, 가능한한 매끄럽게 처리해야 한다. 가변 피치 방식이 최선이기는 하지만 복잡성을 더하기 때문에, 단순성으로부터 출발한 멀티로터에서는 거의 사용되지 않는다. 깃의 설계와 추력에 관한 이론에 대해서는 MDP 프로젝트와 같은 온라인 사이트에서 찾을 수 있다. 아울러 프롭의 추력을 계산할 수 있는 온라인 도구도 여럿 있다. eCalc와 같은 사이트에서는 다양한 모터를 나열하여 추력을 계산할 수 있다.

회전(Rotation)

프로펠러는 시계방향(CW) 또는 반시계방향(CCW)으로 설계된다. 어떤 부분이 위로 향하게 해야하는지 아는 것이 중요하다. (둥근면이 위쪽으로 가야함) 멀티로터 설계시 일부 모터를 뒤집었을 경우(예 Vtail, Y6, Y8 등), 프로펠러의 방향을 뒤집어 추력이 아래쪽으로 내려가도록 해야 한다. 프로펠러 윗면이 항상 위를 향해야 한다. 비행콘트롤러 문서를 보면 일반적으로 각각의 프롭이 어떤 방향으로 회전하는지 알 수 있다.


재료(Material)

프로펠러 재료는 비행 특성에 중간정도의 영향을 미치지만, 특히 초보자의 경우엔 안전을 가장 우선순위에 두어야 한다.

플라스틱

사출 플라스틱(Injection-Molded Plastic. ABS / 나일론 등)은 멀티로터에서 가장 인기있는 재료이다. 가격이 저렴하고 비행 특성이 좋으며, 내구성이 뛰어나기 때문이다. 일반적으로 추락을 하면 적어도 하나의 프롭은 깨지는데, 드론을 교정중이거나 비행연습 중에는 많은 프롭이 망가질 수 있다. 탄소섬유로 강화한 플라스틱 프로펠러가 견고성과 저렴한 가격 등으로 인해 아마도 가장 최고의 선택이라고 할 수 있다.

강화 섬유 폴리머(Fiber-Reinforced Polymer)

강화섬유 폴리머 프로펠러 (탄소섬유, 나일론 강화 탄소 등)는 여러가지 면에서 최신 기술이다. 탄소섬유 부품은 여전히 생산이 쉽지 않아, 동일한 사양의 플라스틱 프로펠러에 비해 상당히 많은 비용을 지불해야 한다. 탄소섬유 프로펠러는 추락시 깨지기 힘들어 접촉하는 것에 많은 피해를 입힌다. 강화 섬유 폴리머는 일반적으로  잘 제작되었고 밸런싱이 거의 필요하지 않으며, 딱딱하며(유연함으로 인한 효율성 저하가 덜함) 무게도 가볍다. 다만, 자신있게 비행이 가능해진 연후에 이들 고성능 프로펠러를 고려하길 바란다.

자연재료

나무와 같은 자연재료는 멀티로터용 프롭으로는 잘 사용되지 않는다. 생산하는데 특별한 가공이 필요하여 플라스틱보다 가격이 높기 때문이다. 나무의 주요 장점으로는 상당히 튼튼하며 잘 휘지 않는다는 것이다. 나무 프로펠러는 RC 비행기에는 아직 사용되고 있다.


접이식(Folding)

접이식 프로펠러는 중심부에 두개의 깃을 연결하는 부품이 있다. 중심부(모터 출력축과 연결됨)가 회전하면 원심력이 깃에 작용하여 깃을 바깥쪽으로 밀어 프로펠러를 "딱딱하게" 하여 고정된 프로펠러와 동일한 효과를 갖게한다. 수요가 많지 않고 부품수가 많기 때문에 고정식 프롭에 비해 널리 사용되지는 않는다. 예상하겠지만, 접이식 프롭을 채택한 기체는 운송이 쉬워서, 접이식 프레임과 함께 사용할 경우 상당히 작은 크기로 만들 수 있다. 접이식 프롭은 아울러 추락이 발생했을 때 하나의 날만 교체하면 되는 장점도 있다.


탑재(Mounting)

항공기체는 크기가 매우 다양하므로, 프로펠러의 크기도 매우 다양하다. 따라서 산업에서 "표준"적으로 사용되는 모터 축 직경이 몇가지 있다. 프로펠러는 어댑터링(가운데 구멍의 직경이 여러가지인 와셔처럼 생긴)과 함께 공급된다. 어댑터링을 프로펠러 구멍에 눌러 끼우면 모터의 축에 중심을 맞출 수 있다. 프로펠러의 중심("bore")이 모터 축보다 너무 클 경우, 스페이서/어댑터 링이 필요하다. 프로펠러를 구매하면 어댑터가 꼭 있다고 가정하지 말고, bore와 모터 축 직경을 반드시 확인해야 한다.

프롭을 모터에 설치하는 방법을 맞춤화한 제조사들도 있다. 모터 축을 D 형태로 가공하여 비행중 풀리지 않도록 한 것도 있다. "male/female" 모터로 프롭을 결합하도록 한 경우도 있다. ??? 최신 프로펠러중에는 구멍이 아닌 나사가 되어 있고, 회전과 반대방향으로 되어 있어, 프로펠러가 회전하면 자동으로 조여지도록 된 것도 있다.

프롭보호기(Prop Saver)

프롭보호기는 모터의 일반 어댑터를 대신해 작은 부품(예 : O 링)으로 프롭을 고정시킨 것이다. 추락하여 프롭이 물체에 닿아 회전을 멈추면, 모터는 계속 고속으로 회전중이므로 O 링이 떨어져나와 이상적으로는 모터와 프롭을 보호할 수 있다. 대신 다음과 같은 단점이 있다.

  • 프롭이 축상에 더 멀리 설치된다.
  • 프롭보호기 설계가 잘못되거나 중심을 맞추지 못하면 진동의 원인이 된다.
  • 오링이 딱딱해지거나 비행중 약해질 수 있으므로 주기적으로 오링을 점검해야 한다.

프롭 가드(Prop Guard)

프롭가드는 프레임에 부착하여 프로펠러 둘레에 링이나 쿠션형태로 설치한다. UAV가 물체에 접촉하면 이상적으로는 프롭가드가 먼저 물체에 닫아 충격을 견딤으로써, 프롭이 직접 접촉하지 않는다. 소형 토이급 멀티로터는 탈부착 가능한 플라스틱 프롭가드가 포함되어 있다. 프롭가드의 단점은 다음과 같다.

  • 주요 진동 원인이다.
  • 약한 충격에만 좋다.
  • 프로펠러 바로밑에 지지대가 너무 많으면 추력을 낮출 수 있다.


밸런싱(Balancing)

저렴한 프롭은 균형이 안맞는 경우가 많다. 중심에 연필을 꽂아 보면 쉽게 알 수 있다. (한쪽면이 다른쪽 보다 무거울 경우) 이와 같이 모터에 프롭을 고정하기 전에 프롭의 균형을 잡는 게 매우 좋다. 프롭이 밸런싱이 되지 않으면 진동이 발생하고, 이것이 비행콘트롤러에 전파되어 비행에 오류를 발생시킬 수 있으므로, 밸런싱은 매우 중요하다. 프롭 밸런싱은 여러가지 방법이 있지만, UAV를 직접 조립한다면 저렴한 프롭 밸런서(prop balancer)가 좋다. 프롭 밸런서는 프로펠러 어느 위치에서 무게가 맞지 않는지 보여주는 기기이다. 무게를 조정하려면 무거운 부분을 사포질로 밀어주거나(프롭의 중심 부분... 날이 시작되고 끝나는 모소리는 건드리면 안되며, 프롭의 일부를 잘라내면 안됨) 가벼운 쪽에 아주 얇은 투명 마스킹 테이프를 붙여준다.(균형이 맞을 때까지 고르게 붙임) 참고로 중심부에서 먼 부분을 조종할 수록 회전력의 원리에 따라 더 많은 효과를 일으킨다.


전자변속기(ESC)

전자변속기(ESC : Electronic Speed Controller)는 비행 콘트롤러가 모터의 속도와 방향을 제어하는데 사용된다. ESC는 모터가 소모하는 최대 전류까지 처리가능해야 하며, 적절한 전압으로 공급할 수 있어야 한다. 대부분의 취미용 ESC는 모터를 한쪽 방향으로만 회전시킬 수 있지만, 적절한 펌웨어가 있으면 양쪽 방향 모두 작동시킬 수 있다.


커넥터(Connectors)

ESC에는 양쪽으로 여러선이 나와 있어 처음에는 어리둥절할 수 있다.

  • 전력 입력선 : 두개의 두꺼운 선(일반적으로 검은색과 빨간색)은 전원배분판(power distribution board) 등의 장치로부터 전원을 받는다. 전원판은 주 배터리에 직접 결선된다.
  • 3개의 불릿 커넥터 : 이 핀들은 브러시리스 모터에 있는 3개의 핀에 연결한다. 이들은 표준적인 크기가 있지만, 두개가 맞지 않는다면 한쪽을 교체해야 한다.
  • 3핀 R/C 서보 커넥터 : RC 신호를 받아들이는 커넥터이지만, 빨간/검정 핀을 통해 5V를 공급받는 대신, 대부분의 경우 내부 BEC에서 5V를 제공한다.

경우에 따라서는 제조사에서 어떤 커넥터를 사용할 지 가정하지 않고 그냥 모터 연결 및 전원 입력선을 그냥 놔둘 수도 있다. (블릿 커넥터를 따로 넣어줄 수도 있는데, 어쨌든 전원선에 납땜을 해야 한다.) 모터와 함께 받은 불릿 커넥터가 ESC와 맞지 않을 수 있는데, 그냥 서로 바꾸는 게 제일 좋다. 회전 방향을 바꾸려면 3개의 코낵터중 아무거나 두개를 바꾸면 된다.

BEC(배터리 절감 회로)

대부분의 ESC에는 배터리 절감회로 BEC(Battery Elimination Circuit)를 포함하고 있다. 이것은 역사적으로 RC 차량에는 단 하나의 브러시리스 모터가 필요한데, 배터리를 분산시키는 것보다, 전압조절기가 내정되어 있는 ESC에 연결하기만 하면 되었기 때문이다. 일반적으로 전류는 1A 이상이고, 전압은 5V 가 거의 대부분이나, ESC의 BEC가 제공하는 전류를 아는 것이 중요하다. 

멀티로서에서는 모든 ESC를 비행콘트롤러에 연결하지만, BEC는 단 하나만 필요하고 여러군데에서 전원이 들어오면 문제가 발생할 수 있다. 일반적으로 ESC에 있는 BEC를 비활성화시킬 수 없으므로, 하나만 빼고 나머지 BEC 선의 빨간선을 제거하고 테이프로 감아두는 게 최선이다. 검정선(접지)는 "공통 접지"를 위해 그대로 두어야 한다.

펌웨어(Firmware)

ESC는 모두 멀티로터용으로 좋은 것은 아니다. 멀티콥터가 유행하기 전에 취미용 브러시리스 모터는 주로 RC 카, RC 비행기, 모형 헬기의 주 모터로 사용되었다는 것을 이해해야 한다. 대부분의 이러한 응용에서는 빠른 반응시간이나 빠른 갱신이 그다지 필요없다. SimonK 또는 Bheli 펌웨어를 탑재한 ESC는 입력의 변화에 빠르게 (훨씬 빠른 주파수로) 반응을 할 수 있어, ????

전력배분(Power Distribution)

각각의 ESC는 메인 배터리에서 전원을 공급받기 때문에 주 배터리에 달린 하나의 커넥터를 어떻게든 4개의 ESC로 분산시켜야 한다. 이를 위해 전원배분판(Power Distribution Board) 등의 장비가 필요하다. 이 보드(또는 케이블)은 주 배터리의 양극과 음극을 4개로 분리한다. 중요한 점은 배터리에 사용되는 커넥터와 ESC/전원배분판에 사용되는 커넥터가 동일하지 않기 때문에 가능하면 표준적인 커넥터(딘 커넥터 등)을 사용하는 것이 좋다. 저렴한 보드의 경우엔 납땜이 필요할 수 있다. 간단한 전원배분기로는 그냥 2개의 입력부에 양극 음극 각각 4개씩 한꺼번에 납땜하면 된다.

배터리(Battery)

화학

UAV 에 사용되는 배터리는 극히 예외적으로 리튬망간 등 다른 리튬 계통 배터리도 일부 사용되지만, 이제 거의 리튬폴리머(LiPo, Lithium polymer)로 통일 되었다. Lead acid는 간단히 옵션 아니라, NiMh/NiCd 은 용량에 비해 무겁고, 방출비율(discharge rate)이 충분히 높지 않다. LiPo는 무게에 비해 용량이 크고, 방출률이 높다. 단점으로는 상대적으로 비싸고, 안전상의 문제가 있다는 것이다.


전압

현재 사용되는 대부분의 배터리는 리튬 기반으로 1S = 3.7V 로 3.7볼트 배수이다. 따라서 4S로 표시된 배터리는 4x3.7V 는 14.8V가 된다. 하지만 셀의 숫자를 알면 어떤 충전기를 사용해야 하는지 결정하는데 도움이 된다. 용량이 큰 1S 배터리와, 용량이 적은 다중 셀 배너리는 외관상으로는 비슷하다.

용량

배터리의 용량은 암페어-시간(Ah)로 측정된다. 작은 배터리는 0.1Ah(100mAh) 정도이며, 중간급 드론용 배터리는 2-3Ah(2000mAh - 3000 mAh) 정도이다. 용량이 클 수록 비행시간이 길어지지만 배터리 무게도 커진다. 일반적으로 UAV의 비행시간은 10-20분 정도로 예상할 수 있는데, 긴시간이 아닌 것 같지만, 멀티콥터는 비행기와 달리 항상 중력과 싸워야 하며, 상승을 도와주는 날개면이 없다는 것을 고려할 필요가 있다.

방출률(Discharge Rate)

리튬 배터리의 방출률은 C로 표시된다. 여기에서 1C는 배터리의 용량이다. (손바닥만한 드론이 아니라면 대부분 Ah 이다. 대부분의 LiPo 배터리의 방출률은 적어도 5C(용량의 5배) 이지만, 멀티콥터에 사용되는 대부분의 모터는 높은 전류를 소모하므로, 놀랄만큼 높은 전류를 방출할 수 있어야 하며, 30C 이상이 되기도 한다.

안전(Safety)

LiPo 배터리는 가압 수소 가스가 들어있고 뭔가 잘못되면 화재가 나거나 폭발하는 경향이 있어 완전히 안전한 것은 아니다. 따라서 가지고 있는 배터리가 뭔가 의심이 간다면 UAV나 충전기에 꽂지말고, 적절하게 처리후 버려야 한다. 뭔가 잘못됐다는 드러나는 표시로는 한군데가 들어갔다거나, 배터리가 처음 구입했을 때보다 커졌다던지 하는 경우이다. LiPo 배터리를 충전할 때는 안전백에 보관하는 것이 좋다. 배터리를 보관할 때도 LiPo 백에 넣어두는 게 좋다. 추락발생시 제일 먼저 해야 할 일은 배터리를 분리하고 배터리를 점검하는 것이다. 배터리를 완전히 둘러싸는 케이스에 넣으면 무게는 증가하지만, 충돌시 배터리를 안전하게 하는데는 도움이 된다. 일부 배터리 공급사는 하드케이스에 넣어서 배터리를 공급하기도 한다.

충전

대부분의 LiPo 배터리는 커넥터가 2개가 있다. 하나는 주 "방출" 선으로 높은 전류를 처리할 수 있으며, 다른쪽은 일반적으로 짧고 가는데 이것이 충전용 커넥터이다. 이 충전용 커넥터는 거의 대부분 하얀색 JST 커넥터를 사용하며, 한개의 선은 접지이고 나머지는 배터리의 셀의 수와 동일하다. 즉 배터리 셀의 수보다 하나가 더 많다. 이것을 LiPo 충전기에 연결해야 하며, 배터리는 각각의 셀을 충전과 함께 밸런싱을 하게 된다. 충전기는 완료되었을 때 표시가 있어야 하며, 충전이 완료되면 배터리와 충전기를 분리하는 게 최선이다.

설치

배터리는 UAV에서 가장 무거운 물건으로 모터에 동일한 하중을 줄 수 있도록 무게 중심에 설치해야 한다. 배터리에는 특별한 설치방법이 없으며 (특히 LiPo 배터리를 스크류로 구멍을 내면 화재가 발생함) 현재 널리 사용되는 설치 방법으로는 벨크로, 고무, 플라스틱 케이스 등이 사용된다. 배터리를 벨크로를 이용해 프레임 밑쪽에 매다는 방식이 접근성이 좋아 상당히 널리 사용된다.

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원문 : http://www.robotshop.com/blog/en/make-uav-lesson-3-propulsion-14785

Posted by 푸른하늘 푸른하늘이

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드론/쿼드콥터2016. 10. 24. 10:29

맞춤식 혹은 반맞춤식 멀티로터 UAV를 제작하기로 했다면, 먼저 해야할 일이 프레임을 선택하는 것이다. 직접 제작할 수도 있고, 기존 UAV 프레임키트를 기반으로 시작할 수도 있다. 멀티콥터 UAV를 제작하는데 사용되는 프레임과 구성은 아주 다양하다. 이 가이드는 일반적/기본적인 프레임 유형과, 프레임을 만드는데 사용되는 재료, 그리고 설계시 고려사항을 다룬다. 어떤 의견이라도 댓글로 남겨주시길 바란다.

UAV 프레임 종류

트라이콥터(Tricopter)

  • 설명 : 세개의 팔에 모터가 하나씩 붙어 있는 UAV. UAV의 전면은 두개의 팔 사이가 되는 경우가 많다. 팔과 팔 사이의 각도는 달라질 수 있지만, 120도가 일반적이다. 움직이려면 후방 모터가 (일반 RC 서보 모터를 사용하여) 회전할 수 있어야 한다. 로터의 숫자가 짝수가 아니기 때문에 발생하는 회전 효과를 상쇄하고, 요(yaw) 각을 변경시키기 위한 목적이다. Y4는 후방 팔에 두개의 모터를 다는 약간 다른 형태로, 회전효과를 처리해 줄 수 있어 서보가 필요하지 않다.
  • 장점 : UAV와 다른 모습. 전방으로 이동할 때 비행기처럼 비행한다. 모터와 ESC 숫자가 작기 때문에 여기에 설명한 모든 드론중 가격이 가장 저렴하다.
  • 단점 : 콥터가 비대칭적이어서, 일반 RC 서보를 사용하여 후방모터를 회전시키므로, 다른 멀티콥터에 비해 설계가 복잡하다. 후방팔은 더 복잡하다. 축에 서보를 설치해야 하기 때문이다. 대부분의 비행콘트롤러가 이 형태를 지원하지 않는다.

쿼드콥터(Quadcopter)

  • 설명 : 4개의 팔에 모터가 하나씩 붙어 있다. UAV 전방은 두개의 팔 사이(X 형)이 많지만, 축을 향하는 경우(+ 형)도 있다.
  • 장점 : 가장 인기있는 형태로, 구성이 간단하고 아주 다양하다. 팔/모터가 두개의 축을 기준으로 모두 대칭적인 것이 표준적 구성이다. 모든 비행콘트롤러가 이 형태를 지원한다.
  • 단점 : 잉어성(redundancy)가 없어서 시스템내 어디라도(특히 모터나 프롭) 문제가 생기면 기체가 추락하게 된다.

헥사콥터(Hexacopter)

  • 설명 : 팔이 여섯개 있고 각각 모터가 하나씩 부착된 형태. UAV의 전면은 두개의 팔의 사이가 일반적이지만 축을 향하는 경우도 있다. 
  • 장점 : 쿼드콥터 설계에 두개의 팔을 다는 것은 쉽다. 이렇게 하면 총 추력이 증가하여 더 많은 하중을 실을 수 있다. 또한 하나의 모터가 망가지더라도 추락하지 않을 수도 있다. 헥사콥터는 동일한 모터와 팔을 사용하여 시스템을 모듈화하는 경우가 많다. 대부분의 비행콘트롤러가 이 형태를 지원한다.
  • 단점 : 이 형태는 부품이 추가되므로, 최소한의 부품을 사용하는 쿼드콥터에 비해, 동일한 모터와 프롭을 사용하는 동급의 헥사콥터는 좀더 비싸고 크기도 커진다. 이들 추가 모터와 부품은 무제를 증가시켜 동일한 비행시간을 유지하려면 더 큰 배터리가 필요하다.

Y6

  • 설명 : 헥사콥터의 한 종류로 팔의 숫자가 6개가 아니라 3개로서, 팔마다 두개의 모터가 부착된 형태이다. 참고로 아래쪽에 부착된 프롭도 아랫쪽 방향으로 추력을 실어야 한다.
  • 장점 : 지지대가 줄어든다. 일반 헥사콥터에 비해 적은 부품으로 쿼드콥터보다 더 많은 하중을 실을 수 있다. Y6는 반대로 회전하는 프롭이 쌍으로 있어 Y3와 같은 회전효과가 없다. 아울러 모터가 망가지더라도 콥터를 착륙시킬 기회가 생길 수 있다.
  • 단점 :  이 형태는 부품이 추가되므로, 최소한의 부품을 사용하는 쿼드콥터에 비해, 동일한 모터와 프롭을 사용하는 동급의 Y6는 좀더 비싸진다. 또한 이들 추가 모터와 부품은 무제를 증가시켜 동일한 비행시간을 유지하려면 더 큰 배터리가 필요하다. Y6의 추력은 동일한 구성의 헥사콥터에 비해 약간 낮은데, 상부 프로펠러의 추력이 아랫쪽 프롭에 영향을 주기 때문이다. 모든 비행콘트롤러가 이 구성을 지원하지는 않는다.

옥타콥터(Octacopter)

  • 설명 : 지지대 8개에 모터가 각각 하나씩 부착. UAV의 전면은 두개의 팔 사이인 경우가 많다.
  • 장점 : 모터가 많아 추력이 크고, 안정성이 높다.
  • 단점 : 모터가 많아 가격이 비싸고 대형 배터리가 필요하다. 이정도 수준이라면 DSLR 카메라와 무거운 짐벌과 같은 매우 무거운 하중을 실을 수 있다. 이러한 시스템의 가격을 고려할 때, 잉여성(redundandy)은 매우 중요하다.

X8

  • 설명 : 옥타콥터의 일종이나 팔이 4개로 각각 2개의 모터가 부착된 형태이다.
  • 장점 : 모터가 많아 추력이 크고 안정성이 높다. 
  • 단점 : 모터가 많아 가격이 비싸고 대형 배터리가 필요하다. 이정도 수준이라면 DSLR 카메라와 무거운 짐벌과 같은 매우 무거운 하중을 실을 수 있다. 

UAV의 크기

UAV 크기는 매우 다양하다. 손바닥보다 작은 "나노"급으로 부터 트럭에 옮겨야 하는 "메가"급까지 있다. 아주 크거나 매우 작은 UAV도 관심을 끌기는 하지만, 대부분의 hobbyist 들에게는 별로 실용적이지 않다. 초보자들에게 종류나 가격이 다양한, 적당한 크기는 350mm 부터 700mm 수준이다. 이 값은 모든 모터 중심을 지나는 가장 큰 원의 지름으로 측정된다. 이 정도 급의 UAV에 필요한 부품은 가격도 매우 다양할 뿐 아니라, 현재까지 제품의 종류도 가장 많다.

UAV 크기가 작다고 해서 중간급보다 반드시 저렴한 것은 아니다. 주된 이유는 소형 브러시리스 모터 혹은 소형 콘트롤러를 생산하는데 필요한 시간과 기술이, 대형 드론용 부품과 동일하기 때문이다. 비행콘트롤러, 송수신기 카메라 등의 추가 장비 가격도 변하지 않는 경향이 있다. 프레임은 일반적으로 UAV 에서 가장 저렴한 부품이므로, 소형 UAV의 프레임가격이 대형에 비해 반값이라고 해도, 전반적인 가격은 그다지 달라지지 않는다.

UAV 재료

아래는 멀티로터 드론에서 사용대는 일반적인 재료이다. 이 목록이 모든 가능한 재료를 다 담고 있는 것은 아니므로, 어떤 재료의 프레임을 사용할까 고민할 때 지침/의견 정도로 사용하기 바란다. 이상적인 프레임은 가능한한 견고하면서도 진동 전달이 최소화될 수록 좋다.

목재

가장 저렴한 프레임을 원한다면 목재가 훌륭한 대안으로, 제작시간과 추가 부품을 많이 줄일 수 있다. 목재는 상당히 견고하며, 오랜시간 검증되었다. 시각적으로는 좀 떨어지지만 추락했을 때 지지대 교환이 아주 쉽다. 팔에 색을 입히면 목재라는 걸 숨길 수 있다. 목재를 사용할 경우, 똑바른 것을 사용해야 한다.


폼(Foam)

폼 단독으로는 프레임에 사용되는 경우가 드물며, 내부 골격이나 강화구조로 사용되는 경향이 있다. 전략적으로 프롭 가드나 착륙장치 혹은 진동흠수재로 사용될 수도 있다. 폼은 매우 다양하여 강도가 모드 다르다. 따라서 실험이 필요하다.



플라스틱

대부분의 사용자는 플라스틱 시트만 접근가능하며 사용한다. (3D 플라스틱 형태나 물체는 제외) 플라스틱은 탄성이 있어 이상적인 재료는 아니다. 전략적으로 (커버나 착륙장치) 사용하면 훌륭한 대안이 될 수 있다. 3D 프린팅 프레임을 고려할 경우, (플라스틱 프레임 키트 구입비용 대비) 부품 인쇄에 들어가는 시간을 고려하고, 공중에서 부품이 얼마나 딱딱해야 하는지 고려하라. 3D 프린팅 부품(혹은 전체 부품)은 현재까지 소형 쿼드콥터에 성공적이었다. 플라스틱 사출 방식도 소형 혹은 중급 드론에 사용할 수 있는 옵션이다.

알루미늄

알루미늄은 크기와 형태가 다양하다. 알루미늄 시트를 몸체 판으로 사용하거나, 사출 알루미늄으로 지지대로 쓸 수 있다. 알루미늄은 탄소섬유나 G10보다 가볍지 않지만, 가격이나 내구성면에서 매력적이다. 금이 가지 않는 대신 휘어지는 특성이 있다. 알루미늄만으로 작업하려면 톱과 드릴만 필요하며, (가벼우면서도 튼튼한) 적절한 단면을 찾아내고, 불필요한 재료는 잘라내는데 공을 들여야 한다.


G10

G10(유리섬유의 일종)은 탄소섬유의 저렴한 대안으로 사용된다. 외양과 기본 특성은 거의 동일하다. G10은 시트 형태로 대부분 제공되며, 상판 및 하판에 널리 사용된다. 반면 탄소섬유를 튜브형태로 가공하는 것은 (G10에 비하여) 많이 비싼편이 아니어서 지지대에 잘 사용된다. G10은 탄소섬유와는 달리 RF 신호를 차단하지 못한다.


PCB

PCB(Printed Circuit Boards)는 기본적으로 유리섬유와 동일하지만, 유리섬유와는 달리 항상 평면이다. 600mm 보다 작은 프레임의 경우 상판 및 하판에 PCB 재료를 사용하기도 한다. PCB에 전기적 연결이 포함되어 있어 부품을 줄일 수 있기 때문이다. (예를 들어, 전력배분판(power distribution board)를 하판에 통합하는 경우) 소형 쿼드콥터 프레임은 하나의 PCB에 모든 전자부품을 통합할 수도 있다.


탄소섬유(Carbon Fiber)

탄소섬유는 가볍고 매우 튼튼하여 최고의 재료이다. 탄소섬유를 제작하는 공정은 여전히 수작업이 많아, 평면 시트나 튜브와 같은 간단한 형상만 대량 생산되고, 복잡한 3D 형태는 한개씩만 만든다. 탄소섬유는 RF신호를 차단하므로, 전자기기(특히 안테나)를 설치할 때 이를 고려해야 한다. 

추가적으로 고려할 사항

짐벌(Gimbal)

짐벌은 카메라(FPV 또는 비디오)를 안정시키기 위해 사용한다. 카메라를 UAV 프레임에 직접 연결하면 프레임과 동일한 방향만 가르키기 때문에 최적의 비디오 경험을 생산할 수 없다. 대부분의 김벌은 프레임 아래에 장착하되, UAV의 무게중심에 나란히 설치한다. 짐벌은 UAV 아래에 직접 연결할 수도 있지만, 레일에 연결하기도 한다. 따라서 짐벌 시스템을 설치하면 착륙장치가 더 길어져야 한다. 짐벌이나 카메라를 UAV 앞쪽에 설치하는 것도 가능한데, 이 경우 배터리를 후방으로 설치하여 무게 균형을 맞춘다.


적재(Payload)

드론에 "운송" 적재를 싣는 것은 사치에 가깝다. 무게를 늘리면 비행시간이 줄어 필수적인 기능으로 추가하고 싶은 다른 기기를 줄여야 하기 때문이다. 정말로 뭔가를 실어야 한다면 설치기기를 가능한한 가볍게 하고, 비행중 이동하지 않도록 해야 한다.




착륙장치(Landing Gear)

착륙장치는 여러면에서 UAV에 도움이 되지만, 일부 드론은 하판으로 직접 착륙하기도 한다.(무게를 줄이기 위해) 착륙장치의 장점은 다음과 같다.

  • UAV 바닥면과 평탄하지 않은 표면(풀이나 자갈 등)사이에 공간을 제공
  • 배터리/짐벌 과 땅 사이의 공간을 제공
  • 강하게 착륙할때 착륙장치가 있으면 프레임대신 착륙장치가 부서짐
  • 적절한 착륙장치가 있으면 floatation도 제공??? (lightweight pool noodles 등??)


탑재(Mounting)

UAV는 일반 헬리콥터보다 설계/제작이 훨씬 쉽지만, 생각할 거리는 아직 많고 설계 과정 초기에 어떻게 탑재할 것인지를 고려해야 한다. 경험에 기초하여, 탑재에 관해서 고려할 일반적인 사항은 아래와 같다.

  • 맞춤형 프레임을 제작할 계획이라면, 탑재가 어려운 지역은 모터와 프레임 사이로서, 4개의 탑재용 구멍을 설치 혹은 정확하게 드릴로 뚫어야 한다. 대부분의 400-600 mm 프레임은 탑재구멍 형태가 동일하므로, 어떤 프레임을 사용하든 다른 회사의 모터를 사용하는 것이 가능하다.
  • 모든 추가 부품의 설치는 한 축에 대해 대칭적으로 설치하는 것이 이상적으로, 기체의 무게 중심을 변경하는데 편하다.
  • 비행콘트롤러는 모든 모터를 연결하는 원의 중심(따라서 무게 중심)에 설치하는 것이 이상적이다.
  • 비행 콘트롤러는 일반적으로 스페이서(standoff), 고무 진동흡수체(rubber dampener) 혹은 양면테이프를 사용하여 프레임에 고정한다. 대부분의 회사에서 비행콘트롤러 설치용 구멍의 위치를 동일하게 하고 있는 것으로 보이지만 (예를 들어 35mm 또는 45mm 간격) 표준은 없다.
  • 배터리는 상당히 무거우므로, 무게중심이 조금 어긋나면 배터리를 조금 이동시키면 바로 잡을 수 있다. 배터리가 약간 왔다갔다 할 수 있지만, 완전하게 고정할 수 있도록 탑재하도록 한다. 벨크로 띠를 사용하여 배터리를 고정하는 게 좋다. 배터리 바닥과 프레임에 별도의 벨크로를 부착하는 것도 좋다.

가이드라인(Guidelines)

1 단계 : 어떠한 재료나 가공기기를 사용가능한지 살펴본다.

  • 가공기기가 없거나 좀더 전문적인 프레임을 원한다면 프레임키트를 구매할 것
  • 기본적인 도구와 재료로 멋진 프레임을 만들 수는 있지만, 구조적으로 약하거나, 공명을 일으키거나 정렬이 되지 못하는 등, 예리한 눈과 경험이 필요한 곳이 반드시 존재한다.
  • 맞춤형 프레임을 제작할 계획이라면 모터, 전자부붐등 필요한 모든 탑재요소를 고려하여 설게해야 한다.

2 단계 : 추가하고자 하는 모든 추가 부품을 나열한다.

  • 추가 장비로는 1축/2축/3축 짐벌, 낙하산, 온보드 미니컴퓨터, 탑재물, 장거리 전자기기, floatation 등이 있을 수 있다.
  • 이러한 추가/중요하지 않은 장비를 나열하면 드론의 크기와 총 무게 등에 대해 감을 잡을 수 있다. (추후 계산)

3 단계 : 원하는 프레임 프기를 대략 잡는다.

  • 프레임이 크다고 능력이 많아지는 것은 아니며, 프레임이 작다고 저렴해지는 것은 아니다.
  • 400-600 정도가 초보자에게 적당하다.

4 단계 : 프레임을 설계/제작/테스트 한다.

  • 프레임 키트를 구입하기로 했다면, 내구성/강도/조립 등에 대해 걱정할 것이 좀 덜하다.
  • 프레임을 직접 설계/조립하기로 했다면 내구성 테스트가 중요하다. 무게를 확인하고, 진동을 견지는지 확인한다.
  • CAD 소프트웨어(구글 스케치업등 무료도 많음)을 사용하여 프레임을 설계하고, 치수가 맞는지 확인한다.

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원문 : http://www.robotshop.com/blog/en/make-uav-lesson-2-platform-14448

Posted by 푸른하늘 푸른하늘이

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  1. 궁금

    안녕하세요 드론에 대한 질문이 있는데요 입문용 드론 SYMA 드론 X5HW 혹은 렉사 w101 드론 같은 4~5만원짜리 드론에 100그람 정도의 물체를 부착 할 수 있을까요?ㅠㅠ

    2016.11.01 22:02 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]
    • 대충 말씀을 드리면 드론의 무게가 최대추력의 1/2 정도가 되도록 합니다. 그러니까 현재 SYMA 드론이 120그램 정도 될 건데, 거기다가 100그램짜리 물건을 단다면... 무게가 최대 추력과 거의 비슷해진다는 뜻이됩니다.

      그 결과 겨우 뜰 수 있는 정도나 되겠네요. 자유롭게 움직이는 건 힘들 겁니다.

      2016.11.01 22:39 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL ]
  2. 궁금

    답변 감사합니다 !!

    2016.11.03 02:04 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]