Personal FPV RC project for 2013
Hobbies(younjin.jeong@gmail.com, 정윤진)
** 덧: 요새 블로가 미쳐가지고 font-size 가 자기 마음대로. 3개월 안에 블로그를 옮길 듯..
복잡했던 2013년의 1월을 보냈다. 아마 살면서 가장 큰 결정을 내렸던 한달이 아니었나 싶다. 덕분에 10Kg 감량은 덤.
산다는게 자빠져 있는다고 누가 손 내밀어 일으켜 주는 것도 아니고, 어떻게든 스스로 일어나서 살아야 하지 않겠나 싶은 생각이 들었다. 갑자기 하늘에서 선녀가 내려와 여친이 되어 줄리도 만무하고, 좋아하는거 안하면서 사는것도 괴로울 뿐이다. 그래서, 1년짜리 취미 프로젝트를 하나 기획 해 보았다. 물론, 제목과 같이 RC 와 관련된.
지난번에는 저렴한 RC 헬기를 즐기는 방법을 써 보았는데, 결국 배송이 되고 보니 몇가지가 맞지 않는 문제가 생겼다. 주문했던 모터에 포함된 스크류 드라이버가 헬기 키트에서 제공하는 것과 사이즈가 맞지 않는다던가 하는 뭐 그런 자잘한 것들. 헬기야 이제 부품들이 있으니 언제 만들어도 만드는 것이지만, 원래 부터 나는 비행기를 하고 싶었고 또 해 왔기 때문에 오늘은 아래의 주제에 대해 정리를 한번 해 보고자 한다.
"FPV RC for Long Range flight"
이게 뭥미? 하는 분들을 위해 간략하게 정리 해 보면,
- 비행기에 카메라를 달아서 실시간으로 영상을 전송 받아 직접 보면서 조종하는 취미 -
란 것이다.
Long range 라면 얼마겠는가 하는 질문이 생길 수 있는데, 우리나라가 뭐 미국처럼 광활한 땅덩어리를 가진 것도 아니고, 50마일 씩이나 날릴 수 는 없지 않겠나 싶다. 강원도나 경기도 북부에서 RC 날리다가 배터리 떨어져서 엄한데 떨어지면 그것도 잡혀갈 일.
일반적인 RC 조종기로 조종이 불가능한 2Km 이상, 5Km 이하 정도면 배터리를 동력원으로 하는 비행기로서는 충분하지 않을까 싶다. 개인적인 생각으로는 날개길이 2.6미터의 글라이더를 이용 할 생각인데, 이는 일단 고도 확보만 되면 모터를 계속 돌리지 않아도 충분히 먼 거리를, 오래 즐겁게 날릴 수 있지 않을까 하는 생각에서다.
사실 이런 비행 시스템을 만드는데는 이미 대부분 완제품으로 구성된 시스템들을 구매하는 방법 하나와, Arduino 와 같은 보드 기반으로 만드는 방법 두가지가 모두 존재한다. Arduino 를 사용하는 방법은 지난번에 소개한 구글 프로젝트 사이트에 잘 나와 있으므로 참조하도록 하고, 오늘은 상용 제품 기반으로 한 1년 동안 천천히 하나씩 추가하는 방향으로 진행 해 볼까 한다.
자 그럼, 시작.
1. 필요 부품 목록
- 조종기
- 비행체
- 장거리 비디오 시스템
- 장거리 조종 시스템
- 텔레메트리 시스템 ( 고도, 속도, GPS 위치 )
- 비행 안정 장치
- 비행 상태 확인 시현 장치
- 비디오 영상 시현 고글
- Head tracking
- 추가 비디오 녹화 장치 ( GoPro HD3 등 )
2. 요구 사항
- 재미져야 함.
- 비행의 모든 정보를 초단위로 기록, 실시간으로 지상에 전송 가능해야 함.
- 지정된 방위와 GPS 상 위치에 자동으로 착륙이 가능해야 함.
- 이륙/착륙/선회/상승/하강등의 모든 동작에서 +-2G 이내로 자연스럽게 동작해야 함.
- 바람의 영향을 가급적 빠른 시간 내에 보정 할 수 있어야 함.
- 조종기 대신 조이스틱의 사용이 가능해야 함.
- 5Km 정도의 비행이 가능해야 함.
- 차량으로 부터 전원을 공급 받거나, 차량 안에서 조종이 가능 해야 함.
- 지정된 GPS 상의 좌표와, 순차적으로 지정된 Waypoint 및 EOT 에 도착 가능해야 함.
- 추가 카메라 시스템의 설치를 위해 3Kg 정도의 추가 하중을 견딜 수 있어야 함.
- 비디오/조종 신호가 미약하거나 문제가 있는 경우 자동 RTB 가능 해야 함.
- 귀환을 위한 최소 배터리량의 지정이 가능해야 하고, 이 잔량에 도달 시 자동 복귀가 가능해야 함. ( Bingo fuel )
3. 기간
처음 1년
- 비행체 구성
- 지상 시스템 구성
그 다음 1년
- 조종기 없이 조이스틱으로 비행 가능 하도록 조종 시스템을 대체 ( 쿠거 사용 예정 )
- 비행체 추적, 보다 무거운 하중의 안테나를 사용 할 수 있도록 스테핑 모터 기반의 시스템으로 교체
- 자동 착륙 시스템
- 자동 이륙 시스템
- 비행 안정 시스템 보강
- 비행 계획 실시간 변경/전달
4. 리스트
a. 비행체
이건 크게 두가지로 생각하고 있는데, 하나는 모터를 가진 글라이더, 다른 하나는 FPV 용으로 많이 사용되는 Skywalker 라는 제품이다. 물론 처음 하시는 분들이라면 Easystar II 또는 Easy glider, Twinstar 같은 Multiplex 제품을 추천.
Image from: http://www.hobbyking.com
Image from: http://www.hobbyking.com
처음에는 기성 제품을 사용하고, 경험이 쌓이면 향후 Giant Scale 로 이동을 목표. 아래는 106" 30-50 급 Giant 비행기
Images from: http://www.nitroplanes.com/90a272r-gas-skychamp-red.html
비행기는 이정도로 정리. 그나마 헬리콥터나 멀티콥터에 비해 저렴해서 다행.
b. 조종기
이것 저것 하려면, 사실 HiTec 보다는 Futaba 의 조종기가 더 나은듯. 별도의 송/수신 시스템이 필요하지 않고 기본 2.4GHz 의 방식만 사용하는 경우라면, 헤드 트래킹 시스템과 같은 추가 시스템을 붙이는 것이 Futaba 가 훨씬 유리하다. HiTec 의 경우에는 수많은 검색 이후에도 제품간의 결합이 괜찮은지에 대해 확신을 얻기가 힘듦. 단, 조종기만의 성능이면 HiTec 도 괜찮은 듯.
필자는 현재 Aurora 9 을 사용 중.
9 채널이고, 각종 복잡한 설정을 지원한다. 헬리 콥터 할 때는 잘 모르겠지만, 비행기 날릴때는 모델 지정과 트림 설정이 가장 많이 사용 되는 듯. 추가로 설정해서 사용하는 기능이라면 에일러론 + 러더 믹스 정도?
원래는 NiMh 배터리가 들어있지만, 친구의 도움으로 LiPo로 교체하여 사용중. 향후에는 조이스틱이든 Futaba 로든 어쨋든 변경이 되지 않을까 생각함...
c. 장거리 비디오 시스템
현재 5.8GHz 제품을 두개 정도 가지고 있기 때문에, 여기서 추가로 1.2GHz 와 같은 제품군을 보는 것 보다는 지향성 안테나를 추가하는 것이 맞다고 본다. 현재 가지고 있는 FatShark 에 5.8GHz 용의 추가 안테나를 지향성으로 붙이면 될 것 같은데, 아마도 Eagletree 라는 회사의 제품을 통해 쉽게 가능 할 것 같다.
http://www.hobbywireless.com 이라는 사이트에서는 이 Eagletree 제품들을 묶어서 판매하고 있는데, 다른 사이트에 재고가 없는 경우 등에 한번 방문 해 보면 좋을 것 같다.
아무튼 이 제품은 비행기에 다는 제품과 조종하는 사람이 있는 위치에 설치 될 Ground station 이라는 자사 제품간 통신을 통해 지향성 안테나가 동작 하도록 해 준다는 장점이 있다. 아래는 해당 제품을 다 엮었을 때의 동영상.
위의 동영상은 비행기가 현재 날고 있는 위치를 안테나가 바라보게 함으로서 보다 좋은 송/수신율과 신호를 잃어버리지 않을 확률을 높여준다.
아무튼 FPV 맛은 실시간으로 수신되는 영상을 보고 직접 조종하는건데, 영상에 문제가 생기면 사실 모든 것을 잃어 버릴 가능성이 높기 때문에 가급적이면 적절한 시스템으로 준비 해 주는 것이 좋겠다. 그게 싫거나 여기에 쓸 자금이 충분하지 않다면, 멀리 날리지 않으면 된다.
필자의 경우 간단한 안테나 업그레이드 만으로 약 800 미터까지는 날릴 수 있었는데, 바로 내부에 Clover leaf 라고 불리는 구조의 안테나가 바로 그것이다. 수신되는 비디오의 화질이 좋지 않거나 하는 경우 옵션으로 고려해 볼만 하다.
5.8GHz antenna
Image from: http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1388264&page=170
위의 안테나를 사용하는 경우, 보다 좋은 화질과 송수신율을 기대 할 수 있다.
d. 장거리 조종 시스템
조종 시스템의 경우 역시 추가적인 안테나의 설치로 가능 하겠지만, 이 부분은 UHF 로 해결 보기로 했다. 물론 무선 통신사 자격증을 준비 해야 사용이 가능하다.
문제는 Aurora 9 과 맞는 UHF 시스템을 찾는 것이었는데, 불꽃 검색질 결과 생산자가 직접 테스트까지 완료 해 준 제품은 Dragonlink 였다. 다른 제품들은 사실 잘 모르겠고, 만약 사용중인 조종기가 Futaba 라면 대부분의 벤더가 지원 하므로 입맛에 맞게 골라서 사용하면 되지 싶다.
hobbywireless.com 에서는 이 시스템을 원큐에 팔고 있다. 고마운 일이야.
내용물 구성은, 조종기에 어부바 시키는 포대기 브라캣과 송신기, 송신기용 안테나, 그리고 수신기와 수신기용 안테나이다. 어부바가 완성되면 대략 아래의 그림과 같다. 사실 HiTec Aurora 9 과 어부바 된 이미지를 찾고 싶었지만, 못구했다. 양덕들은 잘 안쓰는 듯.
배터리는 조종기의 배터리를 사용 할 수도 있고, 별도의 배터리를 사용 할 수도 있는 듯.
아무튼 조종 시스템은 이런 방법으로 장거리 화를 추구 할 생각.
e. 텔레메트리
아직 확인 된 건 아닌데, Dragonlink 와 Eagletree 가 별로 궁합이 안좋다는 말이 있다. 곰곰히 생각 해 보면, 직접 연결 되어야 하는 부분은 Dragonlink 의 수신기와 Eagletree 의 장치인데, 이거 뭐 포럼을 좀 다녀 보니까 해결 방법이 있는 것도 같고 없는 것도 같고.
아무튼 텔레메트리는 별도로 구현 할 생각은 별로 없다. 해당 제품은 이런 모습.
Image from : http://hobbywireless.com/index.php?main_page=product_info&cPath=19_37&products_id=244
여기 보면 OSD 라는 제품이 계속 언급되는 것을 볼 수 있는데, 바로 화면에 비행 정보를 표시 해 주는 장치다. 이를테면, 고도, 속도, 방위, 그리고 배터리의 잔량등이 기본적으로 표시 되며, 추가 하는 센서의 종류에 따라 데이터가 보다 정밀 해 지거나 표시되는 데이터가 더 많아진다. 비행 시뮬레이션등을 해 본 경험이 있다면 HUD 에 표시되었던 그 모습과 매우 유사함을 알 수 있을 것.
Eagletree 의 제품을 사용하고 싶은 이유는 뭐 별달리 없고, 화면 구성이 깔끔하고 아두이노 다음으로 각종 센서의 연결이 가능하다는 점 정도? 그리고 중요한 기능이 있는데, 바로 스위치의 조작에 따라 바로 RTB 를 세팅이 가능하다.
이를테면 비디오의 시그널을 잃어버리게 되면 스위치를 돌려 원래 있던 위치로 자연스럽게 귀환 하도록 하고, 근처에 오면 육안으로 보면서 조종하여 비행체를 잃게 하지 않는 기능이다.
f. 비디오 고글
비디오 고글은, 사실 LCD로 대체해도 된다. 하지만 두가지 이유에서 고글을 사용하는 것을 추천하는데, 첫번째는 야외에서는 LCD 나 비디오가 잘 보이지 않는다. 상하 구분도 잘 안되고, 어디가 어딘지도 잘 안보이기 때문에 박스 등을 잘 재단해서 그늘을 만들어 주어야 한다. 고글은 그냥 바로 머리에 쓰고 눈으로 영상을 보여주는 것이기 때문에, 이런 문제가 없다. 두번째로는, 바로 HT 라 불리는 Head track 시스템 때문이다.
HT 시스템은 고글에 내장 되어 있거나, 고글의 상단에 자이로를 부착하고 여기에서 나온 신호를 카메라를 업고 있는 서보 모터에 전송하여 머리가 움직이는 방향으로 비행기에서 카메라를 움직여 주는 기능이다. 쉽게 말하면, 고글을 통해 눈으로 보고 있는데 이게 한 방향에 고정 되어있는 것이 아니라, 머리가 움직이는 방향으로 시야가 함께 움직여 준단 말이다.
애석하게도 Aurora 9 과 호환되는 HT 시스템은 없어 보인다. 일반적으로 이는, hobbyking.com 의 x-1000 과 같은 저렴한 외부 제품으로 가능한데, 이것을 조종기에 연결하여 2개의 서보 채널을 확보해야 한다. 하지만 HiTec 제품과 호환되는 HT 시스템은 못찾았다.
하지만 만약 Dragonlink 를 사용하게 되면, 조종기에 연결 할 필요가 없고 이 시스템과 HT 를 연결하면 되기 때문에 별 문제가 없다. Dragonlink 에서 그 사용성이 검증된 HT 시스템은 FatShark 의 M.I.G. 란다.
위의 장비들을 합체하면 아래의 영상과 같이 동작한다고 이해 하면 된다.
g. 기타 비행 안정 장치 등.
시중에는 비행기용과 헬리콥터, 그리고 멀티콥터용이 많이 나와 있다. 기본적으로 3축 자이로를 바탕으로 서보를 조종하도록 되어있는 것이 일반적이며, 그 가격에 따라 Waypoint 기능이 있는 것도 있고, 단순히 비행체의 평형성만 유지 해 주는 것도 있다.
기본적으로 이회사 저회사 제품을 짬뽕해서 쓰다가 보면 전자 부품을 태워 먹는 경우가 왕왕 생긴다. 그런 실수를 막기 위해, 가급적이면 하나의 벤더로 통합 하는것이 좋은듯.
이 외에도 Eagletree 에서는 자사의 제품에 연결이 가능한 각종 센서를 팔고 있기 때문에, 가능한 많이 붙일 생각이다.
5. 마치며
이 취미는 끝이 없다. 돈은 아마도 손가락이 없어질 때 까지 들어갈 것이며, 배움도 그만큼 지속 되어야 한다. 이를테면 비행기는 종합 기술이다. 비행기만 잘 만들어서 눈앞에 두고 RC 처럼 날리며 즐기는 방법도 있는 것이고, 스티로폼 기반의 조금 허접한 비행기에 카메라네 뭐네 줄줄이 달아서 비행 시뮬레이션 처럼 놀 수 있는 방법도 있다.
올인원 제품 같은건 사실 잘 없으므로, 조금만 부주의 하여 제품 연결을 잘못하면 5만원 10만원씩 하는 제품들에서 연기가 모락모락 피어나는 모습을 보게 될 것이다.
날리는 것만 재미가 아니라, 배우고 또 만들고 연습하고 개발하면서 논에도 박고 산에도 박아가는 것이 전부 재미가 아닐까 한다. 물론, 아예 잃어 버리면 본전 생각이 나기도 하긴 하지만.
아무튼, 이 재미진 취미와 함께 2013년 한해도 잘 보냈으면 하는 바램이다.
아래는 멋진 팀 FPV 비행
(younjin.jeong@gmail.com, 정윤진)
