토이 드론에 부는 새 바람, GPS 센서
더 쉽고 편한 비행을 위해, 이제 토이 드론도 GPS 센서를 탑재합니다.
요즘에는 프로펠러로 날아다니기만 하던 토이 드론도 GPS 센서를 장착해서 출시하고 있습니다.
덕분에 이젠 토이 드론과 센서 드론이라는 구분이 모호해져 버렸습니다.
현재 판매되고 있는 토이 드론이 지원하는 대표적인 기능들은 다음과 같습니다.
위의 기능 중 ‘자동 이/착륙’과 ‘고도 유지’는 기압계 센서와 같은 특정 센서가 추가 장착된 드론만 지원하는 기능입니다.
고가의 센서를 여러 개 장착한 고가의 센서 드론에 비하면 토이 드론은 성능이 부족할 수밖에 없었지만, 계속 센서 드론을 따라가려는 노력은 멈추지 않고 있습니다.
이번 기사에서는 토이 드론이 기체의 안정성을 위해 사용하는 각 대표적인 센서들에 대해 간략히 살펴보겠습니다.
여기에 더해서 최근에 나타나고 있는 토이 드론 중, GPS 센서를 장착한 대표적인 드론 몇 가지를 소개하려 합니다.
드론이 사용하는 대표적인 센서들
① 가속도계와 자이로스코프(Accelerometer, Gyroscope)
가속도계 및 자이로스코프. 사진=www.rainlabs.pl
가속도계와 자이로스코프는 모든 드론의 가장 기본이 되는 센서라고 할 수 있습니다.
가속도계는 중력 가속도(중력 때문에 발생하는 단위 시간당 물체의 속도 변화량)을 측정하고, 자이로스코프는 기울어짐(각도)을 측정합니다.
드론의 속도와 자세 제어에 도움을 주는 이 센서들이 없었다면, 드론이 지금만큼 발전하기도 어려웠을 것입니다.
② 기압계(Barometer)
KK2.0에 내장된 기압계 센서.
가속도계와 자이로스코프만으로도 드론을 공중에 띄우는 것이 쉬워졌지만, 광활한 공중에 드론을 고정시키는 호버링은 결코 쉽지가 않았습니다.
수평과 수직(고도) 움직임을 고정시키는 게 어렵다면 고도만이라도 고정해 보자며, 추가된 센서가 기압계입니다.
기압계는 드론과 지면의 기압차를 감지해 일정 고도를 유지해 줍니다.
기압계 드론은 고도 고정(Altitude Hold)이라는 장점을 가지고 있지만, 착륙 시 문제 발생, 기압차로 인한 급상승, 충돌 후에도 프로펠러가 멈추지 않는 등의 단점을 갖고 있어 호불호가 나뉘고 있습니다.
③ 초음파 센서(Ultrasonic Sensor)와 광학 플로우 센서(Optical Flow Sensor)
광학 플로우 센서와 초음파 센서를 함께 사용하고 있는 도비 드론.
기압계만으로는 부정확할 수 있는 측정값을 보완하기 위해 초음파 센서와 광학 플로우 센서를 사용하기도 합니다.
소나 센서(Sonar Sensor)라고도 부르는 초음파 센서는 초음파를 쏴서 돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산합니다.
비전 센서라고도 부르는 광학 센서는 렌즈를 통해 보이는 바닥의 패턴을 인식해 고도 유지를 도와줍니다.
DJI사의 비전 포지셔닝이나 컴퓨터의 광마우스가 대표적인 광학 플로우 센서를 사용하는 사례입니다.
④ GNSS(Global Navigation Satellite System)
GPS+GLONASS 모듈.
GNSS는 위성을 활용해 위치를 측정하는 시스템입니다. 위성이 보내는 신호를 받아 드론의 위치를 파악하는 GPS 센서는 실내 보다는 실외 비행에서 유용합니다.
이미 오래 전부터 군사용과 촬영용 드론은 GPS 센서를 장착하고 있었지만, 토이 드론에 GPS 센서가 장착된 것은 불과 몇 년 전의 일입니다.
대표적인 GNSS는 미국의 GPS(Global Positioning System)와 러시아의 글로나스(GLONASS : Global Navigation Satellite System)입니다.
유럽연합(EU)의 갈릴레오(Galileo), 중국의 베이더우(北斗, Beidou) 등도 있지만, 대부분의 드론은 GPS 단독 혹은 GPS+GLONASS를 함께 수신합니다.
제품명에 더블 GPS 또는 듀얼 GPS라고 표기되어 있다면 GPS+GLONASS처럼 두 개의 GNSS를 수신함을 의미합니다.
GPS 센서를 통해서는 위도, 경도를 정확히 알 수 있기 때문에 리턴 홈, 웨이포인트, 팔로우 미 등의 기능을 구현할 수 있습니다.
안정적 비행을 위해서는 비행 전에 컴퍼스 캘리브레이션(Compass Calibration)작업을 진행해야 합니다.
대표적인 GPS(and GLONASS) 센서 장착 토이 드론
① SYMA X8 PRO
국민드론 X5로 잘 알려진 시마(Syma)는 중형 드론인 X8 시리즈도 유명합니다.
최근 선보인 X8 PRO는 GPS 센서와 카메라 상하 각도 조절 기능을 추가한 드론입니다.
SYMA X8 PRO. 사진=www.symatoys.com
GPS 센서를 사용해 드론의 현재 위치와 조종기 위치를 기억하고, 지자기 센서를 활용한 헤드리스 모드로 조종이 더욱 쉬워졌습니다.
실외에서도 기압계만을 사용하던 기존 X8 시리즈에 비해 안정적인 비행 성능을 기새할 수 있는 업그레이드입니다.
비행 전 캘리브레이션을 진행하는 모습. 사진=youtube.com
앞에서 얘기한 것처럼 비행 전에 전자식 나침반의 캘리브레이션을 진행해야 합니다.
이 과정을 건너뛰고 비행하게 된다면 리턴 홈 등의 GPS를 활용하는 기능이 엉뚱하게 작동하는 모습을 바라봐야만 할 수 있습니다.
대부분의 GPS 드론은 동일한 방식으로 캘리브레이션을 진행하지만 회전하는 횟수 등, 세부적인 진행이 다를 수 있으니 반드시 설명서에 있는 컴퍼스 캘리브레이션 방법을 따라야 합니다.
리턴 홈은 비행 중 조종기와 연결이 끊기거나 배터리가 부족하면 실행됩니다.
X8 PRO의 리턴 홈은 조종기가 있는 곳을 홈으로 인식하며, 20미터 이상 떨어진 거리에서는 25미터로 고도를 높인 후 돌아옵니다.
DJI의 팬텀 시리즈처럼 스스로 장애물을 회피하진 못하지만, 리턴 홈 중에도 수동 조종이 가능해 장애물을 피할 수 있습니다.
GPS 덕분에 어떤 방해에도 안정적인 호버링을 보여줍니다. 사진=youtube.com
GPS와 지자기 센서를 이용한 X8 PRO는 현재의 고도와 위치를 기억해 비행 중 손으로 강제로 잡아당겨도 원래의 위치로 이동하게 됩니다.
기본적으로 고도는 유지했지만 옆으로 조금씩 흐르던 토이 드론의 고질적인 호버링 문제가 보완된 것이죠.
시마 X8 PRO의 GPS센서. 사진=youtube.com
X8 PRO의 GPS 센서는 위성과의 원활한 수신을 위해 드론 내부 상단에 고정되어 있습니다.
별도의 안테나는 보이지 않습니다. 실내에서는 GPS 수신이 어렵기 때문에 기압계로 고도를 유지하거나 수동 조종으로 고정하여야 하는 것은 기존의 토이 드론과 동일합니다.
카메라의 각도를 조절하는 기능이 추가 됐습니다. 사진=youtube.com
X8 PRO의 카메라 스펙 자체는 HD 영상 촬영이 가능한 기존 시리즈와 동일하지만, 상하로 각도를 조절할 수 있게 됐습니다.
기존의 토이 드론들이 움직임에 따라서 화면을 기울이긴 했지만, 별도의 개조를 거치지 않으면 카메라의 각도를 조절할 수 없었습니다.
SYMA X8 PRO에 짐벌과 액션캠을 장착한 모습. 사진=youtube.com
이전 모델인 X8SW처럼 전용 앱을 사용해 FPV 기능을 즐길 수 있지만, 2.4GHz 주파수를 사용하는 이 방식은 실제 비행 위치와 전송된 영상 사이의 딜레이가 발생합니다.
또한 짐벌이 없어 영상에 기체의 떨림이 그대로 전해지는 젤로 현상이 보여, 안정적인 촬영을 위해서는 짐벌 장착 등의 개선이 필요해 보입니다.
주요 사양
② JJRC JJPRO X3 HAX, Eachine EX1, GoolRC Binge 1
세 모델은 태생이 동일한 모델입니다. 같은 공장에서 브랜드와 색상만 바꾸고 나왔으니 어느 것이 원조라고 말할 수도 없는 동일 제품이지만, 굳이 원조를 찾는다면 Eachine EX1입니다.
Hubsan H501S와 디자인이 비슷하지만 분리형 카메라 등 디테일에서 조금 차이를 보입니다.
JJRC JJPRO X3 HAX(좌), Eachine EX1(중), GoolRC Binge 1(우).
비슷하게 생겼다는 Hubsan H501S는 어떤 드론일까요?
이 드론은 2300KV 1806 브러시 리스 모터를 사용하고, 2.4GHz 와이파이를 사용하는 FHD 영상 촬영이 가능한 카메라, 나선형 잠금 프로펠러, 기압계와 GPS 센서를 사용한 리턴 홈 등을 지원합니다.
중형급의 크기, 규격화된 배터리와 착탈식 카메라가 인상적입니다. 사진=Eachine.com
28.5cm의 크기에 조종 거리는 최대 500m(FPV는 200m), 7.4V 2,000mAh 배터리로 최대 비행시간 15~18분입니다.
배터리는 Micro 5핀 단자를 사용해 충전하며, 카메라는 착탈이 가능하지만 별도의 짐벌이 없어 젤로 현상이 발생합니다.
다만 촬영한 영상을 저장할 수 있는 MicroSD 카드는 128GB 까지 사용할 수 있습니다.
총 3가지 상황에서 리턴 홈 기능이 동작합니다. 사진=www.jjrc.com
리턴 홈 기능은 30m 고도를 유지하고, 홈으로 복귀하며, 리턴 홈 실행, 배터리 부족, 송수신이 끊기는 3가지 경우에 GPS에 홈으로 기억한 곳으로 날아와 착륙합니다.
조종기 LCD의 표시 정보. 사진=youtube.com
조종기의 LCD에서는 배터리 잔량, 조종 모드, 속도, GPS, 고도, 거리, 비행속도 등 비행 중인 드론과 관련이 있는 정보를 보여줍니다.
실내, 실외, 자동 홈 복귀 모드. 사진=youtube.com
또 조종기에는 실내 고도 고정 모드, 실외 GPS 모드, 리턴 홈 모드를 간단하게 실행하는 스위치가 마련되어 있습니다.
Eachine EX1은 듀얼 GPS라고 이야기하고 있지만, JJRC JJPRO X3와 GoolrRC Binge 1은 단일 GPS라는 이야기도 있습니다.
해외쇼핑몰에서 찾아본 최저가격이 30불 이상 차이가 나니 그런 의심이 있는 것 같지만, 아직 드론을 분해한 리뷰가 없어 정확한 확인은 어렵습니다.
실내, 실외, 자동 홈 복귀 모드. 사진=youtube.com
이 드론의 장점은 브러시리스 모터, 일렉트릭 펜스(Electric Fence) 기능입니다.
일렉트릭 펜스 기능은 아직 드론에 익숙하지 않은 초보자를 위한 기능입니다.
조종기에서 일렉트릭 펜스를 작동하면, 거리 300m 이상 또는 고도 100m 이상으로 멀어질 경우에 자동으로 리턴 홈 기능이 동작합니다.
단점은 FHD라고 홍보하는 카메라가 보여주는 품질이 생각만큼 좋지 않고, 요즘은 흔히 볼 수 있는 프롭 가드도 구성품에 빠져 있어서 프로펠러로 인한 안전사고에 더 주의를 기울여야 한다는 점입니다.
주요 사양
③ Hubsan X4 H502E, H502S
H502E(좌)와 H502S(우). 사진=www.hubsan.com/na/
Hubsan의 X4 H502E와 X4 H502S는 2016년에 출시한 모델입니다.
H502E는 GPS 센서를 사용한 드론치고는 상당히 저렴한(60.99불, 약 6만 원) 모델이고, 동일한 디자인의 H502S는 2배 정도의 가격 차이를 보여줍니다.
H502E(좌)와 H502S(우). 사진=www.hubsan.com/na/
최대 비행거리 200m에 브러시드 모터를 사용하고, HD 카메라를 가지고 있다는 점은 동일하지만, H502E 모델이 더 비싼 이유는 FPV 기능을 가지고 있기 때문입니다.
H502 시리즈 조종기 화면. 사진=https://youtu.be/Tbs-iVWW82c
5.8GHz 주파수를 사용하는 H502S는 조종기에 4.3인치 모니터를 내장하고 있어, 별도의 디바이스를 연결하지 않아도 실시간 FPV 영상을 즐길 수 있습니다.
조종기의 모니터를 통해서는 연결된 GPS의 개수, 현재 위치, 실행 중인 기능 등을 볼 수 있고, GPS 사용 유무도 선택할 수 있습니다.
여기에 더해서 리턴 홈 기능과 팔로우 미 기능까지 지원합니다.
사물인식 기술로 더 똑똑한 팔로우 미를 보여줄 드론도 있습니다.
이 두 기종의 장점은 출시 시기가 조금 지난만큼 카메라 화질에 대한 정보나 H502E에 FPV 기능을 추가하는 방법 등의 정보가 많다는 것입니다.
최신 기종은 실제 성능과 활용에 대한 정보를 찾기 어려운 경우가 많기 때문에 유저들의 생생한 정보는 큰 장점으로 볼 수 있습니다.
주요 사양
GPS 토이 드론을 사는 이유
GPS 토이 드론을 선택했다면 대부분 금전적인 이유와 개조를목적으로 가지고 있을 겁니다.
싼값이면 다홍치마라는 옛말처럼 비슷한 가격대라면 조금이라도 더 성능 좋은 드론에 끌리기 마련이고, 성능 업그레이드를 위해 큰 부담을 갖지 않아도 된다는 것도 GPS 센서를 품은 토이 드론의 장점입니다.
토이급에서 찾아 본 GPS 드론은 생각했던 것보다 상당히 종류가 다양했습니다. 수신거리가 몇 백 미터밖에 안 되는 드론을 손봐 몇 km까지 비행했다는 해외 유저의 영상이나, 하드웨어 업그레이드와 관련된 정보를 보면 직접 개조해 보고 싶은 욕구가 생기기도 합니다.
단, GPS 드론이라 하더라도 아래 내용은 꼭 숙지하고 비행하기 바랍니다. 꼼꼼한 준비는 언제나 즐겁고 안전한 비행의 시작이니까요.
① 비행 전 컴퍼스 캘리브레이션은 필수
② 비행 전과 비행 중 GPS 수신 개수 확인
③ ‘지자기 교란’, ‘지자기 폭풍’ 등에 대한 이해
④ GPS와 조종 거리에 대한 과잉신뢰 금지
WRITER 송재현/드론스타팅 필진
드론의 재미를 함께 공유하고 싶은 사진 찍는 남자입니다.
