항공 촬영용 짐벌 시스템의 자세센서를 위한 방진기 개발

Abstract

항공 촬영용 짐벌 시스템 장비는 크게 드론, 3축 짐벌, 촬영용 카메라, 자제센서로 구성된다. 드론은 무선의 전파로 조종 가능한 무인 항공기이며 최근 새롭게 주목을 받으며 무한한 가능성의 시장으로 가파른 성장을 하고 있다. 3축 짐벌은 촬영용 카메라를 롤-피치-요 3자유도의 각도로 제어할 수 있게 하는 장치이고 자세센서는 짐벌의 메인 프레임에 조립되어 자세 정보를 측정하며, 장비의 안정화 구동장치에 정보를 송신한다. 항공 촬영에서 카메라는 모터, 바람 등의 영향으로 흔들리는데 3축 짐벌이 진동 반대방향의 모션으로 촬영되는 영상이 흔들리지 않도록 하는 역할을 한다. 촬영되는 화면의 떨림 현상은 시청하는 사용자들이 민감하게 느낄 수 있는 부분이기 때문에 이를 저감하기 위해 자세센서의 성능과 요구되는 방진수준이 높아지고 있는 추세이다. 국내 미디어 업계에서는 시스템의 제어 분야에 많은 연구를 수행하고 있고 기계적인 진동과 다양한 환경에서 신뢰성을 가지는 4K급 항공 촬영용 짐벌 시스템 장비의 개발을 추진하고 있다. 자세선서의 구성은 크게 가속도 센서와 관성센서 두 가지로 카메라의 지향각과 진동을 실시간으로 감지하며 측정하는 복합적 센서 모듈이다. MEMS 공정으로 제작되며, 미세한 진동을 잡아내야하기 때문에 민감도가 높고 바이어스와 드리프트를 최대한 억제할 수 있는 제품이 필요하다. 또한, 외부 진동에 의해 센서의 오작동을 일으킬 요인을 제거하기 위해 복잡한 방진대책이 요구된다. 비행체의 구동 시간은 무게에 반비례하므로 최대한 가볍고 강성이 높으며 내부 댐핑이 높게 설계하는 것이 중요하며, 이는 고무를 사용한 방진기를 제작하여 해결할 수 있다. 고무 방진기의 효과적인 사용하기 위해서는 고무소재의 특성을 정확히 파악해야한다. 본 연구를 통해서 항공 촬영용 짐벌 시스탬의 자세센서용 방진기에 적용할 고무 시편의 시험 데이터를 가지고 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 방진기의 특성을 파악하였다. 이를 바탕으로 제작할 방진기의 고유진동수를 예상하였고 시제품을 제작하여 진동 전달율 및 감쇠비를 측정하고 고무의 강성에 따른 시스템 동특성 변화를 살펴보았다.