Pixhawk 쿼드콥터 조립(3) - 4 in 1 ESC 설정

드론/쿼드콥터 2015.12.15 10:51 Posted by 드론의 미래가 궁금한 푸른하늘이

현재 새로 멀티콥터를 제작하기로 하고 부품을 주문했습니다. 드디어 엊그제 모든 부품이 도착해서 프레임을 조립 완료했습니다.


이번 조립에서 가장 중요한 부품은 아무래도 Pixhawk 비행콘트롤러입니다. 사실 예전에 DJI Flamewheel F450 세트를 조립했으면서도 새로 조립하려는 이유는 Pixhawk를 좀더 자세히 배우기 위해서 입니다.


그 다음으로 중요한 부품이 4 in 1 ESC 입니다. 원래 모터에 ESC가 하나씩 있는 게 보통이니 쿼드콥터의 경우 4개의 ESC가 있어야 하는데, 4 in 1 ESC 하나만 있으면 모든 모터를 제어할 수 있습니다. 따라서 배선이 간단해 질 뿐만 아니라 사고 위험도 줄어들고(4개의 ESC중 하나만 고장 나도 추락하니까요) 고전압 직류전선에 의한 자기장도 줄어드는 등 여러가지 장점이 있다고 합니다. 물론 가격도 저렴하고요.


제가 구입한 4 in 1 ESC는 Hobbywing에서 제작한 Skywalker Quattro 입니다. 아래는 이 사이트에 있는 매뉴얼과, Quadcoptersarefun.com의 문서를 주로하여 learnrobotix.com의 문서를 참고로 정리한 것입니다. 



4 in 1 ESC의 설정은 두 단계로 나눠집니다.

첫번째는 ESC의 설정 그 자체이고, 이 문서에서 주로 다룰 내용입니다.

두번째는 Pixhawk를 통한 ESC 캘리브레이션입니다. 원래는 Pixhawk를 통해 한꺼번에 캘리브레이션하는 방법을 사용하고자 했으나, 여러번 시행착오 끝에 배터리-ESC-Throttle Hub-수신기 순서로 연결해서 캘리브레이션했습니다. 이 내용은 여기에는 없습니다.


일단... 이번에 구입한 ESC 관련 부품들 사진입니다. 맨 오른쪽은 그냥 LiPo 배터리... 그 옆이 Skywalker Quattro 4 in 1 ESC 이고요, 세번째는 Throttle Hub(4개를 각각하지 않고 한번에 해결해주는 장비), 마지막 제일 왼쪽이 LED Programming Card 입니다. 그런데 Throttle Hub는 별도 구매가 필요 없었네요. ESC에 포함되어 있습니다. 머... 가격은 얼마 하지 않으니...



먼저 해야 할 일은 ESC의 전원선 납땜. 납땜을 잘 못해서 되도록 피하고 싶었지만... 전선에 XT60 커넥터를 연결하고 수축튜브로 마무리 했습니다. 전원선 옆으로 보이는 두 개의 선이 Pixhawk와 연결될 선들이고, 나머지 까만 선들은 모터와 연결되는 선입니다.



이제 설정에 사용되는 부품들을 연결합니다. 먼저 Throttle Hub와 4 in 1 ESC의 선 연결. 세줄짜리(5V BEC 포함) 된 선을 맨 위에 꽂고, 나머지 선들은 적당히 끼워줍니다. 이때, 세 줄짜리는 흰색 전선이 S에 가도록, 한줄짜리도 선들이 S에 가도록 끼워줍니다.



이제 Programming Card의 연결. Throttle Hub에 달려있는 선을 프로그래밍 카드의 BEC에 연결합니다.



이제 배터리를 꽂아줍니다. 그러면 현재 ESC에 설정되어 있는 상태가 LED에 표시됩니다.



상하버튼을 눌러서 항목간을 이동한 후, 좌우버튼을 눌러서 원하는 대로 설정합니다. 여기저기 볼 때마다 약간 차이는 있으나, 아래와 같이 설정했습니다. 상세한 내용은 아래를 참고하세요.

Brake - Off

Battery Type - LiPo

Cut Off Type - Soft-Cut

Cut Off Voltage - Low

Start Mode - Normal

Timing - Middle

Music/LiPo Cells - A+B -> 꺼짐 ** LiPo 셀 자동감지기능은 동일. 음악소리 여부만 다름. 

Reserved Item - A


이렇게 설정이 끝나면 맨 아래 우측에 있는 OK를 누릅니다. 바로 위에 있는 Connecting이 파란색으로 깜박이다가 정지합니다. 이때는 아직 기다립니다. 한 10초정도 지나면 파란색이 꺼집니다. 이제 완료됐습니다.



배터리를 뺀 후 다시 끼워서 원하는 대로 설정이 되었는지 확인하면 됩니다. 이상입니다. 아래는 위에서 언급한 세가지 링크에서 정리한 내용들입니다.


민, 푸른하늘

=====

매뉴얼 정리


기능

  • 보드 하나에 4개의 변속기. 배터리와 1번만 연결하면 됨.
  • 스위칭 방식의 BEC (S3로 제공됨)
  • 저전압 단전 보호(Low voltage cut-off Protection), 과열보호(Over-heat Protection), 쓰로틀 신호 단절 보호(Throttle signal loss Protection) 등 다중 보호 기능
  • 각 ESC의 throttle range는 각각의 멀티로터 콘트롤러/수신기에 맞춰 교정 가능
  • 최대 속도 : 210000 RPM (2 축 모터), 70000 RPM (6 축 모터), 35000 RPM (12 축 모터)

사양




프로그램 가능한 항목 (볼드체가 디폴트임)

  1. Brake : Disabled / Enabled
  2. Battery Type : LiPo / NiMN
  3. Low Battery Protection Mode(Cut-off) : Soft Cut-off(천천히 출력이 줄어듦) / Cut-Off(즉시 중단)
  4. Low Battery Protection Threshold(Cut-off) : Low / Medium / High
    • 리튬배터리의 경우 셀 숫자는 자동 계산됨. Low/Medium/High는 2.85V/3.15V/3.3V로 설정되어 있음. 예를 들어 3S 배터리를 Medium으로 설정하면 3.15*3=9.45V 로 설정됨
    • NiMN 배터리의 경우 Low/Medium/High는 처음 전압의 0%/50%/65%로 설정됨. 0%란 Low Battery Cut-Off 기능을 사용하지 않는다는 뜻. 예를 들어 6셀 NiMN 배터리의 경우 완충 전압은 1.44*6=8.64V 이므로 "Medium"으로 설정하면 *8.64V * 50% = 4.32V 에 Cut-off가 일어남
    • 주의!! 비싼 멀티로터를 보호하기 위하여 디폴트 설정(Battry Type = NiMN, Cut-Off Threshold = Low)은 LiPo 배터리가 과방전되어도 아무런 보호조치가 일어나지 않음. 배터리 보호기능을 사용하려면 디폴트 설정을 바꾸기 바람
  5. Startup Mode : Normal / Soft / Super-Soft (300ms /1.5sec / 3sec)
    • Soft/Super-Soft 모드에서는 최초 가속 속도가 느리다. 처음 throttle을 위로 올릴 때부터 최대로 올리기까지 각각 1.5초/3.0초가 걸린다. 최초의 시동후, 쓰로틀이 완전히 닫혔다가(bottom 위치) 3초내에 다시 올라갈 경우에는 쓰로틀의 반응이 느림에 따른 추락을 방지하기 위해 임시로 Normal 모드로 변경된다. 이 특별한 설계는 쓰로틀 반응이 빨라야 하는 aerobatic 비행에 적합하다.
  6. Timing : Low / Medium /High (3.75° / 15° / 26.25°)
    • 대부분의 모터의 경우 디폴트 설정으로 적합하다. 빠른 속도를 원한다면 높일 수 있다. 전극이 많으면 High로 설정.
  7. Music/Lipo Cells
    • 원래 매뉴얼에는 없음.
    • 2S 은 A, 3S은 B, 4S은 A+B 라고 하는 사람도 있음
    • A는 Music on 이고, B는 Cell 수를 자동인식하는 것이라는 사람도 있음
    • 아마도 후자가 맞는 듯. A+B로 세팅 하면 문제없음
    • 아래는 Programming Card에 있는 내용. 이에 따라 완전히 꺼버림.

 


새로운 ESC 처음 사용방법


송신기/비행콘트롤러에 따라 Throttle range가 다르므로, 비행전 변속기에 맞춰 throttle rangle를 교정해야 함

Throttle Signal Hub 를 사용하면 4개의 ESC의 Throttle rangle를 한꺼번에 교정할 수 있음.



Throttle Range 설정


주의 : Quattro에 있는 4개의 ESC의 Throttle Range는 별도로 설정해야 함. 멀티로터에 설치할 경우, 비행 콘트롤러를 통해 각각의 Throttle Range를 설정해야 함.

  • 송신기 스위치를 올리고 Throttle을 최고로 
  • 배터리를 연결하고 2초간 대기
  • 삐 두번. throttle range의 상위지점을 확인했다는 뜻임
  • Throttle을 바닥으로. 배터리 셀 숫자만큼 삑 소리. (4S이면 4번)
  • 삐소리 길게 한번. Throttle Range의 하위지점을 확인했다는 뜻임.

일반 시동 방법


  • Throttle 스위치를 하단. 송신기 켠다.
  • 배터리를 ESC에 연결. '123' 같은 삐삐삐소리가 들리면 전원공급 OK라는 뜻
  • 배터리 셀 숫자만큼 삑 소리
  • 자가진단이 끝나면 길게 삐... 소리
  • 이제 비행할 수 있음

보호 기능


  1. 시동 실패 보호 : 모터가 throttle 신호에 대해 2초 이내에 시작하지 못하면 ESC에서 전원을 끊음. 이 경우 다시 모터를 시동시키려면 먼저 throttle을 아래로 내려야 함. (ESC와 모터 사이의 연결이 불안정하거나, 프로펠러/모터가 막혀있는 경우 등에서 발생)
  2. 과열 보호 : ESC가 110도 이상 올라가면 출력을 낮춤
  3. Throttle Signal Loss 보호 : Throttle signal이 1초 이상 끊어지면 출력을 줄임. 2초 더 신호가 없으면 출력을 정지시킴

문제 및 조치


  • 전원을 넣었는데 모터가 동작을 하지 않고 소리도 없다.
    • 원인 : 배터리 와 ESC간의 연결 불량
  • 전원을 넣었는데 모터는 작동하지 않고 삐삐... 삐삐... 삐삐... (삐삐 간격이 약 1초) 소리가 반복됨
    • 원인 : 입력 전압이 너무 높거나 낮음
  • 전원을 넣었는데 모터는 작동하지 않고 삐~~ 삐~~~ 삐~~ (삐~~ 간격이 약 2초) 경보음이 남
    • 원인 : Throttle 신호가 이상
    • 조치 : 송신기/수신기/FC 체크. Throttle 채널 케이블 체크
  • 전원을 넣었는데 모터는 작동하지 않고 삐~ 삐~ 삐~ (삐~ 간격이 0.5초) 경보음이 남
    • 원인 : Throttle 스틱이 바닥이 있지 않음
  • 전원을 넣었는데 모터는 작동하지 않고 삐 삐 소리 후에 56712 톤이 들림.
    • 원인 : Throttle 채널 방향이 바뀌어 있음. ESC가 프로그램 모드로 들어감.
    • 조치 : Throttle 채널 방향을 바로 해줌
  • 모터가 반대방향으로 돎
    • 원인 : ESC와 모터의 연결 변경요. 
    • 조치 : ESC와 모터와의 연결선 3개중 임의의 2개를 교환

송신기를 사용해서 ESC를 프로그램하는 방법


  • 여기는 LED 프로그램 카드를 사용하면 되기 때문에 생략
  • 모든 ESC에 대해 각각 프로그램해야 하며, 모든 ESC 가 동일한 값을 가지고 있어야 함에 주의

Throttle Hub 악세서리 (표준 악세서리임)


Throttle Hub 의 응용


  1. Throttle Hub를 이용하여 Quattro의 각 ESC에 대해 throttle range를 교정할 수 있음
    • ESC throttle wire(S1~S4)를 Throttle Hub의 Port#1 ~ Port#4에 연결한다. 아래 그림에서 S가 throttle 신호가 전송되는 길이다.

    • 오른쪽에 있는 플러그를 수신기 혹은 FC의 Throttle channel에 연결한다.
    • 배터리를 Quattro ESC에 연결
    • 이제 4개의 ESC의 throttle range를 한꺼번에 교정할 수 있음.
  1. Throttle Hub를 여러개의 ESC에 대해 throttle signal 분배기로 사용할 수 있음
    • 일반적으로 throttle signal 분배시에는 단 하나의 ESC에만 내장 BEC가 활성화되어야 한다. 다른 BEC는 제거해야 함(Rx 케이블에서 빨간 선을 잘라냄)
    • 위와 마찬가지로 4개의 ESC의 throttle wire(S1~S4)를 Throttle Hub의 Port #1~#4에 연결한다.
    • 오른쪽에 있는 플러그를 수신기 혹은 FC의 Throttle channel에 연결한다.


======

http://quadcoptersarefun.com/FourInOneESC.html


Quattro 4 in 1 ESC는 2S - 4S 용 20A -25A 와, 2S -6S 용 30A 버전이 있다.

  • 모든 전원선을 집중화하여 전력배분판(Power Distribution Board)이 필요 없다.
  • ESC 전면에 있는 알루미늄 판이 방열판 역할을 하며 대부분의 경우 이것으로 충분하다.
    • 필요하다면 직사각형 finned 알루미늄 방열판을 붙이면 된다.
  • ESC로 연결하는 직류선이 필요 없어서, 직류 자기장을 줄여줌으로써 전자 나침반과의 간섭이 준다.
  • 전자 나침반이 내장된 FC를 사용하는 경우, 반드시 ESC 알루미늄판이 위로 향하도록 설치
Throttle Hub(왼쪽 및 가운데) 와 LED Program Card(오른쪽)을 사용하면 쉽게 설정할 수 있다.



  • ESC-> Hub -> Program Card 연결
    • Hub에 4개의 ESC 시그널 케이블을 연결. Hub의 케이블을 LED Program Card의 BEC 입력에 연결
    • LiPo 배터리를 Quattro ESC 에 연결
    • 반드시 이 순서를 지켜야 함. 
    • 연결하면 현재의 설정에 따라 LED가 켜짐.
    • 7 LiPo Cells 는 연결한 배터리의 셀 숫자에 따라 2S -> A, 3S ->B, 4S -> A+B 로 켜짐
  • "Hub"를 이용해 4 in 1 ESC를 캘리브레이션 : APM/Pixhawk 등에서는 어차피 ESC 캘리브레이션을 하게 되므로 이 과정을 거칠 필요 없음

"Programing Card"와 "Hub"를 이용해 APM 모드로 프로그래밍 하는 방법


  • 연결 (반드시 순서를 지킬것)
    • "Hub"에 ESC 시그널 케이블을 연결함. 
    • "Hub"의 케이블을 프로그래밍카드의 BEC input에 연결
    • Quattro 4 in 1 ESC를 배터리에 연결
    • 이렇게 연결하면 프로그래밍카드 LED에 불이 들어옴(ESC의 현재 설정값 대로)
    • LiPo Cells는 A(2S), B(3S), A+B(4S)가 들어옴
  • Programming Card를 사용한 설정
    • Brake = Off, Battery Type = LiPo, Cut Off Mode = Soft, Cut Off Threshold = Med, Start Mode = Soft, Timing = Medium
    • UpDown, LeftRight 버튼을 이용해 원하는 곳으로 이동. 10초간 대기후 OK 버튼을 누름. 파란색 LED 가 깜박거리기가 멈출때까지 기다린 후, 다른 것을 세팅
    • 7 battery의 경우엔 LED가 켜지지 않을 수도 있고, 매뉴얼로 설정할 필요가 없을 수 도 있음. ???
  • 최종 결과 확인
    • 배터리를 분리한 후 다시 꽂아서 원하는대로 LED가 켜지는지 확인할 것.
    • 아래 왼쪽은 처음 상태, 오른쪽 두개는 설정 후 상태


4 in 1 ESC를 Quadcopter에 연결


  • ESC를 플레이트에 고정. 벨크로... 등등
  • 모터 선 연결. (세개를 편할대로 연결. 모터회전 방향이 다를 경우 임의의 2개를 교환)
  • ESC의 시그널 선(S1 ~ S4)를 Pixhawk의 M1~M4에 연결. 이때 S/+/- 에 유의
  • ESC의 BEC를 사용하지 않을 경우, S3의 빨간색 선을 제거
    • 커넥터에서 핀을 뽑은 후, 테이프로 붙여둘 것.
    • 추가로 external servo를 사용할 경우에는 그대로 둠


Pixhawk 와 ESC calibration


  • Pixhawk를 USB 케이블을 사용하여 Mission Planner에 연결
  • 프로펠러는 반드시 제거
  • Mission Planner에서 Terminal Mode 탭으로. test mode. Test -> Motors.
  • 회전 방향이 맞는지 확인

    • 방향이 틀리면 모터 연결선 3개중 임의의 2개를 교환
  • 이제부터는 ESC 캘리브레이션 가능
======


  • 4in1 ESC 설정과정은 단 두번. 첫번째는 여기에 있는 프로그래밍카드를 이용한 설정. 두번째는 Mission Planner에서 ESC 캘리브레이션. 윗 글에는 이거저거 많이 써 있으나 이거면 충분할 듯
  • Throttle Hub를 연결할 때, S3(전선이 3개인 것)을 맨 위로 꽂으라고 함. 
  • 7번 Music/Lipo Cells의 경우 A는 음악소리 On, B는 LiPo Cell의 수 자동인식.
    • 그런데 이마저도 이상함. 그래도 A+B로 설정하면 크게 문제가 없을 것 같음
  • 설정방법 : 매번 OK를 누를 필요 없이 마지막에 한번만 누르면 됨.
    • UpDown 버튼을 이용해 위/아래로 이동. 현재 위치가 깜박거림
    • LeftRight 버튼을 이용해 원하는 곳으로 이동. 현재 위치가 LED 켜짐
    • 이런 식으로 모든 설정을 완료.
    • 마지막으로 OK를 누름. 파란색 LED(Connecting) 가 깜박거림. 깜박거림이 멈추면 설정완료



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  1. BlogIcon 정봉희  수정/삭제  댓글쓰기

    글 잘보고 있습니다

    많은 도움을 받고 있구요
    한가지 궁금한게 있습니다
    리시버, ESC 를 직결하면 모터가 돌아가는데
    리시버,FC를 연결후 ESC를 연결후 모터를 연결하면
    모터가 돌아 가지 않는데
    도저히 원인을 못 찾겠습니다
    혹시 어느 부분을 보아야 할까요

    감사합니다

    2016.01.24 21:09 신고
  2. 준도리  수정/삭제  댓글쓰기

    저도 위에 분 현상이랑 같네요
    지금 FC로 naza m v2 를 사용하고 있습니다
    변속기는 BEC형 변속기고요, 근데 구글링하다가 FC와 변속기를 연결할 때
    세개의 선중에 빨간색(+)을 제거하고 연결하라던데,,
    제거하지않고 그냥 꼽았을때 돌지 않거든요..
    혹시 +선을 제거해야하는 건가요?

    2016.06.05 05:34 신고

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