6조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 청결 유지 운동용 벤치

영문 : Hygiene Maintenance Exercise Bench

과제 팀명

6조

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 조*효(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 최*빈

서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 김*수

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 최*영

서울시립대학교 신소재공학과 20214500** 이*송

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 본 제품은 사용자의 청소용품 준비 없이 본인이 사용한 운동용 벤치의 뒷정리를 하거나 사용 전 벤치를 소독하도록 한다.

◇ 소독티슈를 사용하는 자체 클리너 부가 벤치에 안정적으로 벤치에 고정되어 있어 사용자가 간편하게 벤치 사용 부를 닦을 수 있게 한다.

개발 과제의 배경

◇ 일반 운동용 벤치는 주로 사용자가 본인의 수건을 들고 다니며 이전 사용자의 땀을 닦는 방식이었는데, 이는 세균이나 바이러스 전파의 위험이 있고 사용자가 불쾌함을 느낄 수 있다.

◇ 기존 청소 방법은 사용자가 별도의 청소용품을 준비해야 하는 번거로움이 있어 사용자들이 위생 관리를 소홀히 하게 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 사용자가 간단한 작업으로 벤치를 닦을 수 있게 한다.

◇ 사용 후 결과가 일반 운동용 벤치와 비교했을 때 청결도가 우수하도록 한다.

◇ 제품의 안전성 및 안정성 측면에서 기존 벤치와 비교했을 때 불리함이 없도록 한다.

◇ 소독티슈를 사용하는 자체 클리너 부와 자동 휴지 처리 구조는 사용자가 별도의 청소용품을 준비할 필요 없이 간단한 작업으로 청소할 수 있게 해 사용자가 불편함 및 불쾌함 없이 벤치를 이용하게 한다.

◇ 최*영: 기초설계 및 세부 설계, 제품 제작 및 피드백, 최종 설계 확정

◇ 이*송: 기초 설계, 제품 제작 및 피드백, 최종 설계 확정

설계

설계사양

제품의 요구사항

- 사용자가 안전하게 이용할 수 있는가 [D]

- 소독 이후 벤치가 청결한가 [D]

- 사용자가 원할 때 문제없이 작동 되는가 [W]

- 사용자 운동시에 방해가 되지 않는가 [D]

- 작동이 복잡하지 않고 편리한가 [W]

설계 사양

내용

개념설계안

◇ 운동용 벤치 클리너에는 3가지 아이디어가 각 상품에서 차용된다.

- 성냥갑의 모형

- 손잡이 고정부 및 압력작용 면

- 양문형 스윙도어

위의 아이디어는 벤치 클리너의 부품중 벤치를 실질적으로 닦기 위해 움직이거나 소독티슈를 교체하는 구조에 사용되며, 사용되는 원리는 아래와 같다.

1. 성냥갑의 모형, 움직임 차용

성냥갑의 움직임 및 모형을 차용하여 소독 티슈를 맞물리게 잡을 수 있는 구조를 형상화 한다. 성냥갑 내부의 박스 밑면을 뚫어 소독티슈가 통과될 수 있게 하며, 성냥갑의 외부 면, 내부면이 휴지를 맞물려 잡으면서 소독티슈가 빠지지 않도록 하게 한다. 이로써 소독티슈는 박스에 잘 고정된 상태가 되고, 맞물리지 않은 소독티슈 부분이 벤치 위를 이동하며, 위의 땀과 이물질을 닦게 된다.

2. 손잡이 고정 및 압력 작용 면

지렛대의 원리를 활용하여 소독티슈 고정장치와 압력 작용 표면을 구축하였다. 레일 연결부에 축을 설치하고 손잡이가 벤치 위로 올라갈 때의 높이 차를 이용하여 축과 연결된 양쪽의 막대가 90도 회전하며 손잡이를 고정한다. 해당 고정장치를 이용하여 손잡이가 진행 방향의 반대 방향으로 움직일 때에도 소독 티슈가 빠지지 않도록 설계한다. 티슈와 맞물리는 부분이 충분하지 않기 때문에 고정장치 끝 부분에 지렛대의 원리를 이용하여 티슈의 아래 방향으로 압력을 작용하여 벤치의 적절한 소독을 유도한다.

3. 양문형 스윙 도어의 모형 및 움직임

양문형 도어는 양 손을 이용하여 밀거나 당겨 문을 열거나 닫는 모형이다. 해당 설계에서는 이러한 양문형 도어의 양쪽성 움직임을 적용하여 교체가 필요한 소독티슈를 바깥으로 밀어낸다. 고정장치의 뒤 편에 해당 장치를 설치하여 청소를 완료한 소독티슈를 바깥으로 밀어내어 소독 티슈의 교체 시, 사용자의 별도의 동작이나 힘을 필요로 하지 않고, 자동으로 이루어질 수 있도록 하였다.

◇ 개념 설계안 (3D 모델링)

위의 개념을 사용하여 대략적으로 완성한 3D 모델링은 다음과 같다.

그림 1. 벤치 전체 모형

위의 그림 1의 운동용 벤치에서 오른쪽에 나타낸 추가 구조물이 설계하고자 하는 구조물이다.

그림 2. 클리너 조작부 및 손잡이 상세

그림 2는 그림 1의 오른쪽 구조물 중 클리너 조작부의 3D 모델링 그림이다. 해당 조작부에는 위의 3가지 아이디어가 사용되는 부위로서, 실질적으로 소독티슈를 고정시켜 벤치의 이물질 및 땀을 닦게 해줄 수 있는 구조물이다. 성냥갑의 모형은 그림 2에서 민트색 연결부와 보라색 손잡이에 차용되었다. 파란색 디스펜서에서 나온 소독티슈는 손잡이로 당길 때 손잡이 뒷부분과 연결부가 맞물리면서 뽑힌다.

그림 3. 손잡이 고정 및 사용된 소독티슈 버리는 장치

그림 3의 a부분은 처음으로 돌아가는 방향으로 손잡이를 당길 때 손잡이가 움직여 소독티슈가 풀리는 것을 방지하기 위한 장치이다. 손잡이를 벤치 방향으로 당길 때 벤치 밑에서 세워져있다가 벤치 위로 올라오면서 90도 회전해 a의 막대가 눕는다. 막대가 누워서 손잡이 뒷부분과 닿으면 손잡이를 돌아가는 방향으로 당겨도 소독티슈가 풀리지 않는다. a 뒷부분의 넓은 주황색 판은 벤치 위로 올라올 때 소독티슈를 눌러줘 벤치가 잘 닦이게 한다. 그림 3의 b부분은 양문형 스윙도어에서 차용된 구조이다. 사용자가 벤치를 다 닦고 소독티슈를 버리려고 할 때 b가 열리면서 소독티슈가 알아서 버려지도록 설계했다. 손잡이를 벤치 방향으로 당길 때 벤치 위로 올라오게 되는데 b부분 위에 소독티슈가 얹힌다. 벤치 소독 후 손잡이를 시작 위치에 가져가면 b부분(양쪽에 있는 작은 주황색 판 두 개)이 열리면서 사용한 티슈가 버려지는 방식이다.

그림 4. 벤치 후면 부의 소독티슈 디스펜서와 지지대

디스펜서 지지대에 소독티슈 디스펜서를 고정해 안정하게 한다. 소독티슈가 버려지는 휴지통은 지지대 바닥에 설치하도록 한다.

위의 설명처럼 구조물이 작동하게 하고자 개념 설계안을 나타내었다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

◇ 구조물의 시뮬레이션 메커니즘은 다음과 같다.

1. 사용부의 손잡이를 사용자가 정방향으로 이동시켰을 때, 성냥갑의 움직임을 차용한 부위에 소독 티슈가 맞물리며 잡는다.

2. 티슈가 맞물린 후 손잡이부를 정방향으로 더 이동시킬 경우 티슈 고정부가 벤치의 바닥면에 의해 회전하며 손잡이부의 뒤 쪽을 막아주어 역방향으로 이동할 시에 티슈가 빠지지 않도록 한다.

3. 맞물려 뽑은 소독 티슈를 이용하여 벤치를 닦는다.

4. 소독이 끝나면 손잡이부를 당겨 원위치 시키는 동시에 고정부 후미의 장치가 작동하여 사용된 티슈를 떨어뜨려 버린다.

5. 성냥갑의 모형을 차용한 부위에 새 티슈가 자동으로 위치하여 소독 티슈의 교체를 자동화한다.

◇ 이론적 계산을 통해 핵심 부품인 고정부의 수치를 나타낸 것은 다음과 같다.

그림 5. 고정부의 수치를 나타낸 평면도

상세설계 내용

가. 조립도

◇ 제품의 전체 조립도는 다음과 같다.

아래는 전체 벤치의 3D modeling과 정면도, 측면도, 평면도를 나타내고 있으며, 각각의 치수는 정면도, 측면도, 평면도에 나타내었다.

그림 6. 제품의 3D 모델링 결과

그림 7. 제품 전체의 평면도

그림 8. 제품 전체의 평면도

그림 9. 제품 전체의 측면도

◇ 아래는 제품에서 각각의 소조립체가 소요되는 부분을 기재한 그림이다.

그림 10. 소조립체를 표시한 제품 전체의 평면도

소조립체의 목록은 다음과 같다.

- 레일부: 기존 기성품 (커튼 레일) 사용 (회색)

- 손잡이가 달린 클리너부 (보라색)

- 클리너를 지지시켜주는 지지부 (핑크색)

- 클리너를 고정 시켜주고, 마지막 단계에서 물티슈를 버려주는 고정(갈색) 및 처리부(오렌지색)

- 물티슈 디스펜서(빨간색)

- 디스펜서 고정부(투명 보라색)

- 벤치 몸체: 기존 기성품 사용(빨간색)

나. 부품도

◇ 부품으로 들어가는 요소는 다음과 같이 순서대로 손잡이가 달린 클리너부(보라색) / 클리너를 지지시켜 주는 지지부(핑크색) / 클리너를 고정 시켜주고, 마지막 단계에서 물티슈를 버려주는 고정(갈색) 및 처리부(오렌지색) / 물티슈 디스펜서(빨간색) / 디스펜서 고정부(초록색)으로 이루어져 있다.