System Compleat.

'RC'에 해당되는 글 2건

  1. Personal FPV RC project for 2013 (3)
  2. Notes for FPV, and tracking systems for RC (7)

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. 



FatShark goggle system





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. 



Eagletree Guardian stabilizer


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. 



Eagletree airspeed sensor




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) 


















Notes for FPV, and tracking systems for RC

Hobbies

( younjin.jeong@gmail.com, 정윤진 ) 


어릴때 부터 비행기에 관심이 참 많았는데 이제는 저렴한 가격에 위험하지도 않은 방법으로 비행을 즐길 수 있는 방법이 있어 소개 겸 정리용으로 포스팅 고고. 




이렇게 저렇게 회사 시스템 준비 하면서 짬나는 시간에 많이 알아 봤는데, 다음과 같은 것들이 필요 할 듯. 
일단 목적은, 

1. UAV ( Unmanned Aerial Vehicle ) Style, FPV ( First Person View ),  Predator 의 스케일 모델 정도로 생각. ( Wing span, 2~5m ) 
2. 조종 시스템은 기존의 RC 용 조종기가 아닌, PC 용 시뮬레이터를 사용하는 걸로. 
3. Arduino / ArduPilot 을 사용, 필요한 경우 보다 좋은 상용 시스템 ( ex. 비행 안정 장치 )을 추가 
4. 모터 베이스 
5. 오토 파일럿 가능 할 것 
6. OSD
7. 10Km 이상의 장거리 지원 
8. 통신 방법 다중화 ( Radio Control, WiFi, etc. ) 
9. Instrumental Landing System 구현 ( Ground 장치 / 비행 장치 ) 
10. 가능한 경우 Solar Panel 을 사용, 체공 시간 장기화 
11. 가능한 경우 하단에 카메라 시스템을 장착. HD급 CCTV 또는 Go-Pro 카메라  
12. Head Mount Vision 
13. 각종 데이터 수집 및 컨트롤을 위해 비글보드 / Raspberry PI 사용 가능성 있음 


관련해서 찾아 본 자료들은 

1. 비행체. 일단은 기성품을 사용해 보는 것으로, 향후 경험을 바탕으로 발사등으로 제작 

Image from: http://www.nitroplanes.com/projet-drone-2500mm-kit.html


2. ArduPlane Google project. 각종 기본 시스템 구성이 가능. 또한, 코드를 원하는 대로 수정이 가능하기 때문에 원하는 기능을 추가 하거나, 필요한 경우 Arduino 보드를 추가하여 원하는 목적 달성. FLIR 및 각종 데이터 수집 목적용으로 강한 프로세싱 파워와 보다 빠른 서보 동작이 필요한 경우 시스템 업그레이드 및 별도의 코드 추가. 


http://code.google.com/p/ardupilot-mega/wiki/Introduction



3. 조이스틱을 사용한 조종 시스템 


http://www.ianjohnston.com/content/index.php?option=com_content&view=article&id=32:project-rc-joystick-tx&catid=3:hobbies&Itemid=8


하지만 나는 Throttle / Stick 이 별도인 HOTAS 를 사용해서 만들어 보고 싶음. Thrustmaster 의 Cougar 가 좋을듯. 






4. 오토 파일럿 및 향상된 자세 안정 장치 


바람이나 디테일 하지 못한 출력 컨트롤로 인해 발생하는 진동 및 자세의 변화 폭을 줄이기 위해 자세 제어장치를 사용하는데, 이 동작이 충분히 빠르지 못한 경우 불안정한 비행을 하게 됨. 좀 찾아 보니 이런 기성품이 있는데, ArduPilot 으로 충분치 않은 경우 한번 사용해 보면 좋을 듯. 


http://www.eagletreesystems.com/Guardian/index.htm




연동해서 사용 할 수 있는지는 알아봐야 함. 



5. OSD / FPV. 비행중인 비행체에 인스톨된 카메라로 부터 받아온 영상 정보에 고도, 방위, 속도 및 FPM ( Flight Path Maker, 기체의 실제 진행 방향을 표시. 기체의 머리가 향하는 방향을 표시하게 되면 AOA 등의 정보를 알 수 있음 ) 등을 실시간으로 시현해 주는 장치. ArduPilot 프로젝트에 이미 구현 방법이 있음. 원하는 경우 별도의 칩을 사용하는 것도 가능 한 듯. 



image from: http://www.fpvflying.com/categories/FPV-OSD-for-rc-airplane/


http://code.google.com/p/ardupilot-mega/wiki/OSD



이건 좀 다른 이야기지만, 차량에 전방 카메라를 설치 하려는 경우에도 비슷한 시스템으로 구현이 가능 할 듯. 



6. 별도의 카메라 마운트 시스템. 군사 목적용이라면 줌도 되고 안정성도 높고 별도로 실시간으로 전송 되는 영상과 이미지도 처리가 가능해야 하지만, 그러면 어딘가에 잡혀 갈 수 있으므로 그냥 항공 사진 정도의 느낌으로만 찍을 수 있으면 좋을 듯. 근데 이것도 움직이는 물체에서 고정적이고도 안정된 앵글을 제공해야 하므로, 자이로 기반의 카메라 마운트가 필요하다. 쉽게 말하면 손떨림 기능 보정이 필요 하다 뭐 그런 말. 


방송용의 퀄리티를 위해서는 5D Mark iI 정도는 달려 줘야 할 듯 하지만, 일단 그나마 저렴한 시스템 중에는 이런게 있다. 

http://www.dji-innovations.com/products/zenmuse-z15/overview/




카메라의 흔들림을 방지하는 자이로 기반 서보 시스템과, Panning / Rotate / Tilting 을 모두 지원한다. 만약 설정된 지점에 Lock 을 구현 할 수 있다면 더 좋을 듯. 하지만 그건 따로 만들어 줘야 하지 않나 싶음. 저렴하다고는 하지만 디게 저렴하지는 않음. 나름 프로 방송용 장비라는데. 




위의 영상은 이 장비를 사용한 영상과 어떻게 동작하는지 나타난 영상. 성현이가 필요한게 아닐까 싶다는. 

저 영상에 나오는 멀티콥터는 모터 하나가 손바닥 만한거에, 샤시와 날개가 카본으로 되어있는 제품으로 RC로 접근하면 아주 많이 비쌈. 하지만 방송장비 금액 기준으로 접근하면 매우 저렴하지 않나 싶은. 국내에 판매처가 있음. 


http://www.helsel.co.kr/front/php/product.php?product_no=21624&main_cate_no=1&display_group=2



7. 장거리 컨트롤. 


http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=799087


11Km 에서 심지어 180Km 까지 가능한 장치를 찾아 볼 수 있다. 시스템 구성에 대한 자세한 내용은 페이지를 참조. 




코딩까지 해서 아주 재미지게 즐길만한 퀄리티로 나오려면 몇년 걸리지 않겠나 싶다. 당장이라도 날리고 싶다면 준비된 기성 제품도 많고, 가격도 저렴하기 때문에 RC에 대한 지식이 있는 분이라면 쉽게 즐길 수 있지 않겠나. 


https://store.diydrones.com


이 사이트에서는 ArduPilot 관련된 제품을 많이 취급하고 있으므로 관심 있다면 시작해 보는 것도. 


AR. Drone 이 요새 한창 인기인데다가, 준호형 마저 하나를 질러 버렸는데 나는 웬지 멀티콥터는 좀 안땡김. ㅋ 배터리도 조루고. 



급한 일들 좀 정리되서 슬슬 구매 시작하면 또 포스팅 해 봐야 겠음. 




( younjin.jeong@gmail.com, 정윤진 )