Roll? Pitch? Yaw? 드론 비행과 조종 원리 이해 - 1

안녕하세요. 드론전문가지망생 라온제나입니다.
이번 포스팅에서는 드론의기본좌표체계(Coordinate System)와 조종 모드(Control Mode)에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
드론의 기본좌표체계

Roll, Pitch, Yaw... 아마 드론을 날려보신 분들은 한번쯤 들어보셨으리라 생각합니다. 이는 기초 비행 역학에서도 등장하는 사항으로 비행체(드론을 포함한)가 가지는 좌표계에서 한 좌표축(X,Y,Z)에 대한 회전을 가리키는 용어입니다.

머리아프시죠... 드론을 날리는데 갑자기 왠 좌표계??!...@_@? 이유인 즉슨 드론은 3차원 공간 안에서 비행하기 때문입니다.

우리는 그 안에서 드론을 조종(Control)해야 하기 때문에 드론의 위치를 3차원의 좌표값으로 표기해야하는 상황에 처해있습니다. 1-2차원으로는 드론의 움직임을 담아낼 수 없기 때문입니다.
2차원 직교 좌표계(좌)와 3차원 직교 좌표계(우). 드론은 3차원 공간을 비행하는 비행체이다.
네... 보다 자세한 이야기는 드론 제작 포스팅을 위해 남겨두고 그냥 이정도로만 설명하겠습니다. 지금은
드론은 3차원 좌표계를
기반으로 한다
정도만 알아두시면 될 것 같습니다. 
(나만의 드론 제작을 하고 싶다면?_Click!)

그럼 이제부터 드론을 띄워보도록 하겠습니다.우리의 목적은 드론을 공중에 가만히 떠있게 하는 것이 아니죠. 위·아래, 위·위·아래♬ 로.... 가 아니라 상·하·전·후·좌·우온갖 곳으로 움직이게 하는게목적입니다. 
드론의 전·후·좌·우 이동 원리

흠흠...그런데 말입니다.드론은 도대체어떻게 움직이는 걸까요? 여기서 앞서 말씀드린 Roll, Pitch, Yaw가 등장하게 됩니다.
드론은 각 축을 기준으로 회전하여 이동한다.
위 그림과 같이X축(비행체의 전·후 방향)을 기준으로 회전하는 것을 Roll,Y축(비행체의 좌·우 방향)을 기준으로 회전하는 것을 Pitch, Z축(비행체의 수직 방향)을 기준으로 회전하는 것을 Yaw라고 합니다.

다소 생소한 용어이므로 이해를 돕기 위해 한가지 예를 들어보겠습니다. 

영화에서 보시면 전투기가 명령을 따라 좌·우로 비행하는 것을 보셨을 겁니다. 이게 바로 Roll 회전입니다.
위 이미지를 머리속에 두시면 도움이 될 것 같습니다.
(다중로터인(Multirotor) 드론은 전투기같은 고정익형(Fixed-Wing) 비행체와 약간의 차이는 있습니다.)

이처럼 드론이 좌·우로 이동하기 위해 이동하고자 하는 방향으로 기체를 기울이면 평형을 유지하고 있던 좌·우 양력의 균형이 깨지게 되고양력차에 의해 추력이 발생하여 이동하는 것입니다.

간단히 말해서 '드론은 어느 방향이든 이동하고자 하는 방향으로 기체를 기울여서 그 방향으로 이동한다'는 말을 괜히 있어보이려고 어렵게 설명드린거라 보시면 됩니다. 후훗...
드론(다중로터형)은
기체를 기울여서 이동한다
만 기억하셔도 되겠습니다.
드론의 상승·하강과 제자리 회전의 원리

이제 전·후·좌·우 이동에 대해 감이 잡히셨으리라 생각합니다. 기체 자체는 회전(Rotate)하지 않은 채 이동(Move)하는 것입니다.

자동차에도 앞·뒤가 있듯이 드론에도 앞·뒤가 있습니다. 똑같은 이동도 기체가 어느 방향을 바라보고 있느냐에 따라 달라지겠죠?

이렇게 기체 자체를 회전(Rotate)할 때는 Z축 기준 회전인 Yaw회전을 하는 것입니다. Yaw 회전은 굉장히 중요한 개념입니다.

몇몇 분들은 이미 전투기비행기제자리에서 Yaw 회전을 할 수 없다는 것을 눈치채셨을 것입니다.

제자리 Yaw 회전은 헬리콥터와 같은 회전익형(Rotary Wing) 비행체 부터 가능합니다.

드론의 제자리 Yaw 회전에 대해 말씀드리려면드론의 상승 원리인 양력과 토크(Torque)에 대해서 설명이 필요한데, 포스팅을 계속하기엔 너무 길어질 것 같아서 여기서 포스팅을 마치고 2차로 나누어 다음 포스팅에서 말씀드리도록 하겠습니다.
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