서보틸트 AUX 채널 설정 및 헤드트래킹 구현 : 911 FALCON 프로젝트

안녕하세요, 쿼드(QUAD) 드론연구소의 이근찬 선임연구원입니다.

지난 편에서는 911 FALCON 드론의 수색 카메라 짐벌 설계 및 배선 과정을 정리했습니다. 레퍼런스 방식과의 차이점을 바탕으로 프레임 공간에 맞는 구조로 설계하였으며, Pan·Tilt 두 축의 서보를 활용한 2축 짐벌 구조와 동심원 핀-홀 방식의 회전축 구현까지 정리했습니다.

이번 편에서는 지난 편에서 설계한 짐벌 구조를 바탕으로, 서보 틸트 조립 및 작동 범위 설정과 고글과 조종기의 트레이너 시그널을 활용한 헤드트래킹 구현 과정을 순서대로 정리해 보겠습니다.

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1. 헤드트래킹 개요

1-1) 헤드트래킹이란

헤드트래킹은 조종자의 머리 움직임을 실시간으로 감지하여 짐벌 카메라의 각도를 연동시키는 기술입니다. 조종자가 고개를 좌우·상하로 움직이면 그에 맞춰 드론의 카메라도 같은 방향으로 회전하여, 조종자가 드론의 시점에서 주변을 둘러보는 듯한 몰입감 있는 시야를 제공합니다. 이를 통해 넓은 수색 구역을 보다 직관적으로 탐색할 수 있습니다.

1-2) 신호 흐름

911 FALCON의 헤드트래킹은 고글의 트레이너 시스템을 활용하여 구현했습니다. 조종기의 트레이너 포트에 외부 장치를 연결하면 해당 장치의 신호를 조종기가 수신하여 지정된 채널로 전달할 수 있는데, 헤드트래킹에서는 고글이 외부 입력 장치 역할을 합니다.

신호 흐름은 다음과 같습니다.

고글 내장 IMU → 머리 움직임을 PPM 신호로 변환 → HT OUT 포트 → 오디오 케이블(3.5mm) → 조종기 트레이너 포트 → 수신기 → FC → PWM 신호 → 서보모터 → 짐벌 구동

비행 제어 신호는 여전히 조종기가 담당하며, 헤드트래킹 신호는 Pan·Tilt 채널만 제어하는 구조입니다.

2. 서보 틸트 조립 및 작동 범위 설정

서보혼과 마운트를 정확한 위치에 조립하려면 먼저 각 서보의 실제 작동 범위를 파악한 뒤 마운팅해야 합니다. 이 순서를 지키지 않으면 영점과 작동 범위가 맞지 않아 짐벌이 정상적으로 동작하지 않을 수 있습니다.

2-1) 조종기 Mixer 설정

Jumper T20 조종기의 Mixer 페이지에서 서보 제어에 사용할 채널을 설정합니다. 헤드트래킹으로 전환하기 전 단계에서는 SR·SL 슬라이더 스위치를 활용하여 수동으로 서보를 제어할 수 있도록 설정합니다.

• CH10 → SR 슬라이더 인가 (Tilt / 상하 서보 제어)
• CH12 → SL 슬라이더 인가 (Pan / 좌우 서보 제어)

2-2) MAVLink Inspector를 통한 PWM 범위 탐색

QGC의 MAVLink Inspector → RC_CHANNELS 항목에서 SR·SL 슬라이더를 움직이며 각 서보가 움직여야 할 최솟값과 최댓값을 확인합니다. 이때 서보가 마운트 구조물과 간섭이 발생하지 않는 범위 안에서 실험적으로 적절한 값을 찾아냅니다.

이 과정은 Pan 서보부터 순서대로 진행합니다. Pan 서보의 PWM 범위를 탐색하고 Actuator 탭에 값을 입력한 뒤, 슬라이더를 중립 위치에 놓은 상태에서 Tilt 서보 마운트를 영점 위치에 맞춰 마운팅합니다. 이후 Tilt 서보를 장착하고 동일한 방법으로 PWM 범위를 탐색하여 값을 입력한 뒤, 카메라 홀더를 영점 위치에 맞춰 마운팅하면 짐벌 조립이 완료됩니다.

각 단계에서 반드시 마운팅 전에 PWM 범위와 영점을 먼저 확정해야 이후 조립이 정확하게 이루어집니다.

2-3) QGC Actuator 탭 PWM 값 설정

탐색한 PWM 범위를 QGC Actuator 탭에 입력합니다. 서보모터는 PWM 50Hz에서 동작하므로 AUX 5·6을 별도의 PWM 50Hz 그룹으로 설정합니다.

• AUX 6 → RC AUX 2 (Tilt / 상하 서보), PWM 50Hz, Min 1011 / Max 1988
• AUX 5 → RC AUX 1 (Pan / 좌우 서보), PWM 50Hz, Min 1011 / Max 1988

3. 고글 설정

Eachine EV200D 고글의 Setting 메뉴에서 Head Tracking 항목을 설정합니다. 고글에서는 헤드트래킹에 사용할 PPM 채널 범위와 회전 범위를 지정하며, 어떤 채널을 Pan 또는 Tilt로 활용할지는 조종기 Mixer에서 해당 채널에 무엇을 인가하느냐에 따라 결정됩니다.

• PPM 채널 범위: CH5 ~ CH6 설정
• 회전 범위: Pan 90도, Tilt 120도 설정

4. 조종기 설정

4-1) 트레이너 시그널로 교체

PWM 범위 탐색과 영점 마운팅이 모두 완료되면, 조종기 Mixer에서 SR·SL 슬라이더로 인가했던 채널을 트레이너 시그널로 교체하여 헤드트래킹을 활성화합니다.

• CH10 → SR 슬라이더에서 TR6 (Verti / Tilt) 으로 변경
• CH12 → SL 슬라이더에서 TR5 (Horiz / Pan) 으로 변경

이 교체 작업을 통해 조종기가 고글의 HT OUT 포트에서 출력된 트레이너 시그널을 수신하여 짐벌을 제어하는 헤드트래킹 모드로 전환됩니다.

4-2) Slow 설정

트레이너 시그널로 교체 후 실제 동작을 확인했을 때, 서보가 머리 움직임에 과도하게 반응하여 급격하게 구동되는 문제가 있었습니다. 초기에는 Expo 기울기를 적용하여 반응을 완화해 보았으나 여전히 개선이 부족했습니다. 이후 Slow Up·Dn 값을 0.5로 설정하여 서보가 목표 위치까지 이동하는 속도를 제한하자 움직임이 한결 부드러워져 해당 방식으로 결정했습니다.

• CH12 (Pan) → Slow Up·Dn 각 0.5 설정
• CH10 (Tilt) → Slow Up·Dn 각 0.5 설정

5. 작동

이로써 조종자의 머리 움직임에 따라 짐벌 카메라가 실시간으로 연동되는 헤드트래킹 구현을 완료했습니다. 이를 통해 비행 중에도 조종자가 고개를 돌리는 방향으로 카메라 시야를 자유롭게 전환할 수 있어, 요구조자 수색 임무에서 보다 넓은 시야와 직관적인 탐색이 가능해졌습니다.

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이번 글에서는 911 FALCON 드론의 서보 틸트 조립 및 작동 범위 설정과 헤드트래킹 구현 과정을 정리했습니다. 슬라이더 스위치를 활용한 PWM 범위 탐색과 순서에 맞는 영점 마운팅을 완료한 뒤, 고글의 HT OUT 포트와 조종기의 트레이너 시스템을 연결하여 조종자의 머리 움직임이 실시간으로 짐벌 카메라에 반영되는 헤드트래킹 구조를 완성했습니다. 단순한 짐벌 제어를 넘어, 조종자의 시야와 드론의 카메라가 연동되는 구조를 구현한 것이 이번 편의 핵심입니다.

다음 편에서는 잿슨나노 배선 및 세팅 과정을 중심으로 이어서 정리해 보겠습니다. 감사합니다.