아두이노 드론의 서막

처음 드론을 만들자고 했을 때의 기대와 흥분은 아직도 생생하다. 드론이 눈앞을 날아다닌다고 생각하니 멋지지 않은가! 지금 생각하면 참 우습지만 그때는 웃으며 계획했던 시간이었던 것 같다. 그마저도 길지는 않았지만...

처음으로 시작했던 건 물품을 고르는 것이었다. 드론은 4개의 BLDC모터가 필요하다. 그에 따른 모터드라이브로 모터 변속기가 있다. 그 모터를 지지해주는 프레임이 있고, 모터들을 컨트롤해주는 컨트롤 보드, 보드와 변속기에 전압을 주는 전압 분배 보드도 필요하다. 마지막으로 현재의 각도 값을 확인할 수 있게 자이로센서가 필요하고 블루투스 연결을 하려면 블루투스 모듈도 필요하다. 요즘에 드론용으로 나오는 컨트롤 보드에는 자이로센서가 달려있는 듯하다. 또한 드론하고 조종기하고 연결할 수 있는 장비도 달려있는 것 같다. 하지만 우리는 아두이노보드로 하는 것이 목표였으므로
각각 다 찾아서 달아야 한다.

일단 컨트롤 보드는 아두이노 우노를 사용했다. 처음에는 아두이노 나노나 미니를 사용할 예정이었다. 아두이노 우노랑 같은 칩을 사용하고, 크기와 무게는 훨씬 작은 데다가 필요한 핀의 개수도 충족되기 때문이었다. 하지만 아두이노 IDE와 연결할 때, 무슨 일인지 소스가 안 올라가지는 일이 일어났다. 고장 난 보드였던 건지 아니면 사용법을 몰랐던 건지(아마 리셋을 타이밍 맞춰 눌러줘야 했던 건데 못 눌러준 듯) 안되었고 결국 여분이 있었던 아두이노 우노 보드를 사용했다. 그리고 바꾼 또 하나의 이유는 원래 만들고자 했던 드론은 미니 드론이었는데 드론을 4년 동안 만드신 형이 조언해주길 작은 드론은 더 제어하기 힘들다는 것이다.  그래서 결국 컨트롤 보드는 아두이노 우노를 사용했고, 개발 환경은 아두이노 IDE를 사용했다.

모터를 고를 때에는 추력과 KV를 많이 보았다. 추력은 어떠한 모터가 어떠한 프로펠러를 사용했을 때, 들어 올릴 수 있는 힘(무게)이다. 데이터 시트를 찾아보면 프로펠러가 있고 그에 따른 추력이 kg단위로 쓰여있는데 고를 때, 드론의 무게의 2배로 고르면 된다. 예를 들면 드론이 10kg이면 추력은
모터 개수*추력=20kg이 되면 된다. 그래야 50%의 힘만으로 드론을 띄울 수 있고, 위로 올라가고 아래로 내려가는 제어를 할 수 있기 때문이다.(꼭 두배일 필요는 없지만 저 정도가 원활히 제어할 수 있다.)
따라서 드론과 프로펠러는 한 세트로 찾아서 사면된다. 또한 주의할 점이 양력(?) 또한 생각해야 한다. 무조건 추력이 맞다고 사는 게 아니라 인접한 프로펠러끼리 떨어진 거리가 프로펠러 1개의 길이보다 멀어지면 양력을 덜 받아서 날아가기 힘들다고 한다.(이 부분에 대해서는 좀 더 찾아봐야 한다.)

모터 변속기는 모터에 맞는 변속기를 사면 되는데, 모터의 데이터 시트를 보면 모터가 소모하는 최대 전류가 있다. 변속기의 데이터시트를 보면 버티는 최대의 전류와 배터리 셀의 수 등이 적혀 있는데 모터의 전류와 내가 쓸 배터리 등을 보고 고르면 된다.

그러면 배터리는 어떻게 고르는가? 배터리를 보면 전류(용량)과 방전률, 전압이 있다. 전류는 몇몇 mAh라고 쓰여있는 거고, 방전율은 c라고 적혀있는 것,  그리고 전압은 몇몇 셀 이라고 적혀있는 것이다. 일단 전압은 모터가 소모하는 최대의 전압을 보고 그거보다 크게 사면된다.1 셀당 평균 3.7V, 최대 4.2V라 생각하고 사면된다.전류는 용량*방전률을 하면 공급할 수 있는 최대 전류를 구할 수 있다. 이는 드론뿐만 아니라 모든 로봇에 쓰이는 배터리를 구할 때 사용된다. 배터리의 종류는 리튬 폴리머이다. 사실 다른 종류의 배터리를 찾아보지 않아서 어떠한 특징이 있는지 잘 모른다.

자이로 센서를 MPU6050을 사용했다. 가속도 센서와 자이로 센서가 합쳐진 센서로 현재의 각도 값을 구할 수 있게 해 준다. 원래는 주로 쓰던 IMU가 있었는데, 이번에는 오픈 하드웨어라는 주제에 맞게(?) 이 녀석을 사용하기로 했다. 관성 측정 장치(IMU)는 가속도계와 회전 속도계, 때로는 자력계의 조합을 사용하여 측정하고 보고하는 전자 장치이다.

전압 분배 보드는 인터넷에서 적당한 것을 찾아서 샀다. 보드에 쓰이는 5V와 버틸 수 있는 최대 전류, 전압을 생각해서 고르면 된다.

마지막으로 블루투스 모듈은 모든 사람들(?)이 블루투스를 쓸 때 사용한다는 HC-06을 사용했다.

왜 프레임에 대해서는 언급 안 하나 궁금할 수 있을 텐데... 프레임을 찾아보면 구할 수 있는 게 너무 한정되어 있고, 비싸고, 대부분 외국제품이다. 그래서 찾을 수 있는 제일 싼, 위의 부품들이 다 들어갈 수 있는 프레임을 사면 된다. 

이렇게 부품 사는데 1주일 정도를 소모한 것 같다. 나름 빨리빨리 산다고 산거 같은데도... 1달 프로젝트인 만큼 더욱 속도를 내야 할 것 같다. 앞으로 파이팅!