0. 시작에 앞서...
2021 단국대 창의융합 아이디어 경진대회에서 자동소화장치 쿠릉🧯을 주제로 좋은 성과를 만들었는데, 운 좋게 전국 캡스톤 디자인 경진대회 - 경기도 예선에 참가하였다.
해당 글은 자동소화장치 쿠릉🧯을 주제로 성균관대학교 창의적 종합설계 경진대회에 참가하게된 내용이다!
단국대 아이디어 경진대회에 참가하였을 때와는 달리, 기존의 3명의 팀원이 아닌 추가로 4명의 팀원이 추가로 합류하여 성균관대학교 경진대회를 준비하게 되었다.
전자전기공학, 정보통신공학, 산업디자인을 각각 전공하고 있는 친구들과 함께 팀을 구성하였다.
기존 쿠릉이 몇 가지 문제점을 가지고 있었기에, 이를 해결하고자 여러 팀원들과 함께 개선된 쿠릉을 설계하였다.
1. 쿠릉 ver.1 문제점 분석 📋
이전 대회에서 설계한 쿠릉은 몇 가지 문제점이 있었다. 더욱 개선된 쿠릉 ver.2를 설계하기 위해서는 문제점들을 모두 확인 및 보완하는 작업을 거쳐야 했다.
따라서 대회가 끝나자 말자, 기존 쿠릉의 문제점부터 List-Up 해보았다!
🐵 문제점 1 - 물통과 펌프의 배치
쿠릉 ver.1의 H/W 구조를 살펴보면, 물통이 아래에 있고 펌프가 위에 배치된 것을 볼 수 있다. 이러한 구조로도 펌프가 정상작동을 하지만, 원활한 동작을 위해서는 물통이 체결되면 진공상태가 되어야 한다.
- 쿠릉 ver.1의 H/W 구조
그러나, 쿠릉 ver.1은 3D Printing으로 만든 물통이기에 체결되더라도 진공상태로 만드는 것을 불가능하였다..
🙊 문제점 2 - 정격전압이 다른 2종류의 펌프
기존 쿠릉 ver.1에서는 정격전압이 다른 2종류의 펌프를 사용하였다. 쿠릉 내부의 공간이 협소하기에, 수동 동작을 위한 펌프와 4방향 분무를 위한 펌프를 각 기능에 알맞는 스팩과 크기를 기준으로 하여 선택하였다.
하지만 이러한 선택에 의해 Power Supply System이 매우 복잡해졌고, 이를 해결하기 위한 쿠릉 내부에 여러 모듈을 내장하다보니 오히려 부피가 더욱 커졌다...
🙉 문제점 3 - 불필요하게 복잡한 내부
모든 설계 이후, 실제 구현을 위해 쿠릉 ver.1을 제작할 때, 각 부품별 커텍터 길이를 게산하여 정리한 것까지는 매우 좋았다. 하지만 4 방향 분무를 위한 노즐과 파이프들이 복합하게 배치되어 있어, 조립 및 구현 단계에서 큰 어려움을 겪었다.
아쉽게도 이 문제는 쿠릉의 근본적인 문제라서 해결할 수 없었다... 🥲
🙈 문제점 4 - 낮은 전압을 승합하여 구성한 Power Supply System
이전 글을 보면, 전원 설계를 Step-Up이 아닌 Step-Down을 통해 구성한 것을 볼 수 있다. 사실 이 문제는 미리 해결했지만, 다음을 위해 기록하기 위해 작성하였다. 😋
따라서 쿠릉 ver.2 설계에서도 해당 부분을 신경써서 설계하였다!
2. 보완된 쿠릉 ver.2 제작 과정 📹
🔨 H/W 구성
💡 H/W 구조 변경
우선, 문제점 1(물통과 펌프의 배치)에 따른 해결방안으로 쿠릉의 H/W 구조를 변경하기로 하였다. 부분 수정이 아니라, H/W를 다시 처음부터 설계하여 수정을 하였다!
- 수정된 쿠릉 ver.2 H/W 구조(Proto-Type)
위 그림처럼 물통을 위에 배치하고 아래 쪽에 MCU와 각종 센서, 펌프를 배치하도록 설계하였다.
- 동일한 정격전압을 가진 두 종류의 펌프
또한 문제점 3(불필요하게 복잡한 내부)를 조금이나마 해결해보기 위해, 펌프와 파이프를 효율적으로 배치하기 위한 브라켓을 설계하여 쿠릉에 내장하였다.
- 펌프 및 파이프 라인 브라켓
⚙️ 기능 추가
쿠릉 ver.1을 소화기처럼 사용할 수 있도록 수동 동작 모드가 내장되어 있다. 해당 기능을 위해, 수동 동작 버튼이 있지만 실제 소화기처럼 안전핀과 같은 안전 장치가 없다.
따라서 버튼만 눌리면 바로 동작하게 된다...
이러한 문제점을 해결하기 위해 쿠릉 ver.2 손잡이 아래에 터치 센서를 내장하여 해당 센서가 활성화되어야지만 수동 동작 펌프가 동작하도록 설계하였다.
터치 센서가 일종의 안전핀 역할을 하도록 설계하였다.
🔌 Schematic 수정
해당 기능들을 구현하기 위해 기존 회로도를 추가 및 수정하였다.
- 보완된 쿠릉 ver.2의 Schematic
기존 쿠릉과는 달리 원활한 펌프 제어를 위해 Relay가 아닌 Motor Driver를 사용하였다.
Motor Driver를 사용함에 따라 펌프에 전원을 인가하는 방법이 매우 편리해졌다.
또한 DHT11 센서도 하나만 사용하였다. 이동평균필터까지 적용하였기에 2개를 활용하는 것이 과하다고 생각하였기 때문이다.
💾 S/W 구성
S/W 경우 기존 쿠릉 코드를 활용하여 안전핀 역할의 터치 센서만 Interrupt로 설정한 것말고는 크게 변경된 사항이 없다.
따라서 이 부분은 넘어가겠다!
3. 쿠릉 ver.2 최종 구성 📝
쿠릉 ver.2를 출력하기 위해 3D Printer의 크기에 맞춰 Frame을 조각냈다. 이후 조립을 위해 각 Frame 마다 홈을 만들어, 그 홈에 작은 핀을 넣어 결합하는 방식을 택하였다.
- 쿠릉 ver.2 H/W Frame
이후, 출력된 쿠릉 ver.2의 Frame을 모두 조립하여 최종 구성을 하였다.
최종 형상이 나오고 보니, 기존 쿠릉보다 크기가 더 커진거 같다... 🙈
아래는 안전핀 역할을 하는 터치 센서와 쿠릉 손잡이이다.
쿠릉 ver.2는 이전 쿠릉과 동일한 기능을 구현하도록 설계하였기에, 동작 확인 영상은 넘어가겠다.
4. 대회 결과 및 고찰 🎖️
이전 대회인 "창의융합 아이디어 경진대회"가 끝나고 대략 1달 반에서 2달 정도 준비하여 이번 대회에 참가하게 되었다. 위 글을 보면 알 수 있듯이, 기존 H/W 설계를 다 갈아엎었기에 주어진 시간은 충분하지 않았다..
H/W 설계를 혼자서 담당하다보니, 시간이 많이 부족하였고 설계 환경이 좋지 못하였다.
또한 이전 설계 과정에서는 미리 Proto-Type을 통한 여러 실험과 검증 과정이 있었지만, 이번에는 시간이 부족하여 바로바로 제작을 하다보니 각종 문제가 발생하였다.
이전보다 큰 대회에 나가기 위해 준비했다고 생각하기에는 모든 부분에서 매우 부족하였던 것 같다... 😢
그래도 운 좋게 발표를 마무리하여, 동상🥉을 받을 수 있었다!
