4차산업혁명과 드론기술

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드론이란

사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 지칭하고 있습니다. 20세기 초반부터 군사 감시용으로도 많이 쓰이고 있으며 이러한 드론으로 재난이나 조난 등 사람이 접근하기 어려운 지역을 원격으로 관찰 할 수 있고,  앞으로도 택배, 농업같은 분야 에서 반복적인 일을 대체할 수 있기를 기대하고 있는 실정입니다.
드론은 각 활용분야에 따라 아래처럼 각기 다른 이름으로 불리우기도 합니다.

RPV 지상에서 무선통신으로 원격조종으로 비행하는 무인 비행체
UAV/UAS 일정하게 정해진 공역 뿐만 아니라 민간 공역에 진입하게 됨에 따라 안전성을 확보하는 항공기임을 강조하는 용어
RPAV 국방, 군사용 표현을 중심으로 사용되는 표현
RobotAircraft 지상의 로봇시스템과 같은 개념에서 비행하는 로봇

드론 가격대별 종류

드론은 모터 수에 따라 쿼드콥더는 4개, 헥사콥터는 6개, 옥토콥터는 8개로 나뉠 수 있으며 모터의 수가 많을 수록 가격대가 올라갑니다.

토이급 드론은 크기가 작으며 드론 입문자들이 보통 사용하는 드론으로 2만원에서 30만원까지 다양한 가격대가 존재합니다.
30만원에서 70만원대의 중급자용 드론을 넘어서 속도가 매우 빠른 레이싱용 드론은 20만원에서 150만원, GPS와 IMU 등 고급 센서가 많이 부착된 하이엔드급 드론은 100만원에서 250만원대이고 전문촬용용 드론은 300만원이상하기도 합니다.

드론 기술

드론의 메카니즘은 크게 4가지(통신,제어,구동,페이로드) 기술로 분류를 할 수 있습니다.

1) 통신기술
통신기술은 조종사의 조종기와 드론 본체와의 통신을 담당하는 기술입니다.
통신거리 내에서는 통신이 원활하여야 조종기에서 보내는 신호를 받아 드론에게 해당되는 명령을 정확히 내릴 수 있겠지요. 통신 프로토콜로는 LTE, Wifi 등이 쓰이고 있습니다.

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2) 제어기술
조종기에서 받은 신호로 드론 본체에다가 명령을 내려서 제어하는 기술입니다.
명령을 받게되면 각종 센서(GPS,고도,기압,속도, 자이로스코프 등)를 체크하여 비행제어기를 통해 드론의 자세나 속도, 방향 등을 제어할 수 있습니다.

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3) 구동기술
제어부에서 받은 명령을 토대로 실제 드론의 물리적 위치와 속도의 변화를 주는 기술로 모터와 프로펠러를 조정하는 기술입니다.

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4) 페이로드
앞의 3가지 기본기술을 바탕으로 페이로드는 어떤 임무를 수행하는지에 대한 기술입니다. 카메라로 촬영을 할수도 있고, 레이더로 군사목적을 수행하거나 살포기로 농약을 살포하는 등 그 분야에 해당되는 기술입니다.

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드론 구조와 구성

1) 드론 몸체
드론의 몸체는 가볍고 충돌이 될 경우 탄력이 있는 재질을 많이 사용합니다. 탄소섬유인 카본재질, 플라스틱, 유리섬유인 C10, 알루미늄, 제어기판 자체가 프레임일 경우 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 많이 쓰이고 있습니다. 요즘은 3D 프린터를 이용한 다양한 디자인의 몸체 제작하기도 합니다.

2) 배터리
드론을 구동시키는 드론 배터리는 리튬폴리머 배터리를 가장 많이 사용하고 있습니다.
1개 이상의 셀로 구성되어 3.7V의 전력을 발생시키는 mAh 밀리암페어 단위의 용량을 가진 배터리를 활용합니다. 물론 다른 배터리와 마찬가지로 방전으로 인해 일정 시간이 지나면 배터리를 교체해주어야 합니다.

3) 모터
프로펠러를 구동시키기 위한 드론 모터는 평균 600~1200 KV(1V 당 1000RPM) 모터가 사용되는데 크게 브러시리스 모터와 브러시 모터로 나뉩니다.

① 브러시리스 모터(BLDC(Brushless Motor))
자석이 회전하는 중에 코일이 고정되어 있는 구조로 신속한 속도 변화가 가능하지만 온도에 민감하기 때문에 온도 한계치를 넘어가면 효율성이 떨어집니다. 전체적으로 비행 뿐만 아니라 효율적인 부분에서 브러시모터 보다 좋은 평가를 받고 있습니다.

② 브러시 모터(BDC(Brush Motor))
코일이 회전하는 중에 자석은 고정되어 있는 구조로 회전이 빨라질수록 힘이 줄어드는 단점이 있습니다.

4) 변속기(ESC)
조종기의 제어신호를 받아서 모터 출력을 제어하는 장비로 펌웨어로 정방향 혹은 역방향 회전이 가능합니다.

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5) 프로펠러
프로펠러의 목적은 앞에 공기를 뒤로 밀어서 밀어낸 거리만큼 이동하는 것입니다. 시계방향(CW), 반시계방향(CCW) 두 가지 중 한가지로 회전하도록 설계되어 있으므로 프로펠러 조립 시 CW인지 CCW인지를 구별하여 조립하는 것이 중요합니다.

6) 비행 컨트롤러
비행 컨트롤러는 드론의 움직임과 자세 센서에서 감지된 정보 및 조종기에서 보내는 정보를 제공 받아서 모터로 보내 주는 역할을 합니다.

7) 센서
드론 비행컨트롤러에는 다양한 센서가 내장되어 있거나 연결이 되어 있습니다.

자이로 센서 비행시 드론의 자세 수평유지
가속도 센서 중력가속도를 바탕으로 각도 측정
기압 센서 고도 유지 및 고도 고도상태 측정
자력 센서 자기장의 방향을 측정하는 GPS 요소
광 센서 및 음파 센서 지며에 착률하기 위한 고도 측정

8) FPV
실시간으로 조종사가 드론에 장착된 카메라를 통해 수신되는 영상을 보며, 원하는 위치에서 사진과 동영상을 촬영할 수 있는 시스템입니다.

카메라 보통 2개의 FPV 전용 카메라 2개가 짐벌이나 서보에 장착
영상송신기 무선 영상 신호를 생성하고 안테나를 이용하여 조종사에게 전송해 주는 장치
영상수신기 특수 안테나를 이용하여 무선 영상 신호를 수신하고 모니터에 신호를 전송하기 위해 사용되는 장치
안테나 영상을 안정적으로 수신하기위해 필요한 장비
모니터 RGB외부입력을 지원하는 TV나 네비게이션, PMP등을 사용하며 최근에는 스마트폰이나 타블렛 PC와 같은 스마트 기기와 와이파이로 화면을 출력
고글 모니터 대신에 조종사가 쓰는 고글에 영상을 출력시켜 현장감을 느낄 수 있게 함
OSD 비행정보확인장치로 배터리상태, 비행시간,고도,속도,위치등의 정보를 화면에 표시

9) 짐벌
드론 구조물에 부착되어 있는 카메라가 흔들리지 않도록 잡아주는장치로 항상 수평을 유지합니다.

드론 구매 후 비행 절차

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