소개글
"캡스톤 디자인 초음파"에 대한 내용입니다.
목차
1. 초음파 자동 세척 변기 설계
1.1. 과제 개요
1.2. 작품 구조 및 동작 원리
1.3. 기대효과
2. 이론 해석
2.1. 모터
2.2. 센서
2.3. 통신
2.4. 관련이론 : P제어
3. 본론
3.1. 하드웨어
3.2. 시뮬레이션 동작실험
4. 고찰
5. 참고문헌
6. 독거노인을 위한 고독사 방지 장치
6.1. 과제 개요
6.2. 과제 선정 배경 및 필요성
6.3. 과제 추진방법
6.4. 최종 결과물 설명 및 기대효과
6.5. 주차별 활동내역
6.6. 애로사항
7. 참고 문헌
본문내용
1. 초음파 자동 세척 변기 설계
1.1. 과제 개요
초음파 자동 세척 변기는 아두이노를 통한 자동제어가 가능한 시스템으로, 원버튼 방식의 변기 세척부터 배수까지의 자동화된 기능을 개발하는 것이 목표이다. 시중에 판매 중인 안경세척기와 지점토를 이용한 초음파 세척력 실험을 통해 변기에 초음파 진동 모듈을 부착하였다. 사용자의 편의성을 높이기 위해 변기 세척 과정을 아두이노로 설계하였다. 또한 솔리드웍스 프로그램을 활용하여 변기의 구조와 응력 분포를 분석하여 내구성 있는 변기를 고안하였다. 아크릴로 제작한 프로토타입에 초음파 세척기와 아두이노를 장착하여 자동세척 과정과 세척력을 실험한 결과, 비교적 적은 시간과 전력으로 변기의 오염물질을 제거할 수 있었다.
1.2. 작품 구조 및 동작 원리
시중에 판매 중인 안경세척기와 지점토를 이용하여 초음파의 세척력을 확인한 결과, 초음파 진동 모듈을 변기에 옆면에 부착하였다. 자동 세척을 위해 아두이노를 활용하여 세척과정을 설계하였다. 또한 솔리드웍스 프로그램을 활용하여 변기의 폰 미세스 응력과 총 변위를 구하였으며 사람의 무게를 충분히 견딜 수 있는 변기를 고안하였다. 아크릴로 제작한 프로토타입의 변기에 초음파 세척기와 아두이노를 장착하여 자동세척 제어과정과 세척력을 실험하였다. 실험 결과, 비교적 적은 시간과 전력으로 변기의 이물질을 제거할 수 있었다."
1.3. 기대효과
이 자동 세척 변기 설계는 여러 가지 기대효과를 가지고 있다.
첫째, 초음파 진동을 통한 변기 세척 기능으로 변기 청소의 번거로움을 해소할 수 있다. 설문조사 결과, 젊은 층에서 변기 청소를 가장 싫어하는 것으로 나타났는데, 이 자동 세척 변기를 이용하면 원버튼 방식으로 변기를 깨끗하게 세척할 수 있다. 이를 통해 변기 청소에 대한 불편함을 크게 해소할 수 있을 것이다.
둘째, 초음파 진동으로 인한 살균 효과를 기대할 수 있다. 변기에는 각종 세균이 서식하고 있어 건강상 위험을 초래할 수 있는데, 초음파 진동이 이러한 세균을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서 이 자동 세척 변기는 공중화장실과 같이 많은 사람들이 사용하는 곳에서 위생적인 변기 사용을 가능하게 할 것이다.
셋째, 아두이노 기반의 자동 제어 시스템으로 편의성이 높다. 변기의 세척부터 배수까지 모든 과정을 자동화하여 사용자가 직접 세척할 필요가 없다. 이를 통해 변기 사용이 편리해질 것이다.
넷째, 구조적 안전성과 내구성이 확보되었다. 유한요소해석을 통해 변기의 응력과 변형을 분석하여 사용자의 하중과 물의 압력을 충분히 견딜 수 있도록 설계하였다. 이를 통해 제품의 내구성이 높아져 오랫동안 사용할 수 있을 것이다.
이처럼 이 자동 세척 변기는 편의성, 위생성, 구조적 안전성 등 다양한 장점을 가지고 있어, 특히 공중화장실이나 요양원과 같이 많은 사람들이 이용하는 장소에서 큰 효과를 발휘할 것으로 기대된다.
2. 이론 해석
2.1. 모터
모터는 전기에너지를 회전운동의 기계적 에너지로 변환시키는 부품으로, 크게 DC모터, 스텝모터, 서보모터의 3가지 종류가 있다.
DC모터는 고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자로 코일을 사용하여 구성된 모터로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡입력으로 회전을 생성시키는 방식이다. DC모터는 모터 중에서 출력 효율이 좋으며 바퀴의 회전속도가 우수하고 회로 구성이 단순하며 가격이 저렴한 특징을 가진다.
스텝모터는 다수의 톱니모양의 전자석이 금속기어를 중심으로 주변에 배치되어 전자석이 외부제어 회로로부터 전류를 받아 작동하는 원리를 가진다. 스텝모터는 외부로부터 입력 펄스 당 일정 각도만큼 로터가 회전하며, 펄스 신호수에 비례한 만큼만 출력축이 회전하므로 정확한 각도제어 및 높은 정확도로 정지가 가능하다.
서보모터는 서보에 맞는 제어 신호에 따라 특정한 각과 위치를 유지시켜주는 모터로 주로 감속기어, 각도에 따른 회전수 측정 등의 기능을 한다. RC 서보모터는 다른 모터에 비해 회전각에 제한이 있으나(180도 미만) 모터의 현재 위치를 유지하기 위해 위치 신호(PWM)을 반복해서 보내 줄 경우 해당 위치를 계속 유지할 수 있다.
이와 같이 다양한 모터 종류 중 로봇 및 기계시스템에 적절한 모터를 선택하여 활용할 수 있다.
2.2. 센서
센서는 다양한 형태로 구현되어 각각의 특성을 가지고 있다. 적외선 센서는 적외선 파장을 감지하는 센서로, 크게 광도전형 센서와 광기전력 센서로 구분된다. 광도전형 센서는 입사된 적외선에 의해 저항이 변화하는 원리를 이용하며, 광기전력 센서는 n형과 p형이 접합된 다이오드 구조에서 적외선 입사 시 전압이 발생하는 원리를 이용한다.
적외선 센서는 사람의 적외선 파장을 감지하여 사람의 움직임을 감지할 수 있어 물체이동로봇에 활용될 수 있다. 적외선 센서는 송신부와 수신부로 구성되며, 송신부에서 발생한 적외선이 물체에 반사되어 수신부에서 감지되는 원리로 동작한다. 이를 통해 사람의 움직임을 ...
참고 자료
장명웅, “공중화장실의 수세식 좌변기에서 성매개 전파성 마이코플라스마의 분리 검출”, pp.1~14, 2002
장순모, “디젤오염토 세척 시 계면활성제의 효율성 향상을 위한 초음파 활용”, pp35~38, 2012
조승인, “최적의 세척효율을 위한 캐비테이션 환경에 관한 연구”, 대학기계학회 2004년도 춘계학술대회 논문집, pp.2005~2010, 2004
소성렬,「‘이런 곳에 초음파가?’ 생활 곳곳에서 도움 주는 초음파들」, 『전자신문』, http://www.etnews.com/20160906000402, 2016.09.06.
박지영, 「노로바이러스 경제적 손실액 645억 달러」,『메디칼트리뷴』, http://www.medical-tribune.co.kr/news/articleView.html?idxno=67549, 2016.05.11.
서민지, 「식약처, 고강도 초음파수술기 사용 ‘주의’ 당부」,『메디파나뉴스』, http://medipana.com/news/news_viewer.asp?NewsNum=186672&MainKind=A&NewsKind=5&vCount=12&vKind=1, 2016.08.05.
「제어시스템공학 , 박진배 외 5명 , 홍릉과학 출판사」
「센서 및 시스템 , 김남호 , 세종출판사」
「야금야금 아두이노, 심재창,고주영,정욱진,이명학 지음 ,카오스북」
「아두이노 로봇 보난자, 고든 맥콤 , 맥그로힐Edu」
「아두이노 쿡북 , 마이클 마끌리스 , 제이펄」
출처: 연합뉴스 [디지털 스토리] 50대 남성 고독사 많다... 그 이유는
https://www.yna.co.kr/view/AKR2*************797
[제목]젊어지는 고독사 … 글쓴이 [우영우] [출처 중앙일보]
https://blog.naver.com/chochono1/221057638298 [블로그 참조]
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