비행 컨트롤러
1. 개요
일반적으로 드론은 비행체라고 봐주기 힘들 정도로 구조가 매우 단순하고 비행과 자세제어 능력을 모두 강력한 추력에 의존하기 때문에 하늘에 던져놓기만 하면 비행은 커녕 돌덩어리 마냥 떨어지기 일쑤다. 때문에 이런 불안정한 자세와 동력의 조정을 초고속 전자제어 성능으로 제어함으로써 답이 안나오게 불안정한 기체를 안정적으로 날 수 있게 만들어야 하는데 이 역할을 해주는게 비행제어장치(Flight Controller, 이하 FC)다.
헬기에도 기본적으로 테일1축 자이로가 쓰이며 최근에는 3축 자이로가 유행하고 있지만, 멀티콥터용 FC는 차원이 다르다.
일단 아무리 마트에서도 파는 토이RC용 싸구려 멀티콥터라도 최소한 기체를 안정시키는 데 필요한 3축 자이로는 '''무조건''' 들어가며, 보통 수평을 잡기 위한 3축 가속도 센서까지가 기본적으로 들어간다. 여기에 센서형 드론이라면, 위치를 파악할 GPS와 방위를 파악할 지자계 센서, 저고도에서 정확한 고도유지를 위한 초음파 센서, 고고도에서 정확한 고도유지를 위한 기압 센서 등 다양한 센서가 연결된다.
2. FC의 종류
- DJI사의 NAZA
- hobbyking사의 KK2
- TAROT사의 ZYX-M
- Openpilot사의 CC3D
- Openpilot사의 CC3D EVO
- 3D Robotics사의 APM
- 3D Robotics사의 pixhawk
- Naze32
- STM32칩셋 기반의 커스텀 칩셋[1]
3. FC의 기능
FC는 KK2나 멀티위, CC3D, WK-M 등 여러 가지가 있으나, 가장 널리 쓰이는 DJI의 NAZA를 기준으로 다른 항공RC, 특히 일반 RC헬기에는 없는 기능들을 살펴보면 다음과 같다.
3.1. 매뉴얼 모드
아무런 센서가 없이 3축자이로만 작동된다. 조종기에서 보내는 신호만 가지고 비행을 한다는 점에서 헬기와 비슷하다.
3.2. ATTI 모드
* 수평유지기능 : 3축자이로가 있어도 외력을 받으면 기울어지는 헬기와 달리[2], 3축 가속도 센서를 이용하여 바람이 불어도 기체가 수평을 유지한다. 또한 최대 기울기가 제한된다. 다시 말해 헬기는 조종스틱을 앞으로 계속 밀고 있으면 점점 앞으로 기울어지다 결국 뒤집어지지만[3], ATTI모드는 조종스틱에 비례해 기울어지며 끝까지 밀어도 일정각도 이상 기울어지지 않는다. 또 전진 도중 스틱을 놓았을 때 헬기는 기울어진 상태를 유지하지만[4], ATTI모드는 FC가 기체를 수평으로 돌려 놓는다[5].
3.3. GPS 모드
* 고도유지기능 : 헬기의 경우 조종기 스틱의 스로틀 50%는 로터 피치 50%를 의미하지만, GPS모드의 NAZA는 현재고도유지를 의미한다. 스로틀량을 FC 스스로 조절하여 배터리 전압, 기체의 무게 등과 관계 없이 고도를 일정하게 유지한다.
* 위치유지기능 : 스로틀을 중립에 놓고 키를 조작하지 않는다면, 바람이 오른쪽으로 불면 오른쪽으로 기울어지며[6] 빠르게 떠내려가는 매뉴얼 모드나 수평을 유지한 채 천천히 떠내려가는 ATTI모드와 달리 왼쪽으로 적당히 기울이며 현재 위치를 유지한다. 전진 도중 스틱을 놓았을 때도 관성에 의해 밀려가지 않게 반대 방향으로 기울어져 감속한 후 위치를 유지한다.
* 자동복귀기능 : 조종기의 신호가 끊어지면[7] 스스로 고도를 높인 뒤 출발위치로 돌아와 착륙한다.
* 코스락 모드 : 기체의 현재 방향과 상관 없이 출발시의 방향대로 조종된다. 예컨데 헬기와 조종자가 같은 방향을 보는 상태로 이륙한 후 헬기가 오른쪽으로 90도 회전한 상태에서, 조종스틱을 앞으로 밀면 헬기 기준의 앞, 즉 조종자 기준으로는 오른쪽으로 이동한다. 그러나 코스락 모드에선 멀티콥터가 북쪽을 보는 상태에서 시동이 걸렸다면 멀티콥터가 어느 쪽을 향해 있건 상관 없이 조종스틱을 앞으로 밀면 북쪽으로 이동한다.
* 홈락 모드 : 코스락 모드와 비슷하지만, 코스락 모드가 시동시의 방향을 '앞'으로 인식한다면, 홈락 모드는 시동시의 위치를 '뒤'로 인식한다. 즉, 기체가 어느 위치에 있고 어느 방향을 보고 있건, 조종스틱을 앞으로 밀면 출발점에서 멀어지고 스틱을 뒤로 당기면 출발점으로 다가온다. 스틱을 좌나 우로 밀면 출발점을 중심으로 빙글빙글 돈다.
[1] 현재 레이싱 드론 주류이다[2] 단 헤딩락 기능 때문에 외력을 받아도 꼬리는(yaw축은) 유지된다. 이 좋은 기능을 왜 롤축이나 피치축에는 안 쓰냐면, '''미친 듯이 잡아돌리는 데 방해돼서...'''[3] 뒤집으라고 만든 헬기니 당연하다.[4] 맞바람을 받아 결국 수평으로 돌아오긴 하지만[5] 관성에 의해 앞으로 더 나가긴 하지만[6] 헬기는 오른쪽 뒤로 기울어진다. 프로펠러 특성상 한쪽에서 바람이 불면 전체적인 추력이 불균형해지기 때문이다. 멀티콥터는 서로 반대 방향으로 도는 프롭끼리 이 현상을 상쇄시킨다.[7] 정확히는 수신기의 페일 세이프에 의해 특정 신호가 인식되면. 당연히 조종기의 신호가 연결되어 있어도 조종기에서 의도적으로 그 신호를 보내는 것도 가능하다.