Chill girl

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 콘센트 홀을 인식하여 자동 회전하는 플러그

영문 : Self-Rotating Power Plug with Integrated Socket Hole Detection

과제 팀명

Chill Girl

지도교수

김현식 교수님

개발기간

2025년 3월 ~ 2025년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20214500** 최*영(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 정*영

서울시립대학교 신소재공학과 20216100** 배드*라

서울시립대학교 신소재공학과 20224500** 천*경

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 개발 과제는 콘센트가 눈에 보이지 않거나 협소한 공간에 위치한 경우에도 사용자가 손쉽게 플러그를 삽입할 수 있도록, YOLO(You Only Look Once) 기반 이미지 인식 기술을 활용하여 콘센트 홀의 위치를 실시간으로 감지하고, 이에 맞춰 플러그가 자동으로 회전 정렬되는 시스템을 구현하는 데 목적이 있다.

이를 위해 다양한 각도 및 조도 환경(정면, 장거리, 비틀림, 조명 없음 등)에서 촬영된 최소 1,000장 이상의 콘센트 이미지를 수집하고, 라벨링을 통해 YOLO 학습 데이터를 구축한다. 이후 플러그에 장착된 Raspberry Pi 카메라 모듈을 통해 실시간으로 콘센트 홀을 인식하고, 인식된 위치를 기반으로 플러그 내부의 스텝모터가 자동으로 회전하여 핀이 정확히 정렬될 수 있도록 한다.

본 기술은 사용자의 수고를 줄이고, 콘센트 방향을 직접 맞춰야 하는 번거로움을 해소함으로써 삽입 성공률을 높이고 시간 소모를 줄이며, 콘센트 및 플러그 마모 가능성까지 저감할 수 있다. 특히 카페, 사무실, 호텔 등 콘센트가 시야에서 벗어난 환경에서의 실질적인 사용성 향상을 기대할 수 있으며, 향후 다양한 전기기기에서의 적용 가능성과 높은 범용성을 가진다.

개발 과제의 배경

기존 플러그는 대부분 정해진 방향으로만 삽입이 가능하며, 회전이 가능하더라도 콘센트 홀을 자동으로 인식해주는 기능이 부재하다. 특히 수평, 수직, 대각 등 다양한 방향으로 설치된 콘센트 홀을 육안으로 확인하고 손으로 맞추는 번거로움은 일상 속 불편을 유발한다.

좁은 공간, 어두운 환경, 가구 뒤편 등 직접 눈으로 확인하기 어려운 장소에서는 플러그 삽입에 실패하거나 방향을 재조정해야 하는 일이 반복되며, 이는 시간 낭비뿐만 아니라 콘센트와 플러그에 가해지는 물리적 충격으로 인한 마모 및 파손 가능성도 증가시킨다.

이와 같은 사용자 불편을 해소하기 위해 본 과제는 영상 인식 기술과 정밀 회전 기술을 결합하여, 플러그가 콘센트 홀을 인식하고 스스로 정렬할 수 있도록 한다. 이를 통해 삽입 절차의 자동화 및 안정화를 실현하고, 누구나 특별한 조작 없이 동일한 방식으로 사용할 수 있어 기술 진입장벽이 낮다. 나아가, 해당 기술은 공공시설, 호텔, 카페, 식당, 사무실 등 다양한 공간에 적용 가능하며, 콘센트 접근이 어려운 환경에서 접근성과 사용성을 대폭 향상시킬 수 있어 상업적·산업적 파급 효과도 크다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 개발 과제의 목표

본 개발 과제의 주요 목표는 콘센트 홀의 위치를 정밀하게 인식하고, 플러그 핀의 자동 회전 정렬이 가능하며, 짧은 시간 안에 플러그가 안정적으로 삽입되도록 구현하는 것이다.

이를 위해 핵심적으로 다음과 같은 기술적 달성을 목표로 한다:

(1) YOLO 기반 인식 기술 구현 다양한 환경에서 학습된 YOLO 모델을 활용하여, 플러그에 내장된 라즈베리파이 카메라가 콘센트 내부의 홀 위치(수평, 수직, 대각선 등)를 빠르고 정확하게 인식한다.

(2) 스텝모터 기반 회전 제어 시스템 설계 YOLO가 출력한 중심 좌표에 따라 스텝모터가 플러그를 정밀하게 회전시키며, 과도한 흔들림 없이 정렬되도록 한다.

(3) 하드웨어 통합 및 구조 설계 플러그 내부에는 카메라, 제어 보드(Raspberry Pi), 스텝모터 등 핵심 부품이 모두 내장되며, 핀 사이의 전선 및 회전 구조에서 꼬임이 발생하지 않도록 외관을 3D 프린팅을 통해 직접 설계한다.

(4) 편의성과 신뢰성을 모두 확보한 플러그 구현 누구나 무리한 힘이나 반복 삽입 없이 간편하게 사용할 수 있으며, 내구성과 기능적 안정성을 동시에 만족시키는 플러그를 구현한다.

◇ 개발 과제의 내용

본 과제는 콘센트의 소켓 홀을 자동으로 인식하고, 플러그가 자동으로 회전하여 정렬되는 기능을 통해 사용자 편의성과 전기적 안정성을 향상시키는 것을 목표로 한다. 이를 위해 전체 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 나뉘며, 각 요소는 상호 연동되어 동작한다.

(1) 데이터 수집 및 YOLO 모델 학습 YOLO 모델 학습을 위해 다양한 각도와 거리, 조도 조건에서 콘센트 이미지 1,000장 이상을 수집하고, 소켓 홀에 대한 바운딩박스 라벨링 작업을 수행한다. 이를 통해 ‘콘센트 홀’이라는 객체를 모델이 정확히 식별하고, 다양한 환경에서도 인식 정확도를 확보하도록 학습시킨다.

(2) 실시간 영상 인식 및 좌표 추출 플러그에 탑재된 Raspberry Pi 카메라 모듈이 콘센트 전면을 실시간 촬영하고, 영상 스트림은 제어 보드를 통해 분석된다. 학습된 YOLO 모델이 영상 내에서 콘센트 홀을 탐지하고, 중심 좌표(x, y)를 실시간으로 산출한다.

(3) 스텝모터 기반 회전 정렬 시스템 YOLO로부터 도출된 좌표 정보를 기반으로, 스텝모터가 플러그의 회전 방향과 각도를 제어한다. 회전 시 불필요한 진동이나 과도한 흔들림을 최소화하도록 기어비가 조절된 정밀 스텝모터를 사용하여 핀과 홀의 정렬이 매끄럽게 이루어진다.

(4) 하드웨어 설계 및 구조적 안정성 확보 플러그 외관은 3D 프린팅으로 직접 설계 제작하며, 회전 구동 중 내부 전선의 꼬임이나 손상 방지를 고려한 구조를 설계한다. 플러그 핀과 전선 사이에 카메라가 삽입되더라도, 기구적 안정성과 내구성이 유지되도록 내부 부품 배치를 최적화한다.

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

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용