프로토타입

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 회전 손잡이 및 펼쳐지는 보조바퀴를 갖는 캐리어

영문 : Carrier with Rotary Handle and Auxiliary Wheel Frame

과제 팀명

프로토타입

지도교수

000 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 이**(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 가**

서울시립대학교 신소재공학과 20204500** 황**

서울시립대학교 신소재공학과 20224500** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 캐리어의 주행 방식을 '세워서 밀기(4륜형)', ‘기울여서 당기기(2륜형)’에서 '눕혀서 당기기(카트형)'로 전환하는 역발상 설계를 통해, 사용자 피로도 감소, 추가 적재 공간 제공, 주행 안정성 향상의 세 가지 핵심 가치를 제공하는 것을 목표로 한다. 이는 기존 캐리어 시장에 없던 새로운 사용성을 제안하는 것이므로 기술적 차별성 확보와, 그를 통한 특허 출원을 할 수 있을 것으로 기대된다.

본 프로젝트의 핵심 아이디어는 캐리어의 가장 넓은 면(기존 캐리어 기준 옆면)이 바닥을 향하도록 하고, 이 면에 4개의 바퀴를 매립형으로 설치하는 것이다. 기존 캐리어가 좁은 측면이나 바닥면에 바퀴를 다는 것과는 근본적으로 다른 접근으로, 이러한 설계를 통해 사용자는 캐리어를 눕힌 상태에서 손잡이를 잡고 앞에서 당기는 방식으로 이동시킬 수 있다. 이는 기존의 캐리어 구동 방식과 정반대의 사용성을 제공한다. 이를 구현하기 위하여 필요한 부분이 회전 손잡이부와 펼쳐지는 바퀴부이다. 각각의 구체적인 구동 방식에 대해서는 본 보고서의 아.상세설계안에서 다루었다.

개발 과제의 배경

팀 구성원 중 두 명이 교환학생 경험이 있었고, 공통적으로 이야기했던 불편함이 크게 두 가지였다. 먼저 20kg 이상 적재된 캐리어를 끌고 혼자 장시간 이동할 때 손목과 팔에 하중이 집중되어 금방 피로해지고, 통증을 겪었다. 또한 캐리어를 두개 이상 동시에 옮겨야 해 양손이 자유롭지 못함으로써 지도를 확인하는 등 다른 행위를 하는 데에 어려움을 겪었다. 이러한 경험을 기반으로 사용자의 편리함을 증대시키고자 하는 데에서 본 프로젝트가 개발되기 시작하였다. 기존 캐리어는 크게 4륜형 구동과 2륜형 구동으로 나눌 수 있다. 4륜형의 경우 매끄러운 평지에서는 이동이 용이하지만 사용자가 뒤에서 캐리어를 미는 방식으로 구동하기 때문에 조향 안정성이 낮다. 반면 2륜형의 경우 조향 안정성은 더 높지만, 기울여 이동하는 방식 때문에 사용자가 캐리어의 하중을 손목과 팔로 견뎌야 해 장시간 이동이 어렵다. 따라서 본 프로젝트에서는 손잡이를 회전시킬 수 있고, 그에 따라 펼쳐지는 보조바퀴를 탑재한 캐리어를 설계하여 이러한 기존 캐리어 구동의 단점을 보완하고자 하였다.

개발 과제의 목표 및 내용

• 주요 기능 및 기대효과

1) 손목과 팔의 피로도 감소 기존에 보편적으로 사용되던 2륜형과 비교하였을 때, 본 설계안은 4개의 바퀴가 캐리어의 모든 무게를 지탱한 채 수평으로 구동되므로 하중이 바퀴로 분산된다. 따라서 사용자는 수평으로 당기는 힘만 가하면 되므로, 캐리어의 무게를 팔로 지탱할 필요가 없다. 이는 장거리 이동 시 사용자의 피로도를 획기적으로 줄여줄 수 있다. 2) 적재 효율성 증대 탈부착식 적재부를 제작하여 캐리어 윗부분을 실제로 활용할 수 있는 공간으로 만들고자 한다. 캐리어를 수평으로 눕혀 카트형 캐리어로 구동할 때, 넓은 윗면에 존재하는 적재부를 펼쳐 다른 캐리어나 물품을 추가로 적재할 수 있다. 따라서 여러 개의 짐을 편리하게 운반할 수 있어 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다. 3) 주행 안정성 향상 두 가지 측면에서 주행 안정성을 향상시키고자 한다. 먼저, 사용자가 캐리어의 '앞'에서 이동 방향을 선도한다는 것이다. 기존의 4륜형의 세워서 미는 방식은 사용자가 뒤에서 조작하므로 캐리어의 진행 방향을 예측하고 제어하기 어렵다. 반면, 본 설계안의 당기는 방식은 사용자가 나아가는 방향대로 캐리어가 즉각적으로 따라오게 된다. 두번째로로, 무게중심 측면에서 기존의 4륜형 방식보다 본 설계안의 카트형 방식의 경우에 무게중심이 더 낮아 안정성이 높다. 이는 사용자에게 직관적인 조향 을 가능하게 하여, 복잡한 환경에서도 사용자가 원하는 대로 안정적인 제어를 할 수 있게 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

현재 캐리어 기술은 크게 '소재 경량화', '휠 성능 개선', '스마트 기능'의 세 가지 방향으로 발전하고 있다.

# 소재 및 경량화

리모와(Rimowa)사의 알루미늄, 샘소나이트(Samsonite)의 커브(Curv®) 소재 등 더 가볍고 내구성이 강한 폴리카보네이트(PC) 계열 신소재 개발이 주를 이룬다.

# 휠 성능

일본 히노모토(Hinomoto)사의 저소음/고내구성 휠처럼, 360도 스피너 휠의 부드러운 주행감과 내구성을 높이는 방향으로 기술이 집중되어 있다.

# 스마트 기능

GPS 추적, 자동 잠금, 배터리 충전 기능이 탑재된 스마트 캐리어, 탑승 가능한 캐리어, 사용자를 따라오는 자율주행 캐리어 등이 등장했으나, 높은 가격 및 최근 항공사 배터리 규제로 시장 확장 가능성이 낮다.

 분석 결과, 기존 기술들은 소재나 부가 기능에 집중할 뿐, 캐리어의 근본적인 주행 방식과 사용자-캐리어 간의 역학 관계 자체를 혁신하려는 시도는 매우 드물었다. 본 과제의 수평 주행 방식은 이처럼 정체된 기구학적 설계에 대한 새로운 접근이다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

현재 여행용 캐리어 관련 특허는 ‘손잡이 구조’와 ‘바퀴 접힘 메커니즘’, ‘내구성 향상’에 집중되어 있으며, 주로 세워서 밀거나 기울여 끄는 방식의 개선에 국한되어 있다. 본 과제의 핵심 개념인 '눕혀서 당기는 수평 주행 캐리어’와 유사한 형태는 아직 공개된 바 없다.

# 인출 타입 보조휠을 가지는 캐리어(Carrier with withdrawal type auxiliary wheel)   출원번호(일자) : 1020180123539(2018-10-17)

내용 요약: 
캐리어의 손잡이 및 휠 결합부의 구조를 개선하여 내구성을 높이는 기술.

한계: 
사용자가 캐리어를 기울여 끌 때 손잡이부에 집중되는 응력을 완화하는 수준에 그치며, 캐리어 전체를 눕혀 사용하는 새로운 주행 개념은 제시하지 않음.

문제점: 
구조 복잡화로 인한 중량 증가, 발에 걸리는 문제로 인체공학적 불편 존재.

# 실내용 바퀴가 탑재된 캐리어(Carriers with Interior Wheels)
출원번호(일자) : 1020190162080(2019-12-06)

내용 요약: 
실내용 캐리어로서 손잡이 회전 및 바퀴 접힘 기능을 통해 보관성을 높이는 기술.

한계: 
이동 방식은 여전히 수직(4륜) 또는 경사(2륜) 구조에 머물러 있으며, 외부 이동 중의 안정성 및 조향성 향상에 대한 고려 부족.

차별점: 
본 과제는 바퀴 접힘이 아닌 ‘프레임 전체의 자세 전환을 통해 주행 모드 자체를 변경한다는 점에서, 기존 기술과 기구학적 접근이 근본적으로 다름.

# 기타 선행기술 검토 
 자율주행형 또는 스마트 캐리어(미국, 일본 등록특허 등)는 센서·모터 제어 중심으로, 기계적 구조는 전통적인 4륜 기반에 머물러 있음 

• 기술 로드맵

10월: 아이디어 구체화 및 상세 설계
   목표: 제작 가능한 3D 모델 및 도면 확보
   Key Tasks

-선행 기술 및 특허 자료 분석 완료 -회전하는 핸들부, 펼쳐지는 바퀴부의 핵심 메커니즘 스케치 및 목업 제작 -프로토타입 제작을 위한 재료(3D프린터 필라멘트, 기존 휠셋, 프레임 등) 선정

11월: 핵심 프로토타입 제작 및 1차 테스트
   목표: '눕혀서 당기기'가 가능한 워킹 목업 1종 제작 완료
   Key Tasks

-회전하는 핸들부, 펼쳐지는 바퀴부 등의 주요 부품 제작 -기성품(휠, 프레임, 핸들 봉) 조달 및 가공 -1차 워킹 목업 조립 및 구동성 테스트 -1차 테스트에서 발견된 설계 오류 및 구조적 문제점 파악

12월: 결과물 보완 및 최종 결과 보고
   목표: 최종 결과물 성능 시연 및 프로젝트 완료 보고
   Key Tasks

-테스트 결과를 바탕으로 한 결과물 수정 및 보완 (설계 변경 최소화) -다양한 환경에서 기존 4륜 캐리어와의 비교 주행 테스트 (조향성, 안정성) -핵심 기능(조향성, 피로도 감소, 추가 적재)을 시연하는 영상 촬영 -최종 결과 보고서 및 발표 자료 작성

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

◇ Strength

-명확한 차별성: '조향과 '피로도'라는 기존 캐리어의 고질적 문제를 동시에 해결함.

-직관적 사용성: 사용자가 앞에서 끌고 가는 대로 따라오는 직관적 조향성을 갖춤.

-안정성: 낮은 무게 중심으로 인한 주행 안정성 및 전복 위험 최소화.

-인체 부담 저하: 캐리어를 드는 힘을 줄임으로써 사용자 손목의 부담을 감소시킴.

◇ Weakness

-사용자 인식: 캐리어는 세우는 것이라는 기존의 고정관념을 깨기 위한 초기 인식 전환 비용(광 고 등) 발생.

-공간 차지: 주행 시 바닥 면적을 더 넓게 차지할 수 있음

-구조적 과제: 휠 매립으로 인한 내부 수납 용량 손실을 최소화하는 설계 필요.

◇ Opportunity

-여행 시장 회복: 여행 수요 급증으로 새로운 여행용품에 대한 관심 증가.

-편의성 중시 트렌드: 소비자들이 스트레스 없는 편안한 여행 경험을 위해 기꺼이 비용을 지불하 는 경향을 보임.

-틈새 시장 공략: 짐이 많은 가족 여행객 및 유학생과 이민자, 백팩과 캐리어를 동시에 운반하는 비즈니스 출장자, 조작이 쉬운 캐리어가 필요한 시니어 여행객 등 명확한 타겟 설정 가능.

◇ Threat

-거대 기업의 시장 지배력: 샘소나이트, 리모와 등 기존 강자들이 구축한 유통망과 브랜드 파워.

-모방 제품 출현: 아이디어가 성공할 경우, 거대 자본이 즉각적으로 유사 제품을 출시할 위험.

-가격 민감성: 초기 생산 단가가 높아질 경우, 가격 경쟁력에서 밀릴 수 있음.

◇ 전략적 시사점

S-T 전략(강점을 활용해 위협 대응)

-해당 제품의 성능의 핵심 구조의 특허 등록으로 모방 제품 방지

-해당 제품만의 강점으로 다른 기업 제품과의 차별화

W-O 전략(약점을 개선해 기회를 활용)

-내부 구조 개선으로 수납공간 손실 최소화

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

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용