1. 센서형 드론
흔히 방송 등에서 보이는 촬영용 드론이나. 하늘에 가만히 떠 있을 수 있는 드론은 대부분 이 항목에 속한다.물론 센서형 드론이 아니여도 카메라만 달고 날 수 있으면 촬영은 가능하지만 모든 회전체는 진동이라는 불친철한 물리 현상이 일어나므로 단순히 카메라만 장착한다고 해서 방송에서 보는 공중에서 정지한듯한 촬영 품질은 얻을 수 없다.
일단 진동과 이미지 센서의 롤링셔터 때문에 화면이 울렁거리는 젤로 현상이 찍히게 되고 공중에서 자세를 잡는 일은 외부 요인[1]에 의해 상당히 복잡하게 자세 교정이 이루어지므로 카메라가 몸체에 고정 되어 있다면 이리저리 흔들려서 찍히게 된다. 게다가 기체 제어를 하느라 기체에서 눈을 뗄 수 없게 되므로 촬영을 위한 화면을 볼 수 없는 문제점도 생기게 된다. 때문에 이를 자동화 해줄 센서가 필요하게 되고 그러한 센서들을 다량으로 장작한 드론이 바로 센서형 드론이다. 통상적으로 4개 이상의 센서[2]를 갖추면 센서 드론이라고 부를 수 있다.
센서의 도움을 많이 받을수록 비행 난이도는 급격하게 낮아진다.
1.1. 촬영용 드론
헬리캠이라 부르는 촬영용 드론에는 다음과 같은 센서가 반드시 필요하다.- 고도를 확인하기 위한 기압 센서 : 없으면 높낮이 인식 불가. 사실 GPS센서로도 높낮이를 측정할 수는 있지만 기압 센서가 있으면 더 정확한 고도 인식이 가능하다.
- 수평을 확인하기 위한 가속도 센서 -없으면 가속도 측정 불가[3]. 촬영용 드론이 아니더라도 모든 드론에 들어가는 센서이다.
- 각 측 속도를 확인하기 위한 자이로스코프 센서 : 없으면 기체 3축의 회전 속도 확인 불가[4]
- 방향을 확인하기 위한 지자기 센서 -없으면 기수방향 확인 불가[5]
- 위치나 고도를 확인하기 위한 GPS나 GLONASS 센서(야외 비행 전용) -없으면 자동비행/귀환이나 위치 고정이 불가
여기까지가 공중에서 가만히 있는데 필요한 최소의 센서이고 말뚝[6] 호버링이나 기체 안정성을 위해 이외의 추가 센서도 존재한다
- 초음파 센서 : 물체와의 거리를 감지한다. 주로 장애물 회피나 지상에서 안정적으로 고도를 유지하기 위한 장치로 쓰인다.
- 이미지 센서 : 지면의 움직임을 캡쳐해서 GPS나 글로나스를 쓸 수 없는 실내 같은 곳에서 자신의 위치 확인을 위한 장치로 쓰인다.
이외에도 다양한 센서가 있지만 현재 대중적으로 쓰이는 센서는 위에 나열한정도가 쓰이고 있다.
하지만 위의 센서가 있다 하더라도 카메라를 달면 여전히 진동에 시달리게 된다. 위에 있는 센서는 촬영에 집중하기 위해 편하게 해주는 용도이지 촬영의 질을 높이는 용도가 아니므로 다음과 같은 장비가 추가로 필요하게 된다.
- 드론이 매달고 이륙할 수 있을 정도로 작고 가벼운 고화질의 카메라[9]
하지만 RC고수라면 다 필요 없이 그냥 ATTI 모드로만 날리면서도 좋은 화면을 얻기도 한다. 대형 헬리캠에 NAZA의 ATTI 모드만으로 지상파 다큐멘터리 영상을 찍어 내는 괴수도 있다.
카메라는 요즘 초소형 스포츠 카메라인 고프로(GOPro)가 많이 쓰이고 있고, 소니나 샤오미에서도 내놓고 있다.
이들 제품의 특징은 넓은 시야(어안렌즈)와 고화질의 해상도(FHD이상)를 가지면서 방수나 충격에 대단히 강한 프레임을 가지고 있어 악조건에서 견딜수 있도록 디자인 되어 있다. 특히 고프로의 경우 내구성이 타의 추종을 달리할정도로 강한편이며 다른 회사 제품들도 중형급 승용차가 밟고 지나가도 멀쩡할 정도로 내구성은 굉장히 튼튼한 편이다. 다만 렌즈가 어안렌즈기 때문에 가장자리가 왜곡되어 찍히므로 이를 위해 일반 렌즈를 쓰는 전용 카메라들도 등장하고 있다. 대표적인 회사는 팬텀3와 인스파이어로 유명한 DJI사며 이 회사의 카메라는 별도의 핸드 짐벌이 발매될 정도로 괜찮은 성능을 보여준다. 다만 스포츠용으로 개발된 캠이 아니기 때문에 충격에는 약한점이 단점.
최근에는 고프로 렌즈를 일반렌즈로 개조해서 쓰는 사람들도 늘고 있다. 유튜브에는 아예 동영상으로 개조법을 상세히 찍어 설명까지 되어 있어 초보자도 따라서 개조할 수 있게 되었다.
대형 옥토 이상의 콥터에서는 캐논 오두막(5D Mark2), 오막삼(5D Mark3) 등이 주로 사용된다. 심지어 일반 카메라도 단다.
일부 드론들은 고성능 모바일 프로세서를 탑재하여 촬영이나 비행 안정도에 활용하기도 한다. 대표적인 회사가 3DR과 페롯.
2. 완구형 드론
R/C에 가까운 재미, 혹은 연습을 위한 드론으로 센서가 불필요 하거나 센서를 최소화해 가격을 낮춘 드론들이 여기에 해당 된다. 흔히 국민 드론이라고 불리는 시마 X5C나 CX-10이 여기에 해당하며 촬영을 위한 카메라가 장착 되어 있긴 하지만 위에 서술한 장비들이 없으므로 촬영 화질은 기대하면 안된다. 일반적으로 완구형 드론은 중심을 잡기 위한 자이로스코프와 방향을 결정하는 지자기 센서만 있는 경우가 태반이다. 완구형 드론에서 지자기 센서는 헤드리스[12]모드를 사용할 때 쓰므로 이 모드가 없는 드론들은 지자기 센서도 없는것이 된다.즉, 완구형 드론들은 비행 난이도가 상당히 높고 바람의 영향을 크게 받는다. 센서형 드론과 달리 전진중에 스틱을 가운데로 놓으면 그자리에 멈추는게 아니라 관성에 의해 그대로 밀려난다. 특히 실외에서는 바람과 복합적인 효과를 가지면서 실내비행보다 훨씬 조종 난이도를 힘들게 한다. 게다가 고도 조절도 사용자가 직접 해야 하므로 공중에서 가만히 있기(이걸 호버링이라고 한다)가 굉장히 힘들다.
대신 그만큼 재미는 보장된다.
3. 레이싱 드론
곡예비행을 전문으로 하고 1인칭 시야를 통한 FPV(First-person-Video. 즉, 1인칭 비디오) 비행으로 실제 자신이 비행하는듯한 느낌을 위해 고성능 모터와 딜레이가 없는 실시간 신호형 비디오 영상[13], 강력한 수신거리를 자랑하는 5.8Ghz 스펙트럼 조종기 등 완구형 드론에서 좀 더 스포츠하게 즐기기 위해 탄생한 비싼 완구형 드론이다. 레이싱 드론이 날라다니는 모습기본적으로 모터 한개에 수십-수백만원 하는 괴물같은 녀석들과 극한 G(중력)를 버티기 위한 카본으로 만들어진 블레이드와 동체, 40C가 넘는 엄청난 방전률[14][15]을 자랑하는 대용량 배터리 등 본격적인 R/C용 드론으로 보면 된다. 대부분 판매되는 제품은 본체 프레임만 있고 자이로스코프,모터,변속기,송수신기,FPV세트, 블레이드는 전부 따로 사다가 직접 조립해야 된다.
최근 레이싱 드론 부품들이 많이 싸져서 모터는 국내가 기준으로 한세트(4개) 13만원 이내, FC와 변속기는 15만원 이하로 구매가 가능해져서 부담이 많이 줄어 들었다. 조종기와 FPV고글까지 포함하면 신품 기준으로 200만원 선이면 풀세트 장만이 가능해졌다.
구조상 중량대비 출력이 엄청나게 오버스펙이다 보니 기존 드론들이 하기 힘든 동작들을 쉽게 할 수 있다. 360도 연속 회전하는건 기본이고
다만 시중에 판매되는 10-30만원대의 RTF(완제품) 레이싱 드론들은 사실상 1인칭 FPV기능만 지원하게 해놓은 정도로 레이싱 드론이라고 불리기 민망할 수준의 출력과 속도, 화면이 마구 끊기는 딜레이 심한 비동기 화면 등으로 이름만 레이싱인 제품들도 있으니 주의. 그렇게 따진다면 1인칭 FPV화면을 지원하는 시마 X5SW도 레이싱 드론으로 쳐야 한다. FPV지원 드론과 레이싱 드론과는 엄연히 분야가 다르므로 상표명으로만으로 판단하면 안된다. 기본적으로 레이싱 드론들은 R/C헬기처럼 직접 조립해서 맞추는 커스텀 제품으로 완구형 완제품은
레이싱 드론과 일반 FPV 드론 구별법
- 중력의 몇 배에 이르는 순간적인 하중과 빠른 바람을 견디면서 프레임 변형이 적은 카본 재질이나 그 이상의 재질로 구성된 프레임이 있어야 한다
- 실시간 비디오 신호가 송출되어야 한다. 최근엔 기술발달로 디지털 화면으로 영상을 실시간으로 볼 수 있다.
- 사용자가 기체 세팅을 조절할 수 있어야 한다.(프로그래밍이 가능해야 한다)
- 기울기 각도에 대한 제한이 없어야 한다. 일반적으로 완구형 드론은 30도 이상 기체가 기울지 않도록 세팅되어 있다.
한마디로 말해 단순히 속도가 빠르다고 레이싱 드론이 되는건 아니다.
때문에 기본적으로 가격이 비쌀수밖에 없고 세팅을 사용자가 직접 해줘야 하므로 초보자가 날릴 수 있는 제품은 아니다. 즉, 본격적인 R/C제품이기 때문에 자세제어가 100% 파일럿 컨트롤에 의지하는 수동[18]이라 완구형 드론보다 훨씬 어렵고 위험도도 완구용과는 비교도 안될정도로 위험하다. 레이싱 드론은 기존 6채널 헬기 운영자나 완구형 드론을 최하 6개월 이상 연습한 파일럿만 권장한다. 지상에서 공중까지 10m이동하는데 1-2초도 안걸릴정도[19]로 엄청난 속도로 움직이기 때문에 스로틀 조작이 굉장히 어려우며 사람과 부딫혔을때 사람이 다칠 위험이 매우 크기 때문에[20][21] 초보자는 아예 손을 대지 않는것이 좋다. '에이 그까짓거 어려우면 얼마나 어렵겠어'라고 생각하고 구매했다가는 큰 코 다친다. 대부분의 레이싱 드론은 가속도 센서를 사용하지 않기 때문에 사실상 6채널 헬기의 패턴비행과 비행난이도가 별 차이가 없다. 간단히 말해 수평유지조차 안 돼서 손가락으로 잡아야 한다는 거다![22] 치어슨사의 CX-10시리즈가 완구형 드론중에서 조종이 제일 어렵다고 하지만 가속센서 기능이 꺼진 레이싱 드론들의 난이도는 CX-10는 애들 장난 수준이다. 비행은 고사하고 호버링도 제대로 하기 힘들다. 그 어려움은 이 한 마디로 표현할 수 있다. 조종난이도가 RC헬기랑 똑같다!
2016년 두바이 드론 레이싱을 우승한 김민찬군의 비행영상들을 보면 6채널 RC헬기 수준으로 날라다니는 것을 볼 수 있다. 현재 KT소속이며 김민찬군의 인터뷰에 따르면 조작 난이도 때문에 6채널 헬기보다 드론이 플레이가 훨씬 힘들다고 한다. 대신 수평플립이 기존 R/C헬기보다 빨라서 플립쓰루 같은 기술은 구현이 더 쉽다고.
최근에는 레이싱 드론으로 시네마틱 무비 촬영이 늘어나면서 프로펠러가 안보이는 시네HD프레임들도 나왔다. 거기에 어울려 카메라도 점점 소형화가 되고 고프로가 없어도 영상전송 카메라에 메모리를 녹화 하여 영상을 저장하는 방식도 나와서 고프로 구입 비용이 점점 줄어들고 있다. 최근 4K도 지원하는 제품도 나와 약점이였던 화질문제도 크게 개선되었다.
[1] 바람, 기체의 진동 등[2] GPS,지자계,자이로스코프,기압계[3] 이 센서가 없으면 기체의 현재 기울기를 알 수 없다. 간단히 말해 이게 없으면 스스로 수평을 못 잡는다. FC에서 두 번째로 중요한 센서.[4] 이 센서가 없으면 기체 기울기의 변화량을 FC가 알 수 없어(가속도 센서는 관성가속도와 중력가속도를 구분하지 못한다) 비행성이 엉망이 된다. FC에서 가장 중요한 센서로 가속도 센서조차 꺼 버리는 메뉴얼 모드에서조차 항상 작동한다. 가속도 센서까지 작동하는 애띠 모드에선 엘리베이터 키를 밀다가 놓으면 수평으로 돌아오고(외력이 없을 경우 공기저항에 의해 서서히 정지하며, 이 때의 감속으로 인해 가속도 센서가 기체를 뒤로 기울이며 감속을 돕는다,), 자이로 센서만 작동하는 매뉴얼 모드에선 키를 놓으면 그 자세를 유지(외력이 없을 경우 속도와 방향을 유지하며 계속 날아간다)하는데, 만약 자이로 센서조차 없다면 키를 놓아도 관성에 의해 더 기울어지며 더더욱 가속하며 날아가다가 뒤집어져 추락할 것이다. 물리적인 스테빌라이저가 없는 멀티콥터에서 기체를 제어하기 위한 최후의 보루가 자이로 센서이다.[5] 이동 중에는 GPS로도 진행 방향을 확인 할 수 있지만 실내에서는 무용지물이고 호버링시에도 무용지물. 정확한 방향을 측정하기 위해서 반드시 필요하며 이게 없다면 RC 헬기처럼 기체의 기수 방향을 조종자가 항상 신경쓰며 날려야 한다. 참고로 새나 동물들의 경우 지자기를 느낄 수 있어 이를 이용해 장거리 항법을 할 수 있다.[6] 말 그대로 말뚝을 박은 것처럼 가만히 있는것을 뜻한다[7] RC경험이 없다면 짧게 느껴질 수 있지만 사실 회전익기로서는 꽤 긴 시간이다. 6채널 헬기라면 일반적으로 사용하는 배터리로는 호버링만 해도 7~8분을 넘기기 힘든데, RC헬기가 어떻게 나는지 생각하면 보통 200초 정도면 끝이다.[8] 비행 기록이 아닌 특정한 장면을 찍기 위한 촬영이라면 카메라 액션이라던지 이동 경로 체크, 촬영 각도등을 리허설 하고 테스트해볼 시간을 가져야 하므로 비행 시간의 1/3이 실제로 쓸 수 있는 영상 기록시간으로 봐야 한다. 즉, 배터리가 15분을 버티면 영상용으로 쓸만한 컷은 고작 5분정도 나온다는 이야기. 때문에 추가배터리나 오래 나는 배터리가 필요하다[9] 액션캠이라고 부르는 카메라가 주로 쓰이고 있다. 많이 사용하는 카메라로는 고프로의 히어로(HERO) 시리즈가 있는데 엄청나게 비싸다 보니 짭프로나 샤오미의 YI cam 등이 쓰이기도 한다. 물론 쓰는 쪽에서는 DSLR도 쓰이고 있다.[10] 위아래만 잡아주는 2축과 좌우도 잡아주는 3축, 360도 회전하는 6축이 있다[11] 짐벌은 모터로 중심을 직접 잡아주는 하드웨어 방식과 이미지의 흔들림을 잡아 고정해주는 소프트웨어 방식 2가지가 있다. 전자는 대부분의 방식이 쓰이고 있고 후자는 페롯사의 비밥 제품이나 틸드론 등 가격이 높은 제품에서 사용중이다.가격이 싼 드론은 애초에 있지도 않아서 젤로현상이 많이 발생한다 카더라 게다가 그걸 개조하려면 추가비용은 덤 예를 들어 일명 '오공이' 라고 불리는 협산의 h501s x4가 큰 예 각각 장단점이 있는데 하드웨어 방식은 화질저하가 없지만 짐벌이 무겁고 바람저항을 많이 받으며 추가적인 전원을 소모한다. 소프트웨어 방식은 바람저항도 없고 무게도 가벼워지는 대신 외각 부분에 화질 저하가 있고 이미지 처리를 위한 고성능의 프로세서가 필요하다[12] 기체 방향과 상관 없이 조종자가 바라보는 기준으로 조작이 결정 된다. 즉, 드론이 앞을 보든 옆을 보든 후진을 하면 드론 자세와 방향에 상관없이 무조건 후진한다. 때문에 초보자가 날리기 쉽다는 장점이 있다.[13] 팬텀3같은 데이터형 비디오 전송방식은 유튜브에서 실시간 스트리밍 비디오 방식처럼 처리하기 때문에 화질은 좋지만 딜레이가 크다(약 1~2초). 반면 신호형 비디오는 예전 안테나 달고 보던 TV처럼 RGB신호로 전송 받으므로 데이터 압축을 풀 필요가 없어 딜레이가 없다(대략 10ms~50ms, 즉 0.01~0.05초).[14] 통상적으로 날리는 드론들의 배터리 출력은 20-25c 정도. 우리가 일반적으로 쓰는 AA건전지가 1C의 출력을 가지니 대충 어느정도인지 비교 가능하다. 차량으로 따지면 AA건전지는 스쿠터 연료 분사량 정도고 40C짜리는 스포츠카 엔진 분사량으로 보면 된다[15] 요즘은 80c가 넘는 제품도 보인다[16] 헬리콥터형 헬기들은 무조건 로터가 상부에 위치하기 때문에 위쪽을 쓸 수 가 없다. 메인로터가 하나 뿐이라 무게 중심을 정확히 잡아야 한다고 말하지만, 그건 트림으로 균형을 잡으면 배면시 역트림이 되어 버리기 때문이지 정립만 한다면 큰 문제는 없고, 무게 중심이 맞지 않을 때의 손실은 오히려 멀티콥터 쪽이 크다. 헬기야 트림 넣어서 스와시 플레이트를 기울이면 그 쪽 EPA가 줄어드는 것과 같은 효과가 있는 것 외엔 별 차이가 없지만, 멀티콥터는 EPA가 줄어드는 효과에 더해, 무게가 가벼운 쪽의 모터를 그만큼 돌릴 수 없게 되므로 총추력이 감소하는 효과까지 있다. 그럼에도 레이싱 드론보다 헬기에서 무게중심에 신경쓰는 이유는 간단하다. 헬기는 기동성 하나에 목숨을 걸고 하는 거니까. 괜히 헬기가 항공RC의 끝판왕인 게 아니다. 위 문단에서 레이싱 드론의 특징으로 설명한 카본몸체와 카본로터, 고방전률 배터리 등은 6채널 헬기에선 별로 특이할 거 없는 최소한의 기본 사항이다.[17] 이 정도면 RC비행기 중에서도 느린 편은 아니다.[18] 완구형 드론들은 아무리 기체를 기울여도 안전을 위해 지정된 값 이상 절대로 기체가 기울지 않는다. 파일럿이 의도대로 기체를 뒤집을수가 없기 때문에 버튼을 눌러 자동으로 움직이는 동작을 제외하곤 곡예비행이 불가능하다.[19] 최근 모터의 성능이 높아져서 수직 상승 속도 초속 33m=시속 100km!를 가볍게 넘기고 있다.[20] 레이싱 드론의 크기는 보통 250급이라 만만히 보기 쉬운데, 거기 실린 모터 추력의 총합은 무려 450 헬기급이다. 물론 겨우 450급 출력, 그것도 헬기처럼 1쌍의 로터에 모든 에너지를 담는 것도 아니고 보통 4개 프롭에 분산되는 멀티콥터에 머리가 터져버린다는 건 과장이지만S1000을 레이싱드론으로 사용하나? 피부가 찢어져 수십 바늘을 꿰메는 등 큰 부상을 입기에는 충분하다.[21] 5인치, 즉 웬만한 핸드폰 화면만한 프로펠러가 2만~4만rpm으로 회전한다. 사람의 연약한 피부 쯤은 버터 가르듯이 갈라버릴 수 있는 수준.[22] 자이로 센서가 없다고 하지만 자이로 센서까지 없다면 조종 자체가 불가능하다. 아니 애초에 자이로 기능까지 끌 거면 FC를 사용할 필요도 없이 조종기에서 믹싱 걸고 수신기에 ESC직결하는 편이 낫다.