묵직

프로젝트 개요

기술개발 과제

일회용 컵에 담긴 내용물을 자동으로 처리해주는 쓰레기통

(Trash bin which automatically removes the contents of disposable cups)

과제 팀명

묵직

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2022년 3월 ~ 2022년 6월

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450015 박연수(조장)

서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450003 김건호

서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450009 김재윤

서울시립대학교 신소재공학부·과 2017450029 이창건

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

최근 takeout 일회용컵 사용량이 폭발적으로 증가함에 따라 공공장소에 구비된 쓰레기통에 음료가 담긴 채로 무분별하게 버려지고 있다. 음료가 담긴 채로 쓰레기통에 버려져 악취가 발생하는 문제를 해결하기 위해 음료를 따로 배출할 수 있는 음료 배출함이 따로 구비된 쓰레기통이 설치되었다. 하지만 기존 음료 배출함의 깔때기가 외부로 노출되어 있어 여전히 악취 발생의 문제를 해결하지 못한다. 이를 해결할 수 있는 방안으로 물을 사용하여 음료배출함의 깔때기를 세척하는 방식이 있으나 여전히 외부에 노출되어있을 뿐 아니라 지속적인 자원이 낭비된다.

따라서 폐기하는 부분을 음료 수거함 내부에 위치시킴으로써 기존에 문제가 되던 악취와 미관 저해 문제를 해결하고자 한다. 또한, 사람들이 음료를 직접 배출하여 버리는 것에 번거로움을 느끼지 않도록 컵을 지정된 위치에 올려놓고 작동버튼을 누르면 자동으로 레일을 통해 음료 용기를 내부로 들여 뚜껑을 제거하고 컵을 뒤집는 방식으로 내용물을 처리한다. 소형격자 필터에 의해 이물질이 걸러지며, 빈 용기와 뚜껑은 빗면을 가진 대형격자 필터에 의해 측면에 설치된 쓰레기통으로 이동한다.

개발 과제의 배경

-일반적인 재활용 쓰레기 수거함

길거리, 공원, 지하철 등에 구비된 분리수거함은 직육면체 혹은 원통형 틀에 비닐을 덮은 구조를 가진다. 비닐 내부의 쓰레기가 다 차게 되면 공공장소에 배치된 관리자 및 환경미화원에 의해 비워지고 새로운 비닐을 씌워 관리한다. 또한 이러한 수거함은 캔, 플라스틱, 유리, 일반쓰레기와 같이 분류되어 수거 공간이 존재한다. 이러한 수거함은 잔여물이 있는 테이크아웃 컵 처리가 어렵다. 따라서 컵 사용자가 잔여물을 비우지 않은 일회용 컵을 쓰레기통 내부 혹은 주변에 배출하여 여러 환경적 문제를 야기한다.

-음료배출구가 구비된 재활용 쓰레기 수거함

음료 잔여물을 폐기할 수 있는 배출구가 구비된 수거이다. 사용자가 마시고 있던 테이크아웃 컵에 잔여 음료가 있거나 혹은 얼음이 있는 경우 배출구를 통해 모든 내용물을 폐기한 후 재활용 수거함에 폐기하는 방식이다. 일반적으로 일반쓰레기, 플라스틱, 종이와 같이 구분된 수거함이 동시에 구비되어 있다. 각각의 수거함은 직육면체 혹은 원통형 틀에 비닐을 덮은 구조를 갖는다. 이 또한 공공장소에 배치된 관리자에 의해 가득 채워진 비닐은 수거되며 새로운 비닐을 씌운다. 이러한 방식은 사용자가 굳이 화장실을 찾아 가지 않고 그 자리에서 음료를 폐기할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 깔때기형의 배출구가 외부에 노출되어 있기 때문에 여러 사람이 사용한 뒤 시간이 지나면 악취 발생 등 위생적인 문제가 있다. 또한 사용자가 직접 뚜껑 제거 및 음료배출을 해야 하므로 손을 더럽히고 싶지 않은 사용자들은 내용물 배출을 하지 않고 그대로 수거함에 컵을 폐기하는 경우가 비일비재하다.

-컵의 내부 세척기가 장착된 일회용 컵 배출기

일회용 컵 배출을 용이성을 위해 음료 잔여물함, 뚜껑 및 빨대 등의 폐기부, 컵 세척부, 컵 수거부로 구성된다. 일반쓰레기 및 종이, 플라스틱과 같은 다른 수거함이 동시에 존재하는 것은 아니며 플라스틱 일회용 컵의 배출만이 가능하다. 잔여물함은 내부의 용량이 얼마나 채워졌는지 표시해주는 전자부를 포함하고 있다. 뚜껑 및 빨대 등의 폐기부는 사용자가 직접 분리하여 배출하는 방식이다. 이후 내용물이 비워진 컵을 아래로 향하게 하여 노즐로부터 나오는 물을 이용해 컵을 세척한 뒤 배출한다. 원통형 투입구를 이용해 컵의 적층을 유도하고자 함은 아니며, 일반 폐기함과 마찬가지로 내부에 비닐이 구비되어 내부에 무작위로 담아내는 방식이다. 이렇게 세척까지 마친 컵을 원통형 구조의 배출함에 투입하여 페기한다. 세척까지 마친 깨끗한 컵을 폐기할 수 있어 환경적으로 매우 유익하다. 하지만 사용자가 직접 뚜겅 분리 및 내용물 배출을 해야 한다. 또한 규모가 너무 크며 소비전력이 약 460W 정도로 크기 때문에 공공장소 배치에는 적합하지 않다.

일회용품 사용의 증가와 함께 공공장소에서 여물을 비우지 않은 일회용 컵의 배출이 증가로 인해 여러 환경적 문제가 야기되면서 일회용품 사용의 증가와 함께 공공장소에서 잔여물을 비우지 않은 일회용 컵 배출의 증가로 인해 여러 환경적 문제가 제기되어 왔다. 음료가 비워지지 않은 채로 폐기가 된다면 폐기 용기를 담게 되는 수거함마저 오염이 심각하며 재활용 가능한 상태의 1회용컵을 얻기가 쉽지 않다. 또한 사람들이 길거리에 음료를 남긴 채로 아무데나 투기함으로써 번화가의 길거리나 지하철역 등 여러 공공장소의 미관을 해치기도 한다. 또한 재활용의 환경적 문제가 세계적으로 제기되며 1회용품의 올바른 배출에 대한 중요성이 강조되었다. 이에 발맞추어 공공장소에 배치되는 수거함에도 폐음료를 수거할 수 있는 음료배출구를 구비하기 시작하였다. 또한 컵의 세척까지 완료한 1회용 컵을 배출하기 위해 서울산업진흥원, 부산은행본점 등에는 컵 척기가 구비된 일회용 컵 수거함까지 시범적으로 사용되고 있다. 음료깔때기는 외부에 크게 노출된 음료배출구로부터 악취가 날 수 있으며, 해당 구멍으로 일반쓰레기 등이 투입되는 경우가 있다. 하지만 이 방식 모두 사용자가 직접 뚜껑을 제거하고 음료를 배출하여야 한다. 따라서 음료배출구를 수거함 내부로 내장시키며, 1회용컵을 투입하면 자동으로 뚜껑을 제거하고 음료를 배출해 줄 수 있는 수거함을 개발하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

-개발목표

기존 음료 수거함의 깔때기는 외부에 노출되어 있어 쉽게 오염되며 위생의 문제가 존재한다. 이를 해결할 수 있는 방안으로 물을 사용하여 세척하거나 뚜껑을 구비할 수 있지만 여전히 외부에 노출되어 있으며 지속적인 자원이 낭비된다. 따라서 폐기하는 부분을 음료 수거함 내부에 위치시킴으로써 기존에 문제가 되었던 위생을 해결하고자 하였다. 또한, 사람들이 음료를 직접 버리는 것에 대한 번거로움을 느끼지 않도록 컵을 지정된 위치에 올려놓으면 자동으로 음료컵의 뚜껑을 제거 후, 내용물을 처리하고 빈 컵을 배출하는 방식으로 이를 해결하고자 한다.

개발내용

1. 공공장소에서 테이크아웃을 위한 일회용 잔 페기를 위한 장치이다. 테이크아웃 잔은 플라스틱을 주로 사용하므로 컵을 투입하는 구멍이 존재한다. 또한 테이크아웃 잔의 내용물을 담을 수 있는 폐수통도 설치된다.

2. 컵을 투입하고 작동버튼을 누르면 15cm정도 아래까지 컵을 내릴 수 있는 캐터필러와 같은 동력 장치를 구비한다. 테이크 아웃용으로 사용되고 있는 가장 작은 사이즈의 컵이 7~8cm정도이며, 가장 큰 사이즈는 약 16cm가 주류를 이르고 있으므로 컵홀더 삼면의 높이를 10.5cm, 나머지 한 면의 높이를 6.5cm로 설정한다.

3. 컵 홀더에는 모터와 레일이 달려 컵을 일정 부분 찌그러트린다. 이를 통해 뚜껑의 제거를 용이하게 만드는 동시에 컵의 음료를 배출할 때 컵이 아래로 떨어지지 않게 고정한다.

4. 이후 컵을 하단으로 내리면서 뚜껑을 제거할 수 있는 스프링이 내장된 막대를 구비한다.

5. 스프링이 내장된 막대의 끝부분은 갈고리 모양으로, 이는 뚜껑을 효과적으로 제거하는 용도로 사용된다.

6. 음료가 배출된 후, 컵의 고정 장치가 풀리며 남아있는 빈 용기를 발명품 내부에 위치한 쓰레기통으로 보내는 장치를 구비한다.

7. 장치의 아랫부분에는 2중 필터가 내장되어 있어, 컵에 섞인 이물질과 얼음을 차례로 필터링한다

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 기존의 음료수 배출이 가능한 쓰레기통과 비교하여 음료를 버리는 부분이 쓰레기통 내부에 위치하여 쓰레기통의 위생성이 증가되고 악취가 나지 않음.

◇ 뚜껑 제거부 내부에 스프링 및 선형 베어링 구조를 도입하여 뚜껑을 제거하기 때문에 컵의 크기에 상관없이 컵의 배출이 가능하다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 대부분의 사람들이 테이크 아웃잔의 내용물을 제거하지 않고 그냥 버리는 경우가 많다. 그렇게 되면 해당 쓰레기통의 내용물로 인해 악취가 나며 추후 쓰레기 관리가 힘들다. 하지만 본 발명품의 경우에는 자동으로 내용물을 내부에서 제거해주기 때문에 언급한 문제의 개선이 가능함.

◇ 컵 내부의 액체를 자동으로 처리해주기 때문에 사람들의 편의성을 높일 수 있고, 쓰레기통 주변의 미관 저해를 방지할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

-김건호 아이디어 구성 및 3D 도면 설계

-김재윤 재료 구매, 전자부 회로 설계

-이창건 전자부 제작 및 성능 평가

-박연수(조장) 전체 일정 조율, 재료 선정, 부품 설계 제작

설계

설계사양

제품의 요구사항

제품 평가 항목 및 내용

◇ 평가 기준

-컵을 배출하는 cycle의 시간이 적은가
-전력을 적게 사용하는가
-다양한 크기의 일회용컵의 뚜껑을 안정적으로 제거할 수 있는 
-컵의 내용물을 완전히 배출할 수 있는가
-내용물을 배출한 컵을 안정적으로 밖으로 내보낼 수 있는가
-액체를 제외한 이물질을 필터를 통해 여과시킬 수 있는 정도
-외부환경(온도,습도,충격)에 대한 내구성이 좋은가

◇ 평가 내용

◇ 컵을 배출하는 cycle의 시간이 적은가

-> 컵을 배출함에 있어 한 사람이 사용하고 바로 다음 사람이 사용해야하기 때문에 한 cycle의 시간이 적어야 한다. 따라서 최소 10초 안에 컵 내용물의 배출이 가능하도록 할 것이다.

◇ 전력을 적게 사용하는가

-> 전력을 크게 하면 사용하는데 전기사고에 의한 위험성이 존재하고, 전력에 대한 비용이 증가하기 때문에 전력을 최소화 해야한다.

◇ 다양한 크기의 일회용 컵의 뚜껑을 안정적으로 제거할 수 있는가

-> 컵의 뚜껑이 제거되어야 빠른 시간안에 내용물의 배출이 가능하다. 따라서 최대한 다양한 크기의 컵 뚜껑 제거 성공률이 높아야 한다.

◇ 컵의 내용물을 완전히 배출할 수 있는가

-> 컵 뚜껑제거와 이어지는 내용으로 공중에서 컵을 뒤집은 채로 고정하여 얼음을 비롯한 내용물이 아래로 다 떨어진 후, 컵의 고정이 해제되어야 한다.

◇ 내용물을 배출한 컵을 안정적으로 밖으로 내보낼 수 있는가

-> 컵의 배출은 각도가 있는 필터를 통해 수행한다. 이때, 컵이 필터에 걸리거나 점성에 의해 고정되지 않고, 빠른 시간안에 외부로 배출되어야 한다.

◇ 액체를 제외한 이물질을 필터를 통해 여과시킬 수 있는 정도

-> 발명품의 맨 밑부분은 액체 수거통이 존재하여 액체만을 보관해야한다. 컵의 내용물로는 휴지와 얼음등 액체가 아닌 이물질이 존재하므로 필터를 통해 해당 이물질을 최대한 거를 수 있어야 한다.

◇ 외부환경(온도,습도,충격)에 대한 내구성이 좋은가

->해당 발명품은 사람이 많이 지나다니는 공공장소, 공공시설에 설치될 예정으로 야외에 설치되어야 한다. 따라서 외부 날씨나 충격에 의한 내구성이 좋아야 할 것이다

설계 사양

개념설계안

◇레일부

컵과 컵 고정 장치를 포함하는 홀더부의 상하 움직임, 회전을 가능케 하는 레일부. 레일부에는 상단의 하나의 DC 모터가 회전하며 나머지 하단의 바퀴는 상단부 모터 힘에 의해 회전한다. 레일부는 캐터필러와 유사한 모형으로 되어있으며 쓰레기통 측면 프레임에 레일의 중앙부를 결합시켜 장착한다.

◇컵 홀더부

시중에서 사용되는 일회용 테이크 아웃잔을 기준으로 적절한 규격을 설정한다. 컵홀더의 오른쪽 측면부에는 모터가 존재하고 컵홀더의 외곽부는 일정한 두께를 가진다. 모터가 회전하면 모터의 팔이 원형으로 움직이며 컵을 고정하게 된다. 또한 보라색 부분을 컵 받침으로 설치하여 컵이 받는 힘의 면적을 줄여 컵이 더욱 잘 찌그러지게 한다. 컵 홀더 앞쪽면에는 휠렛을 준 구조(곡률)를 사용하여 컵홀더가 내려갔다가 올라올 때 스프링이 내장된 뚜껑제거 장치가 컵홀더에 걸리지 않고 부드럽게 뚜껑제거부 바디로 들어갔다 나왔다 하면서 컵 홀더가 시작 위치로 돌아가게끔 한다.

◇프레임부

프레임부는 약 45cmx60cmx100cm의 크기로 제작하며 상단에는 구멍이 있어 컵홀더가 돌출된다. 이부분을 통해 컵을 놓을 수 있다. 프레임 뒷면에는 ON/OFF를 위한 스위치가 있으며 측면에는 필터와 연결되어 내용물을 배출한 컵이 필터로 떨어져 경사를 타고 폐용기 수거함으로 연결되게 하는 구멍이 존재한다.

◇뚜껑 제거 장치

스프링과 갈고리를 활용하여 제작한다. 갈고리는 수직 위방향으로 나와있어 컵이 아래로 이동하면 뚜껑 부분의 단차에 걸려서 뚜껑을 제거할 수 있도록 한다. 하나의 갈고리로 여러 사이즈의 컵 뚜껑을 제거해야 하기에 탄성이 어느 정도 있는 재료를 활용하여 제작한다. 스프링의 경우 뚜껑 제거 장치의 팔 부분 프레임을 두 부분으로 나누어 연결하는데 사용한다. 이를 이용하는 이유는 여러 컵 사이즈를 제거해야 하고 컵 홀더가 위로 올라갈 때 갈고리에 걸리지 않게 하기 위해서이다. 갈고리 부의 아래 부분은 위와 같은 이유로 곡선 형태로 제작한다.

◇필터부

상단에는 격자가 큰 1차 필터가 20도 각도로 비스듬히 설치되어 음료가 완전히 배출된 용기가 옆에 설치된 쓰레기통으로 자연스럽게 굴러갈 수 있도록 한다. 하단의 2차 필터는 격자가 촘촘하여 컵 내부에 이물질을 필터링한다. 이를 통해 음료를 제외한 다른 물질은 음료 보관함에 들어가지 못하도록 한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

◇ 컵 사이즈 측정 결과

최대 컵 크기 (메가커피 기준) - 최대 높이: 22cm - 뚜껑 제외 높이: 18cm - 지름: 11cm - 무게: 26.g

최소 컵 크기 (스타벅스 tall 사이즈) - 최대 높이 12cm - 뚜껑 제외 10cm - 지름: 9.5 cm - 무게: 13.0g

◇ 캐터필러 가동 범위

- 대략 컵의 바닥으로부터 6cm위를 고정시켰을 때 충분한 변형이 일어남. 시중에 나와있는 다양한 규격의 컵을 고려해 봤을 때 최대 높이를 가진 메가커피를 기준으로 대략 22cm정도의 z축 길이를 가지도록 캐터필러를 설계하였다.

◇ 사용 서보 모터 MG 996R

- 6V 최대 전압 인가시 돌림힘 11kg/cm - 축으로부터 모터 팔 약 8cm → 1.375kg/cm - 팔이 짧으면 컵을 균일하게 고정하지 못하고 팔이 길면 힘이 약해지기 때문에 다양한 팔 길이로 TEST 한 결과 축으로부터 모터 팔이 약 8cm 일 때 최적의 결과를 나타냄.

모터의 축에 연결된 팔이 원형운동을 통해 컵을 고정하는데 모터에 연결된 8cm 길이의 팔과 컵이 찌그러지는 최적의 각도에 대한 다양한 test를 해본 결과 컵 홀더의 앞면을 20도 각도로 하는 것이 최적의 결과를 나타냄.

◇ 필터 각도

컵이 필터로부터 10cm위에서 떨어진다고 했을 때, 프레임 하부에 위치한 필터의 각도가 15도 이상에서 컵을 문제 없이 측면으로 이동시킬 수 있음을 확인하였다. 필터의 각도가 클수록 하강 속도나 재현성 측면에서 좋지만 그만큼 프레임의 높이를 많이 차지하기 때문에 공간 소모가 크다. 따라서 필터의 각도를 15도로 설정하였다.

상세설계 내용

조립도

-전체 프레임

-프레임 부는 크게 음료 제거 공간과 음료 수거통, 테이크 아웃 컵 수거통으로 구성된다.

-음료 제거 공간에는 큰 규격의 필터를 15도 각도로 설치하고 작은 규격의 필터를 프레임 바닥면과 수평하게 설치하여 음료 수거통과의 공간을 나눈다.

-테이크 아웃 컵 수거통의 경우 음료 제거 공간과 큰 규격의 필터로 연결 될 수 있도록 설치한다.

-뚜껑 제거부

-기존의 컵 배출장치는 무동력 혹은 동력으로 나눌 수 있다. 무동력의 경우 한 종류의 컵만을 사용해야 하기 때문에 다양한 크기의 컵을 넣을 수 없다는 단점이 존재한다. 기존의 동력 배출 장치의 경우 다양한 종류의 컵의 배출이 가능하나, 시스템이 과도하게 복잡하여 비용이 증가한다. 본 발명품의 경우에는 동력을 사용하되, 전자부를 최대한 줄여 전체 시스템을 단순화하는 동시에 뚜껑 제거 시엔 무동력을 사용하는 방식을 사용하였다.

-스피링을 도입하여 컵의 크기에 상관없이 컵의 배출이 가능하도록 하였으며 선형 베어링 구조를 뚜껑 제거부에 도입시킴으로써 마찰력을 줄여서 컵홀더가 뚜껑 제거부를 맞닿고 지나갈 때 벽면에 고정되어 있는 뚜껑 제거부의 헤드가 매끄럽게 바디 속으로 들어갔다 나올 수 있도록 하였다. 또한 컵홀더의 상승 움직임에 헤드가 막히는 것을 막기 위해 경첩과 토션 스프링을 활용하여 문제를 해결하였다.

-캐터필러 및 컵 홀더

-캐터필러의 경우, 레일 파츠의 경우 적절한 단단함과 신축성이 필요하기에 고무 레일과 직접 제작한 플라스틱 레일 파츠를 번갈아 가며 조립하여 레일을 제작한다.

-모터를 단단히 고정하기 위해 모터 고정용 축을 제작 후 기어에 조립한다.

-레일 파츠 중 2개는 특수한 목적을 위해 제작하여 조립하였다. 2개 모두 컵 홀더와의 고정을 목적으로 하며 하나는 나사를 이용하여 기계적 결합을 하기 위해 나사구멍을 뚫어두고 나머지 하나는 중간 곡률 부분으로 인해 고정이 되면서도 잠시 떨어져 있을 필요가 있기에 우레탄 줄이 들어갈 부분과 자석이 들어갈 부분을 따로 제작하여 조립한다. 자석 고정의 경우 3D 펜을 활용한다.

-컵 홀더의 경우, 모터를 장착할 부분을 따로 제작하고 레일과 고정할 부분을 위해 뒤쪽 벽면에 나사 구멍을 뚫은 후 레일과 연결을 한다. 또한 자력을 활용하기 위해 자석 레일과 연결되는 부분에 자석을 설치한다.

-조립순서

-프레임을 제작하고 필터 연결부, 컵 홀더 상승용 구멍 및 정렬 장치를 제작한다.

-캐터필러를 연결 할 모터를 프레임에 부착한다.

-캐터필러와 컵 홀더를 연결한 후 캐터필러 레일을 프레임에 장착된 모터와 연결한다.

-뚜껑 제거 장치를 프레임에 장착한다.

-음료 수거통을 설치하고 여닫이 문을 설치한 후 전자 회로를 연결해준다.

부품도

컵 홀더

- 컵 홀더 3D printing으로 제작하고자 하였으나 비용(한번 printing할 때 10만원)을 고려하여 포맥스를 이용하여 컵 홀더 제작

- 포맥스는 PVC 재질을 발포 압출한 재료로 폼보드보다 강도가 강하여 컵 홀더 제작 재료로 선택

- 앞면은 휠렛(곡률) 을 주어 뚜껑제거장치의 헤드부와 맞닿게 되어 발생하는 마찰을 최소화하기 위해 포맥스로는 구현이 어렵기 때문에 3D printing으로 따로 PLA 재질의 앞면 출력

- 용수철과 스위치를 활용한 자동 인식 시스템을 제작하여 컵이 들어오면 알아서 스위치가 리도록 설계

⁃ 장치 작동 시작 버튼

⁃ 초음파 센서(초안), 감압 센서(후보)

■ 초음파 센서: 쓰레기통 프레임과 연결, 컵 홀더 아래부분에 연결, 컵 구별 용으로 사용

■ 감압 센서: 키트로 완성 되어 있는 것 사용 (https://www.icbanq.com/P012834753)

■ 블루투스 모듈: 선을 줄이기 위해서 필요

■ 배터리: 센서는 배터리로 전원을 공급

⁃ 캐터필러와의 결합부 (볼트와 너트 사용 - 분리 용이하도록)

⁃ 컵 고정 장치: 양방향 샤프트가 달린 모터와 기어, 레크 사용

■ 홀더 밑면에 모터 고정시키고 샤프트 끝에 기어를 고정시킴

■ 기어의 크기는 고정 장치가 홀더 측벽 7cm 부근에 올 수 있는 크기로 설정

■ 레크에 고정용 축을 달고 이를 전 후로 움직여서 고정을 시킴

◇ 쓰레기통 프레임

- 경첩이 달린 쓰레기통 뚜껑: 홀더가 아래로 내려갈 경우 추가적인 모터 없이 내부 공간이 노출되지 않도록 하기 위해서 장착.

- 쓰레기통 프레임의 경우, 내방수성과 내부식성과 비용 등을 고려하여 플라스틱으로 설계하였으나 프로토타입 제작 시 가공성을 고려하여 MDF를 활용하기로 결정

◇ 뚜껑 제거 장치 갈고리부: 컵이 아래로 이동시 고정된 갈고리를 통해 뚜껑 제거 (어느 정도의 탄성이 필요) 또한 경첩을 달아서 컵 홀더의 상승 움직임에 방해물이 되지 않도록 하며 경첩에는 토션 스프링을 달아서 컵 홀더가 다시 내려오면서 뚜껑을 제거해야할 경우 갈고리부가 정위치로 이동하여 컵 뚜껑을 제거할 수 있도록 하였다. 마찰력을 최소화 하기 위해 베어링 볼이 들어 갈 수 있는 칸을 만들어두었다.

⁃ 스프링부: 홀더가 컵을 버리고 위로 이동시 갈고리부가 걸리지 않도록 하기 위해서 사용

내부에 스프링을 장착 할 수 있도록 하여 여러 규격의 컵이 들어오더라도 뚜껑 제거 장치가 제 역할을 할 수 있도록 설계하였다. 또한 볼베어링 시스템을 도입하여 갈고리 부의 베어링 볼이 구를 수 있는 레일을 도입하여 마찰력 감소하도록 고안하였다.

소프트웨어 설계

-회로도

-아두이노 코드

-전자부 작동 순서

자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

-프로토 타입 완성 사진

-작동 과정

1. ON/OFF스위치를 누르면 ON상태로 되며, 택트 스위치를 누르면 컵홀더의 서보 모터가 컵을 고정하면서 1 cycle이 실행된다.

2. 캐터필러부가 돌면서 컵홀더를 아래로 내리게 되고, 이 과정에서 프레임부 측면에 있는 뚜껑 제거부가 컵홀더의 뚜껑을 제거한다.

3. 캐터필러가 계속 회전하면서 컵 홀더를 뒤집고, 이 과정에서 컵 안의 내용물이 아래로 배출된다.

4. 컵 홀더가 뒤집어지면 잠시 대기 후, 서보모터의 고정이 해제되며 컵이 아래로 떨어지게 된다.

5. 캐터필러가 역회전하며 컵 홀더를 다시 초기 상태로 위치시킨다. 이때 토션 스프링으로 인해 뚜겅 제거부의 바디가 위로 꺾이며 컵 홀더의 움직임을 방해 하지 않는다.

포스터

완료작품의 평가

1. 초기 과제의 목표를 달성하였는가?

초기 과제의 목표인 음료배출구를 내부로 도입하고, 투입구에 컵을 놓으면 자동으로 음료배출이 내부에서 이루어지며, 음료통과 컵 보관함을 탈부착식으로 설계하여 관리를 용이하게 하고자 하였고 이를 달성할 수 있었다. 하지만 투입구에 컵을 넣고 사용자가 버튼을 눌러야 한다는 점에서 18점을 부여하였다.

2. 프로토 타입이 과제를 잘 나타내는가?

프로토타입 제작을 통해 과제 대부분의 설계 목표를 구현하였으며, 과제의 핵심 작동원리, 형태 등을 잘 구현하였기 때문에 과제를 잘 나타낸다는 점에서 20점을 부여하였다.

3. 심미성이 좋은가?

제작품이 쓰레기통이라는 특성상 심미성을 추구하기는 힘들었다. 뿐만 아니라 가공의 용이성을 위해서 프레임을 목재로 사용하였기 때문에 심미성이 떨어져 15점을 부여하였다.

4. 보는이가 과제를 한눈에 이해할 수 있는가?

과제의 작동원리가 간단하고, 작동 알고리즘 및 구조가 복잡하지 않고 단순하기 때문에 보는이가 과제를 한눈에 이해할 수 있기 때문에 20점을 부여하였다.

5. 조원 모두가 참여하였는가?

조원 모두가 설계에 각자 맡은 바 열심히 참여하였기 때문에 20점을 부여하였다.

향후계획

1. 컵 고정 보완

1-1). 서브 모터 보완

토크가 강한 서브모터를 이용하여 컵의 변형을 확실히 함

1-2) 컵 고정 방식 개선

기존 레크 피니언 아이디어를 착안하여 그대로 이용.

2. 뚜껑 제거부의 헤드부 개선 다시 끝 부분을 sharp head로 솟아오르게 만들어. 두껑 둘레가 얕은 컵도 제거 가능하게 함

3. 캐터필러 고정부 수정 제안 컵 홀더 또한 3D 프린터로 제작. 뒷면에 샤프트 축을 여러개 배치하여 뒷면 자체가 그냥 레일이 되게끔 함.

(이 구조는 래크 피니언 고정방식과 병행하기는 힘들고, 기존 회전팔 고정 방식일 경우에만 유효함)

4. 컵 투입구 부분에 경첩을 달아 장치의 작동 과정 중에 내부가 노출되지 않도록 함

5. 시간적 경제적 여유 및 가공이 용이하다는 조건하에 외부 frame 소재 변경

-현장 조사

-참고 문헌

음료 전용 수거함 및 이를 포함하는 재활용 쓰레기 분리 수거함

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일회용컵 분리수거장치

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일회용 컵 분리 배출 장치

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일회용 컵 분리배출 장치

등록번호:10-1820342 등록일자:2018년01월15일

[1] 플라스틱 일회용 컵, 재활용 방안 찾아야, 송진영 기자,http://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0700&key=20180207.22021001617

[2] 음료컵 전용 수거함 설치 8개월...사실상 ‘유명무실’, 김수강, https://www.yna.co.kr/view/MYH20180617004200038

[3] 광주 지하철역, 쓰레기통 얼음컵에 ‘골머리’, 조진용, https://jnilbo.com/view/media/view?code=2021071210255558336

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