"영운아해조"의 두 판 사이의 차이
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| − | + | 본 조는 기존의 열차-플랫폼 간격을 완벽히 차단하지 못하는 자동안전발판을 대체할 틈새 차단 기능이 더 우수한 자동 안전 발판 방안에 대하여 고민해 보았다. 이에 열차-플랫폼 간격에 따라 발판에 탑재된 접촉 감지 센서를 통해 틈새를 기존보다 완전차단할 수 있는 열차-플랫폼 틈새 차단기를 고안하였다. 이를 통해 열차-플랫폼 틈새가 차단되며 물품 분실 사고 및 발빠짐 등의 안전사고를 예방할 수 있다. | |
| + | [[파일:영운배치모식도.png]] | ||
| + | 그림1은 실제 지하철역에서의 예상 배치도를 나타낸다. 설계 초기 발명품을 플랫폼 하단에 매립형 배치하는 것을 고려하였으나, 설치 초기비용이 많이 발생하여 경제성 측면에서 부적합하다고 판단하였다. 이에 본조는 스크린 도어 외부 플랫폼 공간을 활용하여 해당 공간에 틈새 차단기를 배치하는 설치형을 고안하였다. | ||
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| + | 설치형 방식의 제품 배치는 다음과 같다. | ||
| + | (1) 모터 구동부를 통로 바깥쪽에 배치 (2) ‘열차-플랫폼 틈새 차단기’를 플랫폼 바닥과 밀착시켜 배치 | ||
| + | 이와 같은 방식으로 배치한다면 모터 구동부가 통로 바깥쪽에 위치함으로써 통행 방해 요소가 최소화 | ||
| + | 됨과 동시에 모터 구동부가 사람의 발에 치이는 등에 경우가 발생하지 않아 고장 발생 요소가 줄어드는 효과가 발생할 것이다. 플랫폼 바닥과 발명품이 밀착되어 설치된 배치는 사람이 발명품의 상판을 밟았을 때 가해지는 하중을 플랫폼 바닥에 분배되는 효과를 얻어낼 수 있다. | ||
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| + | [[파일:영운상부모식도.png]] [[파일:영운3D모델링.png]] | ||
| + | 위 그림2,3은 설계하려는 제품의 모식도 및 3D 모델링을 나타낸다. 전체적인 구조는 양옆의 모터 구동부와 가운데에 위치한 강판 세 층, 그리고 접촉 감지 센서로 이루어진다. 강판 세 개의 층은 각각 하판, 발판, 상판으로 이루어져 있으며, 하판은 기존 플랫폼 바위땅 위에 그대로 배치한다. 하판은 발판과 전체적 구조를 안전하게 지지해주는 동시에, 울퉁불퉁한 플랫폼 표면을 고려하여 매끄럽게 발판이 전진할 수 있도록 하는 역할을 부여하였다. 하판의 가로 너비는 지하철 역 스크린도어의 너비 및 열차의 너비와 같으며, 세로 너비는 스크린도어 바깥 쪽 돌출되어있는 플랫폼의 너비와 같다. 하판은 전체적 구조의 무게를 플랫폼과 함께 지지해주는 역할을 하므로 이를 고려하였을 때 하판의 두께는 약 2mm로 설정하였다. | ||
| + | 하판 상부에 위치하는 발판은 모터 구동부에 연결된 톱니와 연결되어있으며, 모터와 함께 톱니가 돌아가기 때문에 이와 연결된 레일을 따라 발판이 앞뒤로 동작할 수 있다. 발판과 톱니의 연결부는 레일 홈으로 구성하고, 이는 그림 2에 모식도로 나타내었다. 강판과 모터 구동부가 겹치는 부분 (그림 2 좌측)이 레일의 위치이며, 톱니가 레일 위에서 앞뒤로 움직임에 따라 발판도 움직인다. 발판의 가로 및 세로 너비와 두께는 하판과 동일하다. 발판 상부에 위치하는 상판은 하부 판들을 보호해주고, 발판이 앞으로 전진하였을 때 생기는 빈 공간을 가려주는 역할을 한다. 또한, 상판의 양옆은 모터 구동부를 보호하는 직사각형의 판에 용접을 통해 고정한다. 이로써 상판이 사람의 무게에 의해 하부로 꺼지는 것을 방지하고, 발판의 표면과 미세한 틈을 생성해 매끄러운 발판 이동을 의도한다. 상판의 가로 너비는 나머지 하판의 너비와 같으며, 세로 너비는 모터구동부의 너비와 동일하게 설정한다. 현재, 상판의 세로 너비는 전체 플랫폼 세로 너비의 약 절반으로 예상되는데, 이럴 경우, 의도하지 않은 불필요한 턱이 생길 수 있으므로 이는 경사가 있는 모서리로 강판을 제작하여 불편을 최소화하도록 한다. 그림 2에 파란 사각형으로 표현한 감지센서 2개는 발판 양 측면 끝에 각각 위치한다. 본 센서는 발판이 전진하여 지하철 열차와 맞닿았을 때, 접촉 감지를 하여 이를 모터 구동부로 신호를 전달하는 역할을 한다. 센서는 고무 재질로 된 포장층으로 보호되어있으며 고무 재질 보호층이 열차와 부딪히면 연쇄적으로 고무가 센서 접촉부를 터치하며 신호가 모터 구동부로 전송되는 원리이다. | ||
===이론적 계산 및 시뮬레이션=== | ===이론적 계산 및 시뮬레이션=== | ||
2023년 12월 25일 (월) 19:34 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 지하철-플랫폼 틈새 간격을 완전 차단하는 안전 장치
영문 : Safety device that completely blocks the gap between subway and platform
과제 팀명
영운아해조
지도교수
김현식 교수님
개발기간
2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 민*운(팀장)
서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 노*빈
서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 박*현
서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 박*혁
서울시립대학교 신소재공학과 20184500** 조*균
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
본 개발 과제는 스텝모터를 아두이노에 연결하여 발판의 전·후진을 제어한다. 발판의 가장자리에 설치된 압력센서를 통해 지하철과의 접촉을 감지하여 발판이 멈추도록 설계된 시스템으로 지하철-플랫폼 간 틈새를 완전 차단할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다. 2개의 스텝모터에 톱니를 결합하고 발판에 부착된 렉과 맞물려 회전할 수 있도록 하여 발판의 이동을 가능케 한다. 상판 및 하판이 발판과 롤러를 사이에 두고 밀착된 구조로 상판과 하판을 지면에 고정하고 해당 구조가 발판에 가해지는 무게를 지탱하는 원리로 설계되었다. 해당 구조는 플랫폼에 매립형 설치하는 것이 필요없어 설치비용 면에서 이점이 있다.
개발 과제의 배경
일반적으로 도시철도에서는 지하철 역사의 승강장과 철도차량 간 열차의 원활한 안전주행을 고려하여 승강장의 연단과 차량 출입문 사이의 공간이 존재한다. 이러한 공간으로 발 빠짐 사고 등 안전사고가 종종 발생하고 있는 실정이다. 그 동안 이러한 문제를 해결하기 위한 사고 예방책으로 경보음, 경고등에 의한 빛 발산 등의 경보장치와 차량부착형, 승강장부착형 안전발판이 개발되었다. 그러나 경보장치의 경우 틈새가 존재한다는 근본적인 문제를 해결할 수 있는 방안은 아니며, 시각 장애인의 경우 해당 경고 문구를 확인할 수 없다는 단점이 존재한다. 또한, 현재 개발된 차량부착형, 승강장부착형 안전발판의 경우 모두 발판의 길이 정해져 있어 역마다 상이한 틈새에 유동적으로 대응하는 데에는 한계가 있다.
종래에는 발판의 길이가 정해져 있는 안전발판만이 존재하여 지하철 역마다 상이한 틈새에 유동적으로 대응하지 못한다는 폐단이 있었다. 이러한 틈새 발생으로 인해 안전사고 및 소지품 분실사고에 완전히 대응하지 못한다는 점도 존재한다.
개발 과제의 목표 및 내용
플랫폼-열차 틈새 자동 차단기의 본질에 맞게 틈새 차단 성능을 최우선 목표로 설정한다. 발판에 압력센서를 부착하여 지하철과 매우 근접해 접촉이 감지되는 순간 사전에 설정한 임계값 이상의 압력이 감지되게 되고 그 즉시 발판의 전진을 멈추는 매커니즘으로 지하철과 플랫폼 간의 간격을 차단하는 기능성을 향상시킨다. 두 번째 목표는 차단기의 높은 안정성이다. 여기서 말하는 안정성이란, 장치가 무게를 견딜 수 있는 내구성과 발판이 같은 길이만큼 전진 및 후진을 하도록 하는 소프트웨어 설계 완성도 등을 뜻한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
일반적으로 도시철도에서는 지하철 역사의 승강장과 철도차량 간 열차의 원활한 안전주행 을 고려하여 승강장의 연단과 차량 출입문 사이의 공간이 존재한다. 이러한 공간으로 발 빠 짐 사고 등 안전사고가 종종 발생하고 있는 실정이다. 그 동안 이러한 문제를 해결하기 위 한 사고 예방책으로 경보음, 경고등에 의한 빛 발산 등의 경보장치와 차량부착형, 승강장부 착형 안전발판이 개발되었다. 국내의 경우 차량 부착형으로는 차세대전동차 시제차량에 안전스텝이 개발되어 적용되었고, 간선철도용으로 개발된 고상승강장 승하차용 자동 슬라이딩 스텝시스템이 광역철도용으로 적용 가능하다. 승강장 부착형 안전발판으로 안전고무판, 접이식, 스윙방식 등의 안전발판, 이동식 안전발판 등이 개발되었다. 국외의 경우 차량 부착형으로는 트램과 열차 등에 적용된 자동 슬라이딩 발판 장치가 있으며 승강 장 부착형 안전발판으로 국내의 경우와 같이 안전고무판과 이동식 안전발판 등이 활용되고 있다.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
(특허문헌 0001) KR10-0918674, 지하철 승강장의 안전발판, 2008.09.08 출원 (특허문헌 0002) KR10-0929482, 지하철 승강장의 안전발판, 2008.09.08 출원 (특허문헌 0003) KR10-2000-0024299, 플랫폼의 안전발판, 2000.02.03 출원 (특허문헌 0004) KR10-1603164, 열차승강장 발빠짐 방지용 접철식 자동길이 조절 안전발판, 2015.10.20. 출원 [www.kipris.or.kr, www.wips.co.kr 등 활용]
- 기술 로드맵
경고장치(ex 주의문구) -> 휴대용 안전발판 -> 자동 슬라이딩 스텝시스템
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
발빠짐 주의 문구 - 지하철 탑승 전 탑승객들에게 지하철-플랫폼간 틈새에 대한 주의 당부를 위한 경고 문구 - 탑승객들로 하여금 틈새 사고에 대한 경각심을 가질 수 있게 하는 효과 지님 - 틈새가 존재한다는 근본적인 문제를 해결할 수 있는 방안은 아님. 시각 장애인의 경우 해당 경고 문구를 확인할 수 없음 휴대용 안전발판 - 휠체어 이용자 및 기타 거동 불편 승객이 임시 발판을 역무원을 통해 이용할 수 있음 - 휴대용이기 때문에 필요한 곳에만 사용이 가능함 - 혼잡한 경우에 사용하는 데에 한계가 있으며, 이 역시 모든 플랫폼-지하철 틈새를 막는 것은 불가능 자동안전발판 - 지하철 정차 시 자동으로 틈새를 차단 - 수동이 아닌 자동 시스템이기에 편리함 - 간단한 원리로 널리 쓰일 수 있어 범용성이 우수 - 발판의 길이가 정해져 있어 플랫폼마다 상이한 틈새 간격에 대응하는 데에는 한계가 있음. - 틈새를 완전차단하는 데에는 무리가 따름.
- 마케팅 전략 제시
본 조가 설계한 제품의 경우 발판에 설치된 압력센서를 통해 지하철과의 접촉을 감지할 수 있음. 따라서 지하철-플랫폼 간의 틈새를 완전차단할 수 있는 기술을 가지고 있음으로 지하철-플랫폼 틈새 완전 차단이라는 이점을 강조하는 것이 본 조의 마케팅 전략이다.
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 지하철-플랫폼 자동 틈새 차단기는 충격감지센서를 활용하여 발판이 지하철에 매우 근접하였을 경우에 발판이 멈추도록 설계되었기에 틈새를 95% 이상 차단할 수 있음.
◇ 기존에 존재하는 틈새 차단 장치처럼 발판 길이가 정해져 있는 형태가 아니기 때문에 모든 플랫폼에 같은 제품을 설치하여도 같은 효과를 낼 수 있음. ◇ 기관사가 열차 정차 시 버튼을 누르면 발판이 나오도록 설계하여 지하철 운행 도중 발판이 작동되는 사고를 막고자 하였으며 열차와 닿는 발판 부분에 고무를 패킹해 열차가 손상될 가능성을 제거하였음.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 경향신문에 따르면, 우창윤 전 서울시의회 의원은 “민간업체 제품이 비싸다며 공사가 자체 개발을 시도해놓고, 잘 안되니 그냥 깔고 뭉개고 있다. 결국 의지의 문제”라며 “지하철은 도시의 인식 수준을 드러내는 지표다. 한국 사회 고령화가 심해지면 늘어날 수밖에 없는 교통약자에 대비해 보다 적극적으로 방안을 찾아야 한다”고 지적했다. 이는 고령화 사회로 인해 증가하는 교통약자 수에 대비하기 위한 지하철-플랫폼 틈새 차단 장치의 사회적 필요성을 말해주는 대목으로 이해할 수 있다. 이와 같은 상황에서 본 조가 설계한 ‘지하철-플랫폼 자동 틈새 차단기’는 교통약자 틈새 사고 및 분실 사고 등을 예방할 수 있는 사회적으로 긍정적 효과를 불러 일으킬 수 있는 제품이라고 볼 수 있다.
◇ 경향신문에 따르면, 자동안전발판을 신규 설치하려면 막대한 예산을 투입한 대형 공사가 필요하다는 게 공사의 입장이다. 공사는 자동안전발판 사업을 재추진하지 않는 이유로 “접이식 안전발판은 정비원이 승강장에 진입(열차사고 위험)해야하는 단점이 있고, 슬라이드 안전발판은 공사비가 비싸고 단차가 발생하는 문제점이 있다”고 밝혔다. 기존의 자동안전발판 신규 설치를 위해선 막대한 예산을 필요로 하며 ‘접이식 안전발판’ 설치 및 정비를 위해선 정비원이 승강장에 진입해야하는 단점이 존재한다는 것을 알 수 있다. 그러나 본 조가 설계한 ‘지하철-플랫폼 자동 틈새 차단기’는 스크린 도어 외부에 설치하기 때문에 설치나 정비를 위해 정비원이 선로에 들어서는 일을 방지할 수 있으며 부피도 크지 않아 초기 공사비용이 저렴할 것으로 예상된다. 이는 경제적, 안전성 면에서 우수한 면을 지니고 있다고 평가할 수 있는 부분이다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
◇ 노유빈 : 발명품에 대한 피드백 후 디자인 수정, 최종 디자인 확정 ◇ 민영운 : 영운아해조 팀장. 지하철 안전발판 시장조사, 소재 결정 및 단가 조사, 물품 구입 ◇ 박재현 : 발명품 제작시제품에 예상되는 이론값 실제값과 비교, 회로 설계 및 코딩 ◇ 박준혁 : 시제품 제작 및 테스트 진행, 발명품 제작, 시제품에 대한 보완점 확인 ◇ 조민균 : 시제품 제작, 발명품 디자인 및 설계, 발명품 제작, 개선 방향 설정
설계
설계사양
제품의 요구사항
설계 사양
1. 일정 무게 이상을 버티는가? 방법 : 추를 올려 무게 계산 개발 목표치 : 10kg 이상
2. 최대거리만큼 회전 후 멈추는가? 방법 : 정회전수 계산 개발 목표치 : 10cm 회전 후 정지
3. 센서가 감지되면 동작을 멈추는가? 방법 : 센서에 압력을 가한 후 멈추기 까지의 시간 측정 개발 목표치 : 0.1s 이내
4. 작동 후 원래자리로 돌아가는가? 방법 : 정회전수 측정 후 역회전 수 측정 개발 목표치 : 정회전수, 역회전수 일치
개념설계안
본 조는 기존의 열차-플랫폼 간격을 완벽히 차단하지 못하는 자동안전발판을 대체할 틈새 차단 기능이 더 우수한 자동 안전 발판 방안에 대하여 고민해 보았다. 이에 열차-플랫폼 간격에 따라 발판에 탑재된 접촉 감지 센서를 통해 틈새를 기존보다 완전차단할 수 있는 열차-플랫폼 틈새 차단기를 고안하였다. 이를 통해 열차-플랫폼 틈새가 차단되며 물품 분실 사고 및 발빠짐 등의 안전사고를 예방할 수 있다.
그림1은 실제 지하철역에서의 예상 배치도를 나타낸다. 설계 초기 발명품을 플랫폼 하단에 매립형 배치하는 것을 고려하였으나, 설치 초기비용이 많이 발생하여 경제성 측면에서 부적합하다고 판단하였다. 이에 본조는 스크린 도어 외부 플랫폼 공간을 활용하여 해당 공간에 틈새 차단기를 배치하는 설치형을 고안하였다.
설치형 방식의 제품 배치는 다음과 같다. (1) 모터 구동부를 통로 바깥쪽에 배치 (2) ‘열차-플랫폼 틈새 차단기’를 플랫폼 바닥과 밀착시켜 배치 이와 같은 방식으로 배치한다면 모터 구동부가 통로 바깥쪽에 위치함으로써 통행 방해 요소가 최소화 됨과 동시에 모터 구동부가 사람의 발에 치이는 등에 경우가 발생하지 않아 고장 발생 요소가 줄어드는 효과가 발생할 것이다. 플랫폼 바닥과 발명품이 밀착되어 설치된 배치는 사람이 발명품의 상판을 밟았을 때 가해지는 하중을 플랫폼 바닥에 분배되는 효과를 얻어낼 수 있다.
위 그림2,3은 설계하려는 제품의 모식도 및 3D 모델링을 나타낸다. 전체적인 구조는 양옆의 모터 구동부와 가운데에 위치한 강판 세 층, 그리고 접촉 감지 센서로 이루어진다. 강판 세 개의 층은 각각 하판, 발판, 상판으로 이루어져 있으며, 하판은 기존 플랫폼 바위땅 위에 그대로 배치한다. 하판은 발판과 전체적 구조를 안전하게 지지해주는 동시에, 울퉁불퉁한 플랫폼 표면을 고려하여 매끄럽게 발판이 전진할 수 있도록 하는 역할을 부여하였다. 하판의 가로 너비는 지하철 역 스크린도어의 너비 및 열차의 너비와 같으며, 세로 너비는 스크린도어 바깥 쪽 돌출되어있는 플랫폼의 너비와 같다. 하판은 전체적 구조의 무게를 플랫폼과 함께 지지해주는 역할을 하므로 이를 고려하였을 때 하판의 두께는 약 2mm로 설정하였다.
하판 상부에 위치하는 발판은 모터 구동부에 연결된 톱니와 연결되어있으며, 모터와 함께 톱니가 돌아가기 때문에 이와 연결된 레일을 따라 발판이 앞뒤로 동작할 수 있다. 발판과 톱니의 연결부는 레일 홈으로 구성하고, 이는 그림 2에 모식도로 나타내었다. 강판과 모터 구동부가 겹치는 부분 (그림 2 좌측)이 레일의 위치이며, 톱니가 레일 위에서 앞뒤로 움직임에 따라 발판도 움직인다. 발판의 가로 및 세로 너비와 두께는 하판과 동일하다. 발판 상부에 위치하는 상판은 하부 판들을 보호해주고, 발판이 앞으로 전진하였을 때 생기는 빈 공간을 가려주는 역할을 한다. 또한, 상판의 양옆은 모터 구동부를 보호하는 직사각형의 판에 용접을 통해 고정한다. 이로써 상판이 사람의 무게에 의해 하부로 꺼지는 것을 방지하고, 발판의 표면과 미세한 틈을 생성해 매끄러운 발판 이동을 의도한다. 상판의 가로 너비는 나머지 하판의 너비와 같으며, 세로 너비는 모터구동부의 너비와 동일하게 설정한다. 현재, 상판의 세로 너비는 전체 플랫폼 세로 너비의 약 절반으로 예상되는데, 이럴 경우, 의도하지 않은 불필요한 턱이 생길 수 있으므로 이는 경사가 있는 모서리로 강판을 제작하여 불편을 최소화하도록 한다. 그림 2에 파란 사각형으로 표현한 감지센서 2개는 발판 양 측면 끝에 각각 위치한다. 본 센서는 발판이 전진하여 지하철 열차와 맞닿았을 때, 접촉 감지를 하여 이를 모터 구동부로 신호를 전달하는 역할을 한다. 센서는 고무 재질로 된 포장층으로 보호되어있으며 고무 재질 보호층이 열차와 부딪히면 연쇄적으로 고무가 센서 접촉부를 터치하며 신호가 모터 구동부로 전송되는 원리이다.
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
1. 실제 사이즈 제품 제작 본 설계는 재료종합설계 시연 목적의 설계로 실제 지하철 크기에 맞는 제품 제작 필요, 구성품 철제 제작, 더 큰 토크의 모터 사용, 원거리 배선문제 해결 등이 필요함
2. 특허 출원 후 국내·외 지하철 운용사 컨택
특허 출원 후 제품화를 위해 국내·외 지하철 운용사에 연락하여 실제 제품화 예정
