시대인재

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 반려동물 유모차 연동형 브레이크 시스템

영문 : Mechanical brake linkage system for pet strollers

과제 팀명

시대인재

지도교수

박아영 교수님, 홍완식 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 2022610006 김용훈(팀장)

서울시립대학교 신소재공학부·과 2020450008 김경민

서울시립대학교 신소재공학부·과 2020450020 송민재

서울시립대학교 신소재공학부·과 2020450021 송재석

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 반려동물 유모차 이용 과정에서 발생하는 보호자의 신체적 부담과 반려동물의 탑승 스트레스를 동시에 해결하기 위한 자율 탑승 보조 시스템 개발을 목표로 한다.

본 시스템의 핵심은 접이식 탑승 램프와 브레이크 연동 구조를 하나의 기계식 장치로 통합하여, 전기적 장치 없이도 램프 전개 → 브레이크 자동 체결, 램프 수납 → 브레이크 자동 해제가 이루어지는 완전 기계식 자동 제동 시스템을 구현하는 것이다.

- 작동 개념

◇ 램프 전개 시: 내부 링크가 작동하여 후륜의 래칫 브레이크가 자동으로 체결됨

◇ 램프 수납 시: 동일 링크가 역동작하여 브레이크가 자동 해제됨

이를 통해 보호자의 사용 편의성·안전성을 향상시키고, 반려동물이 스스로 안전하게 유모차에 탑승할 수 있는 환경을 제공한다.

개발 과제의 배경

(1) 기존 문제점

최근 국내 반려동물 양육 인구는 약 28.6%로 증가하면서 반려동물 유모차 시장이 빠르게 확대되고 있다. 그러나 현재 시판 중인 대부분의 반려동물 유모차는 보호자가 반려동물을 직접 들어 올려 탑승시키는 방식으로 설계되어 있어, 여러가지 문제점이 발생하고 있다. 보호자는 반려동물을 들어올리는 반복적인 리프팅 동작으로 허리·무릎 등 관절에 부담이 발생할 수 있으며, 특히 노약자·근력이 약한 보호자는 안전사고 발생 위험도가 매우 높다. 또한 반려동물을 들어올리는 과정에서 옷에 털이 묻는 등 위생상의 불편이 발생한다.

(2) 개발 필요성

보호자의 신체적 부담을 줄이고 반려동물의 자율적 행동을 보장하는 동시에, 브레이크 연동을 통해 능동형 안전 시스템을 확보할 수 있는 새로운 유모차 시스템 개발이 필요한 상황이다.

개발 과제의 목표 및 내용

반려동물이 보호자 개입 없이 스스로 안전하게 유모차에 탑승할 수 있도록, 접이식 램프 및 브레이크 연동 기반의 기계적 탑승 보조 시스템을 구현하는 것을 목표로 한다.

- 기술 목표

I) 기계식 연동 메커니즘 구현: 램프의 슬라이딩 동작을 회전 운동으로 변환하여 래칫 브레이크를 제어하는 링크 구조 개발

II) 구조적 안정성 확보: 10kg 이하의 소형 반려동물이 탑승하거나 뛰어오르는 동적 상황에서도 변형이나 파손이 없는 램프 설계

III) 편안한 탑승 환경 조성: 소형견의 관절 건강을 고려한 25°의 완만한 경사각 및 미끄럼 방지 설계 적용

- 기능적 목표

I) 사용자 편의성: 성인 1인이 한 손으로 5초 이내에 램프 전개 및 수납이 가능한 직관적 구조

II) 배터리 방전이나 전자식 오작동 우려가 없는 기계식 설계를 통해 야외 환경에서의 신뢰성 확보

- 주요 개발 내용 및 시스템 구성

본 시스템은 안전 사고 방지를 위해 선제동, 후전개의 순차적 작동 방식을 활용하였다. 램프가 완전히 펼쳐지기 전에 브레이크가 먼저 체결되도록 설계하였으며, 램프 전개, 탑승 과정에서 발생할 수 있는 반려동물 유모차 밀림 현상을 차단하였다.

- 단계별 상세 동작

I) 램프 커버 인출 및 자동 제동

사용자가 유모차 하단의 램프 커버를 잡고 당김.
램프 커버가 슬라이딩 레일을 따라 밖으로 나오는 동안, 커버와 연결된 막대/쇼크 업소버
커버가 최대 인출 지점에 도달하는 순간, 회전축 끝단의 잠금 장치(Pawl)이 바퀴 내부의 래칫 휠에 완전히 맞물려 제동이 체결됨.

II) 램프 전개 및 설치

유모차가 브레이크로 단단히 고정된 이후, 사용자는 커버 내부에 수납된 2단 접이식 램프를 당겨 펼침.
램프가 지면에 닿아 25°의 경사로가 형성되면 설치가 완료됨.
이미 브레이크가 체결되어 있는 상태이므로, 반려동물이 램프를 밟거나 뛰어오르는 충격이 가해져도 유모차는 움직이지 않음.

III) 램프 수납 및 자동 해제

반려동물 탑승 완료 이후, 램프를 접어 커버 안으로 밀어 넣음.
램프 커버를 유모차 안쪽으로 밀어 넣으면 램프 커버 연결부가 역방향으로 작동하여 Pawl을 들어 올림.
이에 따라 래칫 휠의 구속이 해제됨과 동시에 브레이크가 자동으로 해제됨.
주행 가능 상태로 변경됨

- 핵심 메커니즘

램프가 수납된 커버의 이송 거리를 브레이크 작동 트리거로 활용함. 커버가 완전히 당겨지면 내부의 램프를 전개할 수 있는 구조이므로, 사용자가 램프를 사용할 때 제동이 걸리는 능동형 안전 시스템을 구현하였음.

1. 안전성 요구사항:

선제동 후전개 및 인적 오류 차단 (Safety Demand) 가장 최우선적인 요구사항은 보호자의 조작 실수나 부주의(Human Error)로 인한 사고를 원천적으로 차단하는 것입니다. 이를 위해 시스템은 램프가 완전히 펼쳐지기 이전에 브레이크가 먼저 체결되는 '선제동 후전개'의 작동 순서를 반드시 준수해야 합니다. 구체적으로 사용자가 램프 커버를 인출하는 초기 동작 단계에서 래칫 브레이크가 즉시 휠을 잠가야 하며, 램프가 지면에 닿아 설치가 완료되는 시점에는 이미 유모차가 완벽하게 고정된 상태여야 합니다. 이는 램프 설치 도중 유모차가 뒤로 밀리거나 미끄러져 발생할 수 있는 낙상 사고를 물리적으로 방지하기 위한 필수 요건입니다.

2. 사용자 편의성 요구사항:

직관적 조작 및 신속성 (Usability Wish) 반려동물을 동반한 보호자는 한 손에 리드줄이나 짐을 들고 있는 경우가 많으므로, 조작의 용이성이 필수적입니다. 이에 따라 성인 1인이 한 손만을 사용하여 모든 기능을 제어할 수 있어야 한다는 요구사항을 설정하였습니다. 시간적으로는 램프의 인출부터 전개 완료까지, 혹은 수납부터 주행 모드 전환까지의 과정이 5초 이내에 이루어져야 합니다. 복잡한 잠금장치를 풀거나 허리를 깊이 숙여 조작할 필요 없이, 램프 커버를 당기고 밀어 넣는 직관적인 행위만으로 시스템이 작동해야 합니다.

3. 구조적 안정성 요구사항:

동적 하중 지지 및 최적 경사각 (Stability Demand) 본 제품은 5~10kg 내외의 소형견을 타겟으로 하므로, 해당 하중을 안정적으로 지지할 수 있는 강성이 요구됩니다. 단순한 정적 하중(10kg)을 견디는 것을 넘어, 반려동물이 램프 위를 뛰어오르거나 내려올 때 발생하는 충격 하중과 동적 움직임에도 구조적 변형, 휨, 파손이 발생하지 않아야 합니다. 또한, 관절이 약한 소형견의 신체적 특성을 고려하여 램프 전개 시 지면과의 경사각은 20도에서 25도 사이의 완만한 각도를 유지해야 하며 , 표면에는 미끄럼 방지 처리가 되어 있어 탑승 시 반려동물의 심리적, 신체적 안정감을 보장해야 합니다.

4. 주행 복귀 및 연동 요구사항:

자동 해제 시스템 (Operational Demand) 반려동물 탑승 후 신속한 이동을 위해, 램프 수납 동작이 브레이크 해제와 완벽하게 연동되어야 합니다. 사용자가 램프를 밀어 넣어 수납을 완료하는 순간, 내부의 역방향 링크가 작동하여 브레이크의 걸쇠(Pawl)를 들어 올리고 휠의 구속을 풀어야 합니다. 별도로 브레이크 페달을 밟거나 손으로 레버를 조작하는 추가 과정 없이, 수납과 동시에 즉시 주행이 가능한 상태로 전환되는 자동화된 복귀 메커니즘이 구현되어야 합니다.

5. 내구성 및 신뢰성 요구사항:

완전 기계식 구동 (Reliability Demand) 야외에서 주로 사용되는 유모차의 특성상 습기, 먼지, 진동 등 다양한 외부 환경에 노출되더라도 오작동이 없어야 합니다. 따라서 배터리 방전, 전자 회로의 부식, 센서 오류 등의 위험이 있는 전자식 제어 방식을 배제하고, 100% 기계적 링크와 관절 구조로만 작동하는 시스템을 요구합니다. 이를 통해 유지보수의 소요를 최소화하고 장기간 반복 사용(100회 이상) 시에도 헐거워짐이나 기능 저하가 없는 높은 내구성을 확보해야 합니다

상세 설계 사양

가. 램프 모듈

전개 방식: 유모차 하단 바구니 공간을 활용한 2단 슬라이딩 및 램프 보관함 수납 방식.

규격 (Dimension):

길이: 1.2m (전개 시).
너비: 26cm.
두께: 1.0cm (Solid Plate 기준).
경사각: 20° ~ 25° (소형견 관절 보호를 위한 최적 각도).

소재 (Material):

양산 설계안: ABS 소재 (3D 프린팅 출력, 충격 흡수 및 경량화 유리).

프로토타입: 12T 자작나무 합판 (가공 용이성 확보).

구동 부품: 3단 볼 베어링 레일 (500mm) 2개를 적용하여 마찰을 최소화하고 부드러운 인출 유도.

상세 설계 치수:

램프 상판 규격: 35 x 400 x 10 mm (2개 사용).
램프 커버 하판 위치: 보관함 전면으로부터 50mm 후면에 설치.

나. 제동 및 연동 모듈

작동 메커니즘: 램프 커버의 이송 거리를 트리거로 활용. 커버가 당겨지면 링크가 당겨지며 브레이크 축을 회전시킴.

브레이크 방식: 래칫(Ratchet) 기어 & 걸쇠(Pawl) 시스템.

마찰식 제동이 아닌, 기어 톱니 사이에 걸쇠가 물리적으로 끼이는 방식을 채택하여 미끄러짐 없는 확실한 고정력 확보.

연동 링크:

핵심 부품: 가스 쇼크 업소버 (Gas Shock Absorber, 160mm).
기능: 램프 커버의 '직선 운동'을 브레이크 축의 '회전 운동'으로 변환하는 강체 링크 역할 수행 및 가스 압력을 이용해 브레이크 체결 시 텐션(Tension) 유지.
황동봉: 레일 위를 이동하는 축 역할 (축 간 간격 40mm 유지).
U자형 클램프: 황동봉과 램프 커버를 견고하게 결합.

다. 구조적 안전성 검증

해석 조건:

하중: 반려동물 10kg + 램프 자중 약 3.3kg.
재료 허용 응력(ABS): 21.5 MPa.
충격 계수(K): 2.0 (뛰어오르는 상황 가정).

검증 결과:

최대 발생 응력 (동적): 14.78 MPa (허용치 21.5 MPa 이내 만족).
안전 계수 (Safety Factor):
정적 하중 시: 5.06 (목표 2.0 상회).
동적 충격 시: 2.89 (목표 2.0 상회).

결론: 10mm 두께의 ABS 판재 설계는 극한의 동적 상황에서도 구조적으로 안전함.

라. 주요 자재 내역

반려동물 유모차 본체 1대.
3단 레일 (500mm, 철) 2개.
쇼크 업소버 (161mm) 2개.
황동봉 (2.5m) 1개 (절단 사용).
합판 (12mm) - 램프 및 커버 제작용.

개념설계안

설계 개요

◇ 본 설계는 반려동물 유모차 사용 시 발생하는 보호자의 신체적 부담 및 안전사고 위험을 최소화하기 위한 기계식 자동 제동 연동 시스템을 제안함

◇ 경사면(램프)을 전개하면 래칫 브레이크가 기계적으로 자동 체결·고정되어, 별도의 제동 조작 없이 유모차가 안정적으로 고정됨

◇ 램프와 브레이크가 연동되어 작동하므로, 노약자나 거동이 불편한 보호자도 적은 힘으로 안전하고 편리하게 반려동물 유모차를 사용할 수 있음

◇ 전원 공급이 필요 없는 단순 기계식 구조로, 오작동 위험이 적고 내구성이 높음

문제 정의

◇ 기존 반려동물 유모차는 램프가 없어 보호자가 반려동물을 직접 안아 올려야 하므로, 허리·무릎 등에 과도한 부담이 발생하고 낙상 위험이 존재함

◇ 반려동물을 안는 과정에서 털, 오염물질 등이 옷에 묻어 위생적인 불편이 발생함

◇ 제동장치가 수동 조작 방식이기 때문에, 주차 시 미세한 이동이나 미끄러짐으로 인한 안전사고 가능성이 있음

시스템 구성

◇ 주요 구성요소: 램프, 래칫 브레이크, 쇼바, 스프링 등

◇ 램프가 일정 각도 이상 전개되면, 쇼바와 연동된 차축이 회전하면서 브레이크 톱니가 자동 체결됨

◇ 램프 전개 시 자동 주차 기능이 작동하여 유모차가 즉시 고정되며, 반려동물이 탑승하는 동안에도 안정적 상태를 유지함

◇ 반려동물이 램프 위로 올라가면서 하중이 가해질수록 브레이크 체결력이 강화되어 제동 안정성이 향상됨

◇ 램프를 다시 수납할 경우, 연동된 브레이크가 자동 해제되어 주행이 가능함

◇ 별도의 전기적 부품 없이 순수 기계적 연동만으로 작동하여, 유지보수가 용이하고 신뢰성이 높음

설계 의의 및 기대 효과

◇ 본 설계는 램프 전개 동작만으로 자동 제동이 이루어지는 기계식 자동 제동 연동 시스템을 구현함

◇ 전원 공급이 필요 없는 구조로, 배터리 방전이나 전자식 고장 우려가 없으며 야외 환경에서도 안정적으로 작동함

◇ 보호자의 신체적 부담을 최소화하고, 반려동물과의 직접 접촉을 줄여 위생 문제를 개선함

◇ 반려동물이 안전하게 탑승·하차할 수 있어 이동 중 낙상이나 전도 위험을 예방함

◇ 결과적으로 안전성, 편의성, 위생성을 동시에 확보하여, 모든 연령층의 사용자가 접근 가능한 보편적 설계(Universal Design) 실현 가능

본 설계는 램프 전개 동작만으로 후륜 브레이크가 자동 체결되는 기계식 자동 제동 연동 시스템 기반으로 함. 램프, 래칫 브레이크, 스프링으로 구성된 단순 기계 구조를 통해 전원 공급 없이 작동함. 반려동물의 탑승, 하차 과정에서 유모차의 이동 방지, 보호자의 안전, 편의성뿐만 아니라 반려동물의 안전을 확보함.

시스템 구성도

이론적 계산 및 시뮬레이션

반려동물용 램프의 구조적 안정성 검토

본 절에서는 10 kg의 반려동물 하중을 지지하는 경량 램프의 구조적 안정성을 이론 계산을 통해 검토함.

1. 계산 전제 및 변수 설정

안정성 계산을 위해 다음과 같은 변수와 가정을 설정함.

- 램프 형상: 길이 L = 1.2 m, 너비 b = 26 cm, 두께 h = 1.0 cm인 속이 꽉 찬 평판(Solid plate)

- 램프 재질: 3D 프린팅용 ABS

- 항복 강도 σ_y = 43 MPa

- 하중 조건: 반려동물 최대 하중 10 kg (P_pet)

- 설치 조건: 램프 설치 각도 θ = 20°

- 목표 안전 계수(SF): 2.0

- 재료 허용 응력(σ_allow):

 σ_allow = σ_y / SF = 43 MPa / 2.0 = 21.5 MPa
 → 램프에 발생하는 실제 응력은 이 값보다 작아야 함.

2. 램프 자체 무게 및 총하중 계산

ABS 밀도(약 1.05 g/cm³)를 기준으로 램프 자체 무게를 계산.

- 램프 부피:

 V = 120 cm × 26 cm × 1.0 cm = 3120 cm³

- 램프 무게:

 W_ramp = 3120 cm³ × 1.05 g/cm³ ≈ 3.3 kg

반려동물 하중 10 kg을 더한 총 질량은 다음과 같음.

- 총 질량 M = 10 kg + 3.3 kg = 13.3 kg

이에 따른 총 수직 하중은 다음과 같음.

- P_vertical = M × g

= 13.3 kg × 9.8 m/s² ≈ 130.34 N

3. 최대 굽힘 모멘트(M_max) 계산

램프는 20° 경사로 설치되므로, 수직 하중은 램프에 수직한 성분으로 분해됨.

- P_perp = P_vertical × cos(20°)
≈ 130.34 N × 0.9397
≈ 122.48 N

램프가 양 끝에서 지지되고, 하중이 중앙에 집중되는 단순 지지보 조건을 가정하면 최대 굽힘 모멘트는 다음과 같음.

- M_max = (P_perp × L) / 4
 = (122.48 N × 1.2 m) / 4
 ≈ 36.74 N·m

4. 실제 발생 응력(σ_actual) 계산

램프 단면(직사각형 단면)의 단면계수는 다음과 같음.

- Z_actual = (b × h²) / 6
 = (26 cm × (1.0 cm)²) / 6
 ≈ 4.33 cm³
 = 4.33 × 10⁻⁶ m³

최대 굽힘 응력은 다음과 같이 계산됨.

- σ_actual = M_max / Z_actual
 = 36.74 N·m / (4.33 × 10⁻⁶ m³)
 ≈ 8.49 MPa

5. 1차 결론 (정적 하중)

계산된 최대 응력은 다음과 같음.

- σ_actual = 8.49 MPa

- σ_allow = 21.5 MPa

즉, 8.49 MPa < 21.5 MPa

실제 안전 계수는 다음과 같음.

- SF_actual = 43 MPa / 8.49 MPa ≈ 5.06

이는 목표 안전 계수 2.0을 충분히 상회함.

6. 충격 하중(동적 하중) 검토

반려동물이 램프 위를 뛰어오르는 상황을 고려하여 충격 하중을 추가로 검토함.

- 충격 계수 K = 2.0 (보수적 가정)

- 램프 자체 무게는 정적 하중으로 유지

- 반려동물 하중에만 충격 계수 적용

정적 응력 분리:

- 램프 자체 응력:
 σ_ramp ≈ 2.11 MPa

- 반려동물 정적 응력:
 σ_pet_static ≈ 6.38 MPa

반려동물 동적 응력:

- σ_pet_dynamic = σ_pet_static × K
 = 6.38 MPa × 2.0
 = 12.76 MPa

최종 동적 응력:

- σ_total = σ_ramp + σ_pet_dynamic
 = 2.11 MPa + 12.76 MPa
 = 14.87 MPa

7. 최종 결론

최종 동적 응력과 허용 응력을 비교하면 다음과 같음.

- 14.87 MPa < 21.5 MPa

동적 하중 조건에서의 실제 안전 계수는 다음과 같음.

- SF_dynamic = 43 MPa / 14.87 MPa ≈ 2.89

이는 목표 안전 계수 2.0을 상회하므로, 너비 26 cm, 두께 1.0 cm의 ABS 평판 램프는 반려동물의 정적·동적 하중 조건 모두에서 구조적으로 충분히 안전한 설계로 판단됨.

상세설계 내용

1. 전체 시스템 구성도

(1) 램프 모듈

유모차 하단 바구니 공간에 컴팩트하게 수납될 수 있도록 슬라이딩 커버 박스와 2단 슬라이딩 구조로 설계함. 소재는 경량성과 강성을 동시에 만족하는 12T 자작나무 합판을 사용하였으며, 전개 시 약 20°~25°의 완만한 경사각을 형성하여 반려동물의 자율 탑승을 유도함. 특히 각 램프 판재 간의 결속력을 높이고 이탈을 방지하기 위해 3단 레일을 적용하여 내구성과 슬라이딩의 안정성을 확보함.

(2) 연동 링크 모듈

램프 커버의 전진 직선 운동을 브레이크 바의 회전 운동으로 변환하여 전달하는 핵심 구동부임. 가스 쇼크 업소버 혹은 가벼운 금속 막대를 이용해 램프 전개 시 발생하는 물리적 힘을 손실 없이 브레이크 시스템으로 전달함과 동시에 기구적 강성을 유지하도록 설계함.

(3) 제동 모듈

연동 링크로부터 전달받은 회전력을 통해 래칫 휠과 걸쇠가 물리적으로 맞물리는 기어 결합 방식을 적용. 이는 일반적인 마찰식 브레이크와 달리 폴이 기어 틈새에 끼여 바퀴의 회전을 기계적으로 완전히 차단하는 방식임. 이를 통해 반려동물 탑승 중 발생하는 진동이나 외부 충격에도 제동이 풀리지 않는 확실한 안전성을 보장함.

2. 핵심 부품

- 소재: 램프 및 주요 구조체의 소재로는 내충격성과 점성이 우수한 ABS를 선정함. ABS는 일반적인 플라스틱 소재보다 동적 충격에 강해 반려동물의 탑승 충격을 효과적으로 흡수할 수 있음. 특히 3D 프린팅의 이점을 활용하여 램프 판과 레일를 일체형으로 설계함으로써 조립 오차를 줄이고 내부 채움 비율 조절을 통해 강도는 유지하되 무게를 획기적으로 경량화함. 구조 해석 결과, 10mm 두께 조건에서 10kg 반려동물의 동적 하중 발생 시에도 안전계수 2.89 이상을 확보하여 구조적 안전성이 검증됨.

- 램프: 유모차 하부 수납 공간에 맞게 2단 슬라이딩 방식으로 설계되었으며 3D 프린팅의 설계 자유도를 활용하여 측면 가이드 레일을 별도 부품 없이 램프 판과 일체형으로 제작함. 또한 10kg의 하중을 점이나 선이 아닌 면으로 안전하게 분산시켜 내구성을 극대화함.

- 슬라이딩 레일 (3단): 슬라이딩 램프 구동을 위해 3단 볼 베어링 레일을 적용함. 이는 램프가 전개될 때 발생하는 마찰 계수를 최소화하여 사용자가 적은 힘으로도 램프를 전개시킬 수 있도록 함. 이때, 두 램프 파트 사이의 겹침 부분을 최소화하여 램프 길이를 최대한 길게 구현할 수 있도록 하고 이를 통해 램프 파트의 길이를 최소화하여 모듈의 경량화에 기여함.

- 래칫 브레이크: 제동 장치는 기어 톱니에 걸쇠가 물리적으로 맞물리는 래칫 기어 및 걸쇠 방식을 선정함. 기존의 타이어 마찰식 브레이크는 타이어 마모나 수분 유입 시 미끄러질 위험이 있으나, 본 방식은 기계적인 결합을 통해 외부 충격이나 진동에도 절대 풀리지 않는 확실한 제동력을 제공함. 이는 램프 전개 중 유모차가 밀리는 사고를 원천적으로 차단하는 안전 설계의 핵심 요소임.

- Pawl&Shaft: 브레이크 체결을 담당하는 레버 및 회전축 램프 연동 동작 시 회전하면서 브레이크 작동필요 조건: 저마찰 재질, 부드러운 회전 보장, 윤활 유지 용이성

- Shock Absorber (막대): 연동 링크의 핵심 부품으로 가스 스프링을 채택함. 이는 램프 커버의 직선 운동을 브레이크 바의 회전 운동으로 변환하는 강체 링크 역할을 수행함과 동시에 압축 가스의 탄성을 이용해 지속적인 장력을 부여함. 이 장력은 브레이크가 체결된 상태에서 기어와 걸쇠 사이의 유격을 제거하고 견고한 잠금 상태를 유지하게 하며 장력은 사용자의 페달링 부하를 최소화하면서도 확실한 작동을 보장하는 최적의 수치로 선정됨.

3. 2D/3D 도면

램프 및 램프 보관함 제작을 위한 부품 도면임. 시제품 제작에 사용하는 반려동물 유모차 치수를 직접 측정하여 해당 치수에 맞게 두께, 높이 등을 고려하여 부품 치수를 계산함. 이후 부가적인 기능 (램프 밀림 방지 경사로) 등을 적용한 레일 파트까지 설계하였고 이를 직접 가공함.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

작동 장면 1. 브레이크 작동 위해 페달에 발 올림, 주행 가능 모드

작동 장면 2. 브레이크 페달을 밟아 브레이크를 작동시킴, 제동 모드

작동 장면 3. 인출된 램프 보관함에서 램프 꺼내 전개, 램프 전개 모드

작동 장면 4. 램프 사용 완료 후 램프 들어 수납

작동 장면 5. 램프 수납과 동시에 램프 보관함 전진

작동 장면 6. 연동 시스템으로 인해 브레이크 자동 해제, 주행 가능 모드

포스터

완료작품의 평가

1. 초기 과제의 목표를 달성하였는가?

초기 목표였던 전원 없는 기계식 자동 제동 시스템을 성공적으로 구현하였다. 램프 커버의 슬라이딩 직선 운동을 회전 운동으로 변환하여 래칫 브레이크를 체결하는 핵심 메커니즘이 정상 작동함을 확인하였다. 또한, 이론적 계산 및 시뮬레이션을 통해 10kg 하중 및 동적 충격(반려동물이 뛰는 상황)에서도 안전 계수 2.0 이상을 확보하여 구조적 안정성 목표를 달성하였다.

2. 프로토 타입이 과제를 잘 나타내는가?

제작된 프로토타입은 램프 커버를 당기면 브레이크 축이 회전하여 바퀴가 잠기는 연동 과정을 시각적으로 명확하게 보여준다. 특히 램프 전개 시 브레이크가 체결된 상태를 유지하는 능동형 안전 시스템의 특징을 실제 작동 모델로 구현하여, 설계 의도인 사용자 실수 방지 기능을 충실히 반영하고 있다.

3. 심미성이 좋은가?

프로토타입은 가공 용이성을 위해 목재(합판)와 황동봉을 사용하여 제작되었기에 상용 제품 수준의 마감에는 미치지 못한다. 그러나 설계적으로는 램프를 유모차 하단 프레임 내부에 완전히 수납하는 빌트인 구조를 채택하여, 미사용 시 유모차의 외관을 해치지 않고 깔끔함을 유지하도록 고려되었다

4. 보는이가 과제를 한눈에 이해할 수 있는가?

복잡한 전자 회로 없이 물리적인 링크 구조(막대/쇼크 업소버)가 외부로 드러나는 형태(또는 구조도 설명)로 제작되어, 램프를 꺼내면 바퀴가 멈춘다는 직관적인 인과관계를 누구나 쉽게 이해할 수 있다. 포스터와 작동 흐름도를 통해 작동 원리를 시각화하여 전달력을 높였다

5. 조원 모두가 참여하였는가?

과제 제안 단계부터 특허 조사, 개념 설계, 프로토타입 자재 구매 및 가공, 최종 보고서 작성에 이르기까지 4명의 팀원이 전 과정에 참여하였다. 팀장과 팀원 간의 명확한 역할 분담(설계, 제작, 문서화 등)을 통해 3개월간의 개발 일정을 차질 없이 소화하였다.

향후계획

본 과제의 완성도를 높이고, 상용화 가능성을 확보하기 위해 하기 개선 작업이 필요하다.

1. 소재 변경을 통한 경량화 및 내구성 확보

현재 제작된 프로토타입은 가공의 용이성을 위해 합판과 황동봉을 주재료로 사용하였으나, 이는 무게가 무겁고 습기 등 외부 환경에 취약하다는 한계가 존재한다. 따라서 실제품 제작 단계에서는 설계 시 고려했던 ABS 소재를 적용하여 제품의 무게를 절감하고, 야외 사용 시 발생 가능한 부식 및 변형 문제를 해결하여 내구성을 확보하고자 한다.

2. 링크 메커니즘의 정밀도 개선

프로토타입의 램프 커버와 브레이크 축을 연결하는 황동봉 및 U자형 클램프 구조는 작동에는 큰 무리가 없으나, 유격으로 인한 소음이나 미세한 덜컥거림이 발생할 수 있다. 이를 개서하기 위해 양산 설계 시에는 맞춤형 금형 사출 링크 부품을 적용하여 유격을 최소화하고, 쇼크 업소버의 감쇠력을 세밀하게 튜닝하여 보다 부드럽게 전개/수납 동작을 구현하고자 한다.

3. 실사용자 대상 테스트를 통한 안전성 재검증

구조 해석, 특히 정적 해석 및 동적 해석상으로는 10kg 하중을 충분히 견디는 것으로 확인되었으나, 실제 반려동물의 불규칙한 움직임이나 다양한 노면 환경에서의 데이터가 부족한다. 따라서 동물병원, 혹은 반려동물 유모차 관련 기업과 협력하여 노령견, 실사용자들을 대상으로 필드 테스트를 진행하고, 수집된 피드백을 바탕으로 램프의 미끄럼 방지 패턴과 경사각을 최적화하고자 한다.

위 과제들을 차례로 수행함으로써 본 시스템이 단순한 아이디어 시제품을 넘어 실제 반려인들의 고충을 해결하는 실용적이고 안전한 펫 모빌리티 아이템으로 자리 잡도록 할 것이다.

특허 출원 내용

내용

시대인재

목차

프로젝트 개요

기술개발 과제

과제 팀명

지도교수

개발기간

구성원 소개

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

개발 과제의 배경

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

시장상황에 대한 분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항 (Product Requirements)

상세 설계 사양

개념설계안

이론적 계산 및 시뮬레이션

상세설계 내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

특허 출원 내용

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