선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 기 연구된 열융착방식에 의한 결속 방법에서의 설계사양을 바탕으로 시제품을 제작하고 성능을 검증하고자 한다.
- 본 연구에서는 열로써 결속 끈을 순간적으로 녹이고 가압하여 접합결속 하는 열융착방식을 적용한 채소결속 메커니즘의 설계와 시제품을 제작하고 성능시험을 수행하였다. 본 결속 장치는 이미 농업기계로 인정을 받은 바 있으며, 이후 지속적인 시험을 통해 작업환경의 변화에 따른 열 접합 조건 및 결속밴드의 최적화 그리고 채소결속 팽창력에 의한 벌어짐 현상의 최소화를 실현하여 제품화할 계획에 있다.
- 채소류의 수확 과정을 도시하면 Fig. 1과 같고 점선으로 나타낸 결속작업 과정을 자동화하고자 하였다.
제안 방법
- (1) 본 채소 자동결속장치는 결속 끈을 열로써 순간적으로 녹이고 가압하여 접합 결속하는 열융착 방식을 적용하여 묶음단의 크기에 관계없이 직경이 30 ~200mm 까지 결속이 가능도록 개발하였다.
- 결속 끈과 히터사이에 이물질이 들어가서 끈의 접합 에러가 발생되는 것을 방지하기 위하여 암 끝단에 부드러운 와이어 브러시를 사용하여 해결하였다.
- 결속강도는 결속된 다발의 끈을 절단하여 길이를 측정하고, 동 다발에 절단한 길이만큼 새로운 끈을 감아 당길 때의 인장력으로 10다발을 각각 측정하여 평균한다.
- PICBASIC 은 Basic Interpreter(해석기)를 마이크로 컨트롤러 내에 내장하여 쉽게 프로그래밍이 가능하며, 자동 제어분야에 쓰이는 주요 동작들을 단일명령어로 쉽게 구현할 수 있다. 고가의 MDS(Microprocessor Developer System) 장비 없이 PC 와 케이블만으로 다운로드 및 디버깅이 가능하여 저가로 제어장치를 구성할 수 있는 장점이 있어 이를 선정하였다®;. 결속 시스템의 컨트롤 다이어그램은 Fig.
- 그러나 접합조건은 끈의 두께, 접합압력, 주의 환경(습도, 온도) 그리고 계절에 따라 달라져야 함으로 온도제어기와 함께 히터를 구성하였다. 구동장치에 적용한 동력원은 차량 윈도우용 DC 모터를 적용하였다.
- 기 작성된 3D-CAD 모델로부터 제작도를 작성하고 설계 사양에 준하여 시제품을 제작하였다. 제작한 시제품을 나타내면 Fig.
- 본 결속 메커니즘의 구성은 전체 시스템을 지지하는 테이블 장치, 채소를 운반하는 컨베이어장치, 채소의 묶음 단의형상을 유지하고 파지하는 호퍼 장치, 채소에 결속 장력(단단함)을 주기위한 채소누름 장치, 결속 끈을 채소의 묶음 단의 모양을 따라 감싸게 하는 암 장치 결속 끈을 열융착에 의하여 접합하는 열접합 장치, 결속 후 결속 끈을 절단하는 절단 장치 그리고 결속 끈의 연속적인 공급을 위한 결속 끈 삽입공급 장치로 구성하였다. 결속장치의 구성요소의 주요부와 명칭을 Fig.
- 2에 도시하였다. 본 결속장치는 제작의 용이성을 고려하여 테이블장치 컨베이어장치 호퍼장치: Module I, 암 구동장치 채소누름 장치 컨베이어구동장치: Module II 그리고 열접합장치, 끈 절단장치, 끈공급장치: Module Ⅲ 으로 모듈화하였다. 모듈화 한 개략도를 Fig.
- 각 구성품의 설계를 위한 모델링 툴로 CATIA V5 를 활용하였다. 부품들 간의 가상 조립을 통해 간섭과 충돌을 회피하였고, MSC사의 SMO(SimDesigner Motion) 모듈을이용하여 기구학적 작동상태를 시뮬레이션을 통해 검토하였다. 기구학적인 시뮬레이션은 메커니즘 설계과정에서 수행한바 있다(2) 본 채소 자동결속기의 열융착방식에 의한 결속 메커니즘과 결속장치의 설계사양에 따른 3D-CAD 모델은Fig.
- 성능시험은 2번에 걸쳐 미나리 재배농가에서 직접 수행하였다. 미나리는 다른 채소에 비해 역학적 물성이 가장 약하다.
- 현상이 발생하였다. 이를 해결하기 위해 결속 끈의 접합부에 물을 분사하는 방법을 적용하였다. 물의 분사양은 분사 펌프의 분사시간을 조절하였다.
- 구동장치에 적용한 동력원은 차량 윈도우용 DC 모터를 적용하였다. 차량 윈도우용 리프트 모터는 일반 모터에 비해 저가이고 수분에 대한 밀폐성이 좋아 수분과 밀접한 관계가 있는 본 결속 시스템에 적합하며 또한 전류를 인가하면 최소 1 회전하므로 제어가 용이하여 이를 선정하였다. 본 결속시스템을 위해 선정한 제어시스템의 하드웨어 사양은 Table 2와 같다.
대상 데이터
- 결속 끈의 접합을 위한 히터 (heater) 는 본 결속 시스템에 적용한 EVA 밴드의 접합특성 실험을 통하여 선정하였다. 그러나 접합조건은 끈의 두께, 접합압력, 주의 환경(습도, 온도) 그리고 계절에 따라 달라져야 함으로 온도제어기와 함께 히터를 구성하였다.
- 미나리는 다른 채소에 비해 역학적 물성이 가장 약하다. 따라서 미나리를 재료로 한 시험조건을 통과한다면 다른 다양한 채소에서는 문제가 발생하지 않을 것으로 판단하여 시험 재료를 미나리를 선정하였다. 시험방법은 농업기계공학연구소(NIAE: National Institute of Agriculture Engineering)의 시험기준(NAMRI T 6050) 에 준하여 수행하였다.
이론/모형
- 3에 도시하였다. 각 구성품의 설계를 위한 모델링 툴로 CATIA V5 를 활용하였다. 부품들 간의 가상 조립을 통해 간섭과 충돌을 회피하였고, MSC사의 SMO(SimDesigner Motion) 모듈을이용하여 기구학적 작동상태를 시뮬레이션을 통해 검토하였다.
- 성능 시험방법은 농업공학연구소(NIAE : National Institute of Agriculture Engineering) 의 시험기준 NAMRI T 6050(4)과 검사기준 NAMRI S 6050(5) 에 준하여 수행하였다. 검사 방법은 다음과 같다.
- 따라서 미나리를 재료로 한 시험조건을 통과한다면 다른 다양한 채소에서는 문제가 발생하지 않을 것으로 판단하여 시험 재료를 미나리를 선정하였다. 시험방법은 농업기계공학연구소(NIAE: National Institute of Agriculture Engineering)의 시험기준(NAMRI T 6050) 에 준하여 수행하였다. 시험 과정의 모습과 묶여진 미나리의 단 묶음 형태는 Fig.
성능/효과
- (2) 성능시험 재료를 미나리로 한정 한 경우 불완전결속과 손상은 수작업에 비해 높게 나타났으나, 수치적으로는 불완전 결속율 2%, 손상율 3%로 시험기준인 각각 5% 에 비해서는 낮게 나타났다.
- (3) 본 채소 자동결속장치에서 결속 끈의 소모량은 180mm 정도인 것으로 측정되었고, 일반적인 수작업에 의한 결속 끈의 소모량에 비해 약 40%의 절감효과가 있는 것으로 나타났다.
- (4) 본 채소 자동결속기는 시간당 약288단의 작업이 가능하도록 설계하였으나 실제적인 결속성능실험에서는 시간당 235단을 묶을 수 있었으며, 일반적으로 수작업에 의한 결속능력에 비해 약 3.6 배의 결속성능을 보였다.
- 본 결속기에 있어서 결속 끈의 소모량은 180mm 정도인 것으로 측정되었다. 따라서 일반적인 수작업에 의한 결속 끈의 소모량에 비해 약 40%의 절김효과가있는 것으로 나타났다.
- 없는 단점을 가지고 있었다. 본 결속기는 묶음 단의 크기와는 관계없이 결속이 가능하였고, 묶음 단의 모양도 타원형으로 일정하게 묶을 수 있음을 확인하였다.
- 묶을 수 있다. 본 결속기의 결속성능시험에서는 시간당 235단을 묶을 수 있었으며 수작업에 비해 약 3.6 배의 결속성능을 보였다.
- 미나리의 불완전결속과 손상은 수작업에 비해 조금 높게나타났다. 본 시험에서는 불완전 결속율이 2%, 손상율이 3%로 나타났으나 시험기준인 각각 5%에 비해 낮게 나타났다. 결속조건들을 조정 함으로써 불완전결속율과 손상율을좀 더 나출 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 결속 장치는 이미 농업기계로 인정을 받은 바 있으며, 이후 지속적인 시험을 통해 작업환경의 변화에 따른 열 접합 조건 및 결속밴드의 최적화 그리고 채소결속 팽창력에 의한 벌어짐 현상의 최소화를 실현하여 제품화할 계획에 있다. 본 채소 자동 결속장치에 적용한 열융착 방식은 채소포장 결속 시스템에는 처음 시도한 방식으로 많은 장점을 가지며, 또한 다양한 결속포장 시스템에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 결속 장치는 이미 농업기계로 인정을 받은 바 있으며, 이후 지속적인 시험을 통해 작업환경의 변화에 따른 열 접합 조건 및 결속밴드의 최적화 그리고 채소결속 팽창력에 의한 벌어짐 현상의 최소화를 실현하여 제품화할 계획에 있다. 본 채소 자동 결속장치에 적용한 열융착 방식은 채소포장 결속 시스템에는 처음 시도한 방식으로 많은 장점을 가지며, 또한 다양한 결속포장 시스템에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 본 연구를 통해서 다음과 같은 결론을 얻었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.