사물인터넷을 활용한 드론 DIY 가이드

드론, 입문부터 제작까지

김회진 , 김시준 , 패트릭 에릭슨 지음

광문각 2018년 08월 24일 출간 종이책 : 2017년 10월 30일 출간

작품소개

책소개

『사물인터넷을 활용한 드론 DIY 가이드』는 드론을 제작하거나 연구를 목적으로 하고자 하는 분들을 위해 전반적인 배경 지식과 실무 지식을 습득하도록 구성하였다. 이러한 목적에 충실히 하고자 첫 번째, 드론의 전반적인 이해에 필요한 원리와 구조, 드론 플랫폼, 비행 컨트롤러, 추진력 설계, 통신 방안, 조종 모드 등의 내용을 다루었다. 두 번째, 이 책은 이론적 배경 지식으로 실제로 드론을 제작할 수 있는 실무 지식을 제공하기 위해, 오픈 메이커 랩 보드 v1 FC에 기반한 멀티위 250 드론을 실제로 제작하는 방법론을 다루었다. 덧붙여, 작은 MCU 용량으로 멀티위 플랫폼 기반 드론에서 다루기 어려운 FPV 텔레메트리, 카메라 짐벌, 랜딩기어의 제어 등에는 픽스호크스 기반 비행 컨트롤러에 기반하여 설명을 하였다.

목차

서문

1. IoT와 드론의 이해

2. 드론의 구조와 원리
2.1 드론의 형태
2.2 드론의 정의
2.3 드론의 구조
2.4 드론의 작동 원리
2.5 드론의 제어 원리

3. 드론의 플랫폼 개념과 멀티위의 소개
3.1 드론 플랫폼의 정의
3.2 드론 플랫폼의 혁신과 발전
3.3 오픈소스에 기반한 다양한 드론의 플랫폼
3.4 드론 플랫폼의 선택
3.5 멀티위 플랫폼의 소개

4. 비행 컨트롤러의 이해
4.1 오픈 메이커 랩 보드 버전 1의 특징
4.2 OML보드의 GY87 10DOF IMU 센서의 구성
4.3 다양한 비행 컨트롤러의 선택 시 고려사항
4.4 비행 컨트롤러 설계상의 이슈

5. 드론의 추진력 설계
5.1 경험칙에 의한 추진력 계산법
5.2 eCalc 사이트를 활용한 추진력 계산법
5.3 드론의 설계 시 고려사항

6. 다양한 통신 방법
6.1 RC 주파수 밴드
6.2 2.4 GHz 스프레드 스펙트럼 송수신기의 전송 방식
6.3 다양한 라디오 수신기 프로토콜
6.4 FPV 텔레메트리 개념 및 구성 사례
6.5 카메라 짐벌의 이해 및 구성 사례

7. 조종 및 운영 모드
7.1 RC 시스템의 선택 기준
7.2 RC 송수신기의 종류에 따른 채널 순서
7.3 RC 송신기 Mode - 스틱 배치
7.4 RC 송신기의 구조에 대한 이해(FlySky FS-i6 2.4G 6CH, 모드 2)
7.5 FlySky FS-i6 송수신기의 바인딩(Binding) 프로세스
7.6 FlySky FS-i6 송신기의 설정
7.7 RC 송신기로 시동 걸기(Arming) 및 시동 끄기(Disarming)
7.8 드론의 비행 모드 설정
7.9 드론의 안전 및 법규

8. 멀티위 드론의 MIY 사례
8.1 주요 부품 선정
8.2 드론의 조립
8.3 멀티위 펌웨어 업로드 및 설정
8.4 ESC 스로틀 켈리브레이션(Calibration)하기
8.5 블루투스 모듈을 활용한 EZ-GUI 텔레메트리 구현

9. 멀티위를 뛰어넘어서(고급 개발자를 위한 픽스호크 라인 트레이싱 드론 프로젝트 소개)
9.1 프로젝트 개요
9.2 프로젝트 목적
9.3 시스템 구성
9.4 따라 해보기
9.5 더 나아가서

10. 픽스호크 라인 트레이싱 드론의 라인 인식 알고리즘 적용 튜토리얼
10.1 튜토리얼 소개
10.2 하드웨어 요구사항
10.3 선택사항
10.4 필수 소프트웨어 설치
10.5 파이 카메라 활성화 및 테스트
10.6 파이썬과 파이 카메라 라이브러리 사용하기
10.7 OpenCV를 사용한 이미지의 라인 인식

출판사 서평

드론, 입문부터 제작까지 명쾌하게 설명!

드론을 DIY하는 것은 다른 어떤 DIY보다 재미있고 성취감이 느껴지는 분야이다. 또한, 첨단의 취미이기도 하여 외국 유명 커뮤니티 사이트에서는 GPS 기반 자율비행(Autonomous flight), 비행 중 물체 탐지 및 회피, 옵티컬 플로우(Optical Flow) 센서, 초음파 센서, Lidar 광학센서 등 다양한 센서들을 갖고 고도 유지 비행을 테스트하는 등 다양한 시험들이 3～4년 전부터 이슈화되고 있다.
드론은 최근 한국에서도 매우 각광을 받고 있는 분야이고 관심을 갖게 되는 분야이지만, 다분히 FPV 드론 레이싱, 항공 촬영 등 취미 중심에서 화재가 되는 경우가 많다. 위에서 언급한 다양한 실험들은 최근에야 시도되고 있다. 이러한 점들을 보면 상용 드론 분야에서 한국의 기술 수준은 3～4년 뒤처져 있다고 볼 수 있다. 현재 드론 선도 기업인 3D로보틱스, DJI같은 기업들은 분명히 몇 년 전부터 일어났던 다양한 실험들을 흡수해 왔다고 볼 수 있다.
하지만 아쉽게도 우리의 비즈니스 현실은 다소 유리하지 않은 것 같다. 오픈소스 플랫폼인 아두이노도 선진국에 비해 2～3년 늦은 이제야 활성화되고 있다. 사실 대다수 우리가 알고 있는 오픈소스 비행 컨트롤러(Flight Controller)의 기원인 멀티위(MultiWii)와 아두파일럿(ArduPilot)은 아두이노 프로젝트에서 시작되었고, 이를 기반으로 파생된 플랫폼이 다수이다. 다소 SW적으로 난개발된 멀티위를 개선한 베이스플라이트(Baseflight), 클린플라이트(Cleanflight) 플랫폼이 있고, NAZE와 CC3D가 그 산물이다. 아두파일럿(ArduPilot) 프로젝트는 아두이노의 메가 버전에 기반한 APM 비행 컨트롤러를 탄생시켰고, 이러한 커뮤니티 노력들은 3D로보틱스의 픽스호크스(PixHawk) 비행 컨트롤러의 오리지널 보드인 PX4 탄생에 분명히 기여했다고 생각한다.
이러한 인식과 함께 이 책을 쓰게된 동기는 2년 전 시작된 오픈 메이커랩 보드(OpenMaker Lab Board)라는 아두이노 프로미니에 기반한 멀티위 비행 컨트롤러를 설계하면서 시작되었다.

이 책은 드론을 제작하거나 연구를 목적으로 하고자 하는 분들을 위해 전반적인 배경 지식과 실무 지식을 습득하도록 구성하였다. 이러한 목적에 충실히 하고자 첫 번째, 드론의 전반적인 이해에 필요한 원리와 구조, 드론 플랫폼, 비행 컨트롤러, 추진력 설계, 통신 방안, 조종 모드 등의 내용을 다루었다. 두 번째, 이 책은 이론적 배경 지식으로 실제로 드론을 제작할 수 있는 실무 지식을 제공하기 위해, 오픈 메이커 랩 보드 v1 FC에 기반한 멀티위 250 드론을 실제로 제작하는 방법론을 다루었다. 덧붙여, 작은 MCU 용량으로 멀티위 플랫폼 기반 드론에서 다루기 어려운 FPV 텔레메트리, 카메라 짐벌, 랜딩기어의 제어 등에는 픽스호크스 기반 비행 컨트롤러에 기반하여 설명을 하였다.

실내 픽스호크 라인 트레이싱 드론 프로젝트는 오픈 메이커 드론팀의 프로젝트와 함께 드론 제작 및 개발자를 위해 오픈한 오픈 메이커 드론 커뮤니티(www.openmaker.co.kr)를 통해서 공개되고 있고, 게시판을 통한 질의응답도 가능하다.

작가정보

저자(글) 김회진

저자(글) 김시준

저자(글) 패트릭 에릭슨