KR101387554B1 - 엽채 수확장치 및 이를 구비한 엽채 수확로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엽채 수확장치 및 이를 구비한 엽채 수확로봇에 관한 것으로, 재배된 상추 등의 엽채를 절단하는 동시에 절단된 엽채를 가두는 독특한 방식에 의해 가볍고 안전하게 감싸서 상처 없이 이동시킬 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명은 엽채 수확장치의 경우, 베이스와; 상기 베이스의 선단부에서 좌측과 우측의 대칭된 위치에서 각각의 일단이 회전 가능하도록 힌지결합되어 서로 대향하여 동작하면서 엽채의 밑동을 절단할 수 있도록 한 한 쌍의 커터와; 상기 커터의 상측에 설치되고, 일부가 상기 한 쌍의 커터와 함께 회동하도록 결합되어 상기 커터가 상기 엽채를 절단하기 위해 오므려질 때 상기 엽채의 둘레방향으로 이동하여 절단된 엽채의 둘레를 감싸도록 한 그리퍼를 포함하여 구성된다.

Description

엽채 수확장치 및 이를 구비한 엽채 수확로봇{Leafy vegetables harvesting device and leafy vegetables harvesting robot with the same}

본 발명은 엽채의 자동수확을 위한 수확장치에 관한 것으로, 특히 재배된 상추 등의 엽채를 절단하는 동시에 절단된 엽채를 가두는 독특한 방식에 의해 가볍고 안전하게 감싸서 상처 없이 이동시킬 수 있도록 한 엽채 수확장치 및 이를 구비한 엽채 수확로봇에 관한 것이다.

일반적으로 식물공장(植物工場)은 미래농업의 대표산업으로, 첨단 LED 인공조명과 영양액 공급을 통해 연중 같은 환경으로 농작물을 재배할 수 있는 시스템이다. 이러한 식물공장은 농작물의 재배기간을 단축해 생산성을 비약적으로 증대시킬 수 있고 농약을 전혀 사용하지 않기 때문에 유기농 재배가 가능하다.

최근 국민소득이 증가하면서 소비자의 농산물 소비의 고급화와 다양화에 따른 고품질 농산물의 수요가 증가함에 따라 품질 좋은 농산물을 값싸게 생산하는 식물공장 시스템이 요구 및 준비되고 있으나 자동화에 대한 연구는 미흡한 실정이며, 특히 전체 노동 투여량의 45% 이상을 차지하고 있는 엽채의 수확작업을 자동화하면 노동력을 크게 절감하고 연중무휴의 작물 생산 체계를 위한 기반을 조성할 수 있을 것이다.

이같은 필요에 의해 환경조건을 작물생장에 알맞게 제어하고 생산공정을 규격화하여 대량생산을 가능하게 하며 작물수요에 따라 생산계획을 수립할 수 있고 파종에서 수확은 물론 유통까지도 종합적으로 대처할 수 있도록 하는 고효율 작물생산시스템인 식물공장에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 대표적인 예가 도 1에 도시된 한국공개특허공보 2001-0015973의 '기계시각과 퍼지제어를 이용한 3자유도 상추 수확로봇'이라 할 수 있다.

이같은 종래기술의 수확로봇을 이용한 시스템은 엽채와 같은 엽채가 심어진 포트를 3자유도 매니플래이터(12)가 위치하는 수확위치로 이송시키는 공급장치와, 제어명령에 의해 전ㆍ후진과 Y축과 Z축으로 회전운동하는 3자유도 매니플래이터(12)와, 상기 3자유도 매니플래이터(12)의 선단에 설치되는 상ㆍ하 에어척(Air-Chuck)과, 상기 에어척의 선단에 고정되어 엽채의 줄기 부분을 압지하는 그리퍼와 압지된 엽채줄기를 절단하는 절단칼로 엽채를 자동 수확하는 수확장치와, 엽채의 줄기를 압지하기 위하여 그리퍼가 진입할 때 밑으로 쳐진 엽채의 잎을 공기압력으로 불어 올려 잎의 손상을 방지하는 잎 부상장치와, 엽채가 제거된 포트를 수거하는 수거함과, 각종 위치감지센서 및 공기압 공급원과 이들을 제어하는 제어기로 구성되어 식물공장에서 재배된 엽채를 수확할 수 있었다.

하지만, 이같은 종래기술의 수확로봇은 상기 수확장치에 엽채를 절단칼이 절단하고 이를 압지하여 이동하는 그리퍼가 구비되어 있었으나 상기 그리퍼의 경우 좁은 접촉면적으로 엽채를 좌우에서 강하게 압박하는 방식으로 구성되어 있으므로 연약한 잎으로 이루어진 엽채에 상처를 내는 것이 불가피하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 재배된 상추 등의 엽채를 절단하는 동시에 절단된 엽채를 가두는 독특한 방식에 의해 가볍고 안전하게 감싸서 상처 없이 이동시킬 수 있도록 한 엽채 수확장치 및 이를 구비한 엽채 수확로봇을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 엽채 수확장치는, 베이스와; 상기 베이스의 선단부에서 좌측과 우측의 대칭된 위치에서 각각의 일단이 회전 가능하도록 힌지결합되어 서로 대향하여 동작하면서 엽채의 밑동을 절단할 수 있도록 한 한 쌍의 커터와; 상기 커터의 상측에 설치되고, 일부가 상기 한 쌍의 커터와 함께 회동하도록 결합되어 상기 커터가 상기 엽채를 절단하기 위해 오므려질 때 상기 엽채의 둘레방향으로 이동하여 절단된 엽채의 둘레를 감싸도록 한 그리퍼를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 그리퍼는, 상기 절단된 엽채의 후측부를 감싸도록 상기 베이스에 결합된 고정부와, 상기 커터에 결합되어 상기 고정부를 중심으로 좌측과 우측에서 회동하면서 절단된 엽채의 좌측과 우측을 감싸도록 한 한 쌍의 이동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그리퍼는 상부로 갈수록 벌어지면서 더 넓은 범위를 감쌀 수 있도록 상기 고정부와 이동부가 경사지게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고정부의 상단부와 상기 이동부의 상단부는 각각 원호의 형태로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 이동부의 상단부와 상기 고정부의 상단부는 오므려진 상태에서 서로 원형의 형태를 이루면서 상기 절단된 엽채를 감싸도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고정부는 수직방향으로 경사지게 형성된 고정 수직링크와 상기 고정 수직링크의 상단부에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제1고정 수평링크로 이루어지며, 상기 이동부는 수직방향으로 경사지게 형성된 이동 수직링크와 상기 이동 수직링크의 상단부에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제1이동 수평링크로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고정 수직링크와 이동 수직링크의 중간에는 수평하게 단턱진 단턱부가 각각 형성되고, 그 각각에는 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제2고정 수평링크와 제2이동 수평링크가 더 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 커터에 대한 상기 이동부 이동 수직링크의 결합을 위해, 상기 커터에 대하여 그 상면 및 측면의 일부를 덮은 형태로 결합되고 상기 이동 수직링크에 대하여는 그 하단부와 결합되는 지지체가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 커터 중 하나의 절삭날은 직선형으로 형성되고, 나머지 하나의 절삭날은 오목하게 반원형으로 요입된 형태로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 엽채 수확로봇은, 전술된 엽채 수확장치가 구비되어 로봇 팔에 장착되고, 상기 엽채 수확장치의 커터에 동력을 제공하여 동작시킴으로써 엽채를 수확할 있도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 식물공장은, 전술된 엽채 수확로봇이 설치된 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

본 발명에 의한 엽채 수확장치 및 엽채 수확로봇은 재배된 상추 등의 엽채를 커터에 의해 절단하고, 이와 동시에 컵 형태를 갖는 그리퍼에 의해 절단된 엽채를 강하게 압박하지 않고 가두는 독특한 방식에 의해 엽채를 가볍고 안전하게 감싸서 상처 없이 이동시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 그리퍼가 수직링크 및 수평링크로 이루어진 망사 형태의 링크구조로 이루어져 가벼울 뿐만 아니라 조립 및 분해가 용이하게 때문에 엽채의 종류에 따라 다양한 크기 및 세부 형태로 재구성하기가 용이하다.

또한, 본 발명은 절단된 엽채를 가볍고 안전하게 감싸서 이동시킬 수 있음에도 불구하고 그 구성이 간결하고 커터만을 동작시키면 되는 간단한 동작 매커니즘으로 엽채 수확로봇 및 식물공장과 연계된 자동화 설비가 매우 용이하게 구현된다.

도 1은 종래기술을 설명하기 위한 참조구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 측면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치에서 한 쌍의 커터와 그리퍼가 오므려진 상태의 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치에서 한 쌍의 커터와 그리퍼가 오므려진 상태의 평면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치에서 한 쌍의 커터와 그리퍼가 오므려진 상태의 측면도.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치는 식물공장에서 재배되어 양액 포트에 담겨 있는 상추 등의 엽채가 식물공장 내부장치에 의해 이동하여 정해진 수확공간 내에 들어왔을 때, 커터를 이용하여 절단함으로써 양액 포트와 상추 등의 엽채를 분리하고, 절단과 동시에 엽채를 컵 형태의 그리퍼로 가볍고 안전하게 감싼 후 로봇 팔을 이용하여 정해진 포장공간으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.

이같은 구성에 따르면, 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치가 절단된 엽채를 컵 형태의 그리퍼로 가볍고 부드럽지만 안전하게 감쌀 수 있기 때문에 특히 자동화 시설에서는 불가피한 것으로만 여겨졌던 엽채 잎의 손상을 방지하면서 원활한 수확이 가능해지는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치의 측면도이다. 그리고, 도 5 내지 도 7은 각각 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치에서 한 쌍의 커터와 그리퍼가 오므려진 상태의 사시도, 평면도 및 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치는, 베이스(110)와, 엽채의 밑동 또는 줄기를 절단할 수 있도록 구비된 한 쌍의 커터(120)와, 상기 커터(120)에 의해 절단된 엽채를 가두는 방식으로 가볍게 붙잡을 수 있도록 한 그리퍼(130)를 포함하여 이루어지며, 상기 그리퍼(130)의 일부가 상기 한 쌍의 커터(120)와 함께 회동하도록 결합되어 상기 커터(120)가 상기 엽채를 절단하기 위해 오므려질 때 함께 회동하면서 절단된 엽채의 둘레를 넓은 면적으로 부드럽게 감싸도록 하여 국부적으로 압박하는 방식과 달리 엽채의 연약한 잎에 상처를 입히지 않는 것이다.

이같은 본 발명의 구성에 대해 아래에서는 상기 각 구성요소들을 중심으로 보다 상세히 설명한다.

상기 베이스(110)는 힌지결합된 상기 커터(120)를 회전 가능하게 지지하고 상기 그리퍼(130) 중 고정부(130a)를 움직이지 않도록 지지하는 역할을 한다. 상기 베이스(110)는 형태에 구애를 받지는 않지만 도면에서는 직사각형의 패널로 구비되었으며 이는 납작한 바의 형태로 구비된 로봇 팔 결합부재(160)와 결합이 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.

상기 한 쌍의 커터(120)는 서로 간에 형태적으로 일부 차이가 있지만 상기 베이스(110)의 선단부에서 좌측과 우측의 대칭된 위치에서 일단이 회전 가능하도록 힌지결합된다. 이같은 구성에 따르면 상기 한 쌍의 커터(120)가 서로 대향하여 오므려지면서 엽채의 밑동 또는 줄기를 절단하게 된다. 여기서 상기 한 쌍의 커터(120)는 대략 반원상의 평판 형태로 형성된다. 이는 상기 한 쌍의 커터(120)가 상기 엽채를 절단한 후 오므려진 상태가 되면 절단된 엽채가 밑으로 떨어지지 않도록 자연스럽게 받쳐주도록 하기 위함이다. 또한, 상기 한 쌍의 커터(120) 중 하나의 절삭날(121)은 직선형으로 형성되고, 나머지 하나의 절삭날(122)은 직선이 아니라 오목하게 반원형으로 요입된 형태로 형성된다. 이처럼 절삭날(121,122) 중 적어도 하나가 반원형으로 요입된 형태로 형성되면 한 쌍의 커터(120)가 좌측과 우측에서 오므려져 엽채를 절단하는 과정에서 엽채가 전방으로 밀려 이탈되는 경향을 억제할 수 있다.

여기서, 상기 커터(120)는 반드시 한 쌍으로 구비되거나 대칭된 위치에 구비되지 않을 수도 있다. 예컨대, 상기 커터(120)는 하나 또는 두 쌍 이상이 조합된 형태로 구비될 수도 있고 이에 따라 반드시 대칭된 위치가 아니더라도 그 기능을 발휘할 수 있다.

상기 그리퍼(130)는 전술된 것처럼 상기 커터(120)에 의해 엽채가 절단될 때 오므려져서 전체적으로 상광하협의 컵 형태를 이루면서 가두는 방식에 의해 절단된 엽채의 둘레를 넓은 면적으로 가볍고 안전하게 감싸준다. 이를 위해 상기 그리퍼(130)는 절단된 엽채의 후측부를 감싸도록 상기 베이스(110)에 결합된 고정부(130a)와, 상기 커터(120)에 결합되어 상기 고정부(130a)를 중심으로 좌측과 우측에서 회동하면서 절단된 엽채의 좌측과 우측을 감싸주는 한 쌍의 이동부(130b)로 이루어진다.

더 세부적으로 살펴보면, 상기 그리퍼(130)의 고정부(130a)는 하단이 상기 베이스(110)에 움직이지 않도록 고정되고 수직방향으로 경사지게 형성된 복수의 고정 수직링크(132)와, 상기 고정 수직링크(132)의 상단부에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제1고정 수평링크(134a) 및 상기 고정 수직링크(132)의 중간 단턱(132a)에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제2고정 수평링크(134b)로 이루어진다. 또한, 상기 그리퍼(130)의 이동부(130b)는 상기 커터(120)에 대하여 그 상면 및 측면의 일부를 덮은 형태로 결합된 지지체(131)와, 수직방향으로 경사지게 형성된 이동 수직링크(133)와 상기 이동 수직링크(133)의 상단부에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제1이동 수평링크(135a) 및 상기 이동 수직링크(133) 중간 단턱(133a)에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제2이동 수평링크(135b)로 이루어진다.

여기서, 상기 고정부(130a)의 제1고정 수평링크(134a)와 상기 이동부(130b)의 제1이동 수평링크(135a)는 상기 고정부(130a)와 이동부(130b) 각각의 상단부를 이루는데, 상기 한 쌍의 커터(120)가 오므려져서 엽채를 절단할 때는 상기 이동부(130b)가 상기 커터(120)와 함께 회동하게 된다. 이로써 고정부(130a)와 이동부(130b)가 오므려진 형태가 되며 상기 고정부(130a)의 제1고정 수평링크(134a)와 상기 이동부(130b)의 제1이동 수평링크(135a)는 서로 협력하여 전측 일부가 개구되거나 폐쇄된 원형을 형성한다. 주목할 점은 상기 이동부(130b)가 절단된 엽채를 단순히 좌우에서 국부적으로 강하게 압박하는 것이 아니라 절단된 엽채의 둘레방향으로 회동하면서 고정부(130a)와 함께 원형을 이루면서 가두는 정도로 가볍게 감싸도록 구성되었다는 점이다. 따라서 연약하여 상처를 입기 쉬운 엽채일지라도 상처 없이 안전하게 운반하여 수확할 수 있는 것이다.

또한, 상기 그리퍼(130)를 전체적으로 살펴보면 외측으로 경사지게 형성된 고정 수직링크(132) 및 이동 수직링크(133)와, 이들과 교차 결합되는 제1고정 수평링크(134a) 및 제2고정 수평링크(134b), 제1이동 수평링크(135a) 및 제2이동 수평링크(135b)에 의해 망사 타입의 컵 형태를 갖는 링크구조를 이루게 된다. 이처럼 상기 그리퍼(130)가 링크구조로 이루어지면 상기 그리퍼(130)가 금속성 소재로 이루어져도 경량화가 가능해지는 것은 물론 조립 및 분해가 간편하게 이루어질 수 있으므로 기본적인 형태는 유지하면서도 수확해야 할 엽채의 종류에 따라 크기 및 세부적인 형태에 용이하게 변화(수직링크와 수평링크의 개수 변화 포함)를 줄 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치에는 상기 베이스(110)를 따라 진퇴하는 진퇴부재(150)와, 상기 진퇴부재(150)와 상기 한 쌍의 커터(120)를 연결해주는 한 쌍의 연결부재(140) 및 로봇 팔 결합부재(160)가 포함된다. 이같은 구성에 따르면 상기 진퇴부재(150)가 진출하면 상기 연결부재(140)에 의해 상기 한 쌍의 커터(120)가 밀려 회동하면서 오므려져 그 사이에 위치한 엽채의 밑동 또는 줄기를 절단하고, 반대로 상기 진퇴부재(150)가 후퇴하면 상기 연결부재(140)에 의해 상기 한 쌍의 커터(120)가 당겨져 반대로 회동하면서 벌어져서 새로운 엽채를 인입하여 절단할 준비를 갖추게 된다. 이같은 구성에 의해, 본 발명의 실시예에 의한 엽채 수확장치가 엽채 수확로봇에 장착되었을 때 상기 베이스(110)는 로봇 팔 결합부재(160)에 의해 로봇 팔에 고정되고, 상기 진퇴부재(150)는 수확로봇에 설치된 공압실린더나 유압실린더 등의 액추에이트와 연결되어 진퇴하면서 상기 커터(120) 및 그리퍼(130)의 이동부(130b)를 동작시킨다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110 : 베이스 120 : 커터
121,122 : 절삭날 130 : 그리퍼
130a : 고정부 130b : 이동부
132 : 고정 수직링크 133 : 고정 수직링크
134a : 제1고정 수평링크 134b : 제2고정 수평링크
135a : 제1이동 수평링크 135b : 제2이동 수평링크
140 : 연결부재 150 : 진퇴부재
160 : 로봇 팔 결합부재

Claims (12)

1. 베이스와;
   상기 베이스의 선단부에 설치되어 엽채를 절단할 수 있도록 한 커터와;
   상기 커터의 상측에 설치되고, 일부가 커터와 함께 동작되도록 결합되어 상기 커터가 상기 엽채를 절단하기 위해 동작될 때 상기 엽채의 둘레방향으로 이동하여 절단된 엽채의 둘레를 감싸도록 한 그리퍼를 포함하며,
   상기 그리퍼는, 상기 절단된 엽채의 후측부를 감싸도록 상기 베이스에 결합된 고정부와, 상기 커터에 결합되어 상기 고정부를 중심으로 좌측과 우측에서 회동하면서 절단된 엽채의 좌측과 우측을 감싸도록 하는 한 쌍의 이동부로 이루어지되, 상부로 갈수록 벌어지면서 더 넓은 범위를 감쌀 수 있도록 상기 고정부와 이동부가 경사지게 형성되고, 상기 고정부는 수직방향으로 경사지게 형성된 고정 수직링크와 상기 고정 수직링크의 상단부에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제1고정 수평링크로 이루어지며, 상기 이동부는 수직방향으로 경사지게 형성된 이동 수직링크와 상기 이동 수직링크의 상단부에 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제1이동 수평링크로 이루어진 것을 특징으로 하는 엽채 수확장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 이동부의 상단부와 상기 고정부의 상단부는 오므려진 상태에서 서로 원형의 형태를 이루면서 상기 절단된 엽채를 감싸도록 한 것을 특징으로 하는 엽채 수확장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 고정 수직링크와 이동 수직링크의 중간에는 수평하게 단턱진 단턱부가 각각 형성되고, 그 각각에는 수평방향으로 결합되는 원호 형태의 제2고정 수평링크와 제2이동 수평링크가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 엽채 수확장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 커터에 대한 상기 이동부 이동 수직링크의 결합을 위해, 상기 커터에 대하여 그 상면 및 측면의 일부를 덮은 형태로 결합되고 상기 이동 수직링크에 대하여는 그 하단부와 결합되는 지지체가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 엽채 수확장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 커터는 상기 베이스의 선단부에서 좌측과 우측의 대칭된 위치에서 각각의 일단이 회전 가능하도록 힌지결합되어 서로 대향하여 동작하고, 상기 그리퍼는 일부가 상기 한 쌍의 커터와 함께 회동하도록 결합된 것을 특징으로 하는 엽채 수확장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 커터 중 하나의 절삭날은 직선형으로 형성되고, 나머지 하나의 절삭날은 오목하게 반원형으로 요입된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 엽채 수확장치.
11. 제1항과 제5항과 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항의 엽채 수확장치가 구비되어 로봇 팔에 장착되고,
    상기 엽채 수확장치의 커터에 동력을 제공하여 동작시킴으로써 엽채를 수확할 있도록 한 것을 특징으로 하는 엽채 수확로봇.
12. 제11항의 엽채 수확로봇이 설치된 것을 특징으로 하는 식물공장.

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