드론 ‘러너(RUNNER)250’은 총 40여개 부품으로 구성됐다. 카본과 플라스틱 재질 몸체 부분은 25개다. 드론에 카본 재질 부품을 많이 사용하는 이유는 가볍기 때문이다. 배터리와 모터, 카메라 등 부품을 달면 무게가 꽤 나간다. 드론이 날아오르게 하려면 부품 소재 무게를 최소화하는 것이 좋다. 송수신기, 메인컨트롤러, 모터 등 전기제품은 15개로 이뤄졌다. 영상 촬영을 위한 카메라가 필요 없다면 일부 부품은 사용하지 않아도 된다.
①기본 틀 만들기
첫 번째 단계는 상체 메인 보드와 앞 뒤 모터 고정 플레이트를 합치는 작업이다. 드론 전체 조립 시 60여개 나사가 필요하다. 드론 상부와 하부, 앞과 뒤가 명확히 구분됐기 때문에 조립 시 유의해야 한다. 러너250은 쿼드콥터로 네개 프로펠러가 돌아가며 움직인다. 보드와 플레이트 조립 작업으로 본체와 모터를 고정하기 위한 기본 틀을 만든다. 상부 메인 보드를 고정한 후 배터리·비디오 카메라 등을 고정시키는 부분을 연결한다.
스키드랜딩이라 불리는 지지대로 드론 중앙에 배터리를 고정할 공간을 확보한다. 비디오카메라를 추가 구매했다면 해당 지지 블록을 함께 조립한다. 이 작업이 끝나면 드론의 몸체가 되는 틀이 완성되는 셈이다.
이제 수신기와 메인컨트롤러를 장착할 차례다. 메인컨트롤러는 드론 사방 끝에 위치한 모터를 제어한다. 수신기는 손으로 드론 움직임을 제어하는 조종기와 통신을 주고 받는다. 원활한 통신을 위해 머시룸 안테나도 장착할 수 있다. 러너250은 파워보드에 일부 회로가 설치돼 있어 케이블만 맞게 연결해주면 된다.
앞뒤 LED 램프도 이때 고정한다. LED 램프는 단순한 멋이 아니라 신호를 제대로 받고 있는지 출발 준비가 됐는지를 알려주는 역할을 한다.
②실수하기 쉬운 모터 장착
몸체 사방 끝부분에 모터를 장착할 차례다. 이때 정확한 위치와 방향을 확인하지 않으면 실수하기 쉽다. 기자도 모터 조립을 끝낸 후 방향을 잘못 맞춰 다시 나사를 풀고 재조립했다.
모터는 두 가지 종류가 있다. CCW가 2개, CW가 2개로 총 4개다. CCW는 ‘카운터클락와이즈(Counter ClockWise)’ 즉, 시계 반대 방향이다. CW는 ‘클락와이즈(ClockWise)’로 시계 방향이다. 카메라가 장착된다면 이 부분이 드론 앞쪽이다. 두 LED 램프 폭이 좁은 곳이 뒤쪽이다. 드론 앞쪽 왼쪽 모터는 CCW, 오른쪽은 CW를 장착한다. 뒤쪽은 반대로 왼쪽이 CW, 오른쪽이 CCW다. 서로 상반된 방향으로 돌면서 드론을 들어올린다. 이 방향을 무시하면 잘못 조립하게 된다. 러너 250은 몸체와 모터에 CCW·CW 위치가 적혀있다. 작은 글씨인 만큼 잘 확인하고 조립해야 한다.
모터 제어와 전력 공급을 위해 케이블을 기판이 설치된 몸체와 연결한다. 케이블은 빨강·파랑·검정 세 가지 색깔이다. 각각 꽂아야 하는 구멍이 다르기 때문에 표시된 색깔 위치에 맞춰 케이블을 삽입해야 한다. 이후 방향에 맞는 프로펠러를 모터와 장착한다.
③비행 설정
배터리 장착까지 끝났다면 드론의 비행 조정단계를 거쳐야 한다. 드론은 네 가지 비행 방법이 있다. △위 아래로 움직이는 스로틀(Throttle) △앞뒤로 움직이는 피치(Pitch) △좌우로 이동하는 롤(Roll) △좌회전·우회전 비행인 요(Yaw)로 구성된다. 각각 모터의 세기와 방향 등으로 조절 가능하며 이에 맞춰 조종기에 있는 레버도 달라진다.
이 비행 운동을 위해서는 조종기 레버와 드론 몸체에 있는 컨트롤러를 맞춰야 한다. 러너250은 몸체에 총 15개 핀(5×3)으로 구성된 장치가 있다. 피치·롤·스로틀·요와 채널에 맞게 컨트롤러 케이블을 연결한다. 이는 드론 제품마다 차이가 있기 때문에 조립 설명서를 확인한 후 연결해야 한다.
조종기 모드에 따라 컨트롤러 연결 방식도 달라진다. 쿼드콥터 상용화 전에는 모드1을 많이 사용했지만 최근에는 모드2가 많다고 한다. 특정 비행 운동을 조정할 때 왼손을 사용하느냐 오른손을 사용하느냐 차이다. 드론 사용자 사이에서는 서양인이 모드2를, 일본인이 모드1을 선호한다는 이야기가 있다.
컨트롤러 케이블 연결이 끝나면 배터리 케이블을 연결해 전원을 공급할 수 있다. 드론 부품 가운데 가장 무게가 나간 것은 배터리다. 배터리는 몸체 중심에 배치하는 게 일반적이지만 드론에 따라 무게 중심축이 바뀔 수 있으니 알맞게 조절해야 한다.
전원이 공급되면 드론 뒤쪽 LED 램프가 깜빡거린다. 이 깜빡거림이 끝나야 비행이 가능하다. 기자가 처음 드론에 전원을 공급했을 때 깜빡임이 지속됐다. 조종기를 움직여도 모터가 돌지 않았다. 컨트롤러 케이블을 잘못 꽂은 탓이다. 케이블 재확인 후 모터가 조종기에 맞게 작동하기 시작했다.
④드론 비행
비디오 카메라 등 추가 장치를 탑재하지 않고 드론 비행에 집중키로 했다. 우선 피치·롤·스로틀·요에 맞는 조정법을 익혀야 한다. 조종 시뮬레이션을 배우기로 했다. 드론 시뮬레이션 프로그램으로 ‘피닉스’를 이용했다.
조종기와 USB를 이용해 피닉스가 설치된 노트북 PC로 시운전했다. 3차원(3D) 비행 시뮬레이션과 같은 원리인데, 게임 조종기(조이스틱) 대신 실제 드론 조종기를 활용한 것이 특징이다. 기본 설정을 마치면 화면 가운데 드론이 놓여져있다. 스로틀을 올려 비행을 시작했지만 부양함과 동시에 한쪽으로 기울기 시작했다. 미묘한 움직임으로 제자리를 찾으려했지만 드론은 더욱 심하게 한쪽으로 쏠렸다. 결국 바닥에 고꾸라졌다. 드론 제작에 도움을 준 배재휴 학생(건국대 항공우주정보시스템공학과 3학년)은 “시뮬레이션 비행은 조종기 움직임에 민감하게 반응하기 때문에 실제 비행보다 어려울 수 있다”며 “익숙해지기 위해서는 며칠씩 연습해야 한다”고 말했다.
결국 당일 시뮬레이션을 통한 드론 비행 연습은 포기했다. 드론을 날리기 위한 조급한 마음이 앞섰다. 드론 제작을 한 N15 앞 실내 공터에서 드론 비행을 시작했다. LED램프 점멸이 끝나고 시동을 켜는 격인 스로틀 레버를 올리자 드론이 급상승해 천장에 부딪혔다. 생각보다 반응이 민감했다.
이번엔 스로틀을 세밀하게 밀어봤다. 아주 천천히 드론이 떠올랐다. 그러나 한쪽이 기울어지면서 원하지 않은 방향으로 이동했다. 이를 바로 잡기 위해 롤 레버를 움직였지만 살며시 이동시켜야 한다는 사실을 잊고 힘을 줬다. 결국 드론은 기울어진 반대 방향으로 빠르게 날아가 벽면과 충돌했다. 이때 한쪽 프로펠러가 두동강 났다.
마침 프로펠러 한 개 여유분이 있어 교체할 수 있었다. 초보자에게는 드론 제작도 쉽지 않지만 그보다 어려운 것이 비행 운전이란 점을 깨달았다.
◇드론을 위한 소프트웨어(SW) 코딩
이번 드론 제작에는 미리 만들어진 드론 제어 소프트웨어(SW)를 활용했다. 인터넷에 공개된 소스코드로 일부를 수정했다. 보통 드론 비행을 위한 소스 코드는 C언어로 2페이지 정도다.
