※ 드론의 작동원리

드론의 구성요소 : 몸체, 프로펠러, 모터, 배터리, ESC(변속기, 모터에 공급되는 전류를 조절), FC(비행제어장치) 등

○ 프로펠러의 작동원리

프로펠러의 회전에 위해 추력이 생성. (회전력이 강하다 = 추력이 강하다)
추력이 중력보다 크면 상승하고, 추력 작아지면 하강하게 됨. 추력과 중력이 같으면 공중에서 머물러 있게 됨.

프로펠러의 폭이 넓어지면 공기와의 접촉면이 커지면서 추력도 커짐. 드론의 프로펠러가 넓은 이유.

프로펠러는 모터에 의해서 회전하게 됨.
드론은 각각의 프로펠러들의 작동방향을 제어함으로써 드론의 움직임을 조정할 수 있음.
가장 일반적인 형태인 프로펠러가 4개 달린 쿼드콥터 드론을 예로 들면,
1) 2개의 프로펠러와 2개의 프로펠러를 반대방향으로 회전시켜 드론 몸체의 회전을 방지함. (헬리콥터의 꼬리 프로펠러의 역할과 동일)
2) 뒤쪽의 프로펠러를 빠르게 회전시키면 후방의 추력이 커지면서 앞으로 전진하며, 반대의 경우 후진함.
3) 한쪽 사이드의 프로펠러를 빠르게 회전시키면 좌우로 이동.
4) 대각선 방향의 프로펠러 회전력을 조절하면 원하는 방향으로 드론의 방향을 전환 할 수 있음.

바람과 같은 외부 힘이나 드론의 무게중심에 따라 드론의 움직임이 불안정해 질 수 있는데 ESC와 FC를 통해 각각의 모터 회전을 정교하게 제어함.


○ 드론의 모터, ESC, FC, 배터리, GPS

드론은 일반적으로 BLDC(브러시리스 직류모터) 모터를 사용함.
코일(고정자)이 가만히 있고 영구자석(로터)이 회전함으로써 작동함.

ESC(변속기, Electronic Speed Controller)를 통해 전류의 형태와 주파수 조절을 통해 모터의 속도(회전)를 조절함.

ESC의 제어는 드론의 두뇌에 해당하는 FC(Flight Controller)에 의해 수행됨.
FC에 내장 된 센서들이 회전의 속도, 가속도, 기압 등 드론의 이동과 회전, 높이 등을 측정하여 드론을 제어할 수 있게 해 줌. (가속도계 센서, 자이로 센서, 기압계 센서, 지자기계 센서)

드론은 일반적으로 2.4Ghz대의 주파수를 사용하여 통신함으로써 조정함.
드론은 빨라야 하고 신호의 지연이 없어야 해서, 높은 대역의 주파수를 사용.
조정기에서 보낸 신호는 드론의 칩이 수신하고 이를 각각의 모터의 출력을 분배시켜 드론을 조정할 수 있음.
AI칩을 사용하면 조정기 없이 자율적인 제어가 가능하게 됨.

드론은 리튬 배터리를 사용함.
비행기는 엔전이 꺼져도 양력을 통해 비행이 가능하지만, 드론은 전력 공급이 중단되면 바로 모터가 작동하지 않고 추락하기 때문에 많은 양의 전기가 필요함.

GPS(현재 위치의 기준)는 드론의 현재 위치를 알기 위해 필요함.
GPS는 적게는 30cm에서 많게는 10m의 오차를 가지고 있는데, 이는 위성의 개수 때문임. 정확한 위치를 알기 위해서는 최소 3개의 위성에서 신호를 받아야 함. 위성의 수가 많을수록 오차가 줄어 들게 됨.

https://www.youtube.com/watch?v=d7RfB4Gf02Y