기차조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 수평유지 애완동물 캐리어

영문 : Horizontal-maintained pet carrier

과제 팀명

기차조

지도교수

김상일 교수님

개발기간

2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20164500** 민*기(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20134500** 김*득

서울시립대학교 신소재공학과 20134500** 김*성

서울시립대학교 신소재공학과 20134500** 양*석

서울시립대학교 신소재공학과 20134500** 채*송

서울시립대학교 신소재공학과 20144500** 김*

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 개발과제는 반려동물 시장의 확대로 반려동물의 이동 중 스트레스를 보다 효과적인 방법을 통해 예방하고자 시작하게 되었다. 반려동물의 이동에는 목줄, 캐리어가 사용되어지고 있으며, 사용자의 편의를 위해 여러 가지 방식이 사용되고 있다. 현재 반려동물 캐리어는 협소한 공간에서 받는 스트레스와 더불어 사용자에 의한 흔들림으로 인한 스트레스가 크게 작용하지만 이를 보완하는 기술이 없다. 본 설계는 4개의 축을 이용한 회전 구조체를 캐리어와 결합한 장치이다. 사용자의 움직임에 의해 일어나는 흔들림을 보정해서 케이지가 흔들리지 않아 반려동물에게 안정감을 주어 스트레스를 줄이는 것이 최종 목표이다. 반려동물 시장의 확대에 따라 이러한 아이디어를 채택한 상품의 확대를 통해 시장 활성화에 이바지하고자 한다. 개발하고자 하는 제품은 기계식으로 시중에 나와 있는 전동식보다 저렴하며 기능적인 면에서도 우수한 상품을 제작하여 시장에서 경쟁력을 갖추려고 한다. 흔들림을 보정하는 기술을 제 5류 위험물 자기발화성 물질, 유모차 등 충격에 민감한 분야에 적용하는 기술 확대의 효과를 기대 할 수 있다. 이러한 기술 확대의 효과로 물질의 이동, 운반에 있어 용이할 것으로 예측된다.

개발 과제의 배경

반려동물과 함께 여행을 가는 사람들이 꾸준히 늘어가고 있으며, 반려동물 시장도 꾸준하게 성장하고 있고, 그 중 반려동물용 캐리어의 시장은 두 배 가까이 늘었다. 반려동물은 이동 중에 좁은 케이지 안에서 오게 되는 경우가 많으며, 이 때 생기는 흔들림에 스트레스를 받고 있다. 짐벌이란, 하나의 축을 중심으로 물체가 회전할 수 있도록 만들어진 구조물을 일컫는 말로, 카메라에서 흔들림을 보정할 때 쓴다. 축에 따라서 흔들림 보정 정도가 크다. 이런 짐벌 기능이 있는 케이지를 개발하여 앞의 문제들을 해결하고자 한다. 각도 측정 프로그램으로 측정하여 흔들림 정도를 10˚ 이하로 보정하겠다. 개발하게 되면 낯선 환경에 스트레스를 받는 반려동물에게 더 안정감을 줌으로써 주인과 반려동물 모두에게 좋은 환경을 만들어준다. 더 나아가 바뀌는 환경에 더 민감한 야생동물이나 유기된 동물들을 옮겨야 할 때도 적용할 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 기존에 스마트 폰, 카메라 등에 사용되었던 “짐벌(스테빌라이저)”의 원리를 반려동물 캐리어에 접목시켜 이동 간 반려동물에 가해지는 흔들림을 최소화한다.

◇ 본 설계물의 작동 원리는 걸음 간 발생하는 팔의 앞·뒤 반동에도 손잡이의 수직축을 기준으로 캐리어를 항상 지면과 수평을 유지하는 데 있다.

◇ 궁극적으로 흔들림 현상에 수반되는 동물의 어지러움 감소를 통해 증가하는 애완용품 수요를 충족시킨다.

◇ 본 설계는 크게 수평 유지, 실용성 및 합리적 가격, 실현 가능성을 목표로 과제를 진행한다.

1) 수평 유지 기존 반려동물 캐리어는 이동 간 발생하는 팔의 전, 후면 반동으로 인해 팔의 반동 각과 동일하게 흔들리는 현상이 있다. 스테빌라이저 원리를 차용해 반동에도 지면과 이루는 각도가 항상 180˚(수평)을 유지하도록 한다. 무게가 높아질수록 수평을 유지하는 효과는 점차 줄어들게 된다. 이를 개선하기 위해 고강도 베어링을 선택한다. 최종적으로 각도측정 프로그램을 이용해 수평도를 측정한다.

2) 실용성 및 합리적 가격 이번 실험을 통해 제작할 제품이 상용화될 때 예상 수요를 조사한다. 또한, 제품을 반려동물 캐리어에 국한하는 것이 아닌 비행기, 자동차 내부 등 다용도로 이용 가능한 방법을 모색해 시장성을 넓힌다. 다양한 반려동물 캐리어 가격을 조사하고, 최종적으로 3만 원 정도의 일체형 짐벌 반려동물 캐리어를 제작한다.

3) 실현 가능성 단순 과제 진행을 위한 시연제품이 아닌 실제로 제작되어 일상생활에서 사용할 수 있는 수준의 제품 제작을 목표로 한다.

◇ 설계함에 있어 낮은 하중에 사용되는 샘플을 먼저 제작한다. 그 후 높은 하중을 견딜 수 있는 원리를 이해해 9.6kg 이상을 견딜 수 있는 최종제품을 구현한다.

◇ 휴대에 편리한 가벼운 무게 제작을 기본으로 하며, 장기 사용에 적합한 마모성이 적은 베어링 소재를 택한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

-반려동물 시장의 현황

-과거 반려동물 시장은 간식, 옷, 장난감 등 시장 구조의 형태가 단순했지만 시대가 변함에 따라 애완동물을 위한 카페나 보험 등 다양한 서비스로 발전하고 있다. 그 중 가장 발전한 분야는 애완동물 캐리어이다. 현재 나오는 캐리어는 사용자와 반려동물의 편의성을 모두 높이는 제품이 나오고 있다. 백팩형 캐리어나 바퀴가 달린 캐리어를 이용하여 편의성을 높이고 있으며 두 가지를 모두 사용가능하게 디자인 된 제품도 나오고 있다. 사용자가 힘을 들이지 않고 애완동물을 데리고 이동할 수 있으며 편리한 구조 덕에 애완동물 역시 만족감을 느낄 수 있다.

-수평유지 기술의 현황

-수평유지 기술이란 외부의 충격에도 균형을 잃지 않고 계속해서 수평을 유지하는 기술을 말한다. 수평유지 기술에 사용되는 것은 주로 짐벌이다. 짐벌은 자이로 센서와 가속도 센서가 있어서 움직이는 반대 방향으로 본체를 기울여 결과물의 흔들림을 최소화시킨다. 축의 개수에 따라 1축부터 5축으로 종류가 나뉘며, 3축 짐벌이 가장 많이 사용된다. 이렇게 짐벌과 가속도계를 사용하여 흔들림을 보정하는 것을 광학식 흔들림 보정이라고 한다. 하지만 현재 전자식 센서와 화소를 활용한 전자식 흔들림 보정 기능이 개발·사용되고 있다. 현재 광학업계는 2019년형 신제품에 전자식 흔들림 보정 기능을 적극 도입하고 있는 추세이다.

-수평유지 기술의 적용현황

-수평유지 기술은 짐벌을 이용하여 주로 카메라, 드론 등 촬영용 기기에 적용되고 있다. 카메라 촬영 시 미세한 흔들림을 짐벌을 통해 보정해줘서 영상에 흔들림이 전달되지 않도록 하고 있다. 이러한 기술은 안전을 필요로 하는 교통수단으로도 점차 확대되어 적용되고 있다. 특히 갑작스런 충돌에 균형을 잃기 쉬운 자전거와 오토바이에 수평유지 기능이 적용된 사례를 찾아볼 수 있다. 자전거와 오토바이 내부에 수평유지 장치를 탑재하여 한쪽으로 힘을 받으면 다른 한쪽으로 장치를 기울여서 흔들림을 보정해주는 원리이다.

-특허조사 및 특허 전략 분석

1. 수평유지장치 (부유식 해상구조물 안정화 장치) (특허등록 : 10-1089651) 해상 부유구조물이나 정박된 선박 등 모든 부유 구조물의 평행상태를 유지하는 장치로 급격한 상하 이동이나 파도 및 바람 등 외력으로 인한 부유구조물의 이동현상을 억제하는 장치이다. 2. 중력을 이용한 전기적 수평센서 (출원번호 : 10-2016-0153885 공개번호 : 10-2018-0056095) 기울기에 따라 이동하는 도전체가 접점에 전기적으로 연결됨에 따라 경사여부를 검출하는 중력을 이용한 전기적 수평센서이다. 3. 중력에 의한 회전체 (출원번호 : 10-2016-0107045 공개번호 : 10-2018-0021622) 수평축 회전체의 상단 경사면에 놓인 원형물체의 중력으로 회전체를 눌러 회전체가 도는 원리이다. 이때 마찰력이 작용하는데 마찰이 있는 곳에 윤활유 등을 공급하면 마찰력은 중력에 비하여 월등히 작아지게 된다. 4. 수평 유지 장치를 이용한 위성 추적 장치가 수행하는 위성 추적 방법 (출원번호 : 10-2016-0135876 공개번호 : 10-2018-0002472) 5. 자이로 스코프 원리를 이용한 손목운동구 (출원번호 : 10-2017-0122439 등록번호 : 10-1940813) 회전구 케이스에 스냅링커버가 고정된 상태를 유지하게 됨에 따라 회전체의 회전을 간섭하지 않아 상기 회전체의 원활한 회전을 유도하는 제품이다.

-특허전략 개발하려는 제품이 특허요건인 산업상 이용가능성, 신규성, 진보성 있다고 판단, 특허가 성립할 것으로 예상된다. 하지만 아직 시제품 제작이 이루어지지 않았기 때문에 가능한 빠른 시간 내에 이러한 제품이 현실성이 있는지 확인을 해야 한다. 수행하려는 반려동물을 위한 수평 유지 캐리어의 개발을 위해서는 동물이 캐리어 안에서 움직이게 될 것이며 관성이 발생하게 되어 흔들림이 발생하게 될 것이다. 이러한 현상을 줄일 수 있는 방법을 고안한다면 동물 이동용 짐벌 캐리어를 구체화 할 수 있을 것으로 예측된다. 특허를 출원함에 있어 해당 품목을 애완동물 캐리어에 제한을 두지 않고, 무진동 혹은 흔들림을 제어하는 배낭 또는 용기 등으로 특허를 출원하여 그 범위를 넓게 만들어 경쟁자가 특허를 출원하지 못하게 만든다. 기하학적 모양의 둥근 창을 가진 애완동물 캐리어(KR20160111906A) 특허에 있는 투명한 창을 통한 반려동물이 밖을 볼 수 있게 하는 기능에 수평 유지 장치를 추가로 설치한다면 해당 특허회피를 할 수 있을 것으로 기대된다.

-기술 로드맵

-수평 유지 장치는 물체의 기본 틀이 기울어져도 정립 상태로 유지해주는 장치를 의미한다. 특히 중력이나 자이로스코프를 이용하여 우리 일상에서 다양한 곳에 적용되고 있다. 중력을 이용한 경우 대표적인 예로는 오뚝이가 있다. 오뚝이의 경우, 부력 중심과 무게 중심의 차이에 의해서 수평을 유지하는 방법이다. 이것은 부력중심이 무게중심 위에 있으면 둘의 중심 차이로 인해서 수직상태를 항상 유지하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 카메라 수평 유지 장치 등 다양한 곳에 적용되고 있다. 자이로스코프란 팽이가 고속으로 회전하면 팽이 회전축이 항상 한 방향을 가리키는 성질을 이용한 장치다. 두 개 테로 둘러싸여 만들어진 동그란 공간 속에서 팽이 같은 ‘회전판(로터·Rotor)’이 돌아가도록 만들어져 있다. 팽이는 회전축의 수직으로 도는데 외부 힘이나 충격이 가해져 이 상태가 흐트러져도 곧바로 원래 상태로 돌아가려는 ‘회전관성’이 생긴다. 회전하며 돌아가는 총알이 방향을 유지하는 것이나, 회전을 준 럭비공이 원하는 방향으로 날아가는 것도 같은 이치다. 전부터 자이로스코프는 배 흔들림을 막는 안전장치나 비행기 방향·기울기를 표시하는 곳에 주로 적용되어 왔었다. 만약 배나 비행기가 바람·파도 때문에 방향이 틀어지면 자이로스코프에 방향 수정을 할 수 있는 기능을 더한 ‘자이로컴퍼스’가 이를 감지해 정해진 방향을 유지하도록 항로를 수정해준다. 요즘 들어 수평 유지 장치는 카메라에 가장 많이 사용되고 있다. ‘자이로스코프 스테디캠’은 고속으로 움직이며 촬영을 해야할 때 자이로스코프가 카메라를 한 위치에 고정시켜주기 때문에 깔끔한 화면을 얻을 수 있다. 내장된 자이로스코프(단말기의 각도와 각속도를 측정하는 센서)의 움직임과 이미지 센서의 이미지 포착 시간을 동기화하는 자이로 싱크로나이저를 이용하여 손떨림 방지가 가능하다. 더 나아가 MEMS(미세전자기계시스템, Microelectromechanical systems) 기술을 적용해 초소형 전자부품으로도 생산되며 태블릿, 스마트폰 등 전자기기에 널리 사용되고, 드론에도 적용된다.

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

◉ 캐리어 1. 백팩, 이동식 혼합형 캐리어 백팩 형식과 여행용 캐리어 형식, 크로스백 형식 세 가지를 한 번에 이용 가능한 캐리어다. 가벼운 재질(캐리어 무게 2.4kg)을 택함으로써 사용자에게 메는 것에 대한 부담을 적게 주는 장점이 있다. 또한, 내부에 탈출 방지용 안전고리와 탈부착형 쿠션 패드를 적용해 안정감을 주며 청소를 용이하게 한다. 하지만 끌면서 이동할 경우, 가방을 메고 이동할 경우 모두 경사에 따라 반려동물이 쉽게 한 쪽으로 쏠릴 수 있다는 단점이 있다. 특히 반려동물의 크기가 작을수록 그 영향은 커질 것으로 예상된다. 2. 유모차형 캐리어 아기들에게 사용하는 유모차를 반려동물에 적용한 캐리어이다. 바퀴에 충격흡수장치(쇼바)를 설치해 구덩이, 자갈, 방지턱 등의 요소에서 나오는 충격을 경감하는 효과를 낸다. 큰 부피임에도 접이식을 채택해 사용하지 않을 경우 공간절약의 효과를 볼 수 있다. 무게가 5kg밖에 되지 않는 가벼운 제품이지만 최대 15kg까지의 중형견을 수용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 뒷바퀴에 브레이크를 설치해 안전감을 향상시켰다. 하지만 1번 제품의 단점과 마찬가지로 반려동물의 크기가 작을수록 경사진 곳에서의 쏠림 현상은 커질 것으로 판단된다. 3. 슬링백형 캐리어 캐리어 전체가 메쉬 소재와 쿠션으로 이루어져 있어 반려동물에게 편안함을 줄 수 있는 캐리어 형태이다. 가방 자체가 가볍다는 장점이 있고, 가격 또한 저렴하다. 하지만 일반 캐리어처럼 외부가 단단하지 않아 큰 충격이 있을 경우 막아주지 못한다는 단점이 있다. 1~5kg의 적은 허용 무게를 봤을 때 소형견에만 적용되는 캐리어 이다. 또한 목둘레가 30cm로 고정되어있어 강아지에게 캐리어 안에서도 목줄을 착용한 것과 유사한 불편함을 줄 수 있는 캐리어이다. 앞서 언급했던 2가지의 캐리어와 다르게 주인이 반려동물을 고정시킬 수 있어 흔들림을 받지 않는다는 장점이 있다.

마케팅 전략 제시

S(Strength)

◉ 짐벌 원리를 손잡이 부분에 적용시켜 이동 간에 발생하는 흔들림에도 수평을 유지한다.

◉ 다양한 캐리어 손잡이에 적용시킬 수 있는 범용성을 지닌다.

◉ 외형을 단단한 재질을, 내형은 부드러운 탈부착식 쿠션을 채택해 내구성과 청소 등 관리성을 높인다.

◉ 기존의 캐리어와 외형과 무게가 크게 차이나지 않고 기능이 추가된 것이므로 소비자들의 수요를 늘릴 수 있다.

W(Weakness)

◉ 반려동물의 무게에 따라 효과가 상이할 수 있다.

◉ 반려동물의 격한 움직임에 효과가 적을 수 있다.

◉ 반려동물을 실험에 사용하는 데 제한이 있다.

◉ 수평 캐리어를 사용함에 있어 반려동물의 경감되는 스트레스 수치를 정확히 파악할 수 없다.

O(Opportunity)

◉ 수평유지 기능이 접목된 제품, 특허가 존재하지 않는다. 제품 제작에 있어 우위를 점할 수 있다.

◉ 매년 늘어나는 반려동물 제품 수요를 충족할 수 있다.

◉ 캐리어뿐만 아니라 다양한 제품에의 응용이 가능하다.

T(Treat)

◉ 현재 시장에 나와 있는 제품이 아니기 때문에 기대효과를 충족했음에도 많은 수요가 있을지 의문이다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

ㆍ수평 유지 기능을 통해 반려동물의 스트레스를 완화 할 수 있다.

ㆍ상용화 되어있는 케이지 정도의 무게, 부피 내에서 수평유지기능을 추가 할 수 있다.

ㆍ기존 짐벌의 모터 구동방식과 다르게 모터, 배터리가 필요하지 않기 때문에 무게를 감소시킬 수 있다.

ㆍ손잡이의 유동성을 통해 사용자에게 맞는 자세를 취함으로써 손목 등의 부담을 최소화 할 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

ㆍ수평유지장치가 없는 케이지 대비 큰 가격 변동이 없기 때문에 소비자의 선호도를 높이는 것이 가능하다.

ㆍ반려동물 시장은 애견호텔, 애견수영장 등 이미 받은 스트레스를 해소 시켜주는 데에 집중되어있지만 스트레스를 사전에 예방하므로 써 반려동물에게 더 좋은 환경을 제공할 수 있다.

ㆍ짐벌 기능을 활용한 다양한 스트레스 예방 상품 창출을 통한 반려동물 시장의 활성화에 이바지 할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

1주차

팀 구성 및 아이디어 회의

2주차

아이디어 회의

3주차

아이디어 회의 및 과제제안서 작성

개발과제요약

개발사업비 산정 내역서

완료 작품의 평가 방법

개발 과제의 목표와 내용

개발 과제의 배경 및 효과, 추진 체계

4주차

과제 제안서 작성 및 발표, 피드백 후 수정

5주차

경쟁력 분석 보고서 작성 특허 전략

기술 로드맵

특허 조사

개발 과제의 기대 효과

설계

설계사양

제품의 요구사항

◇ 현재 외부에서 가해지는 힘에 의한 흔들림을 보정하기 위해 자이로센서와 전동모터를 전자식과 축과 회전을 이용한 기계식이 있다. 전자식의 경우 자이로 센서에서 각도 측정을 하고 회로를 통해 회전각을 전동모터에 전달해 반대방향으로 회전을 가해 수평을 유지한다. 기계식의 경우 중력과 회전을 이용하여 지면과 평평한 상태를 유지시킨다.

◇ 현재 애완동물 이동 컨넬 M-1#이라는 소형 캐리어의 무게는 1.4kg이다. 회전을 보정하는 구조체의 무게가 1kg 이상이 될 경우 최종 제품 무게가 증가되어 사용자가 사용하기에 부담이 된다. 그러므로 우리의 최종무게 캐리어와 구조체의 무게를 더한 2.4kg이하로 한다.

◇ 사빅 트로터 펫 캐리어의 경우 소형견의 무게를 고려하여 약 5kg까지 무게를 버틴다. 이와 관련하여 5종류의 소형견의 몸무게(1년 기준)의 범위는 5.38kg~6.94kg이다. 개발하고자 하는 제품은 소형견을 기준으로 삼고 있다. 안전계수를 고려하여 소형견 최대몸무게 6.94kg에 1.4배를 버티는 9.6kg을 설정하였다.

◇ 현재 상하축의 흔들림을 제어하는 기술을 보여주는 Hover Glide가 있다. https://www.youtube.com/watch?v=to5OKjZsKRs 영상처럼 위아래로 흔들리며 지상과 항상 같은 위치를 유지하고 있다. z축으로 흔들리는 진동을 보완하여 케이지의 전체적인 흔들림을 제어할 수 있다. 기준 위치로부터 ±5cm를 기준으로 한다.

◇ 제품 수요자에게 외관의 심미성은 중요한 요소이다. 구조체로 인한 외관의 심미성을 해칠 경우 수요자의 구매의욕이 떨어질 수 있다.

설계 사양

외부에서 힘이 가해졌을 때 수평을 ± 10° 유지해야한다. 개발하고자 하는 제품의 무게가 2.4kg보다 가벼워야한다. 개발하고자 하는 제품의 지탱하중 능력이 최소 9.6kg가 되야한다. 상하축 흔들림을 ±5cm이하로 보환한다. 외관은 심미성이 있어야 한다.

개념설계안

▶개요

기계적 방식으로 x, y ,z축의 수평을 유지하는 장치를 활용하여 수평유지 기능이 있는 애완용 캐리어를 제작한다.

▶목적

캐리어 속의 애완동물이 이용자의 보행 시에 발생하는 흔들림으로 스트레스를 받게 되고 수평유지 및 흔들림 보정을 통하여 스트레스를 줄인다.

▶특성

 현재 시장에 상용화 되어있는 애완동물 캐리어는 흔들림을 보정하는 장치 혹은 기능이 없어서 이용자의 흔들림이 모두 반려동물에게 전달된다. 이로 인해서 캐리어 속의 반려동물이 스트레스를 받게 된다. 기차조의 수평유지 애완동물 캐리어는 5개의 링과 베어링을 활용한 회전체를 활용하여 x,y축을 보정할 수 있고, 도르래와 레일을 이용해서 z축의 흔들림을 보정할 수 있기 때문에 캐리어에 전달되는 보행중의 흔들림을 효과적으로 제어해서 애완동물의 스트레스를 줄일 수 있다. 시장에 나와 있는 흔들림 보정기능 장치라고 하면 카메라용 짐벌이 있는데 이는 전동식의 방식으로 가격이 비싸고 유지보수의 단점이 발생한다. 기차조의 제품은 기계식의 방식이기 때문에 가격이 저렴하며 비교적 단순한 구조이기 때문에 유지보수가 용이하다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

◇ 링 사이 길이 계산

- 첫 번째 원의 대각선 길이

- 회전 시 최대길이

– 정지 시 가로길이

- 회전 시 여유 공간

각 링 사이의 길이를 2.5mm로 설정했다. 사이 길이를 최소화(축의 길이가 가장 짧을 때) 축에 들어가는 하중이 가장 작아져 축이 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 첫번째 링 내경의 길이는 45mm로 나타낼 수 있고 첫 번째 링 외경의 길이는 40mm로 나타낼 수 있다. 1번 링이 회전 할 때 가장 긴 길이는 22mm가 된다. 회전하지 않았을 때 20mm와 비교하면 회전 시에는 22mm가 최대길이이다. 가장 안쪽원의 여유 공간이 제일 작기 때문에 이를 기준으로 하였다.

◇ 하중응력

단축하중의 응력은 이다. 본 과제에서 베어링이 있는 아크릴 부분이 가장 취약할 것으로 예상하고 이에 대하여 응력을 구하겠다. 베어링의 외경의 길이는 6mm이고, 바깥 베어링의 길이는 2.5mm이다. 이 때, 힘이 작용할 때 원에서 절반만 작용하므로 힘을 받는 면적의 크기는 이다. A=23.56mm이다. 아크릴의 인장강도는 375, 휨강도는 1120, 압축강도는 1260, 탄성계수율은 31600이다. 강도는 매우 강한 편이지만 표면에 눌린 자국이나 크랙을 막기 위해서는 하중은 105 이내로 제한하는 것이 좋다. 최대 x의 값은 24.74kgf이다. 이는 본 과제에서 목표했던 하중을 충분히 버틸 수 있는 수치라고 판단되고, 총 8개의 베어링이 닿는 면적이 있기 때문에 결과적으로 더 버틸 수 있을 것이라고 예상된다.

상세설계 내용

조립도 조립도 <애완동물용 캐리어 조립도>

◇ 1번 수평유지장치 소조립도

수평 유지 장치는 5개의 도넛 형태의 아크릴 원과 4축을 잇는 베어링과 축으로 이루어져 있고, 가장 바깥쪽 원에 아크릴 손잡이가 연결되어 있는 형태이다. 손잡이의 높이는 70mm이며, 곡선으로 이루어져 잡는데 용이하게 한다. 각 원의 두께는 20mm이고 외경과 내경은 다음 표와 같다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

축과 베어링을 이용하여 4축 회전 구초체를 만들고, 캐리어가 무게추 역할을 하여 중력에 항상 수직하게 수평을 유지하는 캐리어를 개발하였다.

포스터

완료작품의 평가

향후계획

개발 제품의 축 결합은 볼트와 너트, 와셔, 록타이트를 이용하였다. 제품을 장기간 사용할 시 볼트와 너트의 결합이 약해져 베어링이 제대로 작동하지 못할 수 있다. 이를 보완하기 위해 캐슬너트, 분할핀, 톱니와셔 등을 사용하거나 볼트와 너트 대신 리벳을 사용하여 결합력을 높인다.

개발한 제품은 X,Y축 보정은 가능하지만 Z축 보정은 불가능하다. Z축 보정장치를 개발하였지만 무게적인 측면에서 손실이 더 크고, X,Y축 흔들림에 악영향이 예상되어 이 장치를 제거하였다. 레일의 무게가 우리가 생각했던 것보다 더 무겁고 용수철의 경우 원하던 성능이 나오지 않았다. 리니어 부쉬 구매와 용수철 주문 제작을 통해 이를 해결하고 더 나아가 성능 향상을 할 수 있을 것이다.

현재 개발제품의 사용용도는 애완동물용 캐리어이다. 제품의 주된 기능은 XY축 수평 유지이며 짐벌이 이 기능을 담당한다. 이 기능을 확장하면 위험물 운반, 유모차, 짐벌키트 등 다방면에서 활용이 예상된다.

기존에 제작할 때 8mm 베어링을 설치하려 하였으나 아크릴 판이 파괴되었다. 이는 구멍을 단번에 뚫으려 했기 때문이다. 구멍을 작은 것으로 사전에 뚫어 놓으면 파괴를 막을 수 있고 더 큰 회전효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

기존 아크릴판들은 사이의 간격이 너무 좁기 때문에 원형가공 이후 재가공을 해야만 했다. 또한 볼트 너트 와셔, 베어링의 높이를 최적화 시키면 외경 내경사이의 거리를 줄일 수 있어 경량화 또한 이룰 수 있다.

특허 출원 내용

【발명의 설명】

【발명의 명칭】

수평 유지 애완동물 캐리어 {Horizontal-maintained pet carrier}

【기술분야】

본 발명은 4축 회전 구조물을 활용한 애완동물용 캐리어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베어링과 축, 와셔를 5개의 링과 결합해서 캐리어가 무게추의 역할을 할때 지면과 수평한 방향으로 수평유지가 되는 제품에 관한것이다.

【발명의 배경이 되는 기술】

일반적으로 반려인이 애완동물을 캐리어에 보관해서 이동할때 이동자의 움직임에 의해서 상하 및 좌우의 움직임이 발생하면서 이로인해 반려동물이 스트레스를 받게된다. 기존의 상용화된 캐리어는 수평유지나 반려동물의 스트레스를 예방하기위한 장치가 전혀없기 때문에 반려동물의 스트레스 증가를 유발시킨다. 또한 고정식 캐리어의 경우 사용자의 손목등 신체의 유동성을 제한시켜서 사용자의 불편함 또는 통증을 유발하는 문제점이 있다.

【발명의 내용】

【해결하고자 하는 과제】

본 발명은 반려동물 시장의 확대로 반려동물의 이동 중 스트레스를 보다 효과적인 방법을 통해 예방하고자 시작하게 되었다. 반려동물의 이동에는 목줄, 캐리어가 사용되어지고 있으며, 사용자의 편의를 위해 여러 가지 방식이 사용되고 있다. 현재 반려동물 캐리어는 협소한 공간에서 받는 스트레스와 더불어 사용자에 의한 흔들림으로 인한 스트레스가 크게 작용하지만 이를 보완하는 기술이 없다. 본 설계는 4개의 축을 이용한 회전 구조체로 흔들림을 보정하는 구조체를 캐리어와 결합한 장치이다. 사용자의 움직임에 의해 일어나는 흔들림을 보정해서 케이지가 흔들리지 않아 반려동물에게 안정감을 주어 스트레스를 줄이는 것이 최종 목적이다.

【과제의 해결 수단】

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 4축 회전 구조물과 애완동물 캐리어를 연결해서 외력에 의한 흔들림을 내부에 수용된 반려동물의 무게를 무게추로 이용해서 캐리어의 수평상태를 유지하는것을 특징으로한다. 또한, 본 발명에서는 상기 구조물에 적어도 하나가 연결되되, 내부에 반려동물이 수용되도록 측면이 개구되는 몸체; 사용자의 편의성을 위한 손잡이; 구조체의 결합방법;를 포함하는것을 특징으로 한다. 또한, 본 말명에서는 상기 4축 구조체가 유기적으로 동작해서 효과적으로 회전하는것을 특징으로한다.

【발명의 효과】

이와 같은 본 발명의 수평유지 애완동물 캐리어는 사용자의 움직임에 의해 일어나는 흔들림을 보정해서 케이지가 흔들리지 않아 반려동물에게 안정감을 주어 스트레스를 줄인다. 반려동물 시장의 확대에 따라 이러한 아이디어를 채택한 상품의 확대를 통해 시장 활성화에 이바지하고자 한다. 개발하고자 하는 제품은 기계식으로 시중에 나와있는 전동식보다 저렴하며 기능적인 면에서도 우수한 상품을 제작하여 시장에서 경쟁력을 갖추려고 한다. 흔들림을 보정하는 기술을 제 5류 위험물 자기발화성 물질, 유모차 등 충격에 민감한 분야에 적용하는 기술 확대의 효과를 기대 할 수 있다. 이러한 기술 확대의 효과로 물질의 이동, 운반에 있어 용이할 것으로 예측된다.

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

본 발명에 있어서 핵심적인 역할을 하는 4축 회전 구조체 이다. 이는 5개의 링을 축과 베어링으로 연결해서 유기적인 회전을 가능케 한다. 가장 바깥족 링에는 손잡이가 연결되어있어서 사용자가 손으로 캐리 어를 잡을 수 있다. 5개의 동심원의 링이 베어링을 통해 개별적으로 회전이 가능해서 전체의 4개의 축을 이용해 XY축의 회전을 보정한다. 상기 도면에서 1번에 4축 구조체가 PVC파이프 등을 통해서 캐리어와 연결되고 손잡이 부분에 외력이 발생시에 케이지로 전달되는 회전을 4축회전구조체가 먼저 회전해서 전달되는것을 방지한다.

【청구범위】

【청구항 1】

4축 회전 구조물에 연결된 캐리어가 외력에 의한 흔들림 발생시 내부에 수용된 애완동물 혹은 물체에 발생하는 흔들림을 구조체에 의해 평형상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 4축 회전 구조체를 활용한 수평유지 애완동물캐리어.

【청구항 2】

회전 구조체의 중심부에 몸체가 직립 고정되어 상기 구조체에 연결되는 구조물 연결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 유지 애완동물 캐리어.

【청구항 3】

4축 회전 구조체에 사용자의 편의를 위한 손잡이 등의 고정체가 부착된 수평 유지 애완동물 캐리어

【요약서】

【요약】

본 발명은 수평유지가 가능한 애완동물 캐리어에 관한 것으로, 본 발명에 의한 수평유지 캐리어는, 4축회전 구조체에 연결된 상태로 사용자에 의해 이동시 외력이 발생할 때 캐리어 내부에 수용된 애완동물 혹은 물체에게 발생하는 흔들림을 회전구조체의 유기적인 운동을 통해 수평상태를 유지한다. 본 발명에 따르면, 사용자의 외력에 의해 발생하는 외력을 효과적으로 상쇄하여 캐리어 자체나 캐리어 내부의 애완동물 혹은 물체 자체를 무게추로써 활용해서 중력과 수직한 방향으로 수평유지가 가능하다.

기차조

목차