초보자들을 위한 드론(Drone) 지식

글 출처http://news.danawa.com/News_List_View.php?nSeq=2920892
오토기어 갑사합니다. 

최근 드론에 관련된 내용이 연일 주요 뉴스를 장식하고 있습니다. 드론이 이렇게 주목받는 이유는 현재 드론의 역할보다 잠재력이 높기 때문입니다. 사실 드론의 역할을 하는 제품은 이전에도 있었습니다.  무선조종 헬리콥터나 비행기의 역사는 수십년에 달하며 국내에도 동호회와 동호인들의 역사가 긴 편입니다.  이전까지 RC를 취미로 하기 위해서는 비용과 시간, 시행착오가 필요했습니다. 그렇지만 카메라가 필름에서 아날로그로 바뀌면서 폭발적으로 관련시장이 성장한 것처럼, RC도 드론의 등장으로 빠르게 성장하고 있습니다. 디지털카메라가 등장하기 이전 사진은 일부 사람을 제외하고 특별한 날에만 찍는 귀한 것이었습니다. 전문가들이 사용하는 SLR은 일반인들에겐 미지의 영역에 가까웠습니다.  하지만 디지털의 등장으로 이제 사진을 일상적으로 찍는 환경이 됐고 과거 한 사람이 평생 찍어야할 사진을 하루에 찍는 일도 자주 발생합니다. SLR도 DSLR로 바뀌면서 사진 전문가가 사용하는 제품이 아닌 사진을 좋아하는 사람이라면 큰 부담없이 구입할 수 있는 제품이 됐습니다. 여전히 전문가 영역이 존재하지만 전문가와 일반인 사이의 간격은 손에 잡힐 정도로 가까워 졌습니다.  드론도 마찬가지입니다. 이전까지 많은 시간과 기술의 투자가 있어야 했던 RC 비행기와 헬리콥터와 달리 위치정보를 파악할 수 있는 GPS 센서, 지자기 센서, 자이로 센서 등의 도움으로 초보자도 쉽게 드론을 날릴 수 있게 됐습니다. 물론 지금 등장하는 드론도 자유롭게 비행하기 위해서는 어느 정도 시간과 노력이 필요합니다. 하지만 이전과 비교하면 아주 수월해졌습니다.   우선 드론에 대해서 알기 전에 주의사항은 최근 정부에서 드론으로 인한 문제 발생을 줄이기 위해, 공항과 군부대 등 특정 지역, 시간대에 따라 비행을 엄격하게 제한하고 있기 때문에 이를 충분히 숙지하고 드론을 사용해야 한다는 점입니다.  드론을 처음 접하는 분들은 꼭 연습용 드론이나 입문형 드론으로 추천되는 소형 제품을 사용해 안전한 곳에서 충분히 연습을 한 뒤에 비행을 해야 합니다.   - 드론의 역사 4개의 프로펠러를 가지고 있는 드론(멀티콥터)의 개발은 1907년으로 거슬러 올라갑니다. 프랑스 비행기 디자이너 샤를루이스 브레게(Louis Charles Breguet)는 최초로 멀티콥터를 제작했으며 땅에서 고작 몇십센티미터 밖에 뜨지 못했지만, 최초의 멀티콥터로 평가 받습니다.  이후 1922년 프랑스 헬리콥터 디자이너 에티엔 에드몬드 에미션(Étienne Edmond Oehmichen)이 '에미션 No.2' 멀티콥터를 개발해 공중에 띄우는데 성공합니다. 그는 1923년 360m와 525m 비행에 성공하며, 1924년에는 1km를 7분 40초간 비행합니다. 이후 멀티콥터는 프랑스와 미국 발명가에 의해 개발되지만 빠르게 이동할 수 있고, 제작 과정을 단순화한 헬리콥터가 등장하면서 자취를 감춥니다. 멀티콥터는 군사용, 정찰용으로만 사용되고 수송용으로는 거의 개발되지 않습니다.  하지만 이 드론이 100년만에 인기를 끌고 있으니 아이러니한 일입니다.  이번시간에는 우선 드론과 관련된 주요 내용을 키워드로 통해 확인해 보겠습니다.  - 드론(Drone) = 꿀벌(수벌) 드론의 사전적인 정의는 꿀벌(수벌)입니다. 벌집에 모여 있는 벌들이 열심히 일하는 꿀벌을 생각하면 됩니다. 하지만 우리가 말하는 드론은 웅웅거리는 소리를 내면서 비행을 하는 소형무인항공체를 말합니다.  드론을 멀티콥터라고도 하는데 프로펠러가 하나인 헬리콥터에 비해 여러 개의 프로펠러로 동작하기 때문입니다. 4개의 프로펠러를 사용하는 제품을 쿼드콥터, 8개를 사용하는 제품을 옥토콥터라고 부릅니다. 헬리콥터에 카메라를 장착한 제품을 헬리캠이라고도 부르는데 이는 기존 장비의 이름을 그대로 차용한 것입니다. 하지만, 최근에는 이런 제품들의 구분이 큰 의미가 없어지고 있습니다.  - 드론 비행 원리  드론은 대부분 4개의 로터와 프로펠러가 탑재돼 있습니다.  이 4개의 프로펠러는 대각선으로 짝을 지어 서로 다른 방향으로 돌아 양력을 만들어 비행할 수 있으며, 공중에 정지할 수 있습니다. 각각 프로펠러의 출력을 조정해 움직이게 됩니다. 헬리콥터 경우 몸체의 큰 프로펠러(주회전익)를 회전시켜 양력을 얻고 꼬리프로펠러(꼬리회전익)을 이용해서 진행방향을 결정합니다. 헬리콥터는 주회전익과 꼬리회전익이 기계적으로 결합된 복잡한 방식이나, 드론은 4개의 프로펠러가 각각 나눠져 동작하기 때문에 다양한 움직임이 가능하고 유지보수도 쉽습니다.  4개의 프로펠러를 사용하기 때문에 프로펠러 크기를 대폭 줄일 수 있습니다.(헬리콥터 몸체와 프로펠러의 크기, 드론의 프로펠러의 크기를 생각해보면 쉽게 알 수 있습니다)  - 바인딩(Binding) = 조종기와 드론 연결 블루투스로 스마트폰과 헤드셋을 연결하는 것처럼 조종기와 드론을 연결할 때 바인딩이라고 합니다. 기본적으로 조종기와 드론이 1:1로 연결되는 경우도 있지만, 일부 조종기는 여러 대의 드론과 연결 설정을 저장한 뒤 선택해서 연결할 수 있습니다. 바인딩 하는 방법은 각 제조사, 모델별로 다릅니다. 대부분 바인딩은 드론에 전원을 켠 뒤 조종기의 전원을 넣고 조종기 컨트롤러를 특정하게 조작해서 진행합니다. 드론과 거리가 멀어지면 연결이 풀어져 조종이 불가하기도 하기 때문에 제조사에서 권고하는 거리 내에서 조작을 해야 합니다.  - 주파수(Frequency)   주파수는 무선조종기에서 드론을 조작하기 위해 발생하는 신호 구간입니다. 드론을 무선조종기로 조작할 수 있는 것은 주파수를 사용해서 신호를 전달하기 때문입니다. 드론은 국내 전파법상 ‘소출력 무선기기’로 구분되고 있습니다.  자동차 등 일부 RC 제품은 27Mhz, 40Mhz로 낮은 주파수 대역을 사용하지만 현재 국내에서 사용되는 드론을 비롯해 대부분 RC헬기, 비행기는 2.4Ghz 대역을 사용해 먼 거리까지 신호를 보낼 수 있습니다. 같은 2.4Ghz 주파수를 사용해도 출력에 따라 30~50m에서 1km이상까지 수신거리는 다양합니다. 하지만 일정 출력(300mW) 이상을 사용하려면 개별적으로 신고하고 승인을 받아야 합니다. 국내 전파법은 상당히 보수적으로 되어 있기 때문에 해외에서 승인된 드론 경우에도 국내에서 사용할 때는 전파법이 허용하는 범위를 넘을 수 있으니 확인이 필요합니다.   - 채널 = 무선조종 신호를 인식할 수 있는 수 채널은 드론이 움직일 수 있는 방향을 명령하는 신호를 인식할 수 있는 수를 나타냅니다. 전후좌우, 상하회전이 필요한 드론은 대부분 4채널, 6채널로 구분되는데, 최근에는 입문 모델도 6채널을 지원하고 있습니다. 4채널은 상하(1채널), 좌우(1채널), 기울기(1채널), 전후진(1채널) 이렇게 4개의 채널을 사용합니다. 여기에 6채널은 상하가 뒤집어지는 배면 비행도 가능합니다.   - 지자기(Terrestrial magnetism 地磁氣) = 지구상에 존재하는 자기, 지구자기장 지구자기장은 지구가 방출하는 자기장을 말합니다. 나침반이 항상 북쪽을 가리키는 것은 바로 지구자기장 때문입니다. 어릴 때 학교에서 배웠던 북극 부근의 S극, 남극 부근의 N극입니다.  드론이 진행방향을 인식할 수 있는 이유는 이 지자기를 인식할 수 있는 센서가 내장돼 있기 때문입니다. 언제나 자신의 방향을 인식할 수 있는 전자나침반인 지자기 센서를 내장해 안정적인 비행을 할 수 있습니다.    - 자이로 센서(Gyro sensor) = 기울기, 가속도 측정 센서 자이로센서는 지표면을 중심으로 기울기, 가속도 등을 측정할 수 있는 센서입니다. 이 센서를 통해 드론의 자세나 위치를 추정해 비행을 보정할 수 있습니다. 대부분 드론에 탑재되는 자이로 센서는 3축 가속도, 3축 각속도를 파악해 드론의 현재 위치를 파악해 기울어지지 않게 만들어줍니다. 기체의 수평 안정성을 유지해 주기 때문에 안정적인 비행을 할 수 있게 해줍니다.  - 캘리브레이션(Calibration) = 드론과 무선조종기의 재설정 캘리브레이션은 드론과 무선조종기 기준을 다시 설정하는 작업입니다. 대부분 일정 횟수로 비행을 하면 지자기 센서와 무선조종기 간 오차가 발생하기 때문에 캘리브레이션을 주기적으로 해줘야 합니다. 캘리브레이션 방법은 브랜드와 제품마다 다르기 때문에 제조사에서 제공하는 설명서나 홈페이지에 나와 있는 방법으로 조작해야 합니다.  - 짐벌(Gimbal) = 물체의 기본틀이 기울어져도 균형을 유지해주는 장치 드론에서 짐벌은 몸체에 부착된 카메라의 떨림에 상관없이 안정적이고 부드러운 영상을 촬영하게 만들어주는 역할을 합니다. 짐벌이 없는 드론 경우 이동시 기체의 움직임과 진동이 카메라에 반영돼 떨리는 영상이 만들어집니다. 짐벌이 없다면 뛰어가면서 영상을 촬영하는 것과 마찬가지입니다.   짐벌은 하나의 축을 중심으로 물체가 회전할 수 있도록 만들어진 구조물을 말합니다. 짐벌을 얘기할 때 3축이라는 단어를 사용하는데, 3축은 가로축(Pitching), 세로축(Rolling), 수직축(Yawing)을 말하며, 이 세 축의 움직임에도 항상 균형을 잡아주기 때문에 떨림 없는 영상을 촬영할 수 있습니다.  - FPV(First-Person View) = 1인칭 시점   드론 중에 FPV를 지원하는 제품이 있습니다. FPV는 드론에 장착된 카메라를 통해 원격으로 영상을 송출해 마치 자신이 드론에 탑승하고 있는 것처럼 즐길 수 있는 기능입니다. PC게임 중 울펜슈타인, 둠, 크로스파이어 등 1인칭 슈팅 게임(First-Person Shooter, FPS)을 생각하면 이해가 쉽습니다. FPV는 드론의 몸체에 탑재된 카메라 영상을 스마트폰이나 태블릿, 고글 등으로 실시간 전달해 볼 수 있습니다. 영상을 전송하는 방식은 2.4Ghz나 5.8Ghz 주파수를 사용합니다.  - 호버링(Hovering) = 공중 정지 비행 호버링은 헬리콥터가 공중에 정지해 있는 상태로 드론이 한곳에 떠서 정지해 있는 상태를 말합니다. RC자동차 경우 땅에 붙어 있기 때문에 조작을 하지 않은 상태면 지면에 그대로 있지만, 드론 경우 하늘에 떠 있어서 조작을 하지 않으면 추락하게 됩니다. 호버링을 RC헬기나 드론 조작의 기본이라고 하는 이유는 대부분 전파간섭과 균형이 제대로 잡히지 않아 한쪽 방향으로 흐르기 때문입니다.  드론을 띄우게 되면 제자리에 있을 것 같지만 실제로는 자신의 의지와 달리 한 방향으로 움직이게 되고 전후좌우 방향이 틀어지면서 혼란을 겪게 됩니다. 이 경우에는 침착하게 조금씩 방향을 틀면서 드론을 자신의 방향이나 시야가 확보되는 곳에 착륙시켜야 합니다. 드론이 멀어졌다고 출력을 갑자기 낮추거나 높이게 되면 오히려 더 조종하기가 어려워지니 조금씩 움직이면서 안정화 시키는 것이 중요합니다. - GPS 호버링  GPS 호버링은 드론에 내장된 GPS 센서를 통해 자동으로 호버링 하는 기능입니다. 이 기능을 사용하면 캘리브레이션이나 별도 조작 없이 드론을 특정 위치에 호버링 할 수 있게 해줍니다. GPS를 기준으로 위치를 계산에 정지하기 때문에 초보자도 쉽게 호버링을 할 수 있습니다.  기존 RC 헬기 사용자 입장에서는 마법과 같은 기능입니다. 하지만 GPS 호버링은 GPS 센서를 탑재한 고급 드론에서만 가능하고, 구름이 많이 껴있는 경우 사용하지 못할 수도 있습니다.  - 모드1, 모드 2 = 무선조종기 조작방식의 종류 모드1과 모드 2는 무선조종기의 조작방식의 종류입니다. 드론을 구입하면 무선조종기는 모드1 또는 모드2로 셋팅이 되어 있습니다. 쉽게 말하면 자동차의 우핸들, 좌핸들 차이라고 이해하면 쉽습니다. 하지만 자동차와 달리 드론은 전후좌우 뿐 아니라 상하, 좌우회전의 개념이 있습니다.  이 움직임의 개념은 머릿속으로 상상하는 것보다 훨씬 복잡하기 때문에, 익숙해지기 위해서는 실제로 연습을 장시간 해보는 것이 중요합니다. 대부분 무선조종기는 두 개의 조이스틱으로 구성돼 있습니다. 전후좌우에 상승과 하강, 좌회전, 우회전을 할 수 있습니다.  모드1과 모드2는 조작버튼의 위치만 다른 것이 아니라 조작방식도 차이가 있습니다.    모드1(Right Hand Throttle)은 오른쪽 조이스틱이 출력입니다.  모드2(Left Hand Throttle)는 왼쪽 조이스틱이 출력입니다.  조이스틱 위치만 바뀐 것이 아니라 회전과 이동도 바뀌었기 때문에 서로 다른 모드를 사용하면 다른 방식에 익숙해지기가 어렵습니다.  모드1은 왼쪽 조이스틱 하나로 연속적인 곡선주행이 가능하기 때문에 빠른 움직임에서 유용합니다. 모드2는 오른쪽 스틱만으로 호버링 한 채로 안정적인 촬영이 가능해 영상 촬영이 가능합니다.  모드1은 우리나라와 일본에서 모드2는 미국과 유럽에서도 많이 사용되지만, 최근에는 이런 구분도 의미가 없어지고 있습니다. 두 방식은 모두 일장 일단이 있기 때문에 자신의 성향에 맞는 방식을 설정하면 됩니다. 이외에 모드1에서 회전과 이동이 바뀐 모드3와 모드2에서 바뀐 모드4도 있지만 대부분 모드1 또는 모드2 중에 하나를 선택해서 사용합니다.  이제 드론에 대해서 어느 정도 기초 정보는 갖춰진 것 같습니다. 다음시간에는 국내 출시된 주요 입문자용 드론 종류와 특징에 대해서 알아보도록 하겠습니다.