퍼올려 나르고 나눠 저장하는 벌크화물 자동 하역 시스템

본 과제는 선박에서 하역된 가루·입자형 벌크 화물을 소형 컨베이어로 이송하고, 작업자가 지정한 위치로 정확히 분류하여 트럭 적재 단계까지 연결하는 통합 물류 시스템을 구현하는 것을 목적으로 한다. 기존 벌크 화물 하역 과정은 벌크 화물이 크레인의 그랩 등을 이용해 불연속적으로 이동한다는 점에서 시간적 효율성이 떨어진다. 이를 해결하기 위해 벌크 화물을 연속적으로 하역할 수 있는 시스템을 고안함과 동시에 벌크 화물의 적재까지 한번에 연속적으로 진행될 수 있는 시스템을 고안하였다. 이를 3D 시뮬레이션으로 구현함과 동시에 통합 컨트롤러, 선박, 컨베이어 벨트, 적재함 겸 호퍼, 원격 조정 트럭 모형을 제작하였다. 폭 20cm, 유효길이 100cm의 벨트와 좌우 4개씩 총 8개의 분류함을 배치하고, 길이 180mm의 플라우 게이트를 60° 개방하여 벨트 전폭의 화물을 옆 분류함으로 밀어내도록 설계하였다. 호퍼 출구는 80mm 이하로 제한해 투입 흐름을 중앙에 유지하며, 측벽 실링과 리턴 구간 스크레이퍼를 적용해 누출과 잔분을 줄였다. 제어부는 ESP32-S3 조작 패널과 컨베이어 보드가 ESP-NOW로 통신하고, PCA9685와 MG996R 서보가 선택 게이트를 구동하며, NEMA17과 A4988이 벨트를 10cm/s로 운전한다. 또한 AI 유전 알고리즘과 국소 탐색을 이용해 화물 처리 순서, 게이트 선택, 트럭 대기, 교차오염 및 총 처리시간을 함께 최적화하였다. 운전시간은 호퍼와 각 게이트 사이의 실제 이동거리를 기준으로 자동 계산하여 1~4번 게이트에 각각 3.2초, 5.0초, 6.8초, 8.6초를 적용하였다. Unity 3D 시뮬레이터에는 버킷 휠 방식의 연속 하역, Rigidbody 기반 입자 낙하와 충돌, 벨트 이송, 60° 게이트 분류, 분류함 적재 및 트럭 이송을 구현해 실물 제작 전에 동작과 물류 흐름을 검증할 수 있도록 하였다. 본 결과물은 저비용 재료와 범용 제어부로 제작 가능하면서도 기계·전기·통신·AI·디지털 트윈을 하나의 작품에 결합한 점이 특장점이며, 항만 벌크 물류 교육, 자동화 설비 검증, 운영 최적화 연구 및 스마트 물류 시스템의 축소형 시제품으로 활용될 수 있다.