차가운 청년들

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 압전 센서를 활용한 다인 탑승 방지 알고리즘이 적용된 전동 킥보드

영문 : Electric Scooter with an Algorithm for Preventing Multiple Passengers Using a Piezoelectric Sensor

과제 팀명

차가운 청년들

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 20194500** 송*찬(팀장)

서울시립대학교 신소재공학부·과 20194500** 심*혁

서울시립대학교 신소재공학부·과 20194500** 유*경

서울시립대학교 신소재공학부·과 20194500** 이*창

서울시립대학교 신소재공학부·과 20214500** 이*종

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 본 개발 과제는 압전 센서 및 다인 탑승 판단 알고리즘이 적용된 전동 킥보드이다.

◇ AND, OR 논리회로 알고리즘을 활용하여 다인 탑승 여부를 판단한다.

◇ 상황별 시/청각적 피드백을 제공하며, 일정 시간 동안 미조치 시 가속 기능을 차단한다.

◇ 가속 기능 차단 후, 적절한 자세가 일정 시간 유지될 시 가속 기능을 재활성화한다.

◇ 다인 탑승을 방지하여 사용자의 안전성을 향상시키며, 더 나은 이동 환경을 조성한다.

개발 과제의 배경

◇ 현재 도로교통법에서 전동 킥보드의 다인 탑승을 금지하고 있으나, 승차정원 위반 사례는 꾸준히 적발되고 있다.

◇ 기존의 전동 킥보드는 다인 탑승 감지 기능이 부재하며, 이에 단속을 위한 별도의 인력이 필요하다.

◇ 공유형 전동 킥보드의 보편화로 인해 이용자는 매년 증가하는 추세이며, 이에 안전사고 건수 또한 증가하는 추세이다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 본 프로젝트는 압전 센서 및 다인 탑승 방지 알고리즘이 적용된 전동 킥보드를 개발하여, 다인 탑승으로 인한 안전사고를 방지하고자 한다.

◇ 작동 중 불안정한 자세 혹은 다인 탑승으로 판단할 시에 시/청각적 피드백을 제공하며, 이때 일정 시간 동안 미조치 시 가속 기능을 차단하여 서서히 정지하고자 한다.

◇ 가속 기능 차단 후, 일정 시간 안정한 자세로 탑승 시 가속 기능을 재활성화한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

◇ 기존 제품 : Swing사 S9 모델 개인형 모빌리티 공유 서비스에서 현재 사용되는 전동 킥보드 모델이며, 다수 인원의 탑승에 대한 제한 기능이 존재하지 않는다.

◇ 경쟁기술 제도적으로 2인 이상의 탑승을 금지하고 있으나, 이와 관련하여 현재 인원 탑승을 제한하는 기술은 적용되고 있지 않다. 현재 경찰 등의 별도의 인력이 단속하는 방법이 유일하다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

◇ ‘공용전동킥보드동승방지’ (10-2024-0068147)

- 개요 : 압력이 가해지는 압력 포인트의 개수를 감지하는 감압 센서를 사용하여, 접촉되는 발이 3개 이상일 때 전동 킥보드의 운행을 정지시킨다.

- 차별성 : 해당 특허에서는 접촉되는 발이 2개 이하인 경우에 모두 정상 상태로 판단하여 부적절한 자세 등을 제한할 수 없다. 본 개발을 통해 1인 탑승의 경우에도 접촉되는 발의 위치 및 개수를 파악하여 적절한 자세를 권장할 수 있다.

◇ ‘전동킥보드에 장착되는 다인원 탑승 알림장치’ (10-2022-0077717)

- 개요 : 8개의 압전센서모듈을 배치하여 정확한 다인원 탑승을 판단한다.

- 차별성 : 해당 특허에서는 8개의 압전센서가 킥보드 발판 중심부에 위치하기에, 2인이 각각 중심부에 발을 하나씩 둔 채 다른 발을 센서가 없는 부분에 위치시킬 경우 다인 탑승을 판단할 수 없다. 본 개발을 통해 위 문제를 해결할 수 있을 것으로 예상한다.

◇ ‘전동킥보드 정원 초과 탑승 및 위험 운전 방지 시스템 및 그 방법’ (10-2023-0108913)

- 개요 : 탑승자와 핸들부 사이의 거리를 감지하여 기준 거리보다 짧은 경우에 2인 탑승으로 판단하여 전동 킥보드의 운행을 정지시킨다.

- 차별성 : 가방 등을 앞으로 착용한 1인 탑승의 경우에 다인 탑승으로 잘못 판단할 수 있다. 이는 탑승자의 자유도를 제한하며, 본 개발은 사용자의 가방 착용 자세 등을 제한하지 않는다.

• 기술 로드맵

◇ 관련 기술 현황 분석

- 현재 압전센서를 활용한 전동 킥보드 특허 ‘전동킥보드에 장착되는 다인원 탑승 알림장치’는 실제 널리 사용되는 전동 킥보드와 규격적으로 호환되지 않으며, 특정 조건에서만 다인 탑승을 판단할 수 있어 정상적인 다인 감지가 불가능하다.

◇ 기술 발전 목표 설정

- 본 프로젝트는 다인 탑승이 가능한 경우의 수를 모두 고려하고자 한다. 이를 위해, 기존의 다인 탑승 판단 방식에서 벗어나 독자적인 알고리즘을 도입해 다인 탑승을 판단하고자 한다.

◇ 기술 개발 계획

- 성인 평균 발 사이즈를 고려한 압전 센서의 배치

- 압전 센서에 정확한 압력을 전달하기 위한 발판 시스템 구상

- 다인 탑승을 판단할 수 있는 알고리즘 구현

- 압력 센서, 아두이노 메가 보드, 디스플레이 등 회로 요소의 연결

- 경고음 및 가속 차단 기능 구현

- 상황에 따른 적절한 피드백 제공

◇ 기술 검증 및 테스트 계획

- 다인 탑승을 판단하는 알고리즘의 정확성 확인

- 다인 탑승 판단 시 경고 문구와 경고음이 출력되는지 확인

- 미조치 시 가속 기능을 차단하여 서서히 이동을 멈출 수 있는지 확인.

- 적절한 자세 유지 시 가속 기능이 재활성화되는지 확인.

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

◇ 공유형 모빌리티 서비스에 사용되는 전동 킥보드는, 현재 다인 탑승 판단 기능이 존재하지 않는다.

◇ 제도적으로 2인 이상의 탑승을 금지하고 있으나, 이와 관련하여 경찰 등의 별도의 인력이 단속하는 방법이 유일하다.

• 마케팅 전략 제시

◇ 전동 킥보드의 다인 탑승 문제는 이미 사회적으로 인지된 상황이며, 공유형 모빌리티 기업은 다인 탑승 방지 전동 킥보드 시스템을 도입해야 할 책임이 있다.

◇ 다인 탑승 방지 시스템의 적용이 의무화된다면, 전동 킥보드 제작 시 본 과제의 시스템을 포함할 수 있다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ AND, OR 논리 회로 알고리즘을 적용하여 다인 탑승을 판단, 방지할 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 공유 전동 킥보드 사고가 증가함에 따라 부정적인 인식이 확산되고 있지만, 이 기술의 적용으로 안전과 신뢰를 강화함으로써 공유 모빌리티 시장에 긍정적인 영향을 미칠 것이다.

◇ 현재 전동 킥보드 이용률이 증가함에 따라 전동 킥보드 사고 또한 증가하고 있다. 특히 다인 탑승으로 인한 사고율 및 위험성이 높다. 본 과제를 통해 이러한 사고를 예방할 수 있는 기술적 해결책을 제시할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

- 선행기술 조사 및 개념설계

- 상세설계 및 부품 조달

- 하드웨어 제작

- 소프트웨어 개발 및 피드백 시스템 구현

- 초기 테스트

- 소프트웨어 수정 및 개선점 모색

- 최종 테스트

구성원 및 추진체계

송*찬 : 과제 진행률 관리, 예산 관리, 명세서 작성

심*혁 : AND, OR 알고리즘 구현

유*경 : 압전센서를 통한 물체 인식 기능 구현

이*창 : 가속기능 차단 기능 구현

이*종 : 하드웨어 연결 및 최종 테스트

설계

설계사양

제품의 요구사항

1. 전동 킥보드에 접촉한 물체를 정확히 인식한다. -압전 센서를 이용

2. 인식된 데이터를 바탕으로 1인/다인 탑승을 판단한다. -AND, OR 논리회로 알고리즘 활용

3. 다인 탑승 및 불안정한 자세로 판단되는 경우 시청각적 피드백을 제공한다. -디스플레이 패널 및 MP3 모듈 이용

4. 피드백에 대한 조치가 이루어지지 않을 시 가속 기능을 차단하여 서서히 정지한다. -안전사고 방지를 위해 브레이크가 아닌 가속 기능 차단

5. 적절한 자세가 일정 시간 유지될 시, 가속 기능의 재활성화를 구현한다.

6. 적은 센서 수로 경제적인 배치를 갖는다. -효율적인 센서 배치

설계 사양

◇ 탑승 권장 구역 : 안정적인 자세 유도 및 다인 탑승 가능 위치 축소

◇ 센서별 역할 부여 - A (핵심 센서) : 허용 범위 내 접촉을 인식 - B (판단 센서) : 다인 탑승을 판단 - C (금지 센서) : 불안정한 자세 예방

개념설계안

◇ 압전 센서와 디스플레이 패널이 연결된 아두이노를 연동하여 다인 탑승 판단 및 방지가 가능한 전동 킥보드 발판을 구현한다.

◇ 경우의 수를 고려하여 효율적인 센서 배치를 통해 다인 탑승 여부를 판단하고, 이를 방지하는 조치를 시행한다.

◇ AND, OR 논리 회로 알고리즘을 통해 다인 탑승을 판단한다.

◇ 다양한 조합의 센서 접촉 시, 상황별로 구분된 시/청각적 피드백을 제공한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

상세설계 내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

◇ 다인 탑승 방지 기능이 실제 사용 환경에서 얼마나 신뢰성 있게 작동하는지 평가한다.

◇ 실사용자의 피드백을 수집하여, 시스템이 얼마나 유용하고 사용하기 쉬운지 평가한다.

◇ 사용자 경험을 바탕으로 개선할 점을 도출한다.

◇ 개발 비용 대비 다인 탑승 방지 기능의 경제적 가치를 평가한다.

◇ 기존의 단속 인력 및 사고로 인한 사회적 비용 절감 효과를 분석한다.

◇ 센서 배치, 알고리즘, 사용자 인터페이스 개선 등 추가적인 개발 방향을 설정한다.

특허 출원 내용

내용