드론의 비행 안정성을 높이기 위해 사용되는 주요기술은 무엇인가요?
드론은 현재 수많은 용도로 사용되고 있습니다. 초기보다 훨씬 다양한 드론들이 여러 곳에서 사용되고 있는데요. 드론의 비행 안정성을 높이기 위해 사용되는 주요기술은 무엇인가요?
안녕하세요. 박온 전문가입니다.
드론의 비행 안정성을 높이기 위해 사용되는 주요 기술은 자이로스코프 및 가속도계, GPS 및 IMU, 비행 제어 시스템, 고도 유지 센서, 고급 알고리즘입니다..
안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
드론의 비행 안정성을 높이기 위한 기술요소들은 다양합니다.
아래의 기술 항목들을 설명드리니 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
주요 기술
IMU (Inertial Measurement Unit): 가속도계와 자이로스코프를 결합하여 드론의 자세와 각속도를 측정합니다. 이 정보를 바탕으로 드론은 현재 상태를 파악하고 비행 자세를 제어합니다.
GPS (Global Positioning System): 위성 신호를 이용하여 드론의 위치를 정확하게 파악합니다. 이를 통해 드론은 목표 지점으로 이동하고, 특정 지역에서 비행하도록 제한하는 지오펜스 기능을 구현할 수 있습니다.
바로미터: 기압을 측정하여 드론의 고도를 유지하는 데 사용됩니다.
컴패스: 지구 자기장을 이용하여 드론의 방향을 측정합니다.
비전 시스템: 카메라를 이용하여 주변 환경을 인식하고 장애물을 회피하거나, 특정 물체를 추적하는 기능을 수행합니다.
PID 제어: 드론의 각 모터에 대한 출력을 조절하여 원하는 비행 자세를 유지하는 제어 알고리즘입니다.
모터 제어: 각 모터의 회전 속도를 정밀하게 제어하여 드론의 움직임을 조절합니다.
배터리 관리 시스템: 배터리의 상태를 모니터링하고, 최적의 성능을 유지하도록 관리합니다.
중복 시스템: 주요 부품의 고장에 대비하여 여분의 부품을 탑재하거나, 소프트웨어적으로 중복 기능을 구현합니다.
드론의 비행 안정성을 높이기 위해 사용되는 주요 기술들을 설명드리자면 자이로스코프와 가속도계를 포함한 IMU, GPS를 통한 위치 추적, 전자식 비행 제어 시스템(FCS), 센서 융합 기술이 있습니다. IMU는 드론의 자세와 속도를 측정해 실시간으로 조정하고 GPS는 정확한 위치 정보를 제공해 비행 경로를 안정적으로 유지합니다. 비행 제어 시스템은 이 데이터를 처리해 드론의 방향과 높이를 제어하며 다양한 센서 데이터를 통합해 외부 환경 변화에도 드론이 안정적으로 비행할 수 있도록 도와줍니다.
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
드론의비행안정성을높이는주요기술은 자이로스코프와가속도계로자세를감지하고조정하며GPS를활용해위치를파악하고자율비행경로를계획합니다 또한PID제어기와같은항법알고리즘을통해비행경로를조정하고센서융합기술로정확한정보를제공합니다 비상착륙시스템도있어 문제발생시 안전하게착륙할수있도로돕습니다
안녕하세요. 김민규 전문가입니다.
드론을 제어하기 위해서는 원격 조종 기술 내 원거리 주파수 통신이 원할해야 합니다. 또한 양력 등을 이용하여 비행이 안정되어야 하기도 합니다.
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
주요기술
자이로스코프 및 가속도계
실시간 자세와 움직임 감지
비행 중 균형 유지에 핵심
gps 및 위치 센서
정확한 위치 파악 및 경로 추적
외부 요인에 대응한 위치 보정
비행 제어 시스템
센서 데이터 분석으로 모터 출력 조절
안정적 호보링 및 경로 유지
외풍 대응 기술
바람 영향 감지 및 보정 알고리즘
6자유도 비행 시뮬레이션 활용
충돌 방지 시스템
장애물 감지 및 회피 알고리즘
자동 경로 재설정 기능
자동 안정화 기능
갑작스러운 자세 변화 시 자동 보정
비행 중 균형 유지 소프트웨어
안녕하세요. 기계공학 전문인 박성수 전문가입니다.
드론의 기울기, 회전 속도, 방향 등을 실시간으로 감지하여 비행 중 발생하는 불안정한 움직임을 즉각적으로 보정하는 기술인 자이로스코프가 있겠습니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
1, 프로펠러 회전
일반적으로 드론의 프로펠러는 짝수로 구성되어 있으며, 프로펠러가 4개인 것을 쿼드콥터, 6개인 것을 헥사콥터, 8개인 것을 옥타콥터라고 합니다.
프로펠러 수가 4개인 경우의 드론을 쿼드콥터라고 하며,
가장 보편적으로 이용되며 다른 멀티로터의 경우에도 프로펠러가 대칭으로 구성되어 있기 때문에
쿼더콥터와 동일한 원리로 동작합니다.
쿼드로터 타입의 드론의 기본구조
쿼드로터 또는 멀티로터 타입의 드론은 추력을 내는 프로펠러가 모두 한 방향으로 정렬되어 있어
정렬된 방향으로의 구동과 세 방향으로의 회전이 가능하여 총 4개의 입력을 가집니다.
이때 드론은 3차원 공간에서의 3축으로 이동과 회전이 가능하므로 총 6자유도를 가지는데,
제어입력은 로터 4개의 추력, 즉 4자유도이므로,
시스템 자유도 대비 제어입력 자유도가 적은 구동부족 (under-actuation) 특성을 가집니다.
이 특성이 멀티로터 타입의 드론 제어문제를 어렵게 만드는 요소이기도 합니다.
드론의 프로펠러는 회전방향이 정해져 있습니다.
전방좌측&후방우측의 프로펠러는 시계방향으로 돌고 전방우측&후방좌측의 프로펠러는 반시계방향으로 돌게 됩니다. 특정기종은 드론 몸체의 모터부분이나 프로펠러를 보면 A 또는 B라고 쓰여 있는걸 볼 수 있는데,
A는 시계방향, B는 반시계방향으로 회전하는 것을 의미합니다.
그리고 회전에 맞추어서 프로펠러 경사가 정해져 있으니 잘못끼우면 안됩니다.
예를들어 A프로펠러를 B모터에 끼우면 경사 방향이 반대여서 위쪽으로 공기를 밀어내기 때문입니다.
일반적으로 드론의 모터배치는 앞쪽 왼쪽과 뒤쪽 오른쪽이 A(시계방향),
앞쪽 오른쪽과 뒤쪽 왼쪽이 B(반시계방향) 입니다.
이렇게 회전방향이 배치된 이유는 바로 작용-반작용 때문입니다
공중에 떠 있는 헬리콥터의 경우, 헬리콥터 몸체 위에 달려있는 프로펠러가 회전하게 되면
헬기 몸체는 프로펠러의 반대방향으로 돌려고 합니다.
이와 같은 의도하지 않은 몸체의 회전을 막기 위해 헬리콥터 꼬리 부분에 추가적인 날개가 달려있어,
이 날개의 추력으로 헬리콥터 몸체가 회전하지 않고 가만히 있을 수 있습니다.
드론도 마찬가지인데요.
. 만약 드론의 프로펠러가 모두 같은 방향으로 회전한다면,
드론 몸체가 떠오르면서 회전하게 됩니다.
그래서 이러한 의도하지 않은 회전을 막기 위해 대각선 방향으로만 같은 방향으로 도는 것이고,
바로 인접한 프로펠러와는 반대방향으로 돌도록 설정되어 있습니다
2, 짐벌
‘짐벌(Gimbal)’은 사람의 수평 유지 능력을 기계로 구현한 장치입니다.
외부의 움직임에 대해 반대 방향으로 같은 힘을 가함으로써
움직임을 ‘0’으로 만드는 간단한 원리를 적용한 것입이다.
흔들리는 곳에서 특정 물체만 움직이지 않게 고정하고 싶을 때 널리 사용됩니다.
과거 선박이나 망원경, 광학 장비 등에서 활용된 짐벌은 영화 촬영장 등에 쓰이다가
최근엔 드론, 스마트폰에까지 퍼지며 영상 촬영계의 필수품으로 자리 잡았습니다.
짐벌엔 기본적으로 여러 개의 ‘축’이 필요한데요.
우리가 사는 3차원 세계에서 물체는
기본적으로 3개의 축을 기준으로 회전하는데, 각 회전을 무력화하기 위해서는 그에 맞는 축이 필요합니다.
스위스 물리학자 레온하르트 오일러가 1
748년 언급한 ‘오일러 각’으로 알려진 이 세 가지 축을
‘롤(Rollㆍ세로축)’, ‘ 피치(Pitchㆍ가로축)’, ‘요(Yawㆍ수직축)’로 불립니다.
간단한 형태의 1축 짐벌은 롤 축만 보정합니다. 즉 물체의 좌우 수평만 유지해주는 쓰임입니다.
실질적으로는 2축 짐벌부터 사용하는데, 2축 짐벌은 롤 축과 피치 축을 보정함으로써
물체의 좌우 수평과 상하 수평을 잡아줍니다. .
가장 많이 사용하는 요 축, 즉 수직 흔들림까지 보정해주는 것이 3축 짐벌인데요.
상하좌우 위아래 어느 방향으로 진동이 가해지더라도 물체를 그 위치에 그대로 정지시켜 놓을 수 있습니다.