"8조 - 캔모아"의 두 판 사이의 차이

2017년 12월 18일 (월) 09:36 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 모터을 이용한 캔 자동압축식 스마트 쓰레기통

영문 : Auto-Compressed Smart Trash Can box via Actuator

과제 팀명

캔모아

지도교수

신동헌 교수님

개발기간

2017년 9월 1일 ~ 2017년 12월 21일(총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2011890028 박재준

서울시립대학교 기계정보공학과 2012860031 이원석

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430002 김주현

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430010 백형준

서울시립대학교 기계정보공학과 2012430013 안상길

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 본 개발 과제는 캔을 압축하여 쓰레기통에 버림으로써 저장 효율을 증가시키는 것을 목표로 한다. 쓰레기통에 캔을 넣으면 모터의 동력을 이용한 강한 힘으로 캔을 압축시킨 뒤 기존의 쓰레기통과 같은 저장 공간에 저장하게 된다. 또한 IoT 기술을 활용한 센싱 처리로 용적률을 파악하며, 쓰레기통 외부에 설치되어 있는 LED를 통해 시각적으로 쉽게 용적률을 확인할 수 있다. 일정량 이상 찬 경우, 쓰레기통 청소부에게 푸쉬 알림 등을 보냄으로써 즉각적인 피드백이 가능하도록 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

- 개발 과제 선정 배경

◇ 아래의 사진과 같이 압축되지 않은 캔 혹은 플라스틱 컵 재질의 부피로 인해 분리수거가 제대로 되지 않고
  분리수거 쓰레기통의 주변의 미관이 훼손된다.
  이에따라 분리수거 쓰레기통의 활용도 및 적재량을 높여 쾌적한 분리수거 환경을 조성하고자 한다.

◇ 2004~2010년 금속캔 재활용량 및 재활용율 감소 (205천톤->138천톤)
  연 100억 개의 금속 캔 폐기, 1%를 재활용할 경우 10억 원(10원/캔) 수익창출이 가능하다 
  (환경부, 한국 폐기물협회)

  압착되지 않으면 금속 캔 재활용 불가, 운반비용 손해, 분리수거의 어려움 등의 문제 발생한다.
  => 그러므로 알루미늄 캔 배출시 편리한 캔 압착기의 개발 필요하다.

- 개발과제 목표 달성 시 얻을 수 있는 효과

개발 과제의 목표와 내용

◇ 목표 : 센싱을 통한 자동 캔 압축 및 쓰레기통 용적률 확인
         디스플레이 및 푸쉬 알림을 구현한 범용 캔 압축기

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇(1) 편리성: 이용자가 직접 압출을 하는 것이 아닌 기존의 쓰레기통 이용하는 방식으로도 사용에 문제가 없다.
◇(2) Safety: 쓰레기통 안에 부품이 내재되어있기 때문에, 어린이나 부주의 하게 사용하는 경우 발생할 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있다. 
             또한, 쓰레기통 안에서 모든 기능이 동작하기 때문에, 부품의 파손을 줄일 수 있다. 
◇(3) 응용분야: 현재 공공기관에 이용되는 다양한 크기의 쓰레기통에 모두 적용이 가능하여 범용성이 있다.

경제적 및 사회적 파급효과

◇(1) 경제적 파급효과 : 캔 100억 개당 1%씩 재활용을 할 때마다, 비용을 10억 원 절감할 수 있다는 조사 결과를 바탕으로 
                     재활용률을 높이는 것은 경제성이 있다는 결론을 얻을 수 있다. 
                     
◇(2) 사회적 파급효과 : 자동으로 재활용을 하고, 정보를 사람들에게 알려주는 쓰레기통을 제작하여 보급한다면, 
                     이는 사회 전반적으로 쓰레기 재활용에 대해 긍정적으로 재고할 수 있는 기회를 제공한다. 
                     이를 통하여 다른 산업 분야에서도 재활용과 녹색에너지에 대한 고려를 할 수 있도록 하여 여러 분야에서의 재활용 산업발전을 기대한다.

구성원 및 개발 일정

◇ 구성원 역할분담

◇ 추진 체계

설계

설계사양

가. 제품 요구사항

목적계통도

◇ ‘캔모아’를 만들 때 우리는 세 가지 목표사항을 생각하였다. 
  먼저 편리성을 보면, 편리성을 달성하기 위한 수단으로는, 이용자가 안전하게 사용할 수 있도록 하는 안전성과, 
  다양한 규격의 제품군에 적용할 수 있는 범용성을 생각할 수 있다. 그리고 이를 위해 우리는 내장형 구조와 설치식 구조 및 어플 연동을 사용할 계획이다. 
  그리고 신속성에서는, 고 토크의 모터 출력과 압축 시간의 최소화를 통해 목표를 달성할 수 있다고 생각한다. 
  마지막으로 정확성은, 일단 효율적이고 오차를 최대한 줄여 줄 수 있는 알고리즘이 필요할 것이고, 또한 적절한 센서를 사용해야 할 것이다.

개념설계안

제품의 설계사양은 담당역할을 기준으로 제어부, 측정부, 통신부로 나누었다.

제어부에서는 캔모아의 캔 압축을 수행하기 위한 동력장치로 고출력 모터를 사용하며, 기구학적 설계를 통해 효율적인 동력 전달 수행능력을 생각하였다.

측정부에서는 용적량을 측정하는 부속으로 중력 센서를 사용한다. 이 측정된 결과를 통해 LED에 적재량을 표시한다.

통신부는 LED 표시 및 App 데이터 전송을 담당하기 위해 임베디드 보드를 사용한다. 이용자는 쓰레기통에 부착된 LED뿐만 아니라 스마트폰을 통해서도 정보를 확인할 수 있다.

가. 압축방식

◇ 1. 수직압축 : 모터를 이용해 캔을 압축할 때 수직으로 압축하는 방안으로 모터의 동력을 래크피니언, 크랭크실린더로 사용하는 방안과 에어 컴프레셔를 통한 유압실린더로 사용하는 방안이 있다. 다양한 모양의 캔에 범용적 사용이 가능한 장점이 있고 단점으로는 캔 압축에 큰 힘이 요구 된다.

◇ 2.  수평 압축 : 모터를 이용해 캔을 압축할 때 수평으로 압축하는 방안으로 모터의 동력을 이용해 2번 압축 하는 방안과 캔에 구멍을 내 캔을 찢는 방안이 있다. 작동 범위가 작고 압축에 필요한 에너지가 작다는 장점이 있고 단점으로는 제품 동작부가 크고 복잡하다.

◇ 3.  평가 : 총점 = Σ(각 항목 가중치 * 각항목 순위)
             총점이 낮을 수록 우선순위 이므로 래크피니언 방식 사용 결정

나. 제어부

◇ DC모터 사용 : 제어의 편리성과 가격의 이점으로 인한 선택이다.
  캔을 압축하기 위해서는 힘 및 성능이 더 좋은 AC모터가 적합하다.

다. 측정부

◇ 캔의 출입과 모터 동작 시작 시기를 파악할 센서와 쓰레기통 용적률을 파악할 센서가 필요하다. 
   캔의 출입은 적외선 센서, 쓰레기통의 용적률은 Sonic sensor 가 필요하다.

라. 통신부

◇ 측정부의 각 센서와 모터드라이버와의 통신을 통해서 제품의 동작을 컨트롤 해줄 중앙 통신부
   CPU가 필요하다.
   센싱과 모터의 동작이 다소 고사양을 요구하기 때문에 라즈베리파이가 좀 더 적합한 제품이다.

상세설계

가. 압축방식

◇

나. 제어부

◇

다. 측정부

◇

라. 통신부

◇

조립도

가. 제어부

◇

나. 측정부

◇

다. 통신부

◇

자재소요서

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

◇https://www.quora.com/What-is-the-amount-of-the-force-I-need-to-crush-an-aluminum-can
◇http://www.electronicwings.com/raspberry-pi/raspberry-pi-pwm-generation-using-python-and-c
◇https://ntrs.nasa.gov/
◇NASA SP-8007, "BUCKLING OF THIN-WALLEDCIRCULARCYLINDERS", 
  NASA SPACE VEHICLE DESIGN CRITERIA, NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION

소프트웨어 프로그램 소스

내용