자동 추적 선풍기 시뮬레이터

프로젝트

기계고등학교 공모전 출품작입니다. 방 안의 사람 쪽으로 고개를 돌리고, 사람이 나가면 스스로 꺼지는 벽걸이 선풍기. 카메라가 사람을 찾고, 스테퍼 모터가 좌우(Pan), 서보가 상하(Tilt)를 움직입니다.

3D 프린팅에 들어가기 전에 설계부터 검증해야 했습니다. 사람이 방을 가로질러 걸어도 모터가 따라갈 수 있을까? 아래를 향할 때 서보가 헤드를 버틸까? 벽 앵커는 견딜까?

만든 것

실제 CAD 조립 모델을 넣은, 브라우저에서 돌아가는 시뮬레이터입니다.

• 추적. 마우스로 옮기는 가상 사람, 인식 박스가 그려지는 가상 카메라 화면, Pan·Tilt를 움직이는 PID 제어. 사람이 방을 나가면 탐색하다 8초 뒤 선풍기가 꺼집니다.
• 사람과 마네킹 구분. 인식 모델은 마네킹도 사람으로 잡기 때문에, 체온과 움직임을 함께 보고 마네킹은 무시합니다.
• 스텝 응답 테스트. 상승 시간, 정착 시간, 오버슈트를 측정합니다.
• 고장 주입. 일부러 스텝을 누락시키고, 헤드가 0°를 지날 때 원점 센서가 각도를 바로잡는 것을 확인합니다.
• 구조·토크 계산. 질량과 거리를 넣으면 베어링 반력, 브라켓 응력, 앵커 인발력, 모터 가속 토크, 서보 토크를 계산해 적합·부적합으로 판정합니다.

바뀐 것

시뮬레이터로 첫 설계가 그대로는 작동하지 않는다는 걸 찾았습니다. 모터 직결 Pan은 허용 가속도가 약 101°/s²에 그쳤고, Tilt 서보는 아래를 향할 때 토크가 모자랐습니다. 두 번째 설계에서 Pan에 GT2 벨트 1:3 감속(허용 351°/s²), Tilt에 기어 1:2 감속(안전율 1.63)을 넣고, 원점 홀센서와 기계식 스토퍼를 더했습니다.

개요

• 공모전 출품작, 설계와 시뮬레이션
• 질량·무게중심은 부품 실측 전까지 가정값입니다
• 시뮬레이터는 브라우저에서만 동작하며, 실제 카메라 테스트용 Python 웹캠 버전도 함께 만들었습니다