市民參與의 增進方案에 관한 硏究

곽태헌 서울大學校 行政大學院 1988 국내석사

都市쓰레기處理에 있어 燒却方式과 埋立方式에 對한 經濟性 比較 硏究 : 富川市 事例를 中心으로

곽태헌 延世大學校 1994 국내석사

3D프린터를 이용한 악력 재활 훈련용 시제품 개발 연구

곽태헌 대구대학교 재활과학대학원 2019 국내석사

본 연구는 3D프린터를 활용하여 악력 재활 훈련용 시제품 개발을 주요한 목표로 한다. 손의 사용은 일상생활활동을 수행함에 있어 중요한 행동 중 하나이다. 하지만 노화 및 질병, 장애 등과 같이 여러 가지 선·후천적인 요인으로 인해 손의 악력이 자연스럽게 감소한다. 이로 인해 손의 운동 능력 및 범위에 제약을 받게 되며 이는 곧 삶의 질 하락으로 이어지게 된다. 이를 해결하기 위해 시중에는 다양한 형태의 악력 훈련 도구가 판매되고 있지만 모두 수동적이며 특정한 하나의 치수만으로 제작된 기성품의 형태만을 취하고 있다. 또한 젤리, 고무, 실리콘 등의 재질을 채택한 경우 탄성 및 강도의 변화로 인해 소모품의 성향을 띈다. 전자적으로 작동하는 외골격형의 손 재활훈련기기 개발 연구도 일부 있으나 형태가 복잡하여 접근성이 떨어지고 일상생활활동에 접목시키기엔 다소 무리가 있다. 재활훈련을 수행함에 있어서 치료사들의 개입은 필수불가결하다고 할 수 있는데 이러한 낮은 접근성으로 인해 적절한 재활훈련을 처방하기에 어려움이 따른다. 또한 설계도 등이 공개되지 않아 사용자 개인의 신체적 특성을 디자인에 적용할 수도 없어 보편적으로 사용하기엔 다소 무리가 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 악력 훈련 도구가 가지는 단점을 보완하고 보편적으로 사용할 수 있는 제품 개발을 다루고자 한다. 본 시제품은 손등 위에 장착하는 방식이며 손끝과 서보모터 사이에 나일론사(Nylon thread)를 연결한다. 아두이노(Arduino) 기반으로 서보모터(Servo Motor)를 제어하게 되며 이를 통해 손이 신전되게끔 한다. 착용자는 손이 신전된 상태에서 반대로 굴곡시키는 동작을 수행할 수 있으며 이를 통해 악력을 단련할 수 있게 된다. 손끝과 서보모터 연결 사이에 평면과 계단형의 내부 메커니즘을 채택하여 손가락 훈련의 범위 및 강도를 조절할 수 있다. 해당 시제품은 Autodesk社의 Inventor 2016 기반으로 외형을 제작하였으며 사용자 개인의 신체적 특성을 고려하여 부속품을 즉각적으로 교체할 수 있는 모듈형태의 디자인을 채택하였다. 제품의 외형 제작을 위해 Inventor 2016에서 모델링 파일들을 표준 확장자인 stl로 저장하였으며 가장 많이 보급되어 보편적으로 사용되는 FDM방식의 3D프린터를 이용하였다. 해당 연구는 메이커 운동(Maker Movement)에 의거하여 설계도와 회로도, 소스코드 등 모든 정보를 오픈소스의 형태로 공개하며 이를 통해 누구나 보편적으로 접근할 수 있다. 이를 통해 사용자는 개인의 근 기능도와 특성에 맞게 변형된 제품을 사용하여 재활 훈련의 효율을 높일 수 있을 것이다. 또한 재활분야 전공자들은 전문적인 공학적 지식이 없더라도 제품의 작동 횟수와 세기 등을 손쉽게 조절할 수 있다. 이를 이용하여 다양한 형태의 재활 훈련을 고안하고 처방하는 등 재활 의료기기 개발에 보다 적극적으로 개입할 수 있는 기반이 마련된다. 이상 연구는 공학자들과 재활 치료사의 협업을 유도하는 중간 매개체이다. 향후 이들의 협업을 통해 시제품이 개선된다면 사용 대상자는 더 효과적인 재활치료를 받을 수 있을 것이다. 궁극적으로는 재활산업 분야에서 유의미한 성과를 창출하고 이를 통해 재활 산업 분야의 활성화와 발전에 기여를 할 수 있을 것이다. The purpose of this study was to develop prototypes of a rehabilitative device for grip strength using a 3D printer. Use of the hands is essential to activities of daily living. However, hand grip strength naturally decreases due to factors such as aging, disease, and injury. This will result in restrictions on exercise capacity and hand range of use, leading to a decline in quality of life. To address this issue, various types of grip strength training tools are available, but all are passive, comprising only ready-made shapes in only one size. When adopting materials such as gels, rubber, or silicone, fabrication causes loss of elasticity and strength. Several studies have evaluated electronic hand rehabilitation equipment with externally mounted frames, but the shapes are complicated, accessibility is lost, and the findings could not be applied directly to activities of daily living. Intervention by therapists is indispensable in rehabilitation training. However, many rehabilitative devices are not commercially available and are difficult to use. In addition, since design drawings are proprietary, the physical characteristics of the user cannot be applied to the device, making universal use somewhat difficult. Therefore, this study will address the shortcomings of existing grip training tools and consider development of a device with universal use. This prototype is mounted on the back of the hand and a nylon thread connects the fingertip with a servo motor. The servo motor control is based on the Arduino platform, and allows the hand to be extended. The wearer can extend and stretch the hand, thereby improving grip strength. In the connection between the fingertip and servo motor, a flat-type and stair-type internal mechanism can be adapted to adjust the range and strength of finger training. The prototype was designed with Autodesk Inventor 2016, and a modular design was adopted to allow immediate replacement of accessories in consideration of individual user physical characteristics. To construct the outline of the product, modeling files created with Inventor 2016 were saved as the standard filename extension stl, with use of the most common Fused Deposition Modeling 3D printer. Research was driven by the open source maker movement, which discloses all information such as design, schematics, and source code, making it universally accessible. Thus, users will be able to improve the efficiency of rehabilitation training by using products modified according to individual muscular function and characteristics. In addition, rehabilitation specialists can easily control the frequency and intensity of product operation, even without professional engineering knowledge. This provides a foundation for more active involvement in the development of rehabilitative medical devices, enabling creation and prescription of various forms of rehabilitative training. This study used intermediary methods that promote collaboration between engineers and rehabilitation therapists. If this collaboration improves the prototype, patients will receive more effective rehabilitation. Ultimately, the project will generate meaningful results in the rehabilitation industry and contribute to its revitalization and development.

일반화 순환 추적 메커니즘이 적용된 동적 다개체 시스템의 군집 행동 분석에 관한 연구

곽태헌 중앙대학교 대학원 2023 국내석사

최근 다개체 시스템의 분산 제어에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 한편, 편대 제어는 다개체 시스템이 설계자에 의해 규정된 기하학적 형상을 따라 거동하도록 제어하는 것인데, 이를 통해 로봇이나 드론 시스템을 활용하여 위험지역 탐사, 군사 목적의 감시나 정찰, 재해 지역의 탐사와 구조, 우주선의 편대 비행과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있을 것이라고 기대된다. 이러한 다개체 시스템의 분산 제어에 관한 연구는 4차산업혁명 시대를 맞아 지능형 로봇과 무인 항공기 등에 관련된 기술 경쟁력을 향상시키는데 기여할 것이다. 본 연구에서는 다개체 시스템을 분산 제어하는 기법 중 하나인 순환 추적 기법을 다루었다. 순환 추적 기법을 활용하면 다개체 시스템이 한 점에서 모이는 랑데부 거동, 한 점을 중심으로 원형 거동을 수행하도록 제어할 수 있었다. 한편, 일반화 순환 추적 기법을 통해 다개체 시스템이 한 점을 중심으로 스피로그래프와 같은 거동을 수행하도록 제어할 수 있게 되었으며, 이를 통해 다개체 시스템의 형성 패턴이 더욱 다양해졌다. 그러나, 일반화 순환 추적 기법과 관련하여 기존에 진행된 연구에서는 각 개체의 동특성을 고려하지 않았다는 문제점이 존재하였다. 이에 본 연구에서는 각 개체의 동특성을 선형 시불변 시스템으로 가정하였고, 일반화 주파수 변수를 활용하여 다개체 시스템의 안정도 분석을 수행하였다. 이후, 일반화 주파수 변수를 활용하여 도출한 안정 영역을 기준으로 상호연결행렬의 고유값 배치에 따른 다개체 시스템의 거동을 분석하는 그래픽적 방법론을 제시하였다. 또한 허수축에 두 쌍 이상의 극점이 존재하는 경우에 대해 개체의 정상 상태 응답을 수식적으로 도출하였고, 시스템의 응답이 허수축 위의 극점의 위치의 비율에 의해 결정됨을 밝혔다. 추가적으로, 실제 시스템은 디지털 신호를 활용하여 데이터를 송/수신한다. 이에, 본 연구에서는 이산 시간에서 일반화 순환 추적 기법을 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 먼저, 오일러 방법론을 활용하여 이산 시간 일반화 순환 추적 기법을 도출하였다. 이후, z영역에서의 일반화 주파수 변수를 활용하여 이산 시간 다개체 시스템의 안정도 분석을 수행하였고, 그에 따른 다개체 시스템의 거동을 분석하였다. 또한, 단위원 위에 두 쌍 이상의 극점이 존재하는 경우에 대한 개체의 정상 상태 응답을 도출하였다. 마지막으로 제안한 분석 방법론의 타당성을 시뮬레이션을 활용하여 입증하였다. Recently, there is a significant amount of ongoing research focusing on the distributed control of multi-agent system. Among them, formation control is to control multi-agent system to behave according to the geometric pattern specified by the engineer. Through this, it is expected that it can be applied to various fields such as exploration of dangerous areas, surveillance or reconnaissance for military purposes, exploration and rescue of disaster areas, and formation flight of spacecraft using robots or drone systems. The advancement of research in distributed control for these multi-agent system is anticipated to enhance technological competitiveness within the realm of intelligent robots and unmanned aerial vehicles during the era of the fourth industrial revolution. In this study, we dealt with the cyclic pursuit, one of the techniques for distributed control of multi-agent system. Using this technique, it was possible to control the multi-agent system to perform a rendezvous behavior converging at one point or a circular behavior centered on specific point. On the other hand, the generalized cyclic pursuit(GCP) enables the control of a multi-agent system to perform a spirograph-like behavior centered on a specific point, thereby increasing the diversity of formation patterns. However, there was a problem that the dynamics of each agent was not considered in previous studies related to the GCP. Therefore, this study considers the dynamics of each agent as linear time-invariant system, and the stability analysis of the multi-agent system is conducted using a generalized frequency variable(GFV). Then, based on the stable region derived by the GFV, a graphical methodology was presented to analyze the behavior of the multi-agent system according to the eigenvalue distribution of the interconnection matrix. In addition, the mathematical derivation of the steady-state response of the agent is provided in cases where two or more pairs of poles exist on the imaginary axis. It is revealed that the system's response is determined by the ratio of these poles on the imaginary axis. Furthermore, in real-world systems, digital signals are employed for data transmission and reception. Thus, this study also investigates the application of the GCP in discrete time. Initially, a discrete-time GCP is derived utilizing Euler's method. Subsequently, the stability analysis of the discrete-time multi-agent system is conducted using the GFV in the z-domain, enabling the analysis of the system's behavior. In addition, the steady-state response of the agent for the case where two or more pairs of poles exist on the unit circle was derived. Lastly, the simulation results demonstrate the validity of the proposed analysis methodology.

Gasification and melting of MSW utilizing an innovative double inverse diffusion burner

곽태헌 Graduate School, Yonsei University 2006 국내박사

국내의 여러 도시들은 많은 양의 생활폐기물을 어떻게 함으로 잘 처리할 수 있는지 하는 문제에 당면해 있다. 2003년도에 국내에서 발생한 생활쓰레기의 양은 50,737톤/일 이었다. 현재, 매립은 생활폐기물 처리량의 약 40%를 감당하고 있는 주요 처리 방법이지만, 매립 처리 시에 발생하는 2차 오염 문제를 해결하면서, 보다 깨끗하고 저렴한 비용의 생활폐기물 처리방법에 대한 대안의 개발과 실용화가 절실히 요구되고 있다.Waste-to-energy (WTE)로 알려진, 고온의 에너지 회수 방안이 그러한 대안 중의 하나이다. WTE는 매립장으로 보내지는 생활폐기물의 양을 줄임과 함께 대기오염이나 수질오염을 줄이며, 자원 재활용 율을 향상시킴으로 전력 생산에 들어가는 화석연료 사용을 감소시킨다.상업화된 대용량의 WTE 방안으로는 소각과 가스화가 있으며, 소각은 이미 잘 입증된 기술이지만 가스화는 대형 상업화로는 아직 초보 단계이다.현재 총 생활폐기물 연간 발생량의 14.5%가 소각되고 있지만, 소각은 소각재와 바닥재를 포함한 많은 양의 고형 잔류물과 함께 많은 양의 유해가스를 발생시키고 있다.또한 연소 중에 생성된 Dioxins/Furans는 배출가스에 포함되어 연소실을 떠난 후 650℃-350℃로 냉각된다.점증하는 매립장 부족과 소각장에 대한 주민들의 반대로 이러한 처리방법들은 인구밀도가 매우 높은 한국에서는 계속적으로 운영되기 어려운 실정이다.최근에 몇 가지 새로운 기술들, 즉 가스화 기술 또는 열분해, 소각 및 가스화의 복합기술 등이 환경 친화적이면서 경제적인 생활폐기물 열적 처리 기술로 각광을 받고 있다.따라서 본 연구의 목적은 소각 방법의 대안으로 생활폐기물의 가스화 기술을 평가하고, 에너지 회수와 오염물질 발생 제로(0)화 라는 관점에서 고찰하였다.본 연구에서는 약 1200℃ 부근에서 산소를 이용하는 Thermoselect 기술에 기반을 둔 3톤/일 규모의 파이롯트 플랜트를 설치하고 생활폐기물을 가스화 용융하였으며, 주요 공정으로는 폐기물 압축, 열분해, 가스화용융 공정과 급속냉각 공정으로 크게 구성된다.국내의 여러 도시에서 수집된 생활폐기물에 대하여 기존의 이중 일반확산화염버너(DNDF)와 새롭게 고안된 이중역확산 화염버너 (DIDF)를 이용하여 가스화를 수행하였으며, 다음과 같은 사실을 알 수 있었다.두 가지 버너의 최적화를 통하여 얻은 결론은 DIDF 버너의 복사열(56.6mW)이 DNDF 버너의 복사열(34.8mW) 보다 65% 정도 우수 하였으며, 에너지 사용면에서도 DIDF 버너가 적은 에너지 사용에도 불구하고 보다 양질의 합성가스를 생산함을 알 수 있었다.또한 슬래그 회수율도 DNDF 버너(88%) 보다 DIDF 버너(94%)의 효율이 더 높았으며, 비산재 발생량은 DNDF 버너(1.36kg/hr, 0.95%) 보다 DIDF 버너(0.76kg/hr, 0.59%)의 경우에 더 작게 나타났다.가스화에 사용된 여러 도시에서 수집된 생활폐기물의 성상은 저위발열량(LHV)이 9-14MJ/kg 이고, 수분 약 50%와 재성분 약 5%이였다.합성가스의 CO, H2, CO2 및 CH4의 함량은 각각 24-35%, 27-38%, 23-29% 및 0-3% 이였다. 가스 상이나 액상으로 존재하는 다이옥신, 퓨란 등과 같은 염소화합물과 다른 유기화합물 들은 고온 반응기의 고온과 급속냉각 과정을 통해 효과적으로 제거 되었다.따라서 배기가스의 오염물질 농도는 국가 허용기준에 훨씬 못 미치는 만족스러운 결과임을 알 수 있었다.유리화된 슬래그의 중금속 용출 농도도 1600℃의 높은 용융 온도에 의해 거의 검출되지 않았으며, 암갈색을 띈 유리화 슬래그는 유리질이면서 무해하여 건설 산업에서 시멘트 혼화재 등으로 재이용될 수 있음을 알 수 있었다. Many cities in Korea are confronted with the problem of how to dispose of large quantities of municipal solid waste (MSW). The total amount of MSW generated by Korea was 50,737 tonnes per day in the year 2003. Currently, landfills are the primary destination of waste receiving about 40% percent. However, proven negative environmental impacts of landfilling, cleaner and less costly alternatives for municipal waste disposal should be identified and implemented. High temperature energy recovery from MSW, known as waste-to-energy (WTE), is one such alternative. Waste-to-energy reduces the amount of materials sent to landfills, prevents air/water contamination, improves recycling rates and lessens the dependence on fossil fuels for power generation. The two most commercially viable forms of large scale WTE are incineration and gasification. Incineration of wastes is a well-established practice, while gasification is still in its early stages as a large-scale commercial industry.Presently, 14.5 % of total waste is being incinerated per year, which leads to the generation of a large amount of solid residues, including fly ash and bottom ash, and also emits hazardous gases into the environment. Also during combustion, dioxins/furans (PCDD/PCDFs) form in the flue gases as they leave the combustion chamber and cool to 650-300?C. Increasing space constraints for the landfilling of MSW and public opposition to new incinerators for waste disposal has effectively eliminated this as a future option in highly populated Korea.Recently, several new technologies that involve gasification or combinations of pyrolysis, combustion, and gasification processes are currently being brought into the market for energy-efficient, environmentally friendly and economically sound methods of thermal processing of wastes. The purpose of this study was to assess MSW gasification technology as an alternative to incineration and also to examine its potential role in a zero-emission waste-to-energy process.In this study, municipal solid waste (MSW) was gasified in a 3 ton/day capacity pilot plant based on Thermoselect process with oxygen at a temperature of around 1200?C. The process consists of compression, degassing with fixed-bed oxygen-blown gasification, and melting of mineral residues.Gasification of MSW, collected from different cities in Korea, was studied using newly designed double inverse diffusion flame (DIDF) burner and double normal diffusion flame (DNDF) burner (existing Thermoselect technology). It was found during the optimization of both burners that the radiation heat of DIDF burner (56.6 mW) was about 63% more than DNDF burner (34.8mW). Gasification with DIDF burner was more energy efficient than that with DNDF burner as it consumed less energy during the gasification with the production of better quality of syngas. Also, slag recovery rate was higher in DIDF burner (94%) than DNDF burner (88%) and the generation of fly ash was less in DIDF burner (0.76 kg/hr, 0.59%) than DNDF burner (1.36 kg/hr, 0.95%).The MSW collected from different cities in Korea was used for gasification contains about 50 % moisture and 5 % ash with LHV of 9-14 MJ/kg. CO, H2, CO2 and CH4 content of synthesis gas obtained upon gasification were about 24-35%, 27-38%, 23-29% and 0-3 %, respectively. Chlorinated compounds like furan, dioxin, and other organics in gaseous and liquid phase were effectively destroyed due to high temperature of high temperature reactor and shock cooling. Exhaust gases were also found to be satisfying the Korean emission standard. Leachable concentration of heavy metals in the vitrified mineral aggregate were much less than the Korean regulatory limit values due to high melting temperature (1600?C). The vitrified slag of dark brown color was found to be glassy and non-hazardous in nature and could be used as natural raw material in cement and construction industry.