Project Based Learning(배터리 팩을 교체해주는 로봇 팔 AGV)목차현재 전기차 충전 시스템(충전소)의 문제점배터리 팩 교환 시스템의 장점과 단점단점 개선 및 효율적인 작동을 위한 설계 안Part DrawingExploded View시나리오 01 상황시나리오 02 상황시나리오 03 상황현재의 전기차 충전 시스템(충전소)의 문제점전기차 충전소의 부족현재까지도 전기차 충전소가 매우 적다. 따라서 충전소가 많이 있는 수도권 외 지역, 특히 외진 곳에 거주하는 사람들은 전기차 운행에 부담이 될 수 밖에 없다. [1]긴 충전 시간급속 충전을 해도 완충까지 한 시간 안팎의 시간이 필요하다. 또한 충전소에 배치 되어있는 충전기의 수도 제한적이기 때문에 대기시간이 증가하게 되어 많은 불편함이 동반된다. [2]충전하지 않는 차량의 불필요한 차리 차지충전이 다 끝난 차량이나 충전이 필요하지 않은 차량들이 장시간 주차하여 자리를 차지하게 되면, 정작 충전이 필요한 사람들이 충전을 못하는 상황이 발생하게 된다. [3]규격화되지 않은 충전단자충전 단자가 규격화되지 않은 수입차량이 충전소를 이용하는 경우, 충전소에서 어댑터를 이용함으로써 충전기 고장이 빈번히 발생하고, 심한 경우 화재까지 발생하는 경우도 있다. [4]휠체어 사용이 필요한 장애인 배려 부족고르지 않은 바닥 표면과 배수로, 불법 주정차, 이용자와 충전기 사이 거리가 멀어 휠체어 사용이 필요한 장애인들의 접근 및 이용이 어려운 등 장애인 이용자의 접근을 막는 문제점들이 존재한다. [5]*참고 자료 - 맨 마지막 폐이지 첨부배터리 팩 교환 시스템에 대한 장단점장점배터리를 충전하는데 걸리는 시간보다 교체하는데 걸리는 시간이 훨씬 적으므로 시간 절약에 도움이 된다.배터리 팩을 기본 옵션으로 탑재해서 판매하지 않고, 배터리 교체 비용을 충전 비용으로 받고 교체해주는 시스템을 차량 제조사에서 제공한다. 이 경우, 차량 출고가를 낮출 수 있게 되어 소비자와 판매사 모두에게 이익이 된다.주기적으로 배터리 팩을 교환해주면, 한 개의 배터리를 계속 사용하는 경우보다 배터리 수명 연장에 도움이 된다.충전소가 없고 보험사를 부를 수 없는 외진 곳에서 배터리 방전 시, 긴급하게 사용할 수 있는 비상용 배터리를 항시 적재하고 다닐 수 있다.단점초기에 대량의 배터리 팩을 한 번에 생산하여야 하며, 다량의 배터리 교환 AGV를 구비해야하는 등 시스템 도입에 필요한 초기 비용이 많이 든다.모든 차량의 배터리 팩 위치와 크기를 표준화하는 경우, 차량 제조사별 효율적인 차량 공간 설계가 제한된다. 이는 곧 배터리 성능 개선에 제약이 생기게 됨을 의미하며, 주행거리가 줄어들게 되는 문제로 이어진다.시간이 지남에 따라 폐배터리가 발생하게 되면, 그 처리 과정에서 발생하는 환경오염 문제도 염두해야 한다.배터리 팩을 공용으로 사용하는 만큼 책임감 없이 사용하면 관리가 수월하지 못하게 되고, 고장 혹은 분실의 우려 발생으로 이어지게 된다.배터리 교환 AGV 설계 시 단점 개선 및 효율적인 작동을 위한 설계 안기존 구상에서는 로봇 팔이 AGV에 붙어 있어서 가동 범위가 제한적이었다. 또한 관절 가동 범위도 매우 제한적이었다.개선 안로봇 팔의 움직임에 제약이 없도록 관절 가동 범위를 -90°~+90°으로 증가시켰다.레일을 설치하여 로봇 팔의 이동 범위를 증가시켰다.초안에서는 바퀴의 개수가 적어 방향전환이 잘 안되고 기동성 또한 떨어졌다.개선 안바퀴의 개수가 4개에서 6개로 변경됨에 따라 AGV의 기동성을 향상시키고 방향 전환 또한 자유롭게 할 수 있도록 설계하였다.초안에서는 로봇 팔의 집게가 2개이고 고정형이라서 배터리 팩을 집는데 제한이 있었다.개선 안집게의 수를 2개에서 3개로 늘이고 가동 범위 또한 -10°~+90°로 설정하여 배터리 팩을 보다 안정적으로 잡고 쉽게 운반할 수 있도록 설계하였다.Part Drawing배터리 팩 교환 AGV 설계 시 사용되는 부품에 대해 각각 도면을 작성하였다.집게집게 헤드로봇 팔 파트 1로봇 팔 파트 2로봇 팔 관절 파트 1로봇 팔 관절 파트 2로봇 팔 받침 (슬라이더)AGV 본체AGV 바퀴Exploded View제품의 구조를 간단하게 확인할 수 있도록 Exploded View를 진행하였다.로봇 팔AVG로봇 팔 + AGV시나리오 01에 대한 어셈블리AGV가 배터리 팩 충전소에서 충전된 배터리를 빼내는 경우 Hyperlink "https://cad.onshape.com/documents/23a4fecfaf59f839b2c1a6d7/w/89ada1258842955775c07a9b/e/10545e4defce0f2c42a7a0cf" https://cad.onshape.com/documents/23a4fecfaf59f839b2c1a6d7/w/89ada1258842955775c07a9b/e/10545e4defce0f2c42a7a0cf로봇 팔이 배터리 팩 충전소에서 충전된 배터리를 집는 과정이다.집게가 벌어졌다가 간격을 좁혀 배터리 팩을 꽉 잡는다.집어든 배터리 팩을 AGV에 탑재하는 과정이다.받침 부분의 관절이 회전하여 팔의 방향을 180° 회전시킨다. 레일을 이용하여 팔이 앞뒤로 움직인다.충전된 배터리 팩을 AGV에 탑재 완료한 모습이다.바퀴 회전을 이용하여 AGV가 180° 회전한 후 전기차 후방으로 이동한다.시나리오 02에 대한 어셈블리방전된 배터리 팩을 교환하는 작업 Hyperlink "https://cad.onshape.com/documents/23a4fecfaf59f839b2c1a6d7/w/89ada1258842955775c07a9b/e/071d98a5c6ae12cddc36e678" https://cad.onshape.com/documents/23a4fecfaf59f839b2c1a6d7/w/89ada1258842955775c07a9b/e/071d98a5c6ae12cddc36e678전기차에서 방전된 배터리 팩을 제거하는 모습이다.집게가 시나리오 01과 동일하게 동작하여 배터리 팩을 집는다.방전된 배터리 팩을 AGV에 옮기는 과정이다.마찬가지로 받침이 회전하고 레일을 통해 로봇 팔이 이동을 한다.방전된 배터리 팩을 AGV에 탑재 완료한 모습이다.배터리 교체를 위해 충전된 배터리 팩을 집는 과정이다.동일한 집게 동작으로 충전된 배터리 팩을 집는다.충전된 배터리를 전기차 쪽으로 옮기는 과정이다.받침 관절 회전이 이루어지고 레일을 이용하여 로봇 팔을 전기차로 이동할 수 있다.충전된 배터리 팩을 전기차에 탑재하는 과정이다.탑재 완료 후 AGV를 반대 방향으로 회전하여 충전소로 이동한다.시나리오 03에 대한 어셈블리AGV가 방전된 배터리 팩을 다시 충전하는 경우 Hyperlink "https://cad.onshape.com/documents/23a4fecfaf59f839b2c1a6d7/w/89ada1258842955775c07a9b/e/16f2efa763884de79d423929" https://cad.onshape.com/documents/23a4fecfaf59f839b2c1a6d7/w/89ada1258842955775c07a9b/e/16f2efa763884de79d423929방전된 배터리를 충전소에 넣기 위해 배터리 팩을 집는 과정이다.집게를 조절하여 방전된 배터리 팩을 집는다.방전된 배터리를 집어 드는 과정이다.배터리 팩을 집은 후 받침 관절과 레일을 이용하여 배터리 충전소 쪽으로 로봇 팔을 이동한다.방전된 배터리를 충전소에 넣는 과정이다.다음 차량의 배터리 팩 교환을 위해 AGV에 탑재할 충전된 배터리 팩을 집는 과정이다.충전된 배터리 팩을 AVG에 탑재하는 과정이다.새롭게 충전된 배터리 팩을 AGV에 탑재 완료 후 위의 과정을 반복한다.출처[1] https://news.joins.com/article/24039344[2] https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LPOD&mid=tvh&oid=056&aid=0010950155[3]https://snaptime.edaily.co.kr/2020/10/%EC%A0%84%EA%B8%B0%EC%B0%A8-%EC%B6%A9%EC%A0%84%EC%86%8C%EC%97%90-%EC%A3%BC%EC%B0%A8%ED%95%B4%EB%86%93%EC%9C%BC%EB%A9%B4-%EC%96%B4%EC%A9%8C%EB%9D%BC%EB%8A%94%EA%B1%B0%EC%A3%A0/[4] https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=*************470743&vgb=autom[5]http://www.ablenews.co.kr/News/NewsContent.aspx?CategoryCode=0039&NewsCode=*************43120514534
