드론의 두뇌, FC가 농업용 드론을 만났을 때
농업용 드론을 좌우하는 FC
글,사진_아나드론
ANA DRONE, JUN 2019
동물의 신경계를 통합하는 최고의 중추(中樞)는 바로 두뇌이다. 두뇌는 단순히 생각하고 기억하는 일뿐만 아니라 체온 조절, 심장 박동, 호흡과 소화에 이르기까지 여러 운동을 통해 생명을 유지하는 기능을 전반적으로 수행하고 있다. 신체의 모든 움직임을 중앙에서 제어하고 있는 것이다. 이처럼 중요한 역할을 하는 기관이 드론에도 존재한다.
드론의 전자두뇌라 부를 수 있는 FC(Flight Controller)가 바로 그것이다. FC는 무선 조종기의 수신기와 모터를 제어하는 ESC(Electronic Speed Controls, 전자 속도 제어) 사이에 연결되어 있다. FC는 무선 조종기에서 보내는 조종 명령에 따라 ESC에 모터를 제어하는 신호를 보내는 역할을 한다. 뿐만 아니라 비행 정보를 수집하고, 시스템 상태를 모니터링하며, GPS를 이용해 위치를 측정한다. 또 센서 값을 바탕으로 기체의 자세를 측정하는 등 안정적인 비행을 위해 드론의 중심부에서 사령탑 역할을 수행하고 있다.
최근 다양한 분야에서 산업용 드론이 활용되면서 드론의 임무도 점차 확장되고 있다. 이에 따라 산업용 드론을 타깃으로 한 FC가 속속들이 등장하기 시작했다. 기본적인 FC의 기능에 더 다양한 임무를 수행하기 위한 기능들이 추가된 것이다. 그리고 이제, 발전을 거듭하던 FC가 농업용 드론과 만났다. 그들 사이에 어떤 일이 전개되고 있는 것일까? 농업용 드론의 FC가 지닌 다양성과 우수성을 한자리에 모아 살펴본다.
DJI N3
N3는 DJI의 보급형 FC이다. 비교적 저렴한 비용으로 우수한 비행 성능을 지니는 드론을 제작할 수 있다. N3는 전문가용 조종기, 수신기, 인텔리전트 ESC, DJI GO 앱, 라이트브릿지2, iOSD와 호환이 가능하며, DJI 젠뮤즈 시리즈의 짐벌 카메라와 원활하게 사용할 수 있어 다양한 작업이 가능하다.
듀얼 IMU(Inertial Measurement Unit)도 지원한다. IMU란 가속도계, 자이로스코프, 지자계 센서로 이루어져 있으며 드론의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는 장치이다. 듀얼 IMU는 하나의 FC 안에 IMU가 두 개 들어 있다는 말이다. 이는 비행 컨트롤 알고리즘이 비행 도중 IMU 오작동을 감지하면 자동으로 백업 IMU를 작동시키는 시스템이다.
비행 중 IMU의 오작동은 자칫 드론의 추락과 연결될 수 있는 부분이기 때문에 듀얼 IMU를 구성함으로써 비행 신뢰성을 확보한 것이다. 또한 블랙박스 기능도 내장되어 비행 중의 모든 사항을 기록하며 실시간으로 비행 데이터를 관찰하고 기체를 조종할 수 있다.
N3의 장점은 비교적 저렴한 가격으로 고품질의 FC를 사용할 수 있다는 것이다. 다만 특수한 임무를 수행해야 하는 산업용 드론을 제작해야하는 경우에는 문제가 발생할 수도 있다. N3의 확장성도 충분히 뛰어난 수준이지만, 모든 종류의 센서를 지원하지는 않기 때문이다. 이런 경우 N3보다 상위 라인업의 FC를 사용해야 한다.
DJI A3
A3는 N3 시리즈보다 발전된 FC이며 훨씬 다양한 종류의 센서를 지원한다. 때문에 다양한 산업에서 사용되는 각종 어플리케이션과 호환성이 뛰어나다. 또한 추가 패키지를 구매하여 A3 프로로 업그레이드가 가능하다. A3 프로는 GPS와 IMU를 세 개까지 확장하여 삼중 구조 형식을 지원한다.
이러한 다중 시스템을 통해 한 단계 더 진보된 진단 알고리즘을 구현해, 전송받는 모든 데이터의 정확도를 월등히 끌어올릴 수 있다. 만약 한 구성에 장애가 발생한다면, 시스템은 다른 구성으로 균일하게 이동하여 정확하고 확실하게 작동될 수 있도록 장애 조치 기능을 지원한다.
A3는 N3에 비해 당연히 비싸다. 상당히 고가의 FC이다. 하지만 월등한 측정 정확도와 비행 신뢰성을 제공하며, 확장성 또한 매우 뛰어나다. 고사양의 산업용 플랫폼을 제작하는데 적합한 FC를 찾는다면 좋은 선택이 될 것이다.
N3-AG와 A3-AG, DJI FC에 농업용 기능을 더하다
기존의 N3, A3 모델에 농업용 기능을 더하여 N3-AG, A3-AG라는 새로운 FC가 탄생했다. 각각의 FC가 본래 지니고 있던 기능에 농업용 기능을 추가한 버전이다. 농업용 드론은 단순한 비행을 넘어서 방제 임무를 수행할 수 있도록 설계된다.
이에 필요한 여러 장치들이 드론에 부착되는데, AG 모델은 이러한 추가 장치들을 제어할 수 있도록 AMU(Agriculture Management Unit)라는 시스템을 추가한 것이다. 기존의 FC에 더해 농업용 기능을 확장시켜주는 역할을 하며, 고도 유지 레이더, 장애물 감지 레이더, 펌프 등이 연결된다.
고도 유지 레이더는 1~5m의 측량 범위를 가지며, 드론의 고도를 1.5~3.5m 범위에서 유지시켜주는 역할을 한다. 지상으로부터 일정한 고도를 유지하면서 작물에 균일하게 농약을 분사할 수 있도록 지원한다. 장애물 감지 레이더는 1.5~30m의 감지 범위를 가지며, 수평 50도, 수직 10도 내의 장애물을 탐지한다.
작업 중 장애물이 감지되면 드론은 작업을 멈추고 제자리에서 호버링하게 된다. 펌프는 작업박스 내의 농약을 끌어올려 분사 노즐로 전달하는 역할을 맡는다. 펌프의 출력을 조절하여 농약의 분사량을 조절할 수 있다.
AG 모델은 방제 임무에 필요한 여러 장치들을 제어하는 기능을 추가한 FC이다. 여기에 높은 수준의 자동 비행 기능이 추가되어 손에 들고 있는 조종기 하나로 10분 동안 4000~6000㎡(약 1200~1800평)에 이르는 농경지에 방제 작업을 할 수 있게 된 것이다.
농업용 드론의 발전은 산업용 드론의 다양화와 함께 거듭되고 있다. 이제는 사람의 손에 한 방울의 농약도 묻히지 않고 드넓은 농경지를 감당할 수 있게 됐다. 자동으로 방제를 할 수 있는 시대가 열린 것이다. 카메라를 달고 하늘에서 촬영만 할 줄 알았던 드론의 두뇌, FC(Flight Controller)가 농업용 드론을 만났을 때 줄어드는 농업 종사자들의 빈자리에 대한 근심이 줄어들게 된 것만 해도 큰 다행이 아닐 수 없다.
WRITER 아나드론
대한민국 최초 드론 전문 매거진
