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2019년 12월 18일 (수) 23:50 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : '맞춤형 바운서'

영문 : 'Customized Bouncer'

과제 팀명

나 좀 쉬차

지도교수

이0일 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 안*성(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 정*용

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 임*빈

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 김*범

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

바운서의 속도와 움직임을 단순히 한 가지만 실행시키는 것이 아니라 사용자가 입력한 대로 여러 움직임을 구현할 수 있도록 설계한다. 맞춤형 바운서 제작을 위해 구동부의 기어 설계, 아두이노 센서를 이용한 제어프로그램 설정, 프레임 제작 등을 직접 본 개발에서 실시할 것이다. 사용자가 원하는 속도로 바뀌는 자동형 바운서가 기존에 없으므로 이를 본 프로젝트의 주된 차별화된 점으로 선정해 하나의 청구항으로 특허를 신청할 계획이다. 또한 이렇게 제작된 바운서가 시중에 판매될 정도로 기술의 완성도를 높여볼 생각이다.

개발 과제의 배경 및 효과

- 개발과제의 배경

출산율이 지속적으로 감소하는 가운데 국내 육아용품 시장규모는 해를 거듭할수록 꾸준히 증가세를 보이고 있다. 관련 업계 등에 따르면 2009년 1조2000억원이던 관련 시장규모는 2017년 2조4000억원으로 7년 새 두 배 가량 성장했다. 이유를 조사해본 결과, 자녀 한 명을 갖는 가정이 증가하고 있으며 자녀를 위해 아기 전용 놀이용품에 아낌없이 투자하는 일명 ‘VIB(Very Important Baby)’족들이 늘어남에 따라 관련 시장이 커지는 것으로 나타났다. 이를 통해 바운서 산업의 전망도 밝을 것이라 여겨지며, 기술적으로도 더 발전할 여지가 많은 제품이다.

기존의 바운서 사용 시 구매자들에게 생기는 불편한 점을 조사해본 결과, 자동형 바운서가 제공하는 움직임이 아이와 맞지 않다는 사례를 찾을 수 있었다. 이러한 점에서 착안하여 본 개발은 사용자가 원하는 속도와 움직임을 바운서가 제공하도록 구현하려 해본다. 또한 시중에 출시된 바운서들은 야외에서 사용하는 것에 어려움이 있다. 이것을 해결하기 위해 바운서를 유모차와 탈·부착 가능하게 설계하여 어느 장소에서나 사용할 수 있도록 만들 것이다.

- 개발과제의 효과

우선 바운서의 가장 큰 효과는 아기에게 편안함을 제공하는 것이다. 주로 아기를 재울 때 또는 육아담당자가 볼 일이 있을 때, 아기를 돌보는 용도로 쓰인다. 아기가 편안함을 느끼는 바운서의 진동속도는 아기마다 제각각 다른데, 맞춤형으로 속도를 제공함으로써 아기는 더 큰 편안함을 느낄 수 있다. 특히 아기는 부모의 심장박동과 유사한 운동으로 뇌 발달이 촉진된다. 요약해보면 맞춤형 바운서의 주된 장점은 타 바운서와 비교했을 때 더 큰 안정감을 주어 수면에 도움을 준다.

보호자의 스트레스에 대한 연구 결과, 유모차를 동반한 외출에서 보호자의 스트레스 호소가 증가한다는 논문이 있다. 본 개발에서는 유모차와 탈·부착이 가능하도록 바운서를 설계할 예정이며 이를 통해 야외에서도 바운서를 이용해 아기를 더 효과적으로 진정시켜 보호자의 스트레스 호소를 감소시킬 것이라 기대된다.

개발 과제의 목표와 내용

- 개발과제 목표

본 개발 과제의 기능적인 부분의 목표는 맞춤형 바운서의 장점을 최대한 살리기 위해 사용자가 입력한 속도와 움직임을 최소한의 오차로 바운서가 운동하도록 설계하는 것이다. 바운서는 아기를 대상으로 하는 제품으로 안전에 관한 부분 역시 중점을 둬야 한다. 따라서 바운서 설계 시 구조적으로 문제가 없는지 확인하며 외부의 충격과 아기의 하중으로부터 안전하도록 최적 설계 및 내구성이 강한 프레임을 활용할 예정이다. 추가적으로 바운서 사용의 편의성을 위해 유모차와 탈·부착이 가능하도록 하고, 내장형 스피커를 장착해 아기와 보호자가 더 편리함을 얻도록 설계하는 것을 목표로 한다.

- 개발과제 내용

위 그림은 맞춤형 바운서가 작동하는 과정을 간략히 나타낸 것이다. 첫 번째 과정은 사용자가 스마트폰을 통해 속도와 움직임을 조절하는 과정으로 이는 스마트폰에 내재된 자이로 센서를 통해 측정한다. 그 다음, 측정된 데이터를 바운서에 전송하는데 이 때 데이터를 기반으로 바운서의 움직임을 구현해주는 아두이노가 해당 데이터를 받는다. 전송 방법은 블루투스를 선택할 예정이다. 아두이노를 통해 스마트폰으로 측정된 움직임을 바운서가 최대한 유사하게 구현할 수 있도록 알맞은 변환방법을 설정한다.

위 그림은 유모차와 탈·부착 가능하고, 내장스피커가 포함된 바운서를 나타낸 것이다. 앞서 언급한 바와 같이 바운서를 실외에서도 사용할 수 있도록 설계하며 내장스피커를 통해 엄마의 심장박동 소리를 들을 수 있게 기능을 추가할 예정이다.

관련 기술의 현황

State of art

1. 자이로 센서

자이로(gyro)는 라틴어로 ‘회전하는 것’이라는 뜻으로, 회전하는 물체의 회전각을 센서를 통해 감지한다는 의미에서 자이로 센서라고 불리게 되었다.

원리

자이로 센서의 원리는 회전하는 팽이와 유사하다. 팽이가 회전할 때 회전축은 항상 지면과 수직방향이다. 자이로 센서 또한 회전 시 일정하게 유지되는 축이 존재하여, 물체의 기울기를 측정할 수 있다.

자이로 센서는 물체의 각속도의 값을 이용하는 센서다. 각속도는 물체가 회전 운동할 때 생기는 코리올리 힘(Coriolis Force)을 전기적 신호로 변환하여 계산할 수 있다. 여기서 코리올리 힘이란 운동하는 물체의 속도에 비례하며 운동방향에 수직인 힘을 의미한다.

※ 자이로 센서는 회전하는 물체의 회전각과 기울기 등을 알 수 있기 때문에 가속도나 충격의 세기를 측정하는 ‘가속도 센서’와 함께 사용되어 동작 인식을 효과적으로 할 수 있다.

자이로센서를 활용한 제품들

전망

자이로 센서는 다양한 분야에 도움을 주고 있지만, 특정 주파수 소음에 영향을 받는다는 취약점도 존재한다. 이를 이용하여 국내 연구진이 자이로 센서를 사용하는 드론을 무력화시키는 기술을 2015년에 개발했다. 물론 외부로부터의 드론 공격을 방어할 수 있다는 긍정적인 요소도 존재하지만, 이 부분에 대해서 확실한 논의가 이뤄져야 한다.

산업통상자원부 전망에 따르면 세계 센서 시장은 2012년 796억 달러 규모에서부터 2020년 1,417억 달러까지 성장할 것이라고 한다. 자이로 센서 또한 최신 IT 기기에 광범위하게 사용되는 경우 기술이기 때문에 지속적인 관심을 받을 것으로 예상된다. (출처: LG CNS 블로그)

2. IOT

사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술이다. 즉, 무선 통신을 통해 각종 사물을 연결하는 기술을 의미한다. 사물인터넷(Internet of Things)은 단어의 뜻 그대로 ‘사물 들(Things)’이 ‘서로 연결된(Internet) 것‘ 혹은 사물들로 구성된 인터넷이다.

GSM 협회는 IoT와 5G, 인공지능(AI)을 미래를 주도할 3대 기술로 제시했다. IoT는 5G, AI와 결합할 때 지능형 인프라로서 가치가 극대화된다.

기술 로드맵

특허조사

특허전략

1. 맞춤형 속도

아두이노를 이용하여 사용자가 원하는 속도로 설정 가능하게 하는 것이 3가지의 특허전략 중 가장 차별화된 특허전략이다. 기존 특허들을 확인한 결과, 인공지능을 이용한 바운서가 아기의 울음소리에 따라 속도가 달리진다는 점에서 유사하다. 하지만 이는 사용자가 직접 속도를 설정할 수 없으며, 바운서에 내장된 시스템에 의해서만 속도가 변동된다는 점이 다르다. 따라서 사용자가 직접 원하는 속도를 맞출 수 있도록 아두이노를 정밀하게 제어하는 것을 목표로 한다.

2. 고효율 최적설계

바운서가 아기의 하중을 잘 버틸 수 있도록 설계하는 것은 매우 중요하다. 하지만 바운서의 이용대상을 고려하면 경량화 하는 것 또한 중요한 부분이다. 따라서 같은 하중을 버티더라도 바운서의 총 무게를 줄일 수 있도록 설계하는 것이 고효율 최적설계 전략의 목표이다. 오랜 기간 수많은 운동에 의한 피로하중은 ANSYS를 이용해 분석하여 최소 5년간 이상이 없도록 한다.

3. 유모차와 탈·부착

시중에 나와 있는 바운서들은 야외에서 사용하는데 다소 제약이 있다. 바운서를 경량화시켜 유모차와 탈·부착이 가능하면 실외에서도 이용할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 유모차와 탈·부착 가능하도록 바운서를 만드는 것을 하나의 청구항으로 작성할 예정이다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

1. 맞춤형: 바운서의 속도, 높이를 육아 담당자의 데이터를 기반으로 구현하여 맞춤형으로 바운서를 이용할 수 있다.

2. 경량화: 바운서를 경량화하여 이동에 불편함이 없다.

3. 편리성: 유모차와 탈·부착이 가능하여 사용자에게 편리함을 제공한다.

경제적 및 사회적 파급효과

1. 경제적 파급효과

- 바운서와 유모차를 결합함으로써 따로 구매할 필요가 없으므로 소비자의 금전적 부담을 줄일 수 있다.

- 맞춤형 바운서를 제공함으로써 바운서의 움직임이 아기에게 적합한지 고민할 필요가 없다. (구매 후 바운서의 움직임이 아이에게 맞지 않아 재구매하는 경우가 줄어듦)

2.사회적 파급효과

- 대부분의 바운서가 수입제품인 기존 시장에서 국산 제품을 제공하여 바운서의 내수시장을 활성화 할 수 있을 것이라 기대된다.

- 기존 바운서가 주로 실내에서 사용되는 것과 달리 외출 시에도 사용할 수 있도록 구현하여 아기를 실외에서도 쉽게 안정시킬 수 있을 것이라 기대된다. (외출 시 육아 담당자의 스트레스 감소)

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

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

◇ 관련 기술 참고자료

(IoT)

(자이로스코프)

소프트웨어 프로그램 소스

내용

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 ===구성원 및 추진체계===
-[[파일:구성원 및 추진체계.jpg|가운데]]
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 ==설계==