무선조종
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1. 개요
무선 조종은 전선 없이 원격으로 장치를 제어하는 기술로, 1800년대 후반부터 군사적 목적과 민간 분야에서 발전해 왔다. 1890년대 후반 니콜라 테슬라는 무선 제어 보트를 시연했고, 1903년 레오나르도 토레스 케베도는 'Telekino'라는 무선 제어 시스템을 개발했다. 제1, 2차 세계 대전 중 군사적 활용이 증가했으며, 특히 독일은 미사일 개발에 적극적으로 사용했다. 현대에는 무인 항공기(드론)와 같은 군사 기술, 무선 조종 모형, 산업 현장의 크레인, 우주 탐사 로버 등에 광범위하게 활용되고 있다.
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| 무선조종 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 원격 제어 기술 |
| 용도 | 모형 제작 취미 장난감 산업 제어 군사 목적 |
| 신호 유형 | 전파 |
| 구성 요소 | 송신기 수신기 제어 시스템 |
| 기술적 세부 사항 | |
| 변조 방식 | 진폭 변조 (AM) 주파수 변조 (FM) 펄스 코드 변조 (PCM) 스프레드 스펙트럼 (예: 주파수 도약 확산 스펙트럼 (FHSS), 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 (DSSS)) |
| 주파수 대역 | 27 MHz 49 MHz 72 MHz (미국, 항공기 전용) 75 MHz (미국, 지상 차량 전용) 2.4 GHz |
| 채널 수 | 일반적으로 2개 이상 |
| 제어 방식 | 아날로그 신호 디지털 신호 |
| 전원 공급 | 배터리 외부 전원 |
| 통신 프로토콜 | PWM (펄스 폭 변조) PPM (펄스 위치 변조) SBUS DSM2 DSMX 기타 독점 프로토콜 |
| 응용 분야 | |
| 모형 제작 | 무선 조종 항공기 무선 조종 자동차 무선 조종 보트 |
| 군사 | 무인 항공기 (UAV) 무인 지상 차량 (UGV) 무인 수상정 (USV) |
| 산업 | 크레인 제어 로봇 제어 중장비 제어 |
| 기타 | 드론 장난감 게임 컨트롤러 스마트 홈 장치 |
| 역사 | |
| 초기 개발 | 19세기 후반, 니콜라 테슬라의 무선 제어 보트 시연 |
| 발전 | 20세기 초, 군사적 응용을 위한 무선 제어 기술 개발 |
| 상업화 | 1950년대, 무선 조종 모형 제작 취미의 등장과 함께 상업적 제품 출시 |
| 추가 정보 | |
| 관련 기술 | 원격 측정 자동 조종 장치 GPS |
| 안전 고려 사항 | 주파수 간섭 배터리 수명 제어 범위 비상 안전 장치 |
2. 역사
무선 통신 발명 이전인 1800년대 후반에는 조작자와 전선으로 연결된 많은 장치가 개발되었는데, 여기에는 1870년 독일 엔지니어 베르너 폰 지멘스가 발명한 최초의 실용적인 응용 프로그램이 포함된다.[1]
1890년대 후반, 무선 기술을 이용하여 전선을 제거하는 아이디어가 등장했다. 1897년 영국 엔지니어 어니스트 윌슨과 C. J. 에반스는 무선 조종 어뢰에 대한 특허를 받거나 템스강에서 무선 조종 보트를 시연했다.[2][3] 1898년 매디슨 스퀘어 가든에서 열린 전시회에서 니콜라 테슬라는 코히러 기반의 무선 제어를 사용하는 작은 보트를 시연했다.[4] 테슬라의 1898년 특허에는 적이 장치를 제어할 수 없도록 하는 태엽식 주파수 변환기가 포함되었다.[5]
1903년 스페인 엔지니어 레오나르도 토레스 케베도는 파리 과학 아카데미에 "''Telekino''"[6]라는 무선 기반 제어 시스템을 소개하고, 같은 해 다른 국가에서 여러 건의 특허를 출원했다.[7][8] 토레스는 전신 키 신호를 통해 다양한 종류의 코드 워드를 보내고, 수신기는 코드 워드에 따라 다른 작동 상태를 설정할 수 있는 시스템을 구축했다. 그는 조향 엔진의 다른 위치와 추진 엔진의 다른 속도를 독립적으로 선택하고, 전등과 깃발 등 최대 19가지 다른 작업을 동시에 수행할 수 있었다.[10][11] 1906년, 토레스는 빌바오 항에서 ''비스카야''를 해안에서 2km 이상 떨어진 곳에서 제어하는 시연을 보였다.[13]
1904년, 윈더미어 증기선인 ''Bat''는 발명가 [잭 키친]에 의해 실험적인 무선 제어로 제어되었다. 1909년 프랑스 발명가 [가베]는 무선 조종 어뢰를 시연했다.[14]
1917년, 아치볼드 로는 처음으로 항공기에 무선 제어를 성공적으로 사용했다. 1917년 공중 표적을 헨리 세그레이브가 지상에서 "조종"했다.[15] 1918년까지 영국 해군 포츠머스 신호학교 D.C.B. 섹션은 에릭 로빈슨 V.C.의 지휘하에, Aerial Target의 무선 제어 시스템의 변형을 사용하여 잠수함을 포함한 다양한 유형의 해군 선박을 제어했다.[17]
제1차 세계 대전 동안 미국 발명가 존 헤이스 해먼드 주니어는 원격 제어 어뢰, 선박, 재밍 방지 시스템 등, 이후의 무선 제어에 사용되는 많은 기술을 개발했다.[18] 1922년 그는 USS ''아이오와''에 무선 제어 장비를 설치하여 표적선으로 사용했다.[19]
소련 붉은 군대는 1930년대에 핀란드와의 겨울 전쟁 동안 원격 제어 텔레탱크를 사용했으며, 대조국 전쟁 시작 시점에 적어도 두 개의 텔레탱크 대대를 투입했다. 붉은 군대에는 또한 원격 제어 절단기와 실험적인 원격 제어 비행기도 있었다.
영국은 제1차 세계 대전 당시 개발한 무선 제어 기술을 바탕으로 1930년대 "퀸 비" 함대를 개발했다. "퀸 비"는 해군 함대 사격 훈련을 위한 드 해빌랜드 "타이거 모스" 항공기의 무인 원격 제어 버전이었다.
2. 1. 초기 발전
무선 조종의 초기 발전은 무선 통신 발명 이전, 주로 군사적 목적으로 어뢰의 정확성을 높이려는 시도에서 비롯되었다. 1800년대 후반에는 베르너 폰 지멘스를 비롯한 여러 발명가들이 조작자와 전선으로 연결된 장치를 개발했다.[1]1890년대 후반, 무선 기술을 이용하여 전선을 제거하려는 시도가 나타났다. 1897년 영국에서는 어니스트 윌슨과 C. J. 에반스가 무선 조종 어뢰 특허를 받거나 템스강에서 무선 조종 보트를 시연했다.[2][3] 1898년 니콜라 테슬라는 매디슨 스퀘어 가든에서 열린 전시회에서 코히러 기반 무선 제어를 사용하는 소형 보트를 시연했고,[4] 미국 정부에 어뢰로 판매하려는 의도로 제작한 이 장치에는 적의 제어를 막기 위한 주파수 변환기가 포함되었다.[5]
1903년, 스페인 엔지니어 레오나르도 토레스 케베도는 파리 과학 아카데미에서 "''Telekino''"[6]라는 무선 제어 시스템을 발표하고 특허를 출원했다.[7][8] ''Telekino''는 아스트라-토레스 비행선 시험을 위한 것으로, 다양한 작동 상태를 제어하는 시스템을 갖추고 있었다. 이진 전신 키 신호를 통해 여러 종류의 코드 워드를 보내고, 수신기는 이에 따라 다른 작동 상태를 설정했다. 조향 엔진, 추진 엔진, 전등, 깃발 등 최대 19가지 작업을 동시에 수행할 수 있었다.[10][11] 1904년에는 육상 차량 테스트를 수행했고,[12] 1906년에는 빌바오 항에서 알폰소 13세가 보는 앞에서 ''비스카야''를 2km 이상 제어하는 데 성공했다.[13]
1904년 잭 키친이 윈더미어 증기선 ''Bat''를 무선 제어했고,[14] 1909년 프랑스 발명가 [가베]는 무선 조종 어뢰를 시연했다.
1917년 아치볼드 로는 왕립 비행대 (RFC) 실험 연구소에서 항공기에 무선 제어를 성공적으로 사용했다. 1917년 공중 표적을 헨리 세그레이브가 지상에서 조종했으며, 로의 시스템은 명령 전송을 인코딩하여 적의 간섭을 막았다.[15][16] 1918년에는 영국 해군 포츠머스 신호학교 D.C.B. 섹션에서 잠수함을 포함한 다양한 해군 선박을 제어했다.[17]
제1차 세계 대전 동안 미국 발명가 존 헤이스 해먼드 주니어는 원격 제어 어뢰, 선박, 재밍 방지 시스템 등 무선 제어 기술을 개발했다.[18] 1922년, 그는 USS ''아이오와''에 무선 제어 장비를 설치하여 표적선으로 사용했다.[19]
소련 붉은 군대는 1930년대 겨울 전쟁에서 원격 제어 텔레탱크를 사용했고, 대조국 전쟁 초기에 텔레탱크 대대를 투입했다. 텔레탱크는 500~1500m 떨어진 제어 탱크에서 무선으로 제어되었다. 붉은 군대는 원격 제어 절단기와 실험적인 원격 제어 비행기도 보유했다.
영국은 제1차 세계 대전 당시 개발한 무선 제어 기술을 바탕으로 1930년대 "퀸 비" 함대를 개발했다. 드 해빌랜드 "타이거 모스" 항공기의 무인 원격 제어 버전인 "퀸 비"는 해군 함대 사격 훈련에 사용되었고, 이후 ''에어스피드 퀸 와스프''로 대체되었다.
2. 2. 20세기 초반
무선 통신 발명 이전, 1800년대 후반에는 조작자와 전선으로 연결된 많은 장치가 개발되었는데, 여기에는 1870년 독일 엔지니어 베르너 폰 지멘스가 발명한 최초의 실용적인 응용 프로그램이 포함된다.[1]1890년대 후반, 무선 기술을 이용하여 전선을 제거하는 아이디어가 등장했다. 1897년 영국 엔지니어 어니스트 윌슨과 C. J. 에반스는 무선 조종 어뢰에 대한 특허를 받거나 템스강에서 무선 조종 보트를 시연했다.[2][3] 1898년 매디슨 스퀘어 가든에서 열린 전시회에서 니콜라 테슬라는 코히러 기반의 무선 제어를 사용하는 작은 보트를 시연했다.[4] 테슬라의 1898년 특허에는 적이 장치를 제어할 수 없도록 하는 태엽식 주파수 변환기가 포함되었다.[5]
1903년 스페인 엔지니어 레오나르도 토레스 케베도는 파리 과학 아카데미에 "''Telekino''"[6]라는 무선 기반 제어 시스템을 소개하고, 같은 해 다른 국가에서 여러 건의 특허를 출원했다.[7][8] 토레스는 전신 키 신호를 통해 다양한 종류의 코드 워드를 보내고, 수신기는 코드 워드에 따라 다른 작동 상태를 설정할 수 있는 시스템을 구축했다. 그는 조향 엔진의 다른 위치와 추진 엔진의 다른 속도를 독립적으로 선택하고, 전등과 깃발 등 최대 19가지 다른 작업을 동시에 수행할 수 있었다.[10][11] 1906년, 토레스는 빌바오 항에서 ''비스카야''를 해안에서 2km 이상 떨어진 곳에서 제어하는 시연을 보였다.[13]
1904년, 윈더미어 증기선인 ''Bat''는 발명가 [잭 키친]에 의해 실험적인 무선 제어로 제어되었다. 1909년 프랑스 발명가 [가베]는 무선 조종 어뢰를 시연했다.[14]
1917년, 아치볼드 로는 처음으로 항공기에 무선 제어를 성공적으로 사용했다. 1917년 공중 표적을 헨리 세그레이브가 지상에서 "조종"했다.[15] 1918년까지 영국 해군 포츠머스 신호학교 D.C.B. 섹션은 에릭 로빈슨 V.C.의 지휘하에, Aerial Target의 무선 제어 시스템의 변형을 사용하여 잠수함을 포함한 다양한 유형의 해군 선박을 제어했다.[17]
제1차 세계 대전 동안 미국 발명가 존 헤이스 해먼드 주니어는 원격 제어 어뢰, 선박, 재밍 방지 시스템 등, 이후의 무선 제어에 사용되는 많은 기술을 개발했다.[18] 1922년 그는 USS ''아이오와''에 무선 제어 장비를 설치하여 표적선으로 사용했다.[19]
소련 붉은 군대는 1930년대에 핀란드와의 겨울 전쟁 동안 원격 제어 텔레탱크를 사용했으며, 대조국 전쟁 시작 시점에 적어도 두 개의 텔레탱크 대대를 투입했다. 붉은 군대에는 또한 원격 제어 절단기와 실험적인 원격 제어 비행기도 있었다.
영국은 제1차 세계 대전 당시 개발한 무선 제어 기술을 바탕으로 1930년대 "퀸 비" 함대를 개발했다. "퀸 비"는 해군 함대 사격 훈련을 위한 드 해빌랜드 "타이거 모스" 항공기의 무인 원격 제어 버전이었다.
2. 3. 제1차 세계 대전과 전간기
2. 4. 제2차 세계 대전
제2차 세계 대전 동안 무선 조종 기술은 주로 독일군에 의해 다양한 미사일 프로젝트에 활용되며 크게 발전했다. Luftwaffe는 해상 선박 공격을 위한 무선 조종 미사일과 활공 폭탄 개발에 주력했다. 전쟁 말에는 연합군 폭격기 공격을 위한 무선 명령 유도 지대공 대공 미사일도 개발했으나 실전에 사용되지는 않았다.Luftwaffe의 시스템은 주로 Telefunken ''Funk-Gerät''(또는 FuG) 203 ''Kehl'' 송신기와 FuG 230 ''Straßburg'' 수신기를 사용했으며, Fritz X와 Henschel Hs 293 유도 폭탄에 사용되었다. 그러나 영국이 독일의 라디오 신호를 방해하면서 그 효과가 감소했고, 결국 미국이 이를 도왔다. 초기 성공 이후 영국은 특공대를 통해 미사일 라디오 세트를 수집했고, 재머를 설치하여 무기를 무력화했다. 독일은 유선 유도 미사일로 전환했지만, 전쟁 상황으로 인해 제때 배치하지 못했다.
독일 ''Kriegsmarine''은 1944년부터 폭발물을 채운 무선 조종 모터 보트인 ''FL-Boote''(''ferngelenkte Sprengboote'')를 운용했다.
영국과 미국도 무선 조종 시스템을 개발했지만, 실제로 사용 가능한 시스템은 없었다. 미국의 ''Operation Aphrodite''는 큰 성과를 거두지 못했지만, Azon 유도 자유 낙하 탄약은 유럽 전선과 중국-버마-인도 전선에서 효과적으로 사용되었다.
당시 무선 조종 시스템은 전기 기계식으로, 리드를 사용하여 특정 주파수에 반응하는 릴레이를 작동시켰다. 릴레이는 제어 표면의 액추에이터를 활성화했고, 컨트롤러는 제어 스틱 움직임에 따라 다른 주파수를 전송했다. 미국의 Azon은 완전 비례 제어 방식이었으며, "에일러론"은 자이로스코프의 제어를 받았다.
이러한 시스템은 1960년대까지 사용되었으며, 솔리드 스테이트 시스템의 등장으로 무선 조종은 더욱 발전했다. 전기 기계 시스템은 전자 시스템으로 대체되었고, 소형화로 인해 더 많은 제어 채널을 사용할 수 있게 되었다. 초기에는 진폭 변조를 사용했지만, 현대 시스템은 주파수 변조를 사용한다.
3. 군사적 응용
원격 제어 군사적 응용 분야는 일반적으로 직접적인 의미의 무선 제어가 아니며, 비행 제어 표면과 추진력 설정을 직접 조작하는 것이 아니라, 완전히 자율적이고 컴퓨터화된 자동 조종 장치에 전송되는 지침의 형태를 취한다. 항공기가 올바른 방향으로 비행할 때까지 적용되는 "좌회전" 신호 대신, 시스템은 "이 지점으로 비행"이라는 단일 지침을 보낸다.
차량의 원격 무선 제어의 가장 뛰어난 예 중 일부는 화성 탐사 로버인 소저너(Mars Pathfinder)이다.
3. 1. 현대의 군사 기술
원격 제어 군사적 응용 분야는 일반적으로 직접적인 의미의 무선 제어가 아니며, 비행 제어 표면과 추진력 설정을 직접 조작하는 것이 아니라, 완전히 자율적이고 컴퓨터화된 자동 조종 장치에 전송되는 지침의 형태를 취한다. 항공기가 올바른 방향으로 비행할 때까지 적용되는 "좌회전" 신호 대신, 시스템은 "이 지점으로 비행"이라는 단일 지침을 보낸다.
차량의 원격 무선 제어의 가장 뛰어난 예 중 일부는 화성 탐사 로버인 소저너(Mars Pathfinder)이다.
3. 2. 무인 항공기 (드론)
원격 제어 군사적 응용 분야는 일반적으로 직접적인 의미의 무선 제어가 아니며, 비행 제어 표면과 추진력 설정을 직접 조작하는 것이 아니라, 완전히 자율적이고 컴퓨터화된 자동 조종 장치에 전송되는 지침의 형태를 취한다. 항공기가 올바른 방향으로 비행할 때까지 적용되는 "좌회전" 신호 대신, 시스템은 "이 지점으로 비행"이라는 단일 지침을 보낸다.
차량의 원격 무선 제어의 가장 뛰어난 예 중 일부는 화성 탐사 로버인 소저너(Mars Pathfinder)이다.
4. 민간 응용
4. 1. 무선 조종 모형
모형에서 무선 조종 시스템의 최초 일반적인 사용은 1950년대 초에 단일 채널 자작 장비로 시작되었으며, 상업용 장비는 나중에 등장했다. 트랜지스터의 출현은 전지 요구 사항을 크게 줄였다. 저전압에서의 전류 요구 사항이 크게 감소하고 고전압 전지가 제거되었기 때문이다. 진공관 및 초기 트랜지스터 세트 모두에서 모델의 제어 표면은 일반적으로 고무 밴드 루프에 저장된 에너지를 제어하는 전자기 '이탈기'에 의해 작동되었으며, 간단한 온/오프 방향타 제어(우, 좌, 중립) 및 때로는 모터 속도와 같은 다른 기능도 가능했다.[20]
수정 제어 수퍼헤테로다인 수신기는 더 나은 선택성과 안정성으로 제어 장비를 더 유능하고 저렴하게 만들었다. 다중 채널 개발은 항공기에 특히 유용했는데, 보트와 달리(2개 또는 1개만 필요) 최소 3개의 제어 차원(요, 피치 및 모터 속도)이 실제로 필요했기 때문이다.
전자 혁명이 시작되면서 단일 신호 채널 회로 설계는 불필요해졌고, 대신 라디오는 펄스 폭 변조 (PWM)를 사용하여 서보 메커니즘이 해석할 수 있는 비례적으로 코딩된 신호 스트림을 제공했다.
최근에는 펄스 코드 변조 (PCM) 기능을 사용하는 고급 취미 시스템이 시장에 출시되어 이전의 PWM 인코딩 유형 대신 컴퓨터화된 디지털 데이터 비트 스트림 신호를 수신 장치에 제공한다. 그러나 이 코딩에서도 비행 중 전송 손실이 더욱 흔해졌다. 여전히 "PWM" 인코딩을 사용하는 일부 최신 FM 신호 수신기는 더 진보된 컴퓨터 칩을 사용하여 PCM 인코딩이 항상 필요했던 것처럼 제어 정보와 함께 특별한 "코드"를 전송할 필요 없이 특정 PWM 유형 RC 송신기의 개별 신호 특성만 잠그고 사용하도록 만들 수 있다.
21세기 초에는 2.4기가헤르츠 주파수 도약 RC 제어 시스템이 모델 차량 및 항공기 제어에 점점 더 많이 활용되고 있다. 현재 이러한 2.4 GHz 시스템은 대부분의 무선 제조업체에서 생산하고 있다. 이러한 무선 시스템의 가격은 수천 달러에서 일부의 경우 30달러 미만까지 다양하다. 일부 제조업체는 구형 디지털 72 MHz 또는 35 MHz 수신기 및 라디오용 변환 키트도 제공한다. 새롭게 등장하는 2.4 GHz 대역 주파수 도약 RC 시스템은 일반적으로 사용 중일 때 더 이상 한 세트 주파수에 머물지 않는 "주파수 가변성" 작동 모드(예: FHSS)를 사용하므로, VHF 대역 RC 제어 시스템의 주파수 제어를 위해 모델 비행장에 필요한 이전의 "독점 사용" 조항, 즉 변경하기 위해 서비스를 받지 않는 한 한 세트 주파수만 사용했던 VHF 대역 RC 시스템의 경우 이전만큼 필수적이지 않다.
4. 2. 산업 현장
오늘날 무선 조종은 산업 분야에서 천장 크레인 및 변전소 기관차와 같은 장치에 사용된다.[21] 무선 조종 원격 조작기는 검사 및 폭탄 해체용 특수 차량과 같은 목적으로 사용된다.[21] 일부 원격 제어 장치는 느슨하게 로봇이라고 불리지만 자율적으로 작동하지 않고 인간 조작자의 통제 하에서만 작동하므로 원격 조작기로 분류하는 것이 더 적절하다.산업용 무선 원격 제어는 사람이 작동하거나 사물 통신 (M2M) 모드에서 컴퓨터 제어 시스템이 작동할 수 있다. 예를 들어 자동 창고는 컴퓨터로 작동하여 특정 품목을 검색하는 무선 제어 크레인을 사용할 수 있다.[21] 인양 기계와 같은 일부 응용 분야의 산업용 무선 제어는 많은 관할 구역에서 고장 안전 설계를 갖도록 요구된다.[21]
산업용 원격 제어는 대부분의 소비자 제품과 다르게 작동한다. 수신기는 송신기가 보낸 무선 신호를 수신하면 올바른 주파수인지, 보안 코드가 일치하는지 확인한다. 확인이 완료되면 수신기는 활성화된 릴레이로 명령을 보낸다. 릴레이는 송신기의 버튼에 해당하는 응용 프로그램의 기능을 활성화한다. 이것은 천장 크레인에서 전기 방향 모터를 작동시키는 것일 수 있다.
수신기에는 일반적으로 여러 개의 릴레이가 있으며 천장 크레인과 같이 복잡한 경우에는 모든 방향을 제어하기 위해 12개 이상의 릴레이가 필요할 수 있다. 게이트를 여는 수신기에는 두 개의 릴레이로 충분한 경우가 많다.[22]
산업용 원격 제어는 점점 더 높은 안전 요구 사항을 갖게 되었다. 예를 들어 원격 제어는 오작동시 안전 기능을 상실하지 않을 수 있다.[23] 이는 강제 접점이 있는 중복 릴레이를 사용하여 피할 수 있다.[23]
4. 3. 우주 탐사
참조
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Redundant circuits {{!}} Industrial remote controls
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2016-05-03
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