만드는 재미도 쏠쏠, 직접 만든 하늘의 블루칩, DIY 드론 써보니…

요즘은 유원지에서 드론을 날리는 사람들을 쉽게 마주하게 된다. 특이한 점은 DJI의 인스파이어나 팬텀 3처럼 완제품 형태가 아니라, 직접 조립해서 만든 것 같은 드론을 날리는 사람들도 종종 보게 된다는 사실이다. 1~2년 전만 하더라도 쿼드콥터를 조립한다는 게 굉장히 복잡한 일인데다가 조립을 하더라도 안정적으로 날리는 게 여간 어렵지 않았다.

완구용으로 나오는 10~20만 원대 쿼드콥터처럼 안정감도 없고 호버링만 하기도 어려웠는데, 요즘엔 DIY로 만드는 드론들도 상당히 안정적으로 나는 걸 확인할 수 있다. 직접 만든 드론이 하늘을 나는 건 물론이거니와 그 드론으로 원하는 영상을 촬영할 수 있다면 얼마나 짜릿하겠는가. 여기에선 상용 드론과는 다른 매력을 가진 DIY 드론에 대해 살펴본다.

◇ 원하는 크기와 출력을 자유자재로=전문가의 느낌이 물씬 풍기는 DIY 드론은 본체의 크기에 따라 등급이 결정된다. 사진에서 보는 것처럼 대각선 방향 프로펠러 사이의 간격에 따라 등급이 구분되며, 사진 속의 드론은 450급이다.

기체가 크면 클수록 안정적인 비행이 가능해지지만, 이 경우 모터 출력이 높아야하고 여러 장비들도 커지기 때문에 비용과 배터리를 많이 쓰게 된다는 단점을 가지게 된다. 반대로 기체가 작으면 적은 비용으로 조립하고 배터리 사용량도 적지만, 출력이 낮아 바람의 영향을 많이 받을 수밖에 없다.

그래서 휴대성이나 경제성을 중요시하는 사람은 250급을 선호하고, 안정적인 비행과 촬영 영상의 품질을 중요하게 생각하는 사람들은 450급 이상의 기체를 사용하게 마련이다.

여기에선 우선 450급의 비행 영상을 살펴보자. 촬영지가 용인 조정경기장 부근이고 이날 상당히 바람이 많이 불었다는 점을 감안하면 얼마나 안정적으로 비행할 수 있는지 쉽게 이해할 수 있을 듯하다. 심지어 리모콘에서 손을 때거나 제자리에서 회전을 시키면 제자리에 말뚝이라도 박아놓은 양 고정되어 있는 진풍경을 연출할 수도 있다.

[동영상. 450 비행]

◇ 드론의 핵심부품 FC보드=앞의 영상에서처럼 드론이 안정적으로 비행할 수 있는 이유는 바로 요즘 싸고 성능이 좋아진 FC(Flight Control) 보드가 많아진 덕분이다. FC보드는 마치 PC의 메인보드처럼 드론의 각 부품들을 자동으로 콘트롤하는 역할을 한다. 조종기에서 보내는 신호에 맞춰 각 모터의 회전 속도를 조절하거나, 자이로센서를 통해 기체가 기울어지는 정도를 체크하며 자동으로 기체의 수평을 유지해 주는 덕분이다.

▲ 드론의 각 부분을 자동으로 제어해주는 FC보드

모든 제어를 여기에서 한다는 얘기는 다시 모든 부품이 이 FC보드에 연결되어 있어야 한다는 뜻이기도 하기 때문에, 사진에서처럼 FC보드 주변에는 각 부품으로 연결되는 전선들이 즐비하다. 그리고 이 전선들을 따라가 보면 모든 드론에 공통적으로 적용되어 있는 각 부품과 드론의 비행 및 조작 원리들도 쉽게 알 수 있다.

◇ 4개의 프로펠러는 각각 역방향으로 회전=흔히 드론(무인항공기)이라고 부르는 쿼드콥터(프로펠러가 4개 달려 있는 기체)에는 4개의 프로펠러가 달려있는데, 이 각각의 프로펠러에는 다시 모터와 변속기가 연결되어 있다. 물론, 이 변속기는 다시 FC보드로 연결되어 FC보드의 제어에 따라 각 모터의 회전 속도를 조절하여, 방향을 회전하거나 나는 높이를 조절한다.

▲ 모터와 프로펠러의 구성

언뜻 생각해보더라도 하나의 모터가 고속으로 회전하면, 그 반대방향으로 회전하는 힘(토크)가 본체에 전달될 것이다. 그렇기 때문에, 쿼드콥터의 경우 4개의 모터가 모두 한쪽방향으로 돈다면, 기체는 그 반대방향으로 회전하는 토크를 받으며 회전하게 된다. 이와같은 모터의 토크를 상쇄시키고 제자리에서 이륙할 수 있도록 하기 위해 쿼드콥터의 서로 마주보는 프로펠러는 상대 프로펠러와 역방향으로 회전한다.

▲ 마주보는 프로펠러들은 반대방향으로 회전하여 토크 상쇄

이 역방향으로 회전하는 프로펠러들의 회전수를 조절하면 기체를 바닥에서 띄워 올리거나 제자리에서 회전, 전진하거나 후진하는 등의 동작을 할 수 있게 되는 거다.

◇ 자유자재로 움직이는 짐벌 만들기=드론의 매력이라면 안정적인 비행뿐만 아니라 다양한 각도에서 원하는 영상을 촬영하는 데 있지 않을까.

DIY 드론 역시 카메라 모듈과 카메라의 좌우, 상하 각도를 조절하는 서보모터를 연결하여 고가형 드론에나 지원될 법한 짐벌을 만들 수 있다.

▲ 상하/좌우로 회전하며 촬영할 수 있는 짐벌

이 서보모터들을 FC보드를 통해서 촬영 각도를 조절할 수도 있고, 기체가 조금 흔들리더라도 계속 한 방향을 자동으로 촬영하도록 설정할 수도 있다. 다음 영상은 드론의 본체를 흔들 때 FC보드의 자이로센서가 기울어지는 본체 각도를 인식하여 카메라 각도가 자동으로 조절되는 장면을 녹화한 것이다.

영상을 보면 본체가 기울어지더라도 카메라가 계속 전방을 향해 있는 것을 확인할 수 있다.

[동영상. 짐벌 수평 유지]

◇ 안정적인 비행의 비밀 GPS=FC보드는 자이로센서를 이용해서 기체의 수평을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, GPS 좌표를 인식하고 자동 비행이나 한 자리에서 움직이지 않고 호버링할 수 있도록 하는 역할도 한다.

▲ 안정적인 비행과 자동 비행까지 가능하게 해주는 GPS 센서

또 본체에 영상 송신장치를 연결해두면 영상 디바이스를 통해 현재 드론에 촬영되고 있는 영상을 실시간으로 확인하며 비행하거나 촬영할 수도 있다.

▲ 드론의 카메라에 비치는 영상을 실시간으로 확인하며 비행

◇ 다소 만들기는 어렵지만 입맛대로 만드는 재미=DIY로 드론을 조립하고 비행하는 것이 쉬운 일은 아니다. 조종에 필요한 송수신기도 별도로 구매해야하고, 부품을 선택할 때에도 수없이 많은 규격 중 뭘 선택해야 할지 결정하기 위한 사전 지식도 있어야 한다.

하지만 동호회의 도움을 받는다면 못할 것도 없는 일인데다가, 원하는 드론을 비교적 저렴하게 조립하고 수리하며 사용할 수 있다는 매력은 그러한 어려움 못지않은 짜릿함을 전해준다.

마지막으로 250급 드론의 비행 동영상을 살펴보자. 앞선 450급에 비해 다소 비행 안정성이 낮음을 확인할 수 있다.

[동영상. 250비행]

 IT컬럼니스트 정희용
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