[논문]우산 건조를 위한 자동 제수 시스템 개발

김지현; 박주형; 송민기; 윤준수; 연주은; 이다은; 박현주; 강태구

doi:10.7236/jiibc.2020.20.2.239

우산 건조를 위한 자동 제수 시스템 개발
Development of Automatic Dehydration System for Umbrella Drying 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.20 no.2, 2020년, pp.239 - 246

김지현 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과) , 박주형 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과) , 송민기 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과) , 윤준수 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과) , 연주은 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과) , 이다은 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과) , 박현주 (상명대학교 스마트정보통신공학과) , 강태구 (상명대학교 휴먼지능로봇공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 우산의 물기를 건조하는 자동 제수 시스템을 제안한다. 우산의 물기 제거방법은 우산용 비닐을 씌우거나 사용자가 직접 우산을 털어 수동적으로 제거하는 번거로운 방법과, 수동으로 우산을 제수면에 접촉 시켜 물기를 제거하는 제수기를 사용하는 방법이다. 기본 방법은 수동으로 제거해야 하는 번거로움 뿐만 아니라 제수기의 물기 제거 성능도 만족할 만한 건조감을 기대하기 힘든 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 에어 컴프레셔를 이용하여 사용자가 우산을 넣으면 압력 센서가 넣어진 우산의 무게를 감지해, 모터를 구동시키는 방식으로 우산의 물기를 제거하는 시스템을 개발하였다. 본 발명품은 비닐을 사용하지 않아 폐비닐의 발생을 없앰으로써 경제적, 환경적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an automatic dewatering system for drying water from umbrellas is proposed. In the past, there were problems that users had to put on plastic for removing the water from umbrella by covering it with a plastic or using a water dryer that removes water by manually touching the umbrella to the water surface. But this method was hard to expect. To solve these problems, an air compressor was used to develop a system to remove water from the umbrella by detecting the weight of the umbrella with pressure sensor when the user puts the umbrella into the dewatering machine and driving the motor. It is expected that this invention will have economic and environmental effects by eliminating the use of waste vinyl.

주제어

표/그림 (18)

그림 그림 1. 기존에 개발된 우산 제수기^[3] Fig. 1. A previously developed umbrella dewatering machine
그림 그림 2. 우산제수기 H/W 구성 Fig. 2. A previously developed umbrella dewatering machine
표 표 1. 서울시 재활용품 종량제 수거현황 Table 1. Simulation Parameters
그림 그림 3. 제안된 우산 제수 시스템 구조 Fig. 3. Proposed umbrella dewatering system structure
그림 그림 4. 우산 제수기 하부 회전부 및 우산 감지 센서부 Fig. 4. Lower rotation part and umbrella detection sensor part of the proposed umbrella dehydration system
그림 그림 5. 우산 제수기 동력 전달 장치 Fig. 5. Power transfer unit of the proposed umbrella dehydration system
그림 그림 6. 우산 제수기 배수부 Fig. 6. Umbrella water dispenser Drainage
그림 그림 7. 우산 제수 시스템 타이머 및 제어부 Fig. 7. Timer and controller of proposed umbrella dehydration system
그림 그림 8. 압력 센서 기반 제수기 자동화 알고리즘 Fig. 8. Pressure sensor-based umbrella dehydration automation system
그림 그림 9. 완성된 제수기 Fig. 9. umbrella dehydration system
그림 그림 10. 폴리에스테르 재질의 우산에 대한 시간당 건조율 Fig. 10. The hourly drying rate for umbrellas of polyester material
그림 그림 11. 비닐 원단 재질의 우산에 대한 시간당 건조율 Fig. 11. The hourly rate of drying for umbrellas in vinyl fabric
표 표 2. 폴리에스테르 재질의 우산 건조율 Table 2. Rate of umbrella drying in polyester material
표 표 3. 비닐 재질의 우산 건조율 Table 3. Rate of umbrella drying in vinyl material
그림 그림 12. 폴리에스테르 재질 우산의 건조 속도 그래프 Fig. 12. Drying speed graph of polyester material umbrella
그림 그림 13. 비닐 재질 우산의 건조 속도 그래프 Fig. 13. Dry speed graph of vinyl umbrella
표 표 4. 폴리에스테르 재질의 우산에 대한 건조 속도 결과 Table 4. Result of drying speed for umbrella of polyester material
표 표 5. 비닐 재질의 우산에 대한 건조 속도 결과 Table 5. Result of drying speed for umbrellas with vinyl material

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

더불어 우산을 건조 시키는데 핵심적인 역할을 하는 패드가 젖으면 우산에 묻어있는 물기가 제대로 제거되지 않아 지속성을 기대하기 힘들다. 따라서 기존하는 우산 건조기의 단점을 해결하기 위해 우산 제수를 위한 자동 제수 시스템을 제안한다. 본 시스템은 압력도에 따른 데이터를 기반으로 에어 컴프레셔와 DC 모터의 회전을 자동화하여 우산을 건조하는 알고리즘을 사용한다.
본 논문에서는 기존의 우산 제수기에 비해 간편하고 효율적인 이 제수 시스템을 제안하였다. 제안된 제수 방식은 단지 우산을 제수기 내부통에 삽입하는 간단한 행위를 통해 제수 기능을 자동화하였다.
본 논문에서는 압력도에 따른 데이터를 기반으로 에어컴프레셔와 DC모터의 회전을 자동화하여 우산을 건조하는 방법을 제안한다. 우산 삽입시, 접근한 우산을 감지하는 압력 센서의 신호를 기반으로 그림 8에서 보는 바와 같이 제수기 자동화 알고리즘을 제안하였다.
제안된 시스템의 성능을 평가하기 위해서 다음과 같이 두 가지 관점에서 실험을 수행하였다. 첫째 우산 재질에 따라 도출된 제수기의 시간당 건조율에 관련된 실험, 둘째, 우산 재질에 따라 특정 건조율을 도달할 시 산출되는 건조 시간, 다시 말해 건조 속도에 대해 알아보고자 한다. 공통적으로, 두 관점들은 우산 원단 재질을 폴리에스테르와 비닐 2종류로 분리하여 평가한다^[5].

제안 방법

우산을 제수 및 건조하기 위해 회전부가 형성되는데, 회전부에는 압력센서가 형성되어 우산통마다 각각의 우산의 투입 여부를 확인이 가능하다. 또한 압력센서는 아두이노에 연결되고, 압력센서는 우산의 무게를 인식하여 우산이 우산통에 들어갔는지 투입 여부를 확인하여, 에어컴프레셔와 상기 모터의 전원이 자동으로 동작으로써 우산 제수과정을 수행한다. 이 때, 압력센서의 데이터를 기반으로 아두이노에 연결된 릴레이 모듈을 통해 에어 컴프레셔와 모터의 전원을 공급시켜 우산 제수기의 가동을 조절한다.
본 단계에서는 에어 컴프레셔와 DC모터의 전선을 각각 연결된 릴레이 모듈이 신호를 수신해 해당 알고리즘을 실행한다. 우산이 삽입된 것을 감지한 후, 릴레이 모듈의 스위치를 제어해서 에어 컴프레셔를 동작하도록 한다.
이후에 불빛과 소리를 통해 제수가 완료되었음을 알려 사용자가 우산을 꺼낼 수 있도록 한다. 본 시스템에서는 에어 컴프레셔를 노즐과 연결하여 우산통 내부에 고압의 공기를 분사하여 젖은 우산을 건조한다. 각 세부 부분에 대한 내용은 다음과 같다.
따라서 기존하는 우산 건조기의 단점을 해결하기 위해 우산 제수를 위한 자동 제수 시스템을 제안한다. 본 시스템은 압력도에 따른 데이터를 기반으로 에어 컴프레셔와 DC 모터의 회전을 자동화하여 우산을 건조하는 알고리즘을 사용한다. 제수 기능의 자동화로 사용자의 번거로움을 줄여줄 뿐만 아니라 손놀림이 발달되지 않은 유아, 환자들도 손쉽게 사용 가능하여 유치원이나 병원 등과 같은 다양한 시설에서의 활용이 가능하다.
본 실험은 폴리에스테르 및 비닐 우산에 대하여 건조율이 60%에서 100%까지의 도달 시간을 측정하였다. 표4 및 그림 11은 폴리에스테르 재질의 우산에 대한 결과를, 표 5 및 그림 12는 비닐 재질의 우산에 대한 측정된 실험 결과를 나타낸다.
본 실험은 폴리에스테르 및 비닐 재질의 우산에 대한 60초 동안의 건조율을 50회 실험하여 결과를 측정하였다. 표 2 및 그림 9는 폴리에스테르 재질의 우산에 대한 건조율 결과를, 표 3 및 그림 10은 비닐재질의 우산에 대한 건조율 결과를 보여준다.
본 논문에서는 압력도에 따른 데이터를 기반으로 에어컴프레셔와 DC모터의 회전을 자동화하여 우산을 건조하는 방법을 제안한다. 우산 삽입시, 접근한 우산을 감지하는 압력 센서의 신호를 기반으로 그림 8에서 보는 바와 같이 제수기 자동화 알고리즘을 제안하였다. 그림 8에서 각 단계별 기능은 다음과 같다.
본 논문에서는 기존의 우산 제수기에 비해 간편하고 효율적인 이 제수 시스템을 제안하였다. 제안된 제수 방식은 단지 우산을 제수기 내부통에 삽입하는 간단한 행위를 통해 제수 기능을 자동화하였다. 또한, 제수기 자체에서 우산에서의 잔여 물기를 확인해 직접적인 우산 건조여부를 감지하므로, 사람의 개입을 필요로 하지 않고도 완벽하게 우산의 물기를 제거할 수 있다.
공통적으로, 두 관점들은 우산 원단 재질을 폴리에스테르와 비닐 2종류로 분리하여 평가한다^[5]. 첫 번째 실험은 1분(60초) 이내라는 한도에서 각기 상이한 소요 시간을 기준으로 생성된 제수율을 기록하였다. 두 번째 실험 결과표는 우산 건조율이 60%을 시작으로, +10%씩 건조율을 증가시켜 100%까지의 소요시간을 측정하였다.

성능/효과

15초 전 후를 근접해서 90% 이상의 건조율을 기대할 수 있으며, 10초 전 후부터 추가적인 건조시간을 보여줌으로써 각각 얼마만큼의 제수 효율을 발휘하는지 정보를 제공할 수 있다. 대체로 60%~90% 범위내에서의 제수율 증가율은 +10%당 1.5초 전후 추가되어 제수 시간이 소요됨을 알 수 있다. 또한 두가지의 실험결과를 통하여 사용자의 타이머 설정이 없는 경우 우산건조율 대비 최적 타이머 설정 시간은 15초 전후가 적절한 것으로 분석되었다.
첫 번째 실험은 1분(60초) 이내라는 한도에서 각기 상이한 소요 시간을 기준으로 생성된 제수율을 기록하였다. 두 번째 실험 결과표는 우산 건조율이 60%을 시작으로, +10%씩 건조율을 증가시켜 100%까지의 소요시간을 측정하였다.
5초 전후 추가되어 제수 시간이 소요됨을 알 수 있다. 또한 두가지의 실험결과를 통하여 사용자의 타이머 설정이 없는 경우 우산건조율 대비 최적 타이머 설정 시간은 15초 전후가 적절한 것으로 분석되었다.
제수 기능의 자동화로 사용자의 번거로움을 줄여줄 뿐만 아니라 손놀림이 발달되지 않은 유아, 환자들도 손쉽게 사용 가능하여 유치원이나 병원 등과 같은 다양한 시설에서의 활용이 가능하다. 또한, 패드를 부착한 기존의 우산 건조기와 다르게 바람을 이용한 제수 방식으로 지속성을 유지할 수 있다. 우산의 접힌 부분까지 빠른 건조가 가능하며 기존의 건조기와 비교할 때, 같은 시간 대비 여러 개의 우산을 동시에 말릴 수 있어 우산 건조의 효율성도 확보하였다.
상기 실험 결과를 통하여 건조 시간이 경과에 있어서 원단에 따른 건조율의 차이가 크게 나지 않음을 알 수 있다. 우산의 대표적인 원단 두 소재를 실험체에 사용하면서, 본 우산 제수 시스템에서 우산의 재질 구분 단계를 거치는 시스템의 부재에도 기계 설계에서는 무방한 것으로 나타났다.
표4 및 그림 11은 폴리에스테르 재질의 우산에 대한 결과를, 표 5 및 그림 12는 비닐 재질의 우산에 대한 측정된 실험 결과를 나타낸다. 실험 결과에서 폴리에스테르와 비닐 재질 모두 60% 9초 후반, 70% 11초 중반, 80% 13초 초반 90% 14초 후반으로 나타난다. 두 재질은 같은 값의 건조율 상당치를 이르기 위해서 비슷한 건조시간이 소요됨을 알 수 있다.
상기 실험 결과를 통하여 건조 시간이 경과에 있어서 원단에 따른 건조율의 차이가 크게 나지 않음을 알 수 있다. 우산의 대표적인 원단 두 소재를 실험체에 사용하면서, 본 우산 제수 시스템에서 우산의 재질 구분 단계를 거치는 시스템의 부재에도 기계 설계에서는 무방한 것으로 나타났다.
또한, 제수기 자체에서 우산에서의 잔여 물기를 확인해 직접적인 우산 건조여부를 감지하므로, 사람의 개입을 필요로 하지 않고도 완벽하게 우산의 물기를 제거할 수 있다. 제안된 제수 시스템은 에어 컴프레셔의 풍압조절과 DC모터의 원심력을 이용하여 건조하고자하는 우산의 전면을 빠르고 효율적으로 건조시킬 수 있음^[8]을 실험을 통하여 확인하였다. 이러한 제수 방식은 우산 폐비닐의 사용을 절감시키고, 보다 청결한 제수기능을 발휘하여 쾌적한 환경을 조성하는 것뿐만 이니라, 가정, 기업 등에서 이물질로 오염되어 배출된 폐기물을 재활용^[7]하기 위해 효율적으로 세척하는 것과 같은 다른 분야에 폭 넓게 적용가능하여 그 파급효과가 크다고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동 제수 시스템이란?	기본 방법은 수동으로 제거해야 하는 번거로움 뿐만 아니라 제수기의 물기 제거 성능도 만족할 만한 건조감을 기대하기 힘든 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 에어 컴프레셔를 이용하여 사용자가 우산을 넣으면 압력 센서가 넣어진 우산의 무게를 감지해, 모터를 구동시키는 방식으로 우산의 물기를 제거하는 시스템을 개발하였다. 본 발명품은 비닐을 사용하지 않아 폐비닐의 발생을 없앰으로써 경제적, 환경적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
	우산의 물기 제거방법에는 어떤 것들이 있는가?	본 논문에서는 우산의 물기를 건조하는 자동 제수 시스템을 제안한다. 우산의 물기 제거방법은 우산용 비닐을 씌우거나 사용자가 직접 우산을 털어 수동적으로 제거하는 번거로운 방법과, 수동으로 우산을 제수면에 접촉 시켜 물기를 제거하는 제수기를 사용하는 방법이다. 기본 방법은 수동으로 제거해야 하는 번거로움 뿐만 아니라 제수기의 물기 제거 성능도 만족할 만한 건조감을 기대하기 힘든 문제점이 있었다.
	자동 제수 시스템의 기대 효과는 어떤 것이 있는가?	이러한 문제점을 해결하기 위하여 에어 컴프레셔를 이용하여 사용자가 우산을 넣으면 압력 센서가 넣어진 우산의 무게를 감지해, 모터를 구동시키는 방식으로 우산의 물기를 제거하는 시스템을 개발하였다. 본 발명품은 비닐을 사용하지 않아 폐비닐의 발생을 없앰으로써 경제적, 환경적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (8)

Seoul Recyclables Collected Quantity Statistics, Seoul Open Data Plaza, 2016.06.09.
Statistics on the Collection of Recycled Goods in Seoul, 2018.07.10
http://www.umbreller.com
Kyung-Jung Lee, Hyun-Sik Ahn, "Implementation of Multi-Motor Controller Based on a Single Microcontroller", The Journal of the Institute of Internet,Broadcasting and Communication, VOL. 15 NO. 1, February 2015, pp.237-243

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Kim, Kee Joo, "Tensile Test Evaluation of Polypropylene Sheets Following as Strain Rate and Temperature Variation", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, V.19, no.8, 2018, pp.32-36, http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2018.19.8.32
J. S. Kang, Y. H. Lee, "Cookware with timer function.", Korean Institute of Information Technology,(2018), 509-510.
H.Y. Lee, J. H. Kang, S. W. Lee, S.J.Lim, "The pre-treatment system for pyrolysis liquefaction of waste vinyl", The Korean Society of Manufacturing Technology Engineer, (2008), 343-346.
D. G. Lee, W. B. Kim, J.S.Kim, S.G.Lim, K.S.Kong, "Smart Safety Helmet Using Arduino", (2019), pp.77-83.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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