안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 아두이노를 활용해서 스마트팜을 구현한 사례가 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1. 스마트팜에서 아두이노의 역할아두이노는 센서와 액추에이터를 제어하는 중앙 장치로, 농작물의 생장에 필요한 다양한 환경 요소를 감지하고 자동으로 관리할 수 있습니다. 스마트팜 시스템은 주로 온도, 습도, 조도, 물 공급 등을 모니터링하며, 이러한 데이터를 통해 자동으로 물을 공급하거나, 조명을 제어할 수 있습니다.2. 아두이노 스마트팜의 주요 구성 요소1) 토양 습도 센서역할: 토양의 습도를 측정하여 식물이 물이 부족한지, 과잉인지 감지합니다.동작: 토양 습도가 일정 수준 이하로 떨어지면 자동으로 물을 공급할 수 있습니다.2) 온도 및 습도 센서 (DHT11/DHT22)역할: 농작물 생장에 중요한 환경인 온도와 습도를 실시간으로 모니터링합니다.동작: 온도가 너무 높거나 낮으면 팬이나 히터를 자동으로 작동시킬 수 있습니다.3) 조도 센서 (LDR)역할: 식물이 필요로 하는 빛의 양을 측정합니다. 빛이 부족하면 자동으로 인공 조명을 켜거나, 빛이 과도하면 차광막을 내리는 기능을 구현할 수 있습니다.4) 펌프와 릴레이 모듈역할: 물 공급을 위한 펌프를 제어하며, 릴레이를 통해 전원을 제어합니다.동작: 습도 센서의 데이터를 기반으로 펌프가 물을 자동으로 식물에게 공급합니다.5) 서보 모터역할: 자동으로 문이나 창문을 열고 닫는 시스템에 사용할 수 있습니다. 온도가 너무 높거나 낮을 때 환기 시스템을 작동시킬 수 있습니다.6) Wi-Fi 모듈 (ESP8266/ESP32)역할: 스마트폰이나 컴퓨터에서 실시간으로 농작물 상태를 모니터링하고 원격으로 제어할 수 있게 합니다.3. 스마트팜 시스템의 구현 방법아두이노와 센서를 활용해 간단한 자동 물 공급 시스템을 구축하는 방법을 예시로 설명하겠습니다.준비물:아두이노 UNO토양 습도 센서물 펌프릴레이 모듈 (펌프 제어용)LED (물 공급 상태 표시용)회로 연결:토양 습도 센서를 아두이노의 아날로그 핀에 연결.릴레이 모듈을 통해 물 펌프를 아두이노와 연결.펌프는 릴레이를 통해 제어되고, 물을 자동으로 공급.LED는 물이 공급될 때 상태를 표시.4. 스마트팜에서의 원격 모니터링과 제어ESP8266 또는 ESP32와 같은 Wi-Fi 모듈을 사용하면, 스마트팜 시스템을 원격으로 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 사용자는 스마트폰이나 웹 인터페이스를 통해 현재의 온도, 습도, 조도 등의 데이터를 실시간으로 확인하고, 필요에 따라 물 공급이나 조명 제어 등의 작업을 수행할 수 있습니다.5. 스마트팜 시스템 확장 아이디어1. 자동 온도 제어 시스템DHT11 센서로 온도를 측정하여, 온도가 특정 범위를 벗어나면 팬 또는 히터를 자동으로 작동시켜 최적의 온도를 유지합니다.2. 조명 제어 시스템LDR 센서를 사용하여 빛의 세기를 측정하고, 빛이 부족하면 자동으로 조명을 켜는 시스템을 구현합니다.3. 원격 경고 시스템특정 조건(예: 온도나 습도 이상)이 발생하면 SMS나 이메일로 경고를 보내는 시스템을 구현할 수 있습니다. 이를 위해 IFTTT나 Twilio 같은 서비스를 사용할 수 있습니다.한 예로칠곡 석천 중학교 에서 아두이노 관련 스마트팜 캠프 운영이 있었는데요교육은 이론 교육에 이어 직접 소형 스마트 팜을 제작하는 실습이 시행됐습니다. 주제를 정하고, 현실 문제를 파악한 뒤 생산성을 향상할 방법을 강구하는 등 기술적 필요조건까지 고려하는 전문적인 실습이 진행됐는데요특히 학생들은 ‘아두이노’를 활용하여 회로 설계를 바탕으로 보드를 제작하고, 알고리즘을 통해 프로그램을 설계하고 오류에 대한 점검을 마친 뒤 화분에 직접 테스트해보는 일련의 과정을 거쳤습니다.
기계공학
Q. 유압 시스템 기계 설계는 어느 것을 중점적으로 생각해야 되는 건가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.설계시 고려사항은 여러가지 입니다보통 유압실린더 설계가 우선인데기본적으로는요구되는 힘속도정밀도 등 조건을 만족하기 위해실린더 직경, 행정길이, 부품 재질과 구조 등을 최적화 해야합니다.실린더 직경요구 힘과 압력에 맞춰 실린더 직경을 결정합니다안전율을 고려하여 정격압력의 50-60% 수준에서 설계행정거리 따라 다양한 마운팅 방식 선택실린더 재질 선정내식성, 내마모성, 정밀도 등 사용환경에 맞는 재질 선정온도변화, 유체오염 등 영향도 고려유압회로유압회로를 실린더 사양에 맞게 설계펌프 유량과 압력, 제어밸브 선정, 탱크 설계 등이 포함되고외란 및 부하변동에도 실린더가 정밀/안정적 작동가능하도록 설계.또한 유압기기 설계에서는 보안 사항도 고려해야합니다.보안고려 사항사용자의 안전과 기계의 안전을 보호하기 위한 보안사항 설계 고려유압기기 사용중 부품이 파손되거나 유압유출 발생가능하므로,예방위한 보안장치 설계국제기준 준수국제 기준 및 규제를 준수하지 않으면, 사용자 안전에 문제발생 가능하고이는 제작사 책임으로 연결됨간단히 유압시스템 설계 시 고려사항을 열거해 보았습니다
기계공학
Q. 기계 설계를 했는데 부품이 없어서 설계 변경을 해야 하는경우는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로부품이 부족하거나/ 수급이 어렵다는 상황은사실 미리 계산된 부분이라야 하지만그 최악의 상황이 왔다면전체적인 구조변경이 아닌 이상그 대체품으로서 기능은 같으나 약간의 싸이즈 등 변경이 필요하다면그 국소적인 부분에 대해서만 설계변경은 가능하겠습니다.그것이 전자부품이라면 대체품으로 진행 될 것이고기계적인 공작품이라면때에 따라서는3D 프린팅에 의해서 대체 생산 되는 경우도 있습니다만다만 그 수량이 대량생산이라면 CNC 공작이나 사출성형 등에 의존해야 되겠습니다.
기계공학
Q. AI 기술을 접목한 로봇 시스템에서 가장 중요한 요소는 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.미래 로봇공학은 여러 기술적 도전에 직면하고 있습니다. 그 중 가장 중요한 것은 로봇의 지능성과 학습 능력을 향상시키는 것입니다. 하지만 인공지능은 각 분야에서도 여러 가지 도전과 한계에 직면하고 있습니다. 인공지능은 데이터와 알고리즘의 윤리와 품질, 인간의 역할과 관계, 인공지능의 취약성과 보안 등의 문제를 해결해야 합니다. 또한 인공지능은 복잡한 문제에 대한 학습과 평가, 사용자의 만족도와 난이도의 균형, 인공지능의 윤리와 사회적 영향 등의 문제를 해결해야 합니다.딥러닝과 강화학습 같은 인공지능 기술의 발전은 이를 지원하고 있으며, 알고리즘과 센서 기술의 혁신이 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 또한, 로봇의 에너지 효율성, 유연성, 안전성 등에 대한 연구도 미래 로봇 기술의 핵심 과제로 지목되고 있습니다. 이러한 도전에 대한 극복을 통해 미래 로봇은 보다 지능적이고 윤리적으로 향상된 기술을 보여줄 것으로 기대됩니다.
기계공학
Q. 캐드에도 종류가 많은데 기계 설계는 어떤것으로 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계설계 관련 프로그램 종류와 특징을 열거해 보면1, 오토캐드2D 도면 설계 프로그램으로기계설계, 건축, 인테리어, 디자인 분야에서 다양하게 활용2, 솔리드 웍스직관적 프로그램으로 초보자도 쉽게 접근가능일반기계기사/ 기계설게산업기사 등 자격증 실기에서도 대표적으로 사용제품 디자인 분야에서도 많이 사용3, 인벤터오토데스크 사에서 개발한 프로그램으로국가기술자격 실기에서 사용가능한 대표적 프로그램오토캐드와 호환성이 뛰어나고, 곡면작성기능은 솔리드웍스에 비해 떨어짐4, 카티아프랑스 '다쏘 시스템즈' 에서 개발한 3D 모델리 프로그램( 카티아는 원래 비행기를 만들 때 사용하던 프로그램_)공기저항을 최소화 하기 위해 유선형 디자인이 중요한데,곡면모델링을 하는데 있어 매우 유리한 프로그램으로자동차/ 항공기 쪽에서 가장 폭넓게 사용됨현대자동차 에서도 사용하는 프로그램5, NX/UG카티아와 동일하게 곡면 모델링에 강함금형설계 를 하는 곳에서 많이 사용( 금형설계란 - 어떤 제품을 찍어낼 때 사용하는 거푸집 금형을 설계하는 것)정도로 가장 범용적으로 사용되는 프로그램을 열거해 보았습니다.기계설계 프로그램은 종류는 수없이 많으나비슷한 면들이 많기때문에한 가지를 습득해 두면 나머지들도 쉽게 익힐 수 있습니다.따라서 일반 기계설계 전문가들 께서는보통 2개~ 3개 정도의 프로그램을 다룰 수 있는 경우가 많습니다.