"1조-123"의 두 판 사이의 차이

2026년 6월 16일 (화) 04:05 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 공원 보행자를 위한 모바일 자판기

영문 : Mobile Vending Machine for Pedestrian

과제 팀명

123팀

지도교수

성민영 교수님

개발기간

2026년 3월 ~ 2026년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20224300** 이*민(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20214300** 권*민

서울시립대학교 기계정보공학과 20214300** 이*하

서울시립대학교 기계정보공학과 20224300** 김*영

서울시립대학교 기계정보공학과 20224300** 김*재

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 이동 기능과 냉장 자판기 기능을 결합한 야외용 모바일 자판기 로봇을 개발하는 것을 목표로 한다. 자율 이동이 가능한 모바일 기능을 통해 자판기의 이동 범위를 확장하여 편의 서비스를 확장한다. 또한 야외 환경에 적합하도록 냉장 자판기의 단열 기능을 강화하여 보행자에게 저온의 음료를 제공한다. 이를 통해 기존 고정형 자판기의 접근성 한계를 보완하고, 공원 이용객의 편의성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

개발 과제의 배경

한강공원과 같은 대규모 공원의 경우, 매점이나 자판기와 같은 편의시설이 입구나 특정 고정 구역에만 집중 배치되어 있는 '서비스 편중 현상'이 나타난다.[3] 이용객이 산책로 중심부나 광장에서 갈증을 느낄 경우, 수백 미터 이상의 거리를 이동해야 하는 '물리적 접근성 저하' 문제가 발생하며 이는 휴식의 흐름을 단절시키는 요인이 된다. 고정식 자판기를 추가 설치하는 방안은 부지 확보, 전기 배선 공사, 경관 훼손 및 유지 관리 비용 등의 현실적인 제약으로 인해 설치 대수를 무한정 늘리기 어렵다.

이러한 접근성 문제를 보완하기 위한 대안으로 배달 로봇이 도입되고 있다. 그러나 현재의 배달 로봇 시스템은 사용자가 미리 목적지를 지정하고 주문을 요청하면 해당 위치까지 물품을 전달하는 방식으로 운영된다.[4] 이러한 운영 방식은 공원과 같이 이용객의 이동이 지속적으로 발생하고 수요가 특정 위치에 고정되지 않는 환경에서는 효율적으로 작동하기 어렵다. 특히 산책이나 휴식을 위해 이동 중인 이용자의 수요를 포착하거나 대응하기에는 인터페이스와 운영 방식 측면에서 한계가 존재한다. 또한 주문 기반 운행은 로봇이 호출 지점과 목적지 사이를 반복적으로 이동해야 하므로 넓은 공원 환경에서는 서비스 대기 시간 증가와 운영 효율 저하로 이어질 가능성이 있다.

이러한 이유로 공원 보행자를 목적으로 하는 경우, 기존의 배달 로봇과 다른 메커니즘이 필요하다. 또한 야외에서도 저온의 음료를 제공할 수 있도록 냉장 자판기를 도입한다. 이를 통해 공원 이용자에 대한 서비스 편중 현상을 완화하여 공원 이용객의 편의를 제공하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

주행 경로 맵 생성

가장 처음 Simultaneous Localization and Mapping(SLAM)을 이용하여 LiDAR로부터 공원 내부에서 특징이 되는 정적 물체(특징점)를 기준으로 공원 내 주행 경로 맵을 제작한다. 그 후 주행 경로 맵에 대해서 현재 위치에서 존재하는 특징점을 활용하여 자판기의 현위치를 파악한다.

기본 장애물 감지 및 회피

LiDAR를 장착하여 장애물 유무를 실시간으로 확인하고, 장애물을 감지했을 경우 장애물을 회피할 수 있는 새로운 경로를 만든다. 특히 보행자가 많은 공원 환경을 고려하여 장애물과 안전 거리를 유지하면서 서행할 수 있도록 설계한다.

그늘 감지 및 활용

사용 기기의 과열을 방지하고자 그늘을 활용한다. 그늘을 발견하면 그늘에서 잠깐 정차하여 기기를 식히고 보행자로부터 구매를 유도한다.

냉장 자판기의 단열 기능 강화

냉장 자판기 외부에는 단열재를 부착하여 야외에서도 냉장 자판기가 과열되거나 냉장 자판기의 틈새로 냉기가 빠져나가는 것을 막는다. 냉장 자판기 내부에는 아이스팩을 두어 냉장 자판기 내부의 냉기를 오랫동안 유지시킨다. 따라서 효율적으로 음료를 저온 상태로 유지하는 것을 목표로 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

=====서비스용 모바일 로봇 관련=====

1. 배달 로봇

개념: 배달 로봇은 실외 환경에서의 자율주행을 기반으로, GPS, LiDAR, 카메라, IMU 등의 다중 센서 융합을 통해 위치를 추정하고 경로를 생성하는 시스템이다. 동적 장애물이 많은 환경에서 안정적인 주행을 위해 딥러닝 기반 객체 인식과 실시간 경로 재계획 기술이 적용된다.
장점: GPS와 SLAM 기반의 global 및 local 위치 추정이 가능하다. 동적 장애물 환경에서 실시간 장애물 회피 및 경로 재계획이 가능하다. 다수 로봇 운영 시, 효율적인 업무 분패를 통한 시스템 확장성 확보하며 비정형 환경에서도 robust perception을 기반으로 주행 안정성을 유지한다.
단점: 보행자 밀집 환경, 복잡한 도로 구조에서 인지 및 주행 안정성이 저하된다. 날씨가 좋지 않을 경우 센서 성능 저하로 인한 오작동 발생률이 올라간다. 법이나 제도 및 보안 관련한 한계점이 존재한다.

2. 서빙 로봇

개념: 서빙 로봇은 실내 환경에서 LiDAR 기반 SLAM을 활용하여 고정밀 지도 생성 및 위치추정을 수행하며, 안정적인 경로 추종을 기반으로 서비스 작업을 수행한다. 또한 인간과의 공존 환경에서 동작하기 위해 사회적 네비게이션 및 HRI 기술이 적용된다.
장점: 정적 환경에서 정밀 localization과 반복 주행이 가능하다. 사전에 구축된 맵 기반으로 안정적인 global 경로 계획 및 local path tracking을 수행한다. 사람의 위치 및 이동을 반영한 navigation이 가능하다. 비교적 낮은 계산 비용으로 실시간 주행 안정성을 확보한다.
단점: 복잡한 실내 환경(혼잡, 장애물 변화)에서는 localization 오류 발생률 이 높아진다. 인간 행동의 불확실성으로 인해 경로 계획이 비효율적이거나 정지 상황이 발생한다. 서비스 상호작용이 제한적이므로 자연스러운 대응 능력이 부족하다.

3. 보안 및 순찰 로봇

개념: 보안·순찰 로봇은 자율주행 기반 이동 시스템과 함께 카메라, LiDAR 등을 활용한 지능형 감시 및 상황 인지 시스템을 결합한 형태이다. 딥러닝 기반 영상 분석을 통해 객체 인식뿐 아니라 이상 상황 탐지 및 행동 분석 기능을 수행한다.
장점: SLAM 기반으로 넓은 영역에 대한 경로계획 및 순찰 업무 수행이 가능하다. 영상 기반 객체 인식에서 실시간 detection 및 tracking 수행 가능하다. 이벤트 기반 시스템을 통해 이상 상황 발생 시 즉각적인 알림 및 대응 연동 가능하다. 다중 센서 융합을 통해 환경 변화에 대한 인지 및 강건성을 확보한다.
단점: 이상 상황 판단에서 오탐 및 미탐 문제가 존재함. 복잡한 환경(밝기 변화, 밀집 구간)에서 인식 성능이 저하된다. 사생활 및 윤리 문제에 대한 한계점이 존재한다.

=====냉동 및 열관리 관련=====

1. 증기 압축식 냉장 사이클

개념: 증기 압축식 냉장 사이클은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 순환하며 상변화를 통해 열을 흡수하는 가장 표준적인 냉각 방식이다.
장점: 투입 전력 대비 냉각량(COP)이 가장 뛰어나며 신뢰성이 높다. 물체를 목표 온도까지 떨어뜨리는 시간이 매우 짧고, 부하가 큰 환경에서도 안정적이며, 용량 확장이 용이하다.
단점: 필수 구성 부품이 많아 시스템 부피가 크고 무겁다. 초기 구동 시 순간적으로 큰 피크 전력이 발생해 전원 설계 시 여유 용량이 필요하며, 기계적 회전으로 인해 필연적으로 진동과 소음이 발생하여 방진 설계가 요구된다.

2. 진공단열패널(VIP)

개념: 다공성 심재를 내부에 포함시키고 이를 진공 상태로 유지하여 전도, 대류, 복사에 의한 열전달을 극도로 억제한 고성능 단열재이다.
장점: 열전도율이 약 0.002~0.004 W/m·K 수준으로 기존 단열재 대비 현저히 낮아 매우 우수한 단열 성능을 제공하며, 얇은 두께로도 높은 단열 효과를 구현할 수 있어 내부 공간 활용도를 크게 향상시킬 수 있다.
단점: 제조 비용이 높고, 패널 표면이 손상될 경우 내부 진공이 유지되지 않아 단열 성능이 급격히 저하되는 문제가 있다. 구조적 특성상 절단이나 나사 체결과 같은 2차 가공이 어려워 설계 및 제작 단계에서의 제약이 존재한다.

3. 상변화물질(PCM)

개념: 특정 온도에서 고체에서 액체로(또는 그 반대로) 상이 변할 때 다량의 잠열(Latent Heat)을 흡수하거나 방출하여 주변 온도를 일정하게 유지하는 열에너지 저장 물질이다.
장점: 외부 전력 공급이 일시적으로 중단되거나 능동 냉각/가열 장치(압축기 등)가 가동을 멈추더라도, 상변화가 진행되는 동안에는 내부를 목표 온도로 장시간 유지할 수 있다. 시스템의 열적 관성(Thermal Inertia)을 극대화하여 전력 피크 부하(Peak Load)를 분산시키고 전체 에너지 효율을 높이는 데 기여한다.
단점: 설계된 잠열 용량을 초과하여 물질이 완전히 녹아버리거나 굳어버리면 온도 유지 효과가 급격히 상실됨. 물질 자체의 열전도도가 낮아 본래 상태로 다시 얼리거나 녹이는(열 충전) 데 오랜 시간이 걸리며, 상변화 시 부피 팽창과 누액을 막기 위한 견고한 특수 패키징이 필수적이어서 시스템 전체의 무게와 부피가 증가할 수 있음.

특허조사 및 특허 전략 분석

내용

기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

내용

마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

내용

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 :*관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
 :'''전 세계적인 기술현황'''
-:=====서비스용 모바일 로봇 관련=====
+:'''=====서비스용 모바일 로봇 관련====='''
 :'''1. 배달 로봇'''
 ::*개념: 배달 로봇은 실외 환경에서의 자율주행을 기반으로, GPS, LiDAR, 카메라, IMU 등의 다중 센서 융합을 통해 위치를 추정하고 경로를 생성하는 시스템이다. 동적 장애물이 많은 환경에서 안정적인 주행을 위해 딥러닝 기반 객체 인식과 실시간 경로 재계획 기술이 적용된다.
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 ::*단점: 이상 상황 판단에서 오탐 및 미탐 문제가 존재함. 복잡한 환경(밝기 변화, 밀집 구간)에서 인식 성능이 저하된다. 사생활 및 윤리 문제에 대한 한계점이 존재한다.
-::=====냉동 및 열관리 관련=====
+:'''=====냉동 및 열관리 관련====='''
 :'''1. 증기 압축식 냉장 사이클'''
 ::*개념: 증기 압축식 냉장 사이클은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 순환하며 상변화를 통해 열을 흡수하는 가장 표준적인 냉각 방식이다.