"이츠 리얼 홍"의 두 판 사이의 차이

2025년 6월 12일 (목) 01:57 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 분실물 및 무단 투기 방지를 위한 공유자전거 바구니 시스템

영문 : Shared Bicycle Basket System for Preventing Loss of Belongings and Unauthorized Waste Disposal

과제 팀명

이츠 리얼 홍

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2025년 3월 ~ 2025년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 허*호(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 강*찬

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 공*환

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 김*형

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

• 본 과제는 공유자전거의 회전식 바구니이다.

• 입구가 위, 아래로 오도록 회전이 가능한 바구니를 설계하여 공유자전거의 분실물 및 무단 투기 문제를 해결한다.

• 볼 베어링 및 축을 이용한 회전 방식과 홀 센서 및 블루투스 모듈을 이용한 솔레노이드 구동 메커니즘을 이용하여 바구니의 회전과 고정을 가능하게 한다.

개발 과제의 배경

• 최근 공유자전거가 일상적인 교통수단으로 널리 확산하고 있다.

• 공유자전거 공급의 증가에 따라 바구니에 분실물 문제나 미사용자가 쓰레기를 버리는 문제가 빈번히 발생하고 있다.

• 이러한 문제는 사용자에게 불쾌감을 유발하고, 운영사의 관리 부담을 증가시키고 있다.

• 지금까지는 인력이나 자발성에 의존했으나 효과가 낮아 기술적 해결이 필요하다.

• 회전식 바구니 시스템은 분실물 및 무단 투기 방지를 통해 도시 환경 개선에 도움이 될 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

• 본 과제의 목표는 공유자전거 이용 과정에서 자주 발생하는 바구니 내 분실물 방치 및 쓰레기 투기 문제를 효과적으로 방지할 수 있는 구조적 해결책을 구현하는 것이다. 이를 위해 사용자가 수동으로 회전시킬 수 있는 바구니 시스템을 설계하였다.

• 바구니는 윗면이 개방된 육면체 형태로 제작되며, 자전거 프레임에 고정되는 고정부와 회전이 가능한 전면의 회전부로 구성된다.

• 바구니 회전은 축과 베어링을 통해 안정적으로 구현되며, 스프링과 곡선형 돌기로 고정된다. 회전부의 자석과 고정부의 홀 센서가 바구니의 위치를 감지하고 신호를 전달한다. 솔레노이드와 홈 구조는 회전 상태를 제어하고 임의 회전을 방지한다. 바구니를 위로 돌리면 센서가 이를 감지해 고정하고, 반납 시 다시 아래로 돌려 고정된다.

• 이러한 방식은 사용자가 바구니 내부를 자발적으로 확인하도록 유도함으로써, 분실물 회수와 쓰레기 투기를 동시에 방지할 수 있다. 특히 바구니가 뒤집힌 상태로 반납된 자전거는 돌기 구조, 홈, 솔레노이드에 의해 고정되어 있어 임의로 회전시킬 수 없으며, 이를 통해 무단 투기를 차단할 수 있다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

● 전 세계적인 기술현황

• 현재 대부분의 공유자전거는 단순한 철제 또는 플라스틱 재질의 고정식 바구니를 채택하고 있으며, 내부 물품 유무나 청결 상태를 확인할 수 있는 기능은 없다. 또한 바구니가 항상 개방된 구조로 되어 있어 무단 투기 및 분실물 문제가 빈번하게 발생하고 있다.

• 일부 고급형 공유자전거 시스템에서는 QR코드 기반 위치 추적, 전동 잠금, GPS 기능 등이 도입되고 있으나, 바구니 내부 상태 확인이나 분실물 방지를 위한 기능은 여전히 미비하다.

• 일본의 파나소닉, 중국의 모바이크 등 주요 기업들도 주로 자전거 프레임과 결합 방식 개선에 집중하고 있으며, 바구니는 정적이고 수동적인 구조에 머무르고 있다. 이처럼 공유자전거 선진국 사례에서도 회전식 바구니와 고정 장치를 결합한 구조는 매우 드물어, 본 시스템은 전 세계적으로도 희소한 기술로 평가된다.

• 본 시스템은 사용자의 물리적 동작과 단순한 구조, 최소한의 장치를 통해 문제를 해결할 수 있도록 설계되었으며, 기존 시장에 없는 독창적인 구조를 제안한다.

• 특히 솔레노이드와 돌기 및 홈 구조를 활용한 고정 방식은 직관성과 안정성을 동시에 갖춘 기계식 대안으로 주목된다.

● 특허조사 및 특허 전략 분석

• 본 특허 조사는 자전거라는 수단에 한정하지 않고, 바구니의 회전 및 고정 구조에 초점을 맞춰 기술적 특성을 중심으로 진행되었다. ‘회전식 바구니’, ‘베어링을 이용한 바구니’ 등의 키워드를 활용해 KIPRIS, USPTO 특허 데이터를 검색한 결과, 공유자전거에 직접 적용된 회전식 바구니 기술은 존재하지 않았으나, 유사한 기능을 가진 일부 사례는 확인되었다.

• 대표적인 사례로는 등록 특허 제10-2691745호(2023.03.10 공개)인 ‘자전거 거치용 접이식 휴대 바구니’가 있으며, 바구니가 자전거에 탈부착이 가능하고, 수납 시 편의성을 높인 점에서 바구니의 진보적 개선 사례로 볼 수 있다. 그러나 이 특허는 회전 기능을 포함하고 있지 않으며, 회전 안정성 확보나 자가 점검 기능 등 본 과제의 핵심 요소는 갖추고 있지 않다.

• 회전식 바구니 기술은 아직 자전거 응용 분야에서 상용화된 사례가 없으며, 본 기술은 솔레노이드와 돌기 및 홈 구조를 활용한 고정 메커니즘과 사용자의 물리적 회전을 통한 반납 제어 기능이 통합된 설계로 차별성과 신규성을 확보할 수 있다.

• 이러한 구조적 특성을 기반으로, 회전축 지지 방식, 솔레노이드와 베어링의 배치, 돌기 및 홈 구조 등 각 구성요소에 대해 독립적인 특허 출원이 가능하다. 향후 유사 기술이 등장할 경우, 방어적 특허로서도 기능할 수 있다.

• 본 과제에서는 바구니의 회전 구조와 솔레노이드 기반 자동 고정 메커니즘에 대해 실용신안 및 특허 등록을 추진한다. 회전 및 고정 구조는 기계적 설계 기반의 실용신안으로, 솔레노이드와 돌기 및 홈 구조를 활용한 자동 고정 기능은 별도의 발명 항목으로 특허 출원을 계획하고 있다.

• 사용자의 참여를 유도하는 상태 기반 연동 설계는 산업 및 구조 디자인 측면에서 별도의 디자인 등록이 가능하며, 사용자 행동과 구조적 원리가 연계된 형태로 차별화된 디자인 보호를 할 수 있다.

• 이후에는 전체 시스템을 모듈화하여 기술 이전 및 라이선스 기반 사업화가 가능하도록 발전시킬 계획이다.

●기술 로드맵

• 본 과제는 회전식 바구니 시스템의 설계부터 실증까지를 목표로, 단기 및 장기 단계로 나누어 체계적으로 진행하고자 한다.

• 단기적으로는 약 1~2개월 내 회전 및 고정형 바구니의 개념 설계를 완성하고, 아크릴판 및 폼 보드를 활용한 목업을 제작한 후, 최종적으로 3D 프린팅을 통해 완성형 제품을 구현할 계획이다. 이를 통해 수동 회전 구조, 솔레노이드, 돌기 및 홈 구조를 활용한 고정 메커니즘의 작동 가능성을 검증하고, 바구니의 무게, 회전 저항, 고정 강도 등 주요 물리적 요소에 대한 기초 데이터를 수집한다. 또한 사용자 행위 기반 시스템이 반납 과정에서 사용자에게 미치는 영향을 분석하여 구조 설계에 반영한다.

• 장기적으로는 3~4개월의 기간 동안 시제품 구조를 개선하여 실제 자전거에 적용할 수 있는 수준의 프로토타입으로 발전시킬 예정이다. 아울러 공유자전거 반납 시스템과의 물리적 연동 시뮬레이션을 구축하고, 반납 확인 알고리즘을 적용해 실질적인 운용 가능성을 높인다. 사용자 피드백을 기반으로 구조를 최종 보완하고, 앱 기반 반납 연동 기능까지 구현할 계획이다.

시장상황에 대한 분석

● 경쟁제품 조사 비교

표 1. 기존 제품 및 경쟁 제품과 본 제품의 비교 분석표

● 마케팅 전략 제시

• 대도시, 대학가, 관광지 등 공유자전거 밀집 지역을 대상으로 시범 설치를 진행하고, 효과에 대한 데이터를 확보한다.

• 공유자전거 운영사를 대상으로 저비용 구조의 장착형 모듈로 제안하여, 유지 관리 비용 절감 효과를 강조한다.

• 환경미화 및 시민 불편 해소를 위한 도시 청결 관리 시스템으로서 가치를 강화한다.

• 사용자 행동 유도 기반 시스템으로 책임 있는 공유 문화를 확산시키는 데 공헌한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

• 물리적 회전과 솔레노이드, 돌기 및 홈 구조를 활용한 고정 메커니즘을 통해 분실물 확인과 무단 투기 방지가 가능하다.

• 사용자가 바구니를 직접 확인하고 회전 및 반납하는 과정에서 자연스럽게 청결 유지가 유도된다.

• 단순한 구조를 기반으로 다양한 자전거 모델에 손쉽게 장착할 수 있어 확장성과 적용성이 높다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

• 공유자전거 이용 환경 개선과 함께 공공장소의 청결 이미지를 개선할 수 있다.

• 사용자 불편함 예방 및 분실물 관련 민원 감소를 통해 운영자의 부담을 줄일 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

표 2. 단계별 개발 일정표

구성원 및 추진체계

• 2020450003 강예찬_조원

• 2020450006 공태환_조원

• 2020450011 김준형_조원

• 2020450042 허동호_조장

• 총괄 기획 (개발 일정 관리) : 조장

• 하드웨어 (회전부, 고정부 구조와 내부 설계) : 조원 전체

• 소프트웨어 (자동 고정 장치 및 앱/단말기 연동) : 조원 전체

• 품질 검증 (감지 성능 평가 및 사용자 테스트 진행) : 조원 전체

설계

설계사양

제품의 요구사항

표 3. 제품 요구사항

설계 사양

• 본 제품에서 홀 센서는 자석을 정확하게 인식하여 바구니의 위치 상태를 정확히 감지해야 하며, 외부 요인에 의한 오작동이 발생하지 않도록 해야 한다. 이를 위해 다양한 상황에서 구동 테스트를 통해 감지 정확도를 검증한다.

• 바구니의 입구가 아래를 향하지 않은 경우, 시스템은 반납을 정확하게 차단해야 하며, 아래를 향한 경우에만 정상적으로 반납이 이루어져야 한다. 반납 차단 기능이 일관되게 작동하는지에 대한 테스트가 필수적이다.

• 바구니 내에 물체를 싣고 주행할 경우, 회전부와 고정부는 물체의 하중과 주행 중에 발생할 수 있는 충격을 견딜 수 있어야 한다. 또한 무게와 비용 면에서 효율적이어야 한다. 회전부와 고정부가 실제 사용 환경에서 하중과 충격을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 다양한 방식의 내구성 테스트가 수행되어야 한다.

• 바구니는 사용자의 운행을 방해하지 않아야 하며, 주행 중 안정성을 확보해야 한다. 특히, 하중으로 인한 바구니의 흔들림을 최소화할 수 있도록 균형을 고려한 구조 설계가 필요하다. 센서 등 부착된 장치들은 사용자의 시야나 핸들 조작을 방해하지 않도록 배치되어야 하며, 주행 중에 발생할 수 있는 충격이나 진동에도 오작동이 발생하지 않도록 신뢰성 있게 작동해야 한다.

• 센서 및 전자 부품은 저전력으로 작동해야 하며, 배터리 교체 주기가 과도하게 짧지 않도록 설계되어야 한다. 에너지 효율이 높은 센서를 선택하고, 대기 상태에서는 불필요한 전력 소모를 최소화하여 전체 시스템의 전력 효율을 극대화해야 한다.

• 사용자가 별도의 학습 없이도 직관적으로 사용할 수 있어야 하며, 복잡한 조작 없이 간편하게 이용할 수 있어야 한다. 반납 차단 및 해제 과정이 자연스럽고 원활하게 이루어지도록 시스템을 설계해야 하며, 공유자전거의 반납 여부를 사용자에게 명확하게 전달할 수 있도록 시각적 피드백 등 직관적인 안내 요소를 제공해야 한다.

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

• 회전 구조

1) 바구니는 기본적으로 뒤집힌 상태(입구가 아래로 향한 상태)로 고정되어 있음

2) 공유자전거 대여 시, 블루투스 모듈을 사용하여 솔레노이드 제어(솔레노이드 축 후진)

3) 바구니 사용 시 바구니를 수동으로 180도 회전시켜 입구가 위로 향하도록 조작

• 고정 및 해제 구조

1) 바구니 입구가 아래로 향했을 때를 기준으로, 고정부 하단에 솔레노이드 1개 설치 → 솔레노이드의 축이 돌기의 구멍으로 들어가 돌기를 홈에서 고정 및 해제

2) 블루투스 모듈을 통해 솔레노이드가 후진하여 바구니가 회전할 수 있는 상태로 만듦

• 바구니 위상 인식 (홀 센서 + 돌기 구조 + 솔레노이드)

1) 바구니의 입구가 아래로 향하였을 때를 기준으로, 고정부 면의 왼쪽 위, 오른쪽 아래에 각각 홀 센서 1개씩 설치

2) 바구니의 입구가 아래로 향했을 때를 기준으로, 회전부 면의 왼쪽 아래에 자석 1개 설치

3) 바구니가 회전을 완료하였을 때마다 자석이 특정 위치의 홀 센서에 의해 인식되고, 이때 작동하는 홀 센서에 따라 위/아래 위상 판단 가능

• 곡선 모양의 바구니 하단과 지지부

1) 반납된 상태에서 바구니 뒤집어져 있어, 지지부에 의해 받쳐지지 않음

2) 바구니의 입구가 위로 향하였을 때를 기준으로, 바구니는 지지부에 의해 받쳐짐

3) 반납 시 바구니의 입구가 아래를 향하므로 바구니가 지지부에 의해 받쳐지지 않음

• 반납 조건

1) 사용자가 공유자전거 이용 완료 후, 블루투스 모듈을 통해 솔레노이드를 후진시키고, 자전거의 바구니를 입구가 아래로 오도록 수동으로 회전시키면, 홀 센서가 자석을 인식하여 솔레노이드를 전진시켜 돌기를 홈으로부터 고정함 (이로써 반납 과정이 완료됨)

2) 바구니가 뒤집힌 상태(자석이 특정 홀 센서에 의해 인식)일 경우에만 반납 가능

• 외부 조작 방지 1) 자전거가 반납된 상태일 때는 돌기가 홈에 체결되어 있고, 솔레노이드의 축이 돌기의 구멍에 들어가 있어, 바구니가 고정되어 있음.

2) 미사용자가 반납된 공유자전거의 바구니를 강제로 돌릴 수 없도록 돌기 및 홈 고정과 솔레노이드 고정 장치 적용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용