A Study on the Practice of Engineering Education in Graduation Standards Certification Process through the Design and Implementation of Drone for Ground Driving and Aerial Flight

지상주행과 공중비행이 가능한 Drone 설계 및 구현을 통한 졸업기준 인증 과정에서 공학교육 실천에 관한 연구

Abstract

Through the design and production of works for the third semester as a major unit, It is proposed the process of satisfying the graduation standards with the design and production process of the drone which can be applied to various mobile environments. Using the shape of Ring Propeller, it is made to be able to play both the role of generating lift as a propeller and the role of a wheel that touches the ground through the surface of the rim. In addition, the Servo Motor is used to convert the drive shaft of the motor to the correct angle according to the command. Then, based on the idea, the 3D printing is implemented to confirm the result of the configuration, and the circuit for driving the propulsion is designed and manufactured. As a result, the conversion of the desired propulsion system during air navigation and operation failed due to the weight increase of the propellant. It is confirmed that the size of the thrust and the tolerance limit of the ring propeller are the errors. Through these processes, it has been recognized to have experience of creative thinking and cooperation through engineering approach and comprehensive design, and confirmed to satisfy the graduation criteria by writing an engineering paper on the result.

전공단위로 3학기동안 진행되는 작품 설계 및 제작 활동을 통해 졸업기준을 만족하기 위한 과정 이수와 그 과정에 만들어진 결과물인 다양한 이동환경 적용이 가능한 Drone의 구상 및 제작 과정에 대해 제안한다. Ring Propeller의 형태를 이용하여 Propeller로서의 양력 발생 역할과 테두리의 면을 통하여 지면에 접촉하는 바퀴로의 역할을 모두 가능하도록 제작한다. 또한 Servo Motor를 이용하여 명령에 따라 정확한 각도를 맞추어 모터의 구동축을 변환한다. 그리고 구상한 아이디어를 3D 프린팅으로 구현하고, 추진체 구동 회로를 설계하고 제작한다. 그 결과 추진체의 무게 증가로 공중 운항과 운항중 목적한 추진체계의 실시간 변환은 성공하지 못하였고, 그 원인으로 추력 발생을 위한 크기와 링 프로펠러의 내성 한계의 오차임을 확인하였다. 그리고 이러한 과정을 통해 공학적 접근 방법과 종합설계를 통한 창의적 사고방식 및 협동심의 경험을 인정받았고, 그 결과물을 공학 논문으로 작성하고 심사를 통해 졸업기준이 만족됨을 확인받았다.

그림 1. Quadcopter, 자동차, Hovercraft 특징 비교 Fig. 1. Comparison of Quadcopter, Car and Hovercraft features.

그림 2. 기능 구성도 Fig. 2. Functional diagram.

그림 3. Ring Propeller의 역할 및 기능 도식 Fig. 3. Figure of roles and feature ring propeller.

그림 4. Drone의 기본 구조 Fig. 4. Basic structure of drone.

그림 5. Quadcopter 모드 및 기능 Fig. 5. Quadcopter mode and functions.

그림 6. 4륜 구동 RC(자동차) 모드 및 기능 Fig. 6. 4wd RC mode and functions.

그림 7. Hovercraft 모드 및 기능 Fig. 7. Hovercraft mode and functions.

그림 8. 제작된 안드로이드 어플리케이션 아이콘 Fig. 8. Android application icon.

그림 9. 어플리케이션 구동 화면 Fig. 9. The drive screens of the application.

그림 10. 어플리케이션 Quadcopter 구동 화면 Fig. 10. The Quadcopter drive screens of the application.

그림 11. 어플리케이션 4륜 구동 RC 구동 화면 Fig. 11. The 4wd RC drive screens of the application.

그림 12. 어플리케이션 Hovercraft 구동 화면 Fig. 12. The Hovercraft drive screens of the application.

그림13. 전반적인 항목별 만족도 Fig. 13. Overall satisfaction items.

그림14. 추가적으로 필요한 부분 Fig. 14. Additionally required fields.

표 1. 학기별 수행 내용 Table 1. Performance plan for each grade level

표 2. Drone이 가지는 무게 재계산 Table 2. Recalculation of drone weight