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2025년 6월 9일 (월) 10:10 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 지휘통제 연동형 자동 카운팅 탄피받이

영문 : Auto Counting Catridge Case Collector with Command and Control Integration

과제 팀명

열라룽지

지도교수

김현식 교수님

개발기간

2025년 3월 ~ 2025년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 유*빈(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 김*영

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 손*한

서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 윤*현

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

군 사격 훈련 환경에서는 탄피 회수의 불확실성과 회수 지연으로 인해 훈련의 효율성과 안전성이 저하되고 있다. 일반적으로 훈련 후 병사들은 수동으로 탄피를 확인하고 수거하며 지휘통제실에서는 전체 탄피 회수 현황을 실시간으로 확인할 수 없어 관리에 어려움이 따른다. 특히, 기존의 탄피받이는 구조적 한계로 인해 일부 탄피가 수거되지 않거나, 사격 직후 튀어나온 탄피가 약실로 다시 유입되어 총기 기능 고장을 유발하는 사례가 자주 발생하고 있다. 이로 인해 훈련이 지연되거나 장비를 분해해야 하는 등의 추가적인 조치가 필요하게 되며, 이는 훈련의 효율성을 떨어뜨리는 주요 요인이 된다.

더 나아가 탄피 하나의 분실은 실탄 분실로 간주되어 보안과 안전 문제로 확대될 수 있으며, 사수 개인의 실수뿐 아니라 지휘체계 내에서의 통제가 어려워 현장 지휘관 및 관리자에게 심리적 부담을 가중시킨다. 병력 감소가 지속되는 상황에서 이러한 수작업 중심의 방식은 효율성과 정확성을 동시에 만족시키기 어려운 실정이다. 이에 본 프로젝트는 사격 직후 탄피를 자동으로 감지하고 수량을 실시간으로 카운팅하여 디스플레이와 지휘통제실에 정보를 동시 제공할 수 있는 자동 카운팅 탄피 시스템을 개발하고자 한다. 또한, 본 시스템은 어플리케이션을 기반으로 한 실시간 정보 연동 기능을 포함하며, 탄피 누락을 방지하고 실시간으로 통제할 수 있게 구현함으로써 훈련의 효율성과 군 장비 운용의 자동화를 도모하는 데 목적이 있다.

개발 과제의 배경

현재 군 훈련에서 사용되는 탄피받이는 단순 수동 회수용 구조물로, 카운팅 기능이나 피드백 기능이 존재하지 않는다. 탄피 하나의 분실은 실탄 분실로 간주되며, 사고 발생 가능성이 있어 엄격히 관리되어야 한다. 하지만 훈련자가 수거 여부를 개별적으로 확인해야 하고, 지휘통제실에서 이를 실시간으로 모니터링할 수 없어 전체 훈련 효율과 병사의 심리적 안전성 모두 저해되고 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 프로젝트의 최종 목표는 다음과 같다.

- 로드셀을 이용한 탄피의 실시간 무게 기반 카운팅 시스템 개발

- 디스플레이를 통한 사수(훈련자) 시각 피드백 제공

- 통신 모듈을 이용한 지휘통제실 실시간 정보 연동

- Snap-fit 구조를 적용한 탄피받이 상단 설계로 역유입 즉시 대응 가능

본 프로젝트의 주요 구성 내용은 다음과 같다.

- 로드셀 센서 + 증폭 모듈(HX711)을 활용하여, 탄피가 수거될 때 발생하는 무게 변화를 감지하고 실시간으로 누적 계수

- 계수된 수치를 소형 디스플레이를 통해 탄피받이 후면에 시각적으로 출력

- 디스플레이 모듈과 연동된 ESP32 모듈이 Wifi 무선 통신을 기반으로 해당 정보를 지휘통제실 단말기에 실시간 전송

- 탄피가 약실로 다시 들어가 문제가 발생할 경우, Snap-fit 방식의 상부 뚜껑 구조를 통해 빠르게 열고 내부를 정비할 수 있는 구조 설계

- 전체 시스템은 일체형 탈부착 장비로 구현하여 사수의 활동에 지장을 주지 않도록 소형화 및 경량화 고려

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

(1) 로드셀을 기반으로 한 정확한 탄피 실시간 카운팅 시스템 확보

(2) 디스플레이와 통신 연동으로 사용자 및 관리자 동시 정보 확인 가능

(3) 어플리케이션 기반 실시간 시각 피드백 시스템으로 훈련 통제력 향상

(4) 기계적 구조 개선을 통한 탄피 역류 방지 및 즉각 대응 가능성 확보

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

(1) 사격 훈련의 중단 없이 탄피 수거 및 카운팅 가능 -> 훈련 효율성 향상

(2) 탄피 분실 예방을 통한 군 보안성 강화 및 사고 방지

(3) 인적 자원 감소에 따른 자동화 대응 기술 확보

(4) 향후 군사 장비의 디지털화 및 지능형 장비 기반 체계로 확장 가능

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

유*빈(팀장): 자재 구매 총괄, 증빙 서류 작성, 탄피받이 제작 (Maker)

김*영: 선행 기술 조사 및 탄피 받이 디자인, 3D 모델링 (3D Design)

손*한: 회로 코드 설계, 알고리즘 구현, Arduino 코딩 총괄 (Circuit Design)

윤*현: 산학협력 관련 업체 컨택, 3D 모델링 및 시뮬레이션, 탄피받이 제작 (3D Design & Maker)

설계

설계사양

제품의 요구사항

1. 탄피를 정확하게 계수할 수 있는가.

설명: 로드셀을 활용한 무게 기반 카운팅 알고리즘이 반복된 사격 환경에서도 일관된 결과를 제공하는지를 평가한다. 탄피 수거 직후의 실제 개수와 디스플레이 및 어플리케이션 상에 표시되는 숫자가 일치하는지를 비교하고, 누적 오차가 허용 범위 내인지 확인한다.

2. 계수 정보가 어플리케이션 및 디스플레이에 실시간으로 표시되는가.

설명: 탄피가 수거될 때 카운팅 결과가 디스플레이 및 연동된 어플리케이션에 몇 초 내에 반영되는지를 측정한다. 정보 반영이 지연된다면 사용자와 관리자 모두 오작동으로 인식할 수 있기 때문에, 반응 속도가 실시간 수준으로 확보되었는지를 평가한다.

3. 모형 소총에 장치가 안정적으로 결합되는가.

설명: 훈련 중 발생할 수 있는 흔들림, 충격, 이동 등을 고려하여 장치가 모형 소총에 안정적으로 고정되는지를 평가한다. 반복적인 결합/해체 후에도 마운팅이 견고하게 유지되는지, 사격 환경에서 장치가 이탈하거나 흔들리는 문제가 발생하지 않는지를 중점적으로 확인한다.

4. Snap-fit 구조가 역유입 상황에 효과적으로 대응할 수 있는가.

설명: 탄피가 약실로 재유입되었을 때, 사용자가 빠르게 대응할 수 있도록 상부 구조가 손쉽게 열리고 다시 닫히는지를 평가한다. 구조적 단순성과 반복 사용 시 내구성, 조작 직관성 등을 기준으로 삼는다.

5. 어플리케이션 UI가 직관적이며 사용하기 쉬운가.

설명: 지휘통제실에서 사용하는 어플리케이션이 실시간 데이터를 시각적으로 명확하게 제공하며, 관리자나 병사가 조작하는 데 불편함이 없는지를 평가한다. 글자 크기, 인터페이스 구성, 데이터 반영 시점 등을 고려하여 UI의 실효성을 검토한다.

개념설계안

본 과제에서 제안하는 ‘지휘통제 연동형 탄피 카운팅 시스템’은 탄피 무게 기반의 실시간 카운팅 시스템, 훈련자용 정보 표시장치, 그리고 지휘통제 연동형 무선 통신 구조를 중심으로 설계되었다. 각 구성 요소는 다음과 같은 원리에 따라 동작한다.

①무게 기반 탄피 계수 시스템

해당 전동 총에 적용되는 탄피의 종류는 2가지로, 탄피 내부 색깔에 따라 검정색 탄피, 흰색 탄피로 구분할 수 있다. 각 탄피에 대한 질량을 측정해보았을 때 다음과 같았다.

본 시스템에 사용되는 로드셀-1kg 모듈은 소숫점 첫째 자리까지 gram(g) 단위의 무게 감지가 가능하다. 위의 탄피 질량 측정값에서 확인할 수 있듯이 탄피 평균 질량이 약 4.42g인 흰색 탄피를 본 시스템에 적용했을 때, 정밀한 무게 감지가 불가능하여 오작동을 유발할 수 있다. 따라서 본 시스템에는 검정색 탄피를 적용하기로 판단하였다.

본 설계인 ‘탄피 카운팅 시스템’의 전체 모식도는 아래와 같다.

외관의 경우 기존의 탄피 받이처럼 탄피 배출구를 감싸는 직육면체 형태의 구조임을 확인할 수 있다. 그러나 기존의 탄피 받이는 단순히 탄피를 포집하는 수동적인 구조로, 탄피 수량 파악을 위해 병사가 직접 개수를 확인해야 하며, 약실 걸림 등의 사격 방해 요소가 발생할 가능성도 존재했다. 이에 반해 본 설계는 정밀 무게 계측 시스템을 통해 탄피수를 자동으로 계수한다. 또한, 수집된 데이터를 실시간으로 디스플레이와 지휘통제실에 전송할 수 있는 능동적 기능을 갖추었기 때문에 위에서 언급한 문제를 해결할 수 있다. 본 설계는 로드셀-1kg 모듈과 HX711 모듈을 이용하여 배출된 탄피의 무게를 감지하고, ESP32 모듈을 통해 설정된 calibration에 기반하여 7-segment 디스플레이에 탄피의 수가 표시되도록 설계하였다. 미리 측정한 검정색 탄피의 평균 질량을 임계값으로 설정하고, 이 임계값을 초과할 경우, 그 값을 임계값으로 나누어 배출된 탄피의 수를 카운팅하게 된다. 이 과정에는 HX711 모듈이 필수적으로 요구되며 고정밀 아날로그-디지털 변환 회로가 설계되었다.

②훈련자용 정보 표시장치

무게 기반 탄피 계수 시스템을 통해 계수된 탄피의 숫자가 7-segment 디스플레이에 표시된 모식도 또한 탄피 카운팅 시스템 전체 모식도에서 확인할 수 있다. 카운팅된 탄피수는 훈련자가 즉시 확인 가능하도록 디스플레이 모듈에 실시간으로 표시되도록 설계되었다. 이를 통해 훈련자 또는 보조 인력은 수량 확인을 위해 탄피를 따로 세지 않거나, 만약 세더라도 이중으로 체크가 가능하고 반복 작업에 따른 피로도 및 오류 가능성을 크게 줄일 수 있다. 디스플레이는 장비 외부에 부착되어 시각적인 명확성을 확보하면서도 어떠한 사격 자세를 갖추어도 한눈에 보일 수 있는 방향에 설치하였다.

③ 지휘통제 연동 무선 통신 구조

위 그림은 군 사격 훈련 현장에서 각 사로의 탄피수를 실시간으로 확인하고 지휘통제실에서 일방적으로 훈련 상황을 파악할 수 있도록 설계된 Wifi 기반 통신 어플리케이션이다. Wifi를 이용하여 다중 사로의 실시간 탄피수를 확인 가능하도록 설계하였다. App inventor를 활용하여, A/B 사로의 탄피수를 실시간으로 표시하고 실시간으로 탄피수가 업데이트 되지만 새로고침 버튼을 통해 데이터 갱신이 가능한 지휘통제용 어플리케이션을 직접 구현하였다.

④ 전체적인 모식도

위 그림은 지금까지 설명한 내용들을 하나의 모식도로 나타낸 것이다. 사격 훈련 중인 훈련자의 총기에 탄피받이가 부착되어 있다. ‘실시간’으로 배출되는 탄피의 무게가 탄피받이 내부에 있는 로드셀 모듈에 의해 감지되면, ESP32 모듈을 통해 제어과정을 거치게 된다. 그 이후, 카운팅된 탄피의 값을 7 segment display에 표시함과 동시에 Wifi 통신을 통해 지휘통제실 연동용 어플리케이션에서 실시간으로 확인할 수 있고 다중 사로에 대한 데이터도 확인할 수 있다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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   '''④ 전체적인 모식도'''
-[[파일:Example.jpg]]
+[[파일:열라룽지모식도.jpg]]
+위 그림은 지금까지 설명한 내용들을 하나의 모식도로 나타낸 것이다. 사격 훈련 중인 훈련자의 총기에 탄피받이가 부착되어 있다. ‘실시간’으로 배출되는 탄피의 무게가 탄피받이 내부에 있는 로드셀 모듈에 의해 감지되면, ESP32 모듈을 통해 제어과정을 거치게 된다. 그 이후, 카운팅된 탄피의 값을 7 segment display에 표시함과 동시에 Wifi 통신을 통해 지휘통제실 연동용 어플리케이션에서 실시간으로 확인할 수 있고 다중 사로에 대한 데이터도 확인할 수 있다.