9조-클린슈만

Automated Shoe Cleaner
클린슈만

학교	서울시립대학교
학과	기계정보공학과
학번 및 성명	20194300**	이**^[1]
	20194300**	권**
	20194300**	박**
	20194300**	장**
	20184300**	전**

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 자동화 신발 클리너

영문 : Automated shoe cleaner

과제 팀명

클린슈만

지도교수

박찬희 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20194300** 이*훈(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20184300** 전*욱

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20194300** 권*형

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20194300** 박*규

서울시립대학교 기계정보공학부·과 20194300** 장*휘

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 프로젝트는 일상생활에서 신발 세척의 번거로움을 해결하기 위해 자동 신발 세척기를 개발하는 것을 목표로 한다. 이 기기는 다양한 신발 종류와 재질에 따라 최적화된 세척 과정을 자동으로 수행하여 사용자에게 편의성과 효율성을 제공한다. 이를 위해 신발 사이즈에 따라 자동 조절되는 유동형 고정장치를 개발하고, 적절한 세척 방법을 적용하는 시스템을 구축할 예정이다. 본 과제를 통해 사용자들의 신발 세척 비용을 줄이고, 세척에 소요되는 시간을 절약함으로써 사용자에게 편안한 신발 세척 솔루션을 제공한다.

개발 과제의 배경

1) 개발 배경

최근 들어 여름철 국지성 호우가 예보 없이 발생하는 경우가 많아 신발 오염에 대해 즉각적인 세척의 필요성이 증가하고 있다. 신발을 세척하는 기존 제품의 경우 전체적인 신발이 젖게 되고, 이를 말리는 과정까지 다량의 시간이 소요된다. 추가적으로, 기본적인 먼지 제거와 생활 오염 등을 가볍게 세척하여 보관하여 현관을 청결하게 유지하는데 기여하고자 한다.

또한, 고가의 신발을 구매하고 전시하는 매니아 층이 생겨남에 따라 가볍게 신발을 세척 후 보관함에 넣고자 하는 소비 욕구가 나타나고 있다. 이러한 소비자층을 위해 가벼운 세척이 가능한 세척 제품을 개발하려고 한다.

기존 제품들의 경우 사용자가 신발을 신고 제품위에 올라가서 세척을 하는 방식으로 구성되어 있다. 또한, 신발의 밑면과 옆면을 동시에 세척해주는 제품이 없다. 따라서 사용자가 신발을 제품에 넣으면 자동으로 신발의 밑면과 옆면을 동시에 세척하는 제품을 개발하고자 한다. 기존 제품들의 특징은 다음과 같다.

1. 공장용 신발 세척기

-사용자가 직접 신발을 신고 제품위로 올라가야함.

-사용자가 직접 발을 움직이며 세척을 진행

-소독제 및 세제로 밑면 세척

-버튼식으로 구성

-양 발 동시에 세척 가능

2. 가정용 신발 밑창 세척기

- 한발만 세척 가능

- 소독제와 밑면 세척

- 사용자가 직접 제품에 올라가서 사용해야함.

3. 골프화 먼지 털이기

- 먼지만 털어 줌.

- 양측 솔과 앞에 솔, 밑면의 솔 총 4개의 솔로 구성되어 동시에 먼지 털이 진행

- 양 발 동시에 세척 불가능.

- 소독제 및 세제로 세척하지 않음.

- 사용자가 직접 제품에 발을 넣어야 진행됨.

기대 효과

기존 제품들과 달리 신발을 벗어 제품 속에 넣고 이를 세척하는 방식으로, 가정용 구비 가능성과 편리성을 확보할 수 있다. 구두와 같은 가죽 신발과 운동화 등 다양한 신발에 대해 세척이 가능하다. 신발을 벗고 제품 속에 넣어서 세척되는 것을 기다릴 수 있어 시간 절약 효과를 얻을 수 있다. 기본적인 먼지 제거와 생활 오염 등을 가볍게 세척하여 보관하여 현관을 청결하게 유지하는데 기여하고자 한다. 밑면을 소독제 및 세제로 닦아 세척력을 높일 수 있다. 또한, 세척 솔의 탈착이 가능하게 하여 제품의 내구성을 높일 수 있다. 스윙 암 형식으로 신발 고정부를 개발하여 신발 장착하여 넣고 뺄 때 편리성을 확보할 수 있다. 기존 제품과 유사하게 매트를 장착하여 간단히 밑면 물기를 제거할 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

1) 개발 목표

본 과제의 목표는 일상생활에서 신발 세척의 번거로움을 해소하고 사용자 편의성을 극대화하는 자동 신발 세척기를 개발하는 것이다. 이를 위해 세 가지 핵심 목표를 설정하였다.

첫째, 신발 사이즈에 따라 자동 조절되는 유동형 고정장치를 개발한다. 이 장치는 사용자가 별도의 조작 없이도 다양한 크기와 형태의 신발을 기기에 쉽게 고정할 수 있게 한다. 적절한 기구학적 설계를 적용하여 이 기능을 구현할 예정이다.

둘째, 신발의 종류와 재질에 따라 최적화된 세척 과정을 자동으로 수행하는 시스템을 구축한다. 이를 위해 신발의 종류에 따른 적절한 세척 방법, 세척 시간 등을 설정할 수 있는 기능을 탑재한다. 예를 들어, 가죽 신발과 운동화는 세척 방법이 다르므로 이에 맞는 프로세스를 자동으로 적용하여 신발 손상을 최소화하고 세척 효율을 높인다.

셋째, 솔과 세척액을 이용한 세척 메커니즘을 구현한다. 이 메커니즘은 신발의 종류와 오염 정도에 따라 적절한 솔의 압력과 움직임을 조절하여 최상의 세척 효과를 달성한다. 모터와 제어 시스템을 통해 솔의 회전 속도와 방향을 제어한다. 이를 통해 다양한 종류의 오염물질을 효과적으로 제거하고 신발의 손상을 최소화할 수 있다.

이러한 목표를 달성함으로써 사용자는 복잡한 설정이나 조작 없이도 다양한 신발을 손쉽게 세척할 수 있으며, 이는 시간 절약과 생활의 질 향상에 기여할 것으로 기대된다.

2) 개발 내용

1. 하드웨어

제품 개략적인 형태(초기모델)

구동부 모터 장착(초기모델)

제품의 개략적인 형태는 위의 그림4와 같다. 신발은 구동부 스윙암의 형태로 제작한 링크에 부착되어 앞뒤로 움직이며 세척되게 된다. 밑면부와 옆면부에 다양한 세척 솔을 장착하고, 모터를 이용하여 축을 회전시켜 세척을 진행한다. 신발을 고정하는 집게의 경우 기성품을 사용한다. 밑면의 서랍 형식의 물통을 제작하여 소독제 밑 세제를 물에 섞어 넣게 되고, 솔이 회전하며 신발의 밑면을 세척한다. SMPS와 모터의 경우 물이 튀지 않게 제품 외부에 설치하거나 아크릴판으로 막아 방수처리를 할 예정이다.

모터의 경우 신발을 움직일 정도의 힘을 낼 수 있는 제품을 사용할 것이다.

2. 모터 및 센서 제어

밑면의 솔의 회전 움직임을 부여하기 위해 소형 유성 모터를 사용할 예정이다. 신발이 달려있는 링크를 움직이기 위해서는 큰 토크가 필요하고, 따라서 기어가 장착된 모터를 사용하여 움직임을 구현할 예정이다. 옆면의 경우 신발 폭에 따라 솔에 위치를 다르게 지정해야 함으로 리니어 모터를 장착하여 솔의 위치를 조정할 수 있도록 설계할 것이다. 해당 솔에는 앞서 장착된 모터보다는 작은 힘을 필요로 하므로 적당한 힘을 낼 수 있는 모터를 장착할 예정이다.

신발의 사이즈와 상관없이 솔이 신발과 적절한 거리만큼 떨어져 세척하기 위해서, 초음파 센서를 활용할 예정이다. 초음파 센서는 신발의 옆면과 떨어진 거리를 계산하여 솔이 적절한 위치에서 신발을 세척하도록 한다.

모터와 센서의 제어는 Arduino Uno가 담당한다. Arduino Uno는 모터, 센서 외에도 사용자 인터페이스인 버튼, 제품의 상태를 알려주는 LED도 제어할 예정이다.

3. 사용자 인터페이스(UI)

제품은 2가지 모드로 사용할 수 있다. 첫번째는 쾌속모드로, 신발이 가볍게 더러워졌을 때 빠르게 세척할 수 있는 모드이다. 두번째는 일반모드로, 신발이 평상시처럼 더러워졌을 때 일반적으로 세척할 수 있는 모드이다. 사용자가 이 두가지 모드를 선택할 수 있기 위하여, 제품에 버튼 2개를 장착할 예정이다.

항목	기준	설계사양	중요도
신발 오염 제거 정도	90% 이상	- 다양한 오염물질(밀가루, 잔디, 염화 칼슘, 분필가루 등)로 세척 시 면적의 90% 이상을 세척해야 함.	상
신발 손상 정도	0%	- 생활오염을 세척하는 제품으로 세척 시 신발의 손상이 최소화되어야 함. - 외관상 손상도가 0% 이내가 되도록 함.	상
방수	100%	- 밑면 부 수세척에 따른 제어부 방수가 완벽히 이루어져야 함.	상
유동형 고정장치 성능	1cm 이내로	- 초음파 센서의 값을 받아와 측면 솔이 움직일 때 신발 측면과 1cm 이내로 솔이 멈춰야 함.	중
기계의 부피	〖(50cm)〗^3 이내	- 가정용 제품이 목적으로 신발장 근처에 구비가 가능하도록 부피가 〖(50cm)〗^3 이내가 되도록 함.	하
사용자 편의성	90점 이상	- 스윙 암에 신발을 끼우는 과정의 편의성을 확보해야 함. - 가정용 제품으로 소음이 크지 않아야 함. - 어플리케이션을 이동하여 구동이 편리해야함.	하

개념설계안

세척솔 접촉 방식
- 밑면 세척 방식

설계안	1안	2안
솔 장착 방식	세로	가로
사진
장점	하나의 모터를 이용하여 회전력 부여 가능함. 프레임 외부로 모터를 설치하여 간단하게 구동부를 분리할 수 있음	여러 개의 솔을 사용하여 신발 전체적으로 세척이 가능
단점	신발 양측 끝 부분 세척력의 완성도가 낮아질 수 있음	여러 개의 회전모터를 사용함에 따라 구조 및 모터 제어 복잡성 향상

- 측면 세척 방식

설계안	1안	2안
구동 방식	회전 솔	병진 왕복 운동 솔
사진
장점	단순한 메커니즘으로 솔의 회전을 구현할 수 있다. 오일 씰을 이용하여 방수설계가 용이하다.	원통형 솔에 비해 넓은 영역을 세척할 수 있다.
단점	솔과 마찰되는 면적이 작다.	병진 왕복운동 구조가 복잡하고 방수설계가 어려움. 진동과 소음 발생.

구동 부분
- 측면 솔 회전축 이동 메커니즘

설계안	1안	2안	3안
메커니즘	Y 링크 슬라이드	Z 링크 슬라이드	랙피니언 슬라이드
사진
장점	유격을 포함한 설계가 용이함	전체 부피가 작아 패키징 설계가 용이하고, 저렴한 서보모터를 사용해 구동함	전체 부피가 작아 패키징 설계가 용이하고, 저렴한 서보모터를 사용해 구동함
단점	비싼 리니어 서보모터를 사용해야 하므로 경제성 측면에서 떨어짐. 힘 전달각 오차가 크므로 슬라이드의 내마모성 측면에서 불리함.	조인트 수가 비교적 많아 유격 설계에 신경써야함	기어 설계가 어렵고 부품의 내마모성 고려가 필요함. 기어가 헛돌 수 있다.

- 스윙 암 구동

설계안	1안	2안
동력 전달 방식	모터-축 결합 방식	모터-기어-축 결합방식
사진
장점	다른 부품 없이 축과 모터로만 이루어진 컴팩트한 구동부로 설계가 쉬움	기어비를 통해 토크를 증가시킬 수 있으므로 약한 모터도 사용 가능함, 모터가 축과 직결되지 않기 때문에 축 방수설계 불필요
단점	스윙암, 신발 등의 무게를 버티기 위한 높은 토크의 비싼 모터를 사용해야 함. 모터가 축과 직결되어 축을 따라 물이 흐를 수 있음(축에 고무 씰을 부착하여 방지 예정)	여러 부품 사용으로 인한 설계 및 구동부 복잡성 증가

상세부품 비교
- 솔

제품명	먼지털이 솔	나일론 솔	돼지털 솔
사이트	알리 익스프레스	알리 익스프레스	네이버 스토어
사진
규격	480*90	300890	규격 선택 불가
경도	Soft	Middle	Hard
가격	3,860	25,700	2,000
장점	낮은 경도로 인하여 신발 손상 적음.	솔의 경도가 낮아 신발의 손상을 끼치지 않고, 가격도 저렴함. 신발 세척기 기성품에도 해당 제품을 적용중.	돈모를 사용함에 따라 솔의 경도가 높아 세척성이 뛰어남.
단점	해당 제품을 분해하여 개조해야 함. 경도가 부드러워 세척성이 떨어지므로 더 높은 RPM의 모터가 필요함.	제품 중 가장 비쌈	신발 길이에 맞게 직접 솔을 제작해야 함. 회전부 설계에 어려움이 있음.

- 모터
  - 회전부(DC)

모델명	RA-25GM 02type	RA-35GM 07type	IG-36PGM 05TYPE
사이트	디바이스마켓	디바이스마켓	디바이스마켓
사진
토크	0.1~1.5 kg ∙ cm (감속비마다 상이함)	0.56~6.0 kg ∙ cm (감속비마다 상이함)	0.76~30.0 kg ∙ cm (감속비마다 상이함)
무게	77g	329g	400g
가격	10,600	24,300	52,700
장점	다른 안에 비해 가격이 저렴하고 크기 및 무게가 작아 컴팩트 함.	모터의 성능이 좋다고 판단하여, 측면 솔 2개에는 감속비 1/31, 밑면 솔은 1/75를 적용하여 구매하였다.	감속비를 적용했을 시 원하는 토크와 Rpm에 맞출 수 있음.
단점	토크가 다소 부족	크기가 커 브라켓의 무게가 큼	2안에 비하여 가격이 비싸고 무게가 무거움

- - 위치 제어 모터

모델명	DSM42WM63A + RA35	Fs5113R	Fi7622M
모터종류	스테핑모터	서보모터	서보모터
사이트	디바이스마켓	디바이스마켓	디바이스마켓
사진
토크	6kgf ∙ cm (감속비 1/125)	12.5 kgf ∙ cm (6V)	18.9 kgf ∙ cm (6V)
무게	267g	56g	57g
가격	56,100	25,700	38,000
장점	스텝모터를 사용시 조작이 용이하므로 스텝모터 중에서 감속기가 결합되어 약한 토크를 보강할 수 있는 모터를 후보로 채택	360도 회전 가능하여 설계한 링크를 작동하는 데에 용이하고 준수한 토크를 가지고 있음.	180도 회전가능한 서보모터로, Fs5113R와 비교하였을 때 더 강력한 토크를 가지고 있음
단점	토크가 약 0.6 kg ∙ cm로 스윙암 구동을 위한 토크가 다소 부족	해외 배송이라 국내에서 구하기 힘들다는 단점	구동각이 180도라 측면 제어 모터로 사용하기에는 부적합

- - 제어 장치

모델명	Arduino Nano	Arduino Uno	Arduino Mega
사이트	디바이스 마트	디바이스 마트	디바이스 마트
사진
플래쉬 메모리	32KB	32KB	256KB
디지털 I/O 핀	14(PWM 6개 포함)	14(PWM 6개 포함)	54(PWM 15개 포함)
가격	32,010	31,900	51,000
장점	센서가 1~2개 정도 들어가는 단순한 프로젝트에 적합함. 크기가 작아 소형화 기기에 부착할 수 있음.	가장 범용적으로 사용하기 좋고 관련 자료가 풍부함.	다수의 핀과 높은 메모리가 필요한 복잡한 프로젝트에 적합함.
단점	많은 모듈을 필요로 하는 프로젝트에서 입출력 핀의 개수가 부족할 수 있음	나노보다 크기가 크기 때문에 소형 기기에 부착하기 힘들 수 있음. 많은 모듈을 필요로 하는 프로젝트에서 입출력 핀의 개수가 부족할 수 있음	크기가 크기 때문에 소형 기기에 부착하기 힘들 수 있음

- - 싱글 보드 컴퓨터

모델명	NVIDIA Jetson Xavier NX	LattePanda 3 Delta 864	라즈베리 파이 4B
사이트	아이씨뱅큐	아이씨뱅큐	디바이스 마트
사진
CPU	6코어 ARM v8.2 64비트	Intel Celeron N5105 (4코어)	Broadcom BCM2711 (4코어 Cortex-A72)
GPU	Volta GPU with 48 Tensor Cores	Intel UHD Graphics	VideoCore VI
주 용도	AI/딥러닝, 컴퓨터 비전, 로봇 공학	데스크탑 대용, 임베디드 시스템	교육, IoT, 라이트 AI 및 DIY 프로젝트
가격	3,030,000	438,900	73,000
장점	높은 AI 처리 성능으로 딥러닝, 컴퓨터 비전과 같은 고성능 연산에 유리하며, NVIDIA CUDA와 TensorRT, ROS 지원으로 AI 연구에 적합	윈도우와 리눅스 OS 지원, 인텔 기반으로 데스크탑 응용 프로그램과 호환성이 높아 일반 컴퓨팅 작업과 라이트 AI 작업에 적합	저렴한 가격에 다양한 IoT 및 취미 프로젝트에 적합하며, 적당한 성능의 AI 작업이나 컴퓨터 비전 프로젝트에 활용 가능
단점	가격이 비쌈	가격이 비쌈	상대적으로 낮은 CPU 성능과 GPU 처리 능력으로 인해 고성능 연산이나 AI 작업에는 제한적

- - 초음파 센서

모델명	A02YYUW 방수 초음파 센서 [SEN0311]	HC-SR04P 3.3V/5V 호환 초음파 거리센서	40kHz 16mm 송수신센서 [V40AW16B]
사이트	디바이스 마트	디바이스 마트	디바이스 마트
사진
측정 범위	3cm ~ 450cm	2cm~400cm	0.2m~5.0m
가격	28,600	6,765	1,760
장점	방수 가능. 스모그, 먼지가 있는 상황에서도 사용 가능	최소 측정 범위가 2cm로 미세한 거리도 측정이 가능함	크기가 작아 기기에 부착하기가 용이함. 산업용으로 적합함
단점	가격이 비쌈	외부 충격이나 진동에 상대적으로 취약함. 또한 방수와 방진 기능이 없어 외부 환경이나 습기가 있는 환경에서는 성능이 저하되거나 손상이 발생할 수 있음	최소 측정범위가 0.2m이므로 더 작은 거리의 측정이 불가능 함

이론적 계산 및 시뮬레이션

이론적 계산
1. 스윙암 하중조건 이론적 계산

스윙암 구동 방식

서보모터가 축, 이와 결합된 스윙암 및 슈트리를 움직일 수 있어야 하므로 이것이 가능한 지 이론적 계산을 통해 확인해보았다. 신발이 외부 프레임과 간섭이 나지않게 움직여야 하므로, 이에 맞춰서 스윙암의 링크과 결합 각도를 구하였다. 신발과 스윙암과의 각도가 적을수록 들어가는 힘이 줄어들기 때문에 스윙암 축과 스윙암 길이를 변경해가며 최적의 위치를 찾았고, 이는 아래의 그림과 같다. 해당 최적 값은 길이는 271mm, 각도는 30도였다. 슈트리의 형상은 위와 같고, 링크와 밑면과의 각도는 30도이다.

스윙암 길이 및 각도 테스트 과정

스윙암 최종 형상

위에서부터 사진 두개는 스윙암 길이 및 각도 테스트 과정이며, 마지막 사진은 스윙암 최종 형상이다.

토크가 21.3 kg·cm일 때, 링크가 지탱할 수 있는 무게를 계산해보겠다.

힘 계산 공식
힘 계산
결론

따라서, 21.3 kg·cm의 토크로 회전시킬 경우 약 1.70 kg의 무게를 지탱 가능하다. 신발과 슈트리를 저울로 재서 확인한 결과 750g으로 넉넉하다고 판단하였다. 따라서 해당 서보모터를 이용하는 것이 가능하다고 여겼고, 보수적으로 설계하기 위해 스윙암의 경량화를 이후 진행하였다. 이 내용은 바로 다음에 서술하였다.

시뮬레이션

스윙암 구조해석

위상 최적화를 진행하기 앞서 해당 구조의 링크가 구조적으로 안정한지 ANSYS를 이용하여 해석을 진행하였다. 초기 설정한 스윙암의 형상과 물성치는 아래와 같다.

초기 스윙암 형상

초기 물성치

초기 형상 Deflection

초기 형상 스윙암의 total deflection을 구한 결과 하중이 작용하는 끝 부분에서의 변형이 가장 크게 일어났다. 수치는 0.016mm로 아주 적은 변형을 보여 변형이 일어나지 않는다고 봐도 무방하다고 판단하였다.

초기 형상 응력분포

응력 분포 또한 양측의 경계조건부와 하중조건부를 제외하면 0에 가까운 응력을 보이며 최고 응력 또한 자재로 사용한 steel의 항복강도가 250MPa인 것을 고려하면 매우 적은 수준으로 안전하다고 볼 수 있다.

스윙 암 위상 최적화

앞선 구조해석 결과 해당 구조가 매우 안전하다고 판단하였고, 경량화를 추가적으로 진행하였다. ANSYS Topology Optimization을 활용하여 해석을 진행한 후 최종 형상을 정하였다.

스윙암 위상 최적화 결과

20% 경량화를 목표로 한 위상 최적화 결과이다. 구조 해석에서 진행한 응력 분포의 형상과 비슷하게 스윙암의 가운데 부분을 제거하여 경량화 하여도 안전하다는 결론을 얻었다.

최종 형상

최종 형상 물성치

스윙암의 최종 형상은 그림 9와 같다. 그림 10을 통해 알 수 있듯이 무게는 기존보다 30g 감소하였고 이는 약 21% 경량화 된 수치이다.

최종 형상 Deflection

기존 형상의 Deflection과 마찬가지로 하중이 작용하는 끝부분 에서의 값이 0.072mm로 기존의 형상보다 약 5배 증가하였지만 매우 작은 수치로 변형이 일어나지 않는다고 판단하였다.

초기 형상 응력 분포

응력 분포 또한 기존보다 2배정도 증가하였으나 steel의 항복 강도에 미치지 않는 정도로 경량화를 진행하여도 매우 안전하다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과들을 바탕으로 스윙암의 최종 형상을 결정하여 제작 진행하였다.

상세설계 내용

조립도 및 부품도

1. 조립도 파란색으로 보이는 부품들은 모두 3d 프린팅을 활용하여 제작할 계획이다. 제품에 대한 전체적인 사이즈는 다음 사진과 같다.

2. 조립 순서

1.전면부

이 파트는 기성품으로 구매한 솔 내부의 직경이 너무 넓고, 베어링 사이즈에 맞추어 축 설계를 진행하였고, 그에 맞는 베어링 브라켓과 베어링을 아크릴판 사이에 넣어 모터를 통한 축의 회전에서 마찰을 최소화하고자 설계하였다. 서보모터 역시 아크릴판에 바로 연결하지 않고 브라켓을 직접 설계하여 link와 연결하였으며, 링크가 움직일 때 좌우 운동에서 마찰을 줄이기 위한 slide 파트도 들어간다. 위 사진과 같은 절차를 옆면 솔 회전부의 경우 서보모터-링크-slide&bearing-아크릴판-shaft&bearing 순으로 조립할 것이며, 아랫면 솔 회전부는 베어링하우징&베어링-아크릴-베어링하우징-베어링-축 순으로 조립할 것이다

2.모터 회전부(후면부)

밑면부의 모터는 DC 모터의 무게를 고려해 모터에 나있는 나사선을 이용하여 아크릴판에 직접 부착할 예정이다. 좌우 운동을 해야하는 서보모터의 부분의 경우 1)과 동일하게 브라켓과 slide를 함께 결합하여 솔과 연결되는 축에 연결되도록 구상하였다. 따라서 이 부분의 경우 아래솔 파트는 모터-아크릴판-아랫솔과 연결되는 축 순으로 조립할 것이며, 옆솔은 dc모터-링크-slide&아크릴-옆면부 솔과 연결되는 축 순으로 조립한다. 서보모터는 1)과 동일하다.

3.스윙암 구동부

스윙암 구동부의 경우 축을 d컷을 내어 미리 제작을 하였기 때문에 d컷을 낸 축에 알맞은 브라켓과 아크릴판에 서보모터를 고정시키기 위한 브라켓을 너트를 통해 서보모터와 연결하여 아크릴, 축을 고정시킬 것이다. 세 파트 모두 부품에 대한 자세한 사이즈는 부품도에 명시되어 있다.

3.부품도

3D-Print 출력오차 고려한 보정설계, 공차설계

끼워맞춤 비교

중간 끼워맞춤

축 설계 보정치: +0.08mm
홀 설계 보정치: +0.15mm

억지 끼워맞춤

축 설계 보정치: +0.12mm
홀 설계 보정치: +0.12mm

3D 프린트로 원형 축이나 홀을 출력하면 설계 치수보다 작게 출력되는 경향이 있다. 오차 정도는 3D 프린트 모델 종류에 따라 다르다. 원하는 치수와 끼워맞춤 공차를 얻기 위해서는 테스트를 통한 보정설계가 필수적이다.보정설계를 진행하기 위해 Bambu Lab X1E 모델의 출력오차를 다양한 크기의 샘플로 시험하여 확인하였다. 시험으로 확인된 보정치는 위와 같다.

위 치수를 적용하였을 때 원하는 끼워 맞춤 정도의 출력물을 얻을 수 있었다. 시험을 통해 미리 보정치를 확인하여 시행착오를 줄일 수 있었다. 이는 필라멘트 사용량을 최소화하고 개발시간을 단축시키는데 큰 도움이 됐다.

1.스윙암(레이저 커팅)

서보모터 축과 슈트리를 연결하는 연결 링크인 스윙암은 다음과 같다.

2.스윙암 브라켓(3D프린팅)

서보모터와 결합되는 축을 연결하는 브라켓은 다음과 같다.

3.스윙암 서보모터 브라켓(3D프린팅)

스윙암에 사용하는 서보모터를 아크릴 프레임에 고정하기 위한 브라켓은 다음과 같다.

4.스윙암 축 프레임 브라켓(3D프린팅)

반대편에 축과 프레임을 고정시키기 위한 브라켓은 다음과 같다.

브라켓에 스토퍼를 설계하여 서보모터 축이 정해진 각도내로만 움직이게 설계하였다.

5.슈트리 브라켓(레이저 커팅)

슈트리와 스윙암을 연결하기 위한 브라켓은 다음과 같고, 둘을 용접하여 연결 시킬 예정이다.

6.서보모터 브라켓(3D프린팅)

옆면 세척 솔을 움직이게 하는 서보모터를 아크릴 판에 고정시키기 위한 브라켓은 다음과 같다.

7.측면부 슬라이드 링크 및 DC모터(3D프린팅)

솔에 회전력을 부여하기 위한 DC모터와 아크릴 판의 슬라이드를 연결하기 위한 브라켓이다.

8.측면부 솔-슬라이드 링크 어댑터

솔과 아크릴 판에 연결될 슬라이드 링크와 연결하기 위한 축을 설계하였다.

9.측면부 베어링-솔 어댑터

반대편 아크릴 판의 슬라이드 링크과 솔을 연결하기 위한 축을 설계하였다.

10.밑면부 솔-DC 모터 어댑터

밑면 부 솔에 회전력을 부여하는 DC모터와 연결하기 위한 브라켓을 설계하였다.

11.밑면 부 솔-베어링 어댑터

반대편에 솔과 아크릴 판을 연결하기 위한 축을 설계하였다.

12.밑면 부 솔 베어링 하우징

측면부는 7번 부품안에 베어링을 삽입하게 설계하여 베어링 하우징이 추가로 필요하지 않았지 만, 밑면 부는 없으므로 추가적으로 베어링 하우징을 설계하였고 다음과 같다.

13.슈트리

신발을 고정시키기 위한 슈트리는 기성품을 구매하여 이용하였다.

14.세제통

신발 세척을 위한 물을 담기 위한 통은 기성품을 구매하여 이용하였다.

제어부 및 회로설계

1.회로설계도

전력은 외부 전원(SMPS)를 통해 공급받는다. 3개의 DC 모터는 모터드라이버를 거쳐 전원을 공급받는다. 3개의 서보모터와 네오픽셀은 가변 컨버터(6V)를 통해 전원을 공급받는다. 초음파 센서는 아두이노 메가를 통해 전원을 공급받는다. 라즈베리파이는 가변 컨버터(5.2V)를 통해 전원을 공급받고, 아두이노 메가는 라즈베리파이와 USB 케이블을 통해 전원을 공급받는다. 자세한 전력 계산은 3.절에서 설명하도록 하겠다.

2.회로배치

3.전력계산

본 시스템은 SMPS를 통해 총 250W(12V, 20A)의 전력을 공급받는다. 전력 공급이 필요한 주요 모듈은 라즈베리파이, 아두이노 메가, 초음파 센서, 솔 조절 서보모터 2개, 스윙암 조절 서보모터 1개, DC 모터 3개, 네온픽셀로 구성되어 있다.

전력 공급 구조

1. DC 모터 및 모터드라이버: DC 모터는 12V로 구동되며, 12V 7A 모터드라이버를 통해 속도를 제어한다. 각 DC 모터의 정격 전류는 1~2A, 피크 전류는 5A이다. 모든 DC 모터가 피크 전류로 작동하더라도 총 전류 소모는 7A 이내로 예상되므로, 모터드라이버에 안정적으로 연결하여 SMPS로부터 전력을 공급받을 수 있다. 모터드라이버는 SMPS에 직접 연결된다.

2. 라즈베리파이 및 아두이노 메가: 라즈베리파이는 5.2V, 5A 출력을 제공하는 DC-DC 가변 컨버터에 연결되어 전력을 공급받는다. 라즈베리파이의 피크 전류는 3A로, 가변 컨버터의 전력 범위 내에 있어 안정적인 구동이 가능하다. 아두이노 메가는 라즈베리파이와 케이블로 연결되어 전력을 공급받도록 구성했다.

3. 서보모터 및 네온픽셀: 솔 조절 서보모터 2개, 스윙암 조절 서보모터 1개, 네온픽셀은 6V, 5A 출력의 별도 DC-DC 가변 컨버터에 연결되어 전력을 공급받는다. 이들 모듈의 피크 전류를 모두 합산하면 5A를 초과할 가능성이 있으나, 모든 모듈이 동시에 최대 전류를 소모하는 상황은 발생하지 않으므로 전력 공급에 무리가 없을 것으로 판단된다.

결론

모든 모듈의 최대 전력 사용량을 고려한 총 사용 전력은 232.83W로, SMPS의 공급 가능 전력인 250W 이내에 있어 안정적인 전력 공급이 가능하다. 각 모듈에 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 시스템을 설계했다.

소프트웨어 설계

1. 전체 시나리오

전체적인 시나리오는 위 그림과 같다.

1) SMPS에 전원이 공급되면 신발 세척기의 전원이 켜진다.

2) 아두이노에서 각 모듈의 초기 위치를 잡고, 사용자의 안드로이드 앱을 통한 입력을 기다린다.

3) 사용자가 안드로이드 앱에서 ‘스윙암 올리기’ 버튼을 누르면 스윙암 조절 서보모터가 작동하여 스윙암을 올린다.

4) 사용자가 신발을 꽂은 후 ‘일반 모드’, ‘쾌속 모드’ 중 하나의 모드를 선택한다.

5) 선택한 모드에 맞춰서 먼저 스윙암 조절 서보모터가 작동하여 스윙암을 내린다.

6) 초음파 센서가 작동하여 신발의 사이즈를 측정한다.

7) 신발의 사이즈를 측정한 값에 따라 측면 솔 조절 서보모터가 작동하여 측면 솔을 적절한 위치로 조절한다.

8) 솔은 각 모드에 맞는 속도와 시간대로 DC 모터를 통해 회전한다.

9) 일정한 시간이 지난 후 DC 모터는 회전을 멈춘다.

10) 측면 솔 조절 서보모터가 제자리로 돌아간다.

11) 스윙암 조절 서보모터가 작동하여 스윙암을 위로 올린다.

12) 사용자가 신발을 제거한 후, 다시 신발을 세척하고 싶으면 모드를 선택한다.

13) 신발을 더 이상 세척하지 않는다면, ‘스윙암 내리기’ 버튼을 누른다.

14) 신발 세척기의 전원을 끄고 싶다면 ‘전원 off’ 버튼을 누른다.

2. 안드로이드 앱

안드로이드 앱은 기본적으로 리모컨 같은 역할을 한다. 사용자는 안드로이드 앱을 사용하여 원격으로 신발 세척기를 조작할 수 있다.

초기화면	부품명	스윙암이 올라간 후 화면

안드로이드 앱은 라즈베리파이와 블루투스로 통신을 한다. 이 때 ‘초기 화면’에서 라즈베리파이와 연결이 되어 있지 않으면 최상단에 ‘연결 안됨’ 이라는 문구가 뜨고, 연결이 되어 있다면 ‘연결됨’ 이라는 문구가 뜬다. 블루투스 연결이 되면, ‘스윙암 올리기’ 버튼이 활성화된다. ‘스윙암 올리기’ 버튼을 누르면 스윙암이 올라간다. 스윙암이 다 올라가면 ‘스윙암이 올라갔습니다’ 라는 토글 메시지가 하단에 뜬다.

세척 모드 선택 화면	세척 완료 후 화면	스윙암이 내려간 후 화면

스윙암이 올라가면, 세척 모드를 선택할 수 있는 ‘일반 모드’ 버튼과 ‘쾌속 모드’ 버튼이 활성화된다. 세척이 완료되면 ‘청소가 완료되었습니다’ 라는 토글 메시지가 하단에 뜬다. 그와 동시에 ‘스윙암 내리기’ 버튼이 활성화되고, ‘스윙암 내리기’ 버튼을 누르면 스윙암이 내려간다. 스윙암이 내려가면 ‘스윙암이 내려갔습니다’라는 토글 메시지가 하단에 뜬다. 그와 동시에 ‘스윙암 올리기’ 버튼이 다시 활성화되고, 사용자는 다시 신발 세척을 진행할 수 있다. 전원 off 버튼은 사용자가 언제든지 눌러서 모터의 동작을 멈출 수 있다.

3. 통신

1. 블루투스 통신(안드로이드 앱 - 라즈베리파이) 구현

사용자가 안드로이드 앱을 통해 데이터를 전달하면, 라즈베리파이가 받아서 아두이노로 전송한다. 이 때 안드로이드 앱과 라즈베리파이는 BLE(Bluetooth Low Energy)로 통신한다.

GAP(Generic Access Profile) 구현

장치 간 양방향 데이터 교환을 위해 Connection 모드로 구현했다. Peripheral(슬레이브) 역할은 자기 존재를 알리고, 중앙 장치가 데이터를 주고받거나 서비스를 이용할 수 있게 해주기 때문에 라즈베리파이를 Peripheral 장치로 선택했다. 반면에 Central(마스터) 역할은 BLE 장치를 검색하고 주변 장치와 상호작용하는 역할이기 때문에, 이 역할은 안드로이드 앱으로 선택하였다.

GATT(Generic Attribute Profile)구현

BLE GATT(Generic Attribute Profile) 프로파일을 통해 데이터를 송수신하는 사용자 정의 서비스를 구현했다. GAP을 통해 BLE 장치가 서로 연결되고 데이터 통신 준비가 끝나면, GATT 방식으로 데이터를 주고받는다. GATT에서는 안드로이드 앱이 GATT Client가 되고, Peripheral 기기인 라즈베리파이가 GATT Server가 된다. 따라서 GATT Client인 안드로이드 앱이 라즈베리파이에 요청을 보내고, 라즈베리파이는 그 요청에 응답한다.

GATT Server(Profile)인 라즈베리파이가 제공하는 서비스와 특성(Characteristic) 데이터를 정의하였다. 데이터는 안드로이드 앱에서 라즈베리파이로 보내는 신호(Control), 각각의 기능의 행동이 완료되었을 때 라즈베리파이에서 안드로이드 앱에 보내는 신호(Complete)로 구성되어 있다. 모든 Characteristic의 데이터는 배열 형식으로 각 열에 데이터 값을 담아 통신한다.

Contriol Charateristic

Control Characteristic은 안드로이드 앱에서 보낸 신호를 라즈베리파이가 받기 위해 사용된다. 안드로이드 앱이 GATT 서버에 구현된 Characteristic의 값을 바꾸기 때문에 permission을 write 권한으로 설정했다. Control Characteristic의 데이터 값이 사용되는 시나리오는 다음과 같다.

1) 사용자가 안드로이드 앱에서 “전원 off” 버튼을 누르면 POWER_OFF 변수의 값이 false애서 true로 바뀐다. 라즈베리파이가 이를 확인하고 모든 모듈의 동작을 중지한 후 전원을 종료한다.

2) 사용자가 홈 화면에서 ‘일반 모드’ 버튼을 누르면 NORMAL_MODE 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 그 후 세척기가 일반 모드로 신발 세척을 시작한다.

3) 사용자가 홈 화면에서 ‘쾌속 모드’ 버튼을 누르면 QUICK_MODE 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 그 후 세척기가 쾌속 모드로 세척을 시작한다.

4) 사용자가 홈 화면에서 ‘스윙암 올리기’ 버튼을 누르면 SWING_UP 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 그 후 스윙암이 올라가 사용자가 신발을 꼽거나 제거할 수 있게 된다.

5) 사용자가 홈 화면에서 ‘스윙암 내리기’ 버튼을 누르면 SWING_DOWN 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 그 후 스윙암이 제자리로 내려간다.

Complete Characterisric

Complete Characteristic은 라즈베리파이에서 보낸 신호를 안드로이드 앱이 받기 위해 사용된다. 안드로이드 앱이 GATT 서버에 구현된 Characteristic의 값을 바꾸기 때문에 permission을 read 권한으로 설정했다. Complete Characteristic의 데이터 값이 사용되는 시나리오는 다음과 같다.

1) 신발 세척기의 세척 동작(일반 모드 or 쾌속 모드)이 완료되면 CLEANING_END 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 안드로이드 앱이 이를 확인하고 신발 세척이 완료되었다고 UI를 통해 사용자에게 알린다.

2) 스윙암이 다 올라가면 SWIING_UP 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 안드로이드 앱이 이를 확인하고 스윙암이 다 올라갔다고 UI를 통해 사용자에게 알린다.

3) 스윙암이 다 내려가면 SWIING_DOWN 변수의 값이 false에서 true로 바뀐다. 안드로이드 앱이 이를 확인하고 스윙암이 다 내려갔다고 UI를 통해 사용자에게 알린다.

2. 시리얼 통신(라즈베리파이 - 아두이도 메가)

라즈베리파이와 아두이노 메가는 시리얼 통신을 통해 데이터를 주고받는다. 라즈베리파이와 아두이노에 시리얼 라이브러리를 설치하면 쉽게 시리얼 통신이 가능하다. 안드로이드 앱이 라즈베리파이에 신호를 주면 라즈베리파이는 아두이노 메가에 이를 전달한다. 반대로 아두이노 메가가 라즈베리파이에 신호를 주면 라즈베리파이가 안드로이드 앱에 이를 전달한다.

3. 자재소요서

부품번호	부품명	규격(mm)	재질	수량(EA)	구매, 외주, 제작	비고
1	아크릴 판	450*600	아크릴	2	구매	프레임
		500*450	아크릴	3
		500*300	아크릴	1
		200*500	아크릴	4
		100*500	아크릴	1
2	SMPS	20010040	-	1	구매	-
3	아두이노	1155515	-	1	구매	-
4	라즈베리파이	956530	-	1	구매	-
5	초음파센서	452015	-	1	구매	-
6	슈트리	-	플라스틱 및 철	1	구매	-
7	브라켓	-	PLA	9	제작	3D 프린팅
8	FS5113R	-	-	2	구매	서보모터
9	Fi7622M	-	-	1	구매	서보모터
10	RA-35GM	-	-	3	구매	DC모터
11	모터드라이버	555520	-	3	구매	-
12	세척 솔	300908	나일론	2	구매	-
		30017020	나일론	1
13	세제	-	-	1	구매	-
14	스윙암	270223	CR 철판	1	외주	레이저 가공
15	스윙암 결합 브라켓	32243	CR 철판	1	외주	레이저 가공
16	볼트	M3	철	-	구매	-
		M4	철	-
17	너트	M3	철	-	구매	-
		M4	철	-

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진

Caita 설계사진	실제 제품 사진

신발 세척 전/후 사진

측면 세척 전	측면 세척 후

바닥면 세척 전	바닥면 세척 후

시연 영상

파일:Shoe 93.mp4

포스터

완료작품의 평가

평가 항목	평가 방법	적용 기준	개발 목표치	비중(%)	평가 결과
신발 오염 제거 정도	- 다양한 오염물질(밀가루, 잔디, 염화 칼슘, 분필가루 등)로 세척 시 면적의 90% 이상을 세척해야 함.	%	90%	25	80%
신발 손상 정도	- 생활오염을 세척하는 제품으로 세척 시 신발의 손상이 최소화되어야 함. - 외관상 손상도가 0% 이내가 되도록 함.	%	0%	20	0%
방수	- 밑면부 수세척에 따른 제어부 방수가 완벽히 이루어져야함	%	100%	20	100%
유동형 고정장치 성능	- 초음파 센서의 값을 받아와 측면 솔이 움직일 때 신발 측면과 1cm 이내로 솔이 멈춰야 함.	cm	1cm 이내로	20	0cm
기계의 부피	- 가정용 제품이 목적으로 신발장 근처에 구비가 가능하도록 부피가 (50cm)³ 이내가 되도록 함.	cm³	(50cm)³ 이내	5	(45.6cm)³
사용자 편의성	- 버튼과 스윙 암에 신발을 끼우는 과정의 편의성을 확보해야 함. - 가정용 제품으로 소음이 크지 않아야 함. - 어플리케이션을 이동하여 구동이 편리해야함.	점수	80점 이상	10	80점

향후계획

제품의 경량화를 최우선 목표로 잡을 예정이다. 신발을 고정하기 위한 슈트리의 무게가 예상보다 무거웠고, 하나의 서보모터로 구동시키는 것에 어려움을 겪었고 서보모터를 추가하였다. 슈트리 내부 철골부분을 3d 프린팅으로 대체하거나 아예 3d프린팅으로 제품을 제작하는 것에 도전을 할 예정이다. 다음으로 신발 구조에 맞게 세척이 모두 가능하도록 수정 예정이다. 신발과 평행하게 솔을 장착함에 따라 발 볼에 맞게 파여져 있는 부분의 세척이 원활히 이루어지지 못했다. 솔의 크기, 길이를 키우고 더 부드러운 솔을 사용하여 해당 부분을 개선할 예정이다.

특허 출원 내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

A-1 참고문헌 및 참고사이트 [1] https://store.onoffmarket.com/shop/item.php?ca_id=a010a030&it_id=1476925920&it_cid=1476925920&fid=Gshop&gad_source=1&gclid=CjwKCAjwxY-3BhAuEiwAu7Y6s9MetpSdJlARKUVJ- UbWKf1jQPUa74_sylDGJfQtVIPhYFcX42DduhoCg98QAvD_BwE

[2] http://itempage3.auction.co.kr/DetailView.aspx?itemno=E496796734

[3] https://m.golftarget.co.kr/product/%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%8B%A0%EB%B0%9C%ED%84%B8%EC%9D%B4%EA%B8%B0%EA%B5%AD%EC%82%B0-ez%EC%98%A4%ED%86%A0%ED%81%B4%EB%A6%AC%EB%84%88/2472/

[4] 초정밀 펄스비행시간(TOF) 센서 https://www.e-patentnews.com/6451

[5] SPAD 기반의 거리측정 3D 이미지 센서 https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0015302437

[6] 초광대역(UWB) 센서를 이용한 실시간 원격 거리 측정 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926580523001097

[7] 삼성 비스포크 슈드레서 https://www.samsung.com/sec/shoedresser/shoedresser-dj40cb9600ne-d2c/DJ40CB9600CE/

[8] LG 스타일러 슈케어 https://www.lge.co.kr/shoe-care/ss4rhs60e

[9] Fully automatic intelligent sole cleaning machine (경쟁 제품) http://itempage3.auction.co.kr/DetailView.aspx?itemno=E496796734

[10] Cleanroom Shoe Cleaners (CRW-SC3014-4RB-INV-HE) (경쟁 제품) https://cleanroomworld.com/gowning-room-furniture/motorized-shoe-cleaners/cleanroom-shoe-cleaners

[11] Solamat 90 (경쟁 제품) https://www.profishop.de/p/heute-schuhputzmaschine-solamat-90-gehaeuse-achat-grau-ral-7038-buegel-rot-ral-3020-060-2100-r

[12] Neptun SC1 (경쟁 제품) https://shop-avd.ru/apparaty-dlya-chistki-obuvi/promyshlennye-apparaty/heute-neptun-sc1

A-2 관련특허 [1] 신발 바닥 세척기 특허 https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchPatent.do?cn=KOR1020210018551

[2] 신발 바닥 세척기 특허 https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchPatent.do?cn=KOR1020060113869

[3] 가정용 신발 세척장치 특허 https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchPatent.do?cn=KOR1020200001825

[4] 신발 세척기용 지그 특허 https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchPatent.do?cn=KOR1020210087282

소스코드 깃허브 링크

https://github.com/lth0422/shoe_cleaner

설계구성요소 및 제한요소

설계구성요소	과제보고서내의 항목	내용 요약
목표설정	1.1 개발 과제의 개요	과제의 배경, 목표, 내용 설정함
합성	2.2 개념설계안 2.4 조립도 2.6 제어부 및 회로설계 2.7 소프트웨어 설계	기반이 되는 개념설계와 부품들을 어떻게 조립할 지 서술함 각 부품들을 어떻게 구동하고 전력을 어떻게 사용하였는지 기술하였음
분석	2.1 설계사양 2.3 이론적 계산 및 시뮬레이션	제품의 평가 기준을 수립하고 해당 부품들의 안정성을 평가함
제작	2.5 부품도 2.8 자재소요서 3.1 완료작품 소개 3.2 개발사업비 내역서	제작에 필요한 부품들의 설계도와 자재들의 대한 수치와 가격을 확인할 수 있음 최종 완성품 및 특허출원서 기입함
시험 및 평가	3.3 완료 작품의 평가	설계 사양 조건에 맞게 동작하는지를 평가함

설계제한요소	과제보고서내의 항목	내용 요약
원가	1.3 관련 시장에 대한 분석 2.8 자재소요서 3.2 개발사업비 내역서	해당 제품의 현재 시장가를 확인하고 경쟁력을 분석함 제작 시 필요한 제품들의 가격을 확인하고 최대한 가격 절감 효과를 확보함
안정성 및 윤리성	1.4 개발과제의 기대효과 2.3 이론적 계산 및 시뮬레이션	이론적 계산을 통해 제품의 안정성을 확보하고 기대효과를 선정함에 따라 사회적으로 비윤리적이지 않은 지 검토함
신뢰성	2.1 설계사양 2.3 이론적 계산 및 시뮬레이션 2.6 제어부 및 회로설계	시뮬레이션을 통해 부품의 신뢰성을 확보하고 설계사양을 만족시킬 수 있는지 확인함
사회에 미치는 영향	1.3 관련 시장에 대한 분석 1.4 개발과제의 기대효과	해당 제품의 시장을 분석하여 제품의 경쟁력을 확인하고 사회에 도움이 될 수 있는지 검토함
환경요인	2.5 부품도	세제통을 사용함에 따라 물 절약효과를 확보하고 계절마다 오염도의 변화를 예측하고 다양한 오염물질을 사용하여 예방함
기타	2.1 설계사양 3.3 완료 작품의 평가	설계 사양에 맞게 제품의 완성되었는지 평가를 진행함

이동 ↑ 팀장

[team_leader-1] 이동 ↑ 팀장

[1]

제품명	LG Styler ShoeCare	BESPOKE Shoedressor
사진
주요 기술	트루 스팀: 고온의 미세 스팀으로 세균과 바이러스를 제거함 무빙 노즐: 신발에 바람을 불어넣어 스팀이 나오는 노즐	UVC 살균: 국내 가전 최초 UVC램프를 적용하여 전기 건조 진행 제트슈트리: 신발 내부 탈취 및 건조 진행
가격	1,490,000원	1,049,000원

종류	솔 작동방식	신발 고정방식	신발 고정방식	신발 고정방식
출원일	2021년	2007년	2020년	2021년
사진
명칭	신발 바닥 세척기 등록특허 10-2290935	신발바닥세척기 등록특허 10-0768978	가정용 신발 세척장치 공개특허 10-2021-0088839	신발 세척기용 신발 고정 지그 공개특허 10-2023-0006269
특징	1. 세척액 분사 및 솔 세로방향 회전 세척방식 2. 세척액이 솔에 분사됨. 오염된 세척수는 바닥으로 떨어짐. 오염 세척수를 다시 활용하지 않음. 3. 솔의 압력이 신발 중앙에 집중.	1. 자기장을 이용한 솔 떨림 구현 2. 여러 피스의 솔을 다양하게 움직임 제어 가능 3. 전자석 실린더 내부 먼지청소 번거로움.	1. 세척액 분사 및 모터를 통한 솔 회전 세척방식 2. 신발 내부 솔 및 뒷굽지지대로 고정 3. 기어 연결로 솔 한 번에 제어 4. 밑면 세척 불가능	1. 드럼 세척기 용 신발 고정 지그 2. 스프링 및 탄성밴드 사용 고정 3. 작은 신발 세척 불가 4. 세척 중 고무줄 탈락 가능성

특허 내용	특허 전략
솔 작동 방식에 대한 특허	신발 크기에 따라 솔이 유동적으로 움직이는 세척장치
	1. 신발 고정장치에 피드백 센서를 장착하여 신발 내부 크기 측정
	2. 신발 내부 크기로부터 신발 사이즈 유추
	3. 유추된 신발 사이즈를 통해 솔의 위치 제어, 신발에 작용하는 솔의 압력 맞춤조절
	4. 신발 손상 최소화 가능
신발 고정 및 움직임 제어 기술 특허	신발이 스윙암에 고정되고 스윙암이 움직이며 회전솔과 마찰을 일으켜 신발의 밑창에 균일한 세척력 제공
	1. 기존 특허들은 회전솔의 구조로 인해 밑창 세척의 강도가 불균일함 (가운데는 잘되고 모서리쪽은 잘 안됨)
	2. 신발이 움직이면서 세척하는 경우 없음 (대부분 신발은 고정, 밑면 세척 안함)
	3. 스윙암에 고정된 신발이 움직이면서 회전솔과 마찰
	4. 밑창면에 균일한 세척력 제공 가능

제조사	제품명	신발 고정 유무	세척 방식	크기 (cm)	가격 (원)
Funny Kitchen Appliances Store	Fully automatic intelligent sole cleaning machine	불가능	세척액으로 세척 가능	424628	277,700원
Cleanroom World	Cleanroom Shoe Cleaners (CRW-SC3014-4RB-INV-HE)	불가능	먼지 털이	694591	6,435,000원
Heute	Solamat 90	불가능	먼지 털이	5646114	7,540,000원
Heute	Neptun SC1	불가능	물로 세척 가능	6476122	9,888,390원

Strength	Weakness
1. 기존 제품은 사용자가 신발을 신은 채 세척을 해야 한다. 하지만 개발하고자 하는 제품은 신발을 벗은 채 세척을 할 수 있으므로 사용자에게 더 편리하다.	1. 모터나 세척 메커니즘으로 인한 소음이 발생할 수 있다.
2. 신발 크기에 따라 솔의 위치를 적절히 조절하여 크기에 맞게 신발을 세척한다.	2. 기존 제품과 달리 사용자가 손으로 신발을 고정해야 한다는 불편함이 있을 수 있다.
3. 기존 제품은 옆면이나 아랫면을 따로 세척하거나, 먼지 털이 기능과 세척 기능이 혼합되어 있지 않다. 하지만 개발하고자 하는 제품은 옆면의 먼지를 털어주고 아랫면을 세척해주기 때문에 신발을 더 효율적으로 청소할 수 있다.

Opportunity	Threat
1. 국지성 호우, 겨울철 폭설 후 염화 칼슘이나 이물질로 인한 신발 오염 빈도가 높아져 세척 수요가 증가했다.	1. 기존 공장용 및 가정용 신발 세척 제품의 시장 점유율이 있으므로, 경쟁이 예상된다.
2. 신발 관리기 시장에 대기업이 참여하고 있어 성장하고 있으므로, 신발 클리너 시장 또한 같이 성장할 것으로 기대된다.

S-O	W-O
1. 옆면 먼지 제거와 바닥 세척을 동시에 수행한다면 염화 칼슘이나 먼지로 인한 오염의 세척 효과를 극대화할 수 있으므로 시장을 선점할 수 있다.	1. 신발 고정의 불편함을 스윙암 형태의 기술로 해결하여 성장하고 있는 신발 클리너 시장에 진출할 수 있다.
2. 모든 신발 크기에 맞춰 세척할 수 있는 솔 위치제어 기능은 성장하고 있는 신발 관리 시장에서 차별화된 기능이다. 따라서 시장 진출에 유리할 수 있다.	2. 대기업이 신발 관리기 시장에 참여하면서 기술 경쟁이 치열해질 것으로 예상되므로, 소음 저감 기능을 통해 경쟁력을 확보한다.

S-T	W-T
1. 기존 신발 클리너들이 제공하지 못하는 자동 신발 세척 시스템을 강조한다. 옆면과 밑면을 동시 세척하여 효율성을 확보하고, 신발을 신고 세척하는 제품과 달리 벗어서 세척하는 방식의 장점을 어필하여 소비자들의 만족을 이끌어 낸다.	1. 모터의 소음 문제를 해결하기 위해 저소음 모터와 소음 저감 기술을 도입해 제품의 경쟁력을 강화한다.
2. 신발 크기에 따라 솔 위치를 제어하므로 다양한 신발 크기에 맞춘 맞춤형 세척 솔루션을 제공한다는 점에서 경쟁력을 확보한다.	2. 신발을 신고 세척하는 기존 제품과 달리 벗어서 세척하는 방식의 장점을 어필하고, 스윙암 형태의 신발 고정 메커니즘을 통해 사용 편의성을 높여 사용자의 불편을 최소화하고 경쟁력을 확보한다.

팀원명	역할
이태훈	팀장, 소프트웨어부 설계
전현욱	구동부 설계 및 모터 제어
권준형	기구부 설계
박명규	기구부 설계 및 응력해석
장동휘	기구부 설계

번호	요구사항	D or W	비고
1	밑면&측면 세척 솔이 정상적으로 작동한다	D	상
2	앱에 대한 각 동작들이 정상적으로 작동한다.	D	중
3	스윙암이 세척할 때와 분리할 때 정확한 장소에 위치한다.	D	상
4	초음파센서와 설계한 링크에 의해 측면 솔의 위치가 정확하게 이동한다.	D	상
5	신발의 오염이 깨끗이 세척되어야 한다.	D	상
6	신발을 끼우는 과정이 사용자가 편리하게끔, 스윙암이 위치해야 한다.	W	하
7	소음이 크지 않아야 한다.	W	하

항목 (품명, 규격)	수량	단가(₩)	금액(₩)	비고
밑면 솔	1	56	56	네이버 스토어
옆면 솔	2	18	39	알리 익스프레스
서보모터(DM-S2000MD)	2	14	28	디바이스마트
서보모터(Fi7622M)	1	41	41	디바이스마트
DC모터(RA-35GM 07TYPE)	3	26	78	디바이스마트
모터 드라이버(SZH-CH076)	2	11	22	디바이스마트
가변 컨버터	2	12	24	디바이스마트
아두이노 메가	1	50	50	디바이스마트
스윙암 레이저 커팅	1	15	15	SY레이저(외주)
슈트리	1	8	8	쿠팡
세제 통	1	12	12	옥션
네오 픽셀	1	4	4	디바이스마트
회전 축	1	16	16	한국미스미
베어링	7	1	10	한국미스미
아크릴 판	5	14	72	아이베란다
아크릴 경첩	20	0	3	아이베란다
총합	51	298	478