강조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 반려동물 배변 밀봉 처리장치

영문 : A pet excrement sealer

과제 팀명

강조

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 20174500** 한** (팀장)

서울시립대학교 물리학부·과 20165500** 김**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20174500** 박**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20164500** 옥**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20154500** 정**

서론

개발 과제의 개요

반려견을 키우는 가정이 나날이 증가함에 따라 반려견 배변 처리 문제 역시 그 중요성이 증가하고 있다. 개를 키우는 많은 사람들이 반려견과 함께 산책을 하는데, 산책 중 반려견은 정해진 장소가 아닌 아무 곳에서나 대변을 본다. 반려견의 배설물은 그 주인이 치우는 것이 시민으로서의 기본 소양이다. 이 과정에서 사람은 손과 비닐 또는 집게로 배설물을 집고 봉투에 넣어 수거하여 처리한다. 사람의 손에 비닐을 덧대어 배설물을 집을 수는 있으나 그 과정에서 불쾌함을 느끼기 쉽고, 집게로 집는 과정에서는 집게가 더러워진다. 이러한 문제점을 해결하고자 배설물을 깔끔하게 수거하여 처리할 수 있게 하는 방안을 개발하고자 한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용 배변 봉투 리필과 실링이자동으로 이루어지므로 반려 동물의 배변을 수거할 때마다 배변 봉투를 집게에 설치하는 번거로움을 줄일 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용 편리하고 위생적인 배변수거를 통해 수거되지 않은 배변처리에 필요한 인력 절감에 따른 경제적 효과가 기대된다. 반려동물을 키우는 사람들이 반려 동물의 배변을 쉽게 수거할 수 있도록 함으로써 자발적인 배변 수거를 이끌어 성숙한 산책 문화를 형성하는 사회적 효과가 기대된다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

- 한*준(팀장): 도면 캐드 및 3D 프린팅 담당자

- 옥*훈: 아두이노 회로 및 프로그래밍 담당자

- 박*덕: 시제품 제작 및 보완 담당자

- 정*재: 시제품 제작 및 보완 담당자 a.k.a 비닐 실링 마스타

- 김*우: 시제품 제작 및 보완 담당자 a.k.a 비닐 주름 마스터

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

- 본체: 140mm*100mm*350mm, 두께: 20mm

- 집게 면적: 100mm*30mm 두께: 2mm

- 집게 길이: 500mm

- 디스펜서: 140mm*100mm*20mm 두께: 20mm

- 비닐 압축 스틱: 1. 10mm*10mm*120mm, 2. 10mm*10mm*80mm

개념설계안

전체적인 도면은 다음과 같다.

손잡이는 고정된 부분과 집게에 동력을 전달하는 부분, 총 두 부분으로 이루어져있다. 동력 전달 부를 악력을 이용해 당기면 집게다 닫히고, 악력을 풀면 집게가 다시 열리는 형식이다. 가장 끝에는 원통형의 집게가 달려있다.

그림1-(a)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　그림1-(b)　　　　　　　　　　　　　　　　그림1-(c)

그림 1-(a)는 손잡이와 집게이다.
그림 1-(b)는 집게를 감싸는 본체를 나타낸 것이다. 최상단에는 실링이 완료된 배변을 배출할 수 있는 여닫이문을 설치하였다. 
본체 하부 모서리에는 3개의 열선이 배치되어 있다.
그림 1-(c)는 특수제작 비닐 디스펜서로 본체의 하부에 장착이 될 수 있게 설계하였다

이론적 계산 및 시뮬레이션

◇ 필요 전력량

필요 전력량 계산 시 크게 두 부분[압축스틱 + 열선]으로 나누어진다. 배터리를 사용한 전력량을 계산하기 위한 공식은 다음과 같다.

사용되는 제품의 출력[W] = 실제 필요 전류[A] * 배터리 출력 전압[V] * 배터리 효율

이때 배터리 효율은 일반적인 수치인 70%를 이용하여 계산한다. 위 식을 이용하여 실제 필요 전류량을 계산하고 계산 결과에 따라 배터리 용량을 결정할 수 있도록 한다. 본체부에서 전력이 필요한 곳은 크게 내부 압축 스틱 모터, 외부 압축 스틱 모터, 열선으로 구성되어있다.

먼저 내외부 압축스틱 모터의 경우 정격전압은 6V로 고정되어 있지만, 기어비와 회전수에 따라 작동전류가 달라지므로 기어비와 필요 rpm을 계산한다.모터의 기어비는 1/298, RPM은 40rpm, 정격전류는 140mA를 사용하는 6V 소형 DC모터를 기준으로 계산하였다.

상세설계 내용

가. 조립도 및 부품도

◇ 본체

본체의 소재는 PP(폴리프로필렌)이다. 본체의 크기는 140mm*100mm*350mm이며 두께는 20mm를 갖고 있다. 본체 내부에는 비닐 압축 및 밀봉이 가능한 구동장치가 내장되어 있다. 또한 상단부에는 비닐팩을 꺼낼 수 있는 입구가 있어, 실링이 완료된 비닐은 출입구를 통해 외부로 배출할 수 있다. 본체의 아랫부분에는 비닐 디스펜서와 결합할 수 있는 홈이 있어 사용이 완료된 디스펜서를 분리 후 새 디스펜서로 탈부착할 수 있다.

◇ 디스펜서

디스펜서의 소재는 PP이다. 디스펜서는 그림 7(a)와 같이 140mm*100mm*20mm의 크기와 20mm 두께를 가지고 있다. 디스펜서 내부에는 그림과 같이 직사각형 도넛 형태로 비닐이 말려있다. 비닐의 두께는 0.1mm이고 길이는 25m이다. 비닐은 LDPE 소재로 110℃에서 녹는다.

◇ 실링부

실링부를 구성하는 열선과 비닐 압축 스틱은 각각 니크롬선과 PP이다. 실링부는 그림과 같이 본체 내부 벽면의 비닐은 압축하기 위해 2개의 압축 스틱이 한쪽 모서리에서 반대쪽 모서리로 이동하면서 압축되는 방식이다. 2개의 압축 스틱 중 단축에 위치한 압축 스틱은 고리 형태로 장축에 위치한 압축 스틱을 감싸는 형태이다. 집게가 실링부 위까지 이동하고 난 후 버튼을 눌러 작동시키면 단축의 압축스틱이 본체의 내경을 가로질러 이동하여 비닐을 압축하게 된다. 이후 장축의 압축스틱이 이동하면서 비닐이 열선이 있는 부분으로 몰리게 되고 전지에서 전원이 공급되어 니크롬선으로 흐르게 되면서 비닐을 실링하게 된다. 니크롬선으로 구성된 열선부는 총 3개로 중앙부의 열선은 최대 120℃까지 증가하여 비닐은 완전히 녹여 커팅을 하게 되고, 나머지 열선 2개는 110℃까지 올라 실링의 목적으로만 사용된다.

◇ 집게부

집게부를 구성하는 집게와 손잡이와 연결된 봉은 각각 스테인리스 철과 알루미늄이다. 집게부는 그림과 같이 집게의 바깥 부분에 스테인리스 철이 손잡이와 연결된 봉에 고정되어 있다. 내부의 있는 스테인리스 철은 손잡이 부분의 레버와 연결되어 있어 손잡이 부분의 레버를 당기게 되면 연결되어 있는 스테인리스 철이 손잡이 쪽으로 당겨지면서 집게가 닫히게 되는 구조이다. 손잡이의 레버를 놓게 되면 외부와 연결되어 있는 스테인리스 철의 탄성으로 당겨지게 되면서 자동으로 열리게 된다. 양쪽의 집게의 끝 부분은 긴 방향으로 연결되어 있고 끝 부분은 고무가 달려있어 비닐과의 마찰을 높였다.

제품 조립 순서 : 본체(실링부 내장) + 디스펜서 + 집게부

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

본체 내 회로 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 비닐디스펜서

본체　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 집게

프로토타입 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　기념사진

포스터

완료작품의 평가

향후계획

◇ 본 제품은 반려동물 배변을 산책 중에 효과적으로 처리할 수 있는 편리성을 갖추고 있다. 이는 산책 중, 배변 처리의 난이도와 접근성을 낮춘다. 이로 인해, 배변을 처리하는 반려인의 수가 늘어나고 결과적으로 반려인과 비반려인 간의 배변동물의 배설물로 인해 발생하는 갈등을 줄일 수 있을 것이다.

◇ 본 제품은 반려동물 배변 뿐 만이 아니라 사람의 손이 직접적으로 접촉하는 데에 위험성이 있는 물질의 처리에도 적용될 수 있다. ex) 유기물 등과 같은 위험 물질

◇ 아두이노 회로를 사용하기에 회로부의 무게와 부피가 크다는 단점이 있다. 이를 필요한 기능만 갖춘 PCB 기판으로 대체하면 훨씬 가볍고 부피가 작은 형태로 완성할 수 있을 것이다.

◇ 현재 프로토타입은 각 부품을 3D 프린팅으로 출력하기에 단가가 매우 높다. 전용 몰드를 제작한 후, 찍어내는 식으로 대체한다면 단가를 현저히 낮출 수 있을 것이다.

특허 출원 내용

내용

강조

목차