KR101817072B1 - 농업 관리용 비행 드론 및 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 농경지를 비행하며 잡초를 제거하는데 활용되는 농업 관리용 비행 드론 및 그 운용방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 농업 관리용 비행 드론은 몸체; 상기 몸체의 일측에서 연장되는 복수의 아암; 상기 아암에 각각 제공되며 비행을 위한 추진력을 발생하는 프로펠러를 갖는 개별구동형 구동부;를 포함하는 농업 관리용 비행 드론에 있어서, 상기 몸체의 하부에 제공되어 상기 몸체가 지면에서 일정 높이로 이격되도록 착지되는 복수의 지지부재; 및 상기 몸체의 하부에 제공되어 회전하면서 물리력을 가하여 잡초를 제거하는 잡초제거부;를 포함한다.

Description

농업 관리용 비행 드론 및 그 운용방법 {FLYING DRONE FOR AGRICULTURAL MANAGEMENT AND OPERATING METHOD OF IT}

본 발명은 농작물 재배 지역을 날아다니면서 잡초 등을 제거하는데 사용되는 농업 관리용 비행 드론에 관한 것이다.

일반적으로 농경지에서 벼와 같은 농작물을 재배하기 위해서는 수많은 과정을 거쳐야 하며, 특히 농경지에 벼와 같은 농작물과 함께 자라나는 논피 등의 잡초는 벼의 성장을 억제하므로 이를 제거하는 잡초 제거작업이 필요하다.

이러한 잡초 중 특히 논피는 성장 초기에는 벼와 구분이 어려워 조기에 제거되기가 어렵고, 성장한 후에는 쉽게 제거하기가 힘들며, 이에 잡초 제거 작업은 벼농사에서 가장 고된 작업중의 하나로 여겨지고 있다.

이러한 잡초 제거 작업은 대부분 인력에 의존하고 있으나, 농촌 노동력 부족과 농업인구의 고령화 및 농지면적의 증가 등에 의해 어려움이 가중되고 있다. 이에 따라 제초제를 살포하거나, 오리와 같은 동물을 활용하는 영농방안이 제안되고 있다.

그러나, 이러한 영농방안은 제초제에 의한 환경문제 또는 벼 등의 생산작업까지 손상을 주게 되고, 유해 조수 또는 병충해 등에 의해 오리 등이 폐사할 수 있어 아직까지 널리 정착되지 못하고 있는 실정이다.

이에 따라 농업진흥청 등에서는 제초작업용 로봇을 개발하였다. 이러한 제초작업용 로봇은 무한궤도형 이동수단을 구비하여 농경지 등을 주행하며 잡초를 제거하도록 개발되었으나, 잡초를 제거하는 과정에서 주변의 벼까지 손상할 수 있고, 잡초를 제거하는 과정에서 농경지를 파헤치게 되고, 이에 따라 지속적인 사용시 파헤쳐진 구덩이, 물고, 둑방 등의 장애물에 의해 주행이 제한되고, 흙, 진흙 등이 무한궤도에 달라붙을 수 있어 주행성이 저하되는 요인이 되고 있으며, 농작물 등으로 가로막혀 있어 빠른 이동이 불가능하여 활용성이 높지 않다.

국내특허출원번호 제10-2013-0115057호 국내특허출원번호 제10-2014-0051049호

본 발명의 일 실시예는 농경지를 비행하며 잡초를 제거하는데 활용되는 농업 관리용 비행 드론 및 그 운용방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 농업 관리용 비행 드론은 몸체; 상기 몸체의 일측에서 연장되는 복수의 아암; 상기 아암에 각각 제공되며 비행을 위한 추진력을 발생하는 프로펠러를 갖는 개별구동형 구동부;를 포함하는 농업 관리용 비행 드론에 있어서, 상기 몸체의 하부에 제공되어 상기 몸체가 지면에서 일정 높이로 이격되도록 착지되는 복수의 지지부재; 및 상기 몸체의 하부에 제공되어 회전하면서 물리력을 가하여 잡초를 제거하는 잡초제거부;를 포함한다.

또한, 상기 잡초제거부는 상기 몸체에 구비된 승강부와, 상기 승강부의 하단부에 제공되어 상기 몸체의 폭방향으로 연장되는 지지바와, 상기 지지바에서 하부로 연장되며 상기 지지바의 중앙을 기준으로 상기 지지바를 따라 폭방향으로 이동가능하게 제공되고, 서로 마주보는 단부에 상기 잡초를 잡도록 제공되는 다수의 갈퀴를 갖는 파지부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 승강부는 상기 몸체에 구비된 구동모터와, 상기 구동모터에 연계되어 나선 회전되며 승강되는 승강스크류를 포함하여, 상기 파지부가 상기 잡초를 잡은 상태에서 상기 구동모터에 의해 상기 승강스크류가 나선 회전되며 승강함에 따라 상기 잡초를 회전시키며 뽑도록 제공될 수 있다.

또한, 상기 승강부는 상기 몸체의 하부에 제공되며 다수의 링크가 접철가능하게 연결되어 신장 수축되는 자바라와, 상기 자바라의 일측에 연계되어 상기 자바라를 승강시키는 액츄에이터와, 상기 자바라를 회전시키도록 제공되는 회전모터를 포함하는 것도 가능하다.

또한, 상기 잡초제거부는 상기 몸체에 구비된 승강부와, 상기 승강부의 하단부에 제공된 회전모터와, 상기 회전모터에 제공되어 상기 회전모터에 의해 회전하며 상기 잡초를 자르도록 제공된 커터부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 지지부재는 상기 몸체의 하부 둘레에서 지면을 향해 중첩되어 신축가능하게 연결되는 다수의 연결부재와, 상기 연결부재의 단부에 제공되어 접지면적을 증가시키는 확장플레이트를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 지지부재의 길이는 적어도 120cm일 수 있다.

또한, 상기 몸체의 일측에 연계되어 농경지의 잡초를 인식하기 위한 인식부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 인식부는 농경지의 식생 크기를 측정하는 측정센서와, 농경지의 영상정보를 송신토록 제공되는 영상촬영부 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 측정센서에서 측정된 식생 크기 또는 상기 영상촬영부에 촬영된 영상정보를 분석하여 잡초를 판단하는 판독부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 농업 관리용 비행 드론의 운용방법은, 전술된 비행 드론을 비행하여 농경지의 식생 정보를 취합하는 관측비행단계; 상기 관측비행단계에서 취합된 농경지의 식생 정보 중 잡초를 인식하는 잡초인식단계; 상기 잡초인식단계에서 잡초가 인식되면 상기 비행 드론이 상기 잡초의 상부로 이동하여 착륙하는 타겟이동단계; 상기 잡초제거부를 이용하여 상기 잡초를 제거하는 잡초제거단계; 및 상기 잡초제거단계 완료후 제거된 잡초를 일정 위치에 배출한 후 상기 관측비행단계로 복귀하는 비행복귀단계;를 포함한다.

또한, 상기 잡초인식단계는 상기 농경지의 식생 크기를 측정하는 식생측정단계와, 상기 식생측정단계에서 측정된 식생의 크기가 일정 크기 이상일 경우 잡초로 인식하는 인식단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 잡초인식단계는 상기 농경지의 식생 영상을 촬영하는 영상촬영단계와, 상기 영상촬영단계에서 촬영된 영상을 데이터베이스에 저장된 식생 정보와 비교하여 잡초를 인식하는 영상판독단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 데이터베이스에 저장된 식생 정보는 인공위성 영상에 기반한 식생정보(Normalized Difference Vegetation Index; NDVI)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 잡초인식단계는 상기 농경지의 식생 영상을 촬영하는 영상촬영단계와, 상기 영상촬영단계에서 촬영된 영상을 통해 사용자가 잡초를 인식하도록 사용자의 모니터링 장치로 전송하는 영상전송단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 타겟이동단계는 상기 비행 드론이 상기 잡초의 상부로 이동하는 타겟비행단계와, 상기 타겟비행단계후 상기 지지부재를 일정 길이로 신장시킨 후, 상기 지지부재가 상기 농경지에 닿도록 상기 비행 드론이 착륙하는 착륙단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 잡초제거단계는 상기 파지부가 상기 잡초의 뿌리와 가까운 지면 상부에 위치하도록 상기 승강부 및 상기 지지부를 회전시키며 하강하는 하강단계와, 상기 파지부가 상기 지지부를 따라 폭방향으로 인접이동되며 상기 잡초의 하단부를 잡는 파지단계와, 상기 파지단계에서 잡초를 파지한 상기 파지부가 상기 승강부 및 상기 지지부의 회전 및 상승에 의해 상기 잡초를 회전시키며 뽑아내는 제거단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 농경지를 무인으로 비행하면서 농경지의 식생 중 잡초를 제거할 수 있으며, 이에 따라 넓은 농경지를 최소의 인력을 사용하여 잡초 작업 등을 빠르게 실시할 수 있다. 또한, 본 실시예는 잡초만을 선택적으로 제거할 수 있어 불필요한 농약의 방제를 방지할 수 있고, 벼에 손상을 줄 수 있는 오리영농 등에 의한 여러 문제도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론이 잡초를 제거하는 상태를 순차적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 잡초제거부를 확대한 정면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 잡초제거부를 확대한 사시도.
도 11은 잡초와 벼의 식생 성장 상태를 표시한 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도이다. 또한, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론이 잡초를 제거하는 상태를 순차적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예의 농업 관리용 비행 드론(100)은, 자이로 센서(gyro sensor) 등의 각종 센서와, 이들을 이용하는 제어장치 및 모터 등이 내장되는 몸체(110)를 포함하며, 이 몸체(110)의 둘레 일측에는 복수의 아암이 연장되어 제공될 수 있다.

또한, 각각의 아암(112)에는 비행을 위한 추진력을 발생하기 위한 개별구동형 구동부(120)가 제공될 수 있다.

개별구동형 구동부(120)는 회전시 양력을 발생하여 추진력을 발생하는 프로펠러(122)를 포함할 수 있다. 개별구동형 구동부(120)는 g센서 등에 의해 입력되는 무게중심 등을 이용하여 몸체(110)가 수평상태를 유지할 수 있도록 각각의 아암(112)에서 회전수 등을 달리하여 프로펠러(122)를 회전시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 농업 관리용 비행 드론(100)은, 상용으로 판매되는 일반 드론을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서 농업 관리용 비행 드론(100)은 몸체(110)의 하부에 착지를 위한 복수의 지지부재(130)가 제공될 수 있다. 여기서, 지지부재(130)는 비행 드론(100)이 지면에 착지된 상태에서 몸체(110)가 지면으로부터 일정 높이로 이격되도록 몸체(110)를 지지할 수 있다.

또한, 농업 관리용 비행 드론(100)은, 농경지의 잡초 등을 제거하기 위한 잡초제거부(150)를 포함할 수 있다. 잡초제거부(150)는 몸체(110)의 하부에 제공될 수 있고, 회전하면서 물리력을 가하여 잡초를 제거할 수 있다.

구체적으로 잡초제거부(150)는 몸체(110)에 구비되어 승, 하강 작동하는 승강부(152)를 포함할 수 있고, 이 승강부(152)의 하단부에는 잡초를 잡아 회전시키기 위해 몸체(110)의 폭방향으로 연장되는 지지바(154)와, 이 지지바(154)에서 하부로 연장되며, 지지바(154)의 중앙을 기준으로 지지바(154)를 따라 폭방향으로 이동가능하게 제공된 파지부(156)를 포함할 수 있다.

또한, 지지바(154)의 하부에는 파지부(156)를 폭방향으로 이동시키기 위한 스크류부재(154a)가 구비되고, 이 스크류부재(154a)는 일측에 구동모터(154b)가 연결될 수 있다. 파지부(156)는 브래킷(156a)을 매개로 스크류부재(154a)에 연결되고, 구동모터(154b)에 의해 스크류부재(154a)가 회전함에 따라 파지부(156)가 폭방향으로 이동할 수 있다. 바람직하게는 스크류부재(154a)는 중앙을 기준으로 스크류의 방향이 반대로 형성될 수 있으며, 이에 양쪽의 파지부(156)가 오므려지거나 벌어질 수 있다.

파지부(156)는 하단에서 서로 마주보는 단부에 잡초를 미끄러짐없이 잡을 수 있도록 다수의 갈퀴(157)가 형성될 수 있다. 파지부(156)는 서로 마주보도록 형성된 갈퀴(157)가 서로 엇갈리게 맞물림에 따라 잡초를 안정적으로 파지할 수 있다.

한편, 승강부(152)는 몸체(110)에 구비된 구동모터(152a)와, 이 구동모터(152a)에 연계되어 나선 회전되며 승강되는 승강스크류(152b)를 포함할 수 있다. 이러한 승강부(152)는 파지부(156)가 잡초를 잡은 상태에서 구동모터(152a)의 작동에 의해 승강스크류(152b)가 회전함에 따라 승강하게 되며, 이와 같이 승강부(152)에 의해 발생하는 회전력 및 승강력에 의해 잡초를 회전시키며 뽑을 수 있다.

이와 같이, 승강부(152)는 승강스크류(152b)가 나선 회전하며 승강함에 따라 상대적으로 큰 힘으로 잡초를 뽑을 수 있다.

여기서, 승강부(152)는 잡초를 뽑으면서 상승하는 힘이 작용함에 따라 몸체(110)에는 지면으로 당겨지는 반작용이 발생할 수 있으며, 몸체(110)가 지지부재(130)에 의해 지면에 지지됨에 따라 안정적으로 반력을 흡수할 수 있다.

본 실시예에서 승강부(152)는 승강스크류(152b)를 이용하는 것으로 설명하고 있으나, 승강부의 구성은 이외에도 다양한 방식으로 적용될 수 있다.

승강부는 몸체(110)의 하부에 제공되며 다수의 링크가 접철가능하게 연결되어 신장 수축되는 자바라를 포함할 수 있다. 자바라의 중앙부에는 신축에 의한 승강위치를 안내하기 위해 중심축이 구비될 수 있다.

잡초제거부(150)는 승강부, 즉 자바라의 일측에 연계된 액츄에이터의 작동에 의해 자바라가 펼쳐지거나 오므려지며 승강작동될 수 있다.

또한, 잡초제거부(150)는 몸체(110)에 대해 자바라를 전체적으로 회전시키기 위해 몸체(110)에 제공되는 회전모터를 포함할 수 있다.

이러한 잡초제거부(150)는 자바라를 이용하여 승강부(152) 하단에 마련된 파지부(156)를 잡초(10)의 하단부로 근접이동시킨 후, 파지부(156)가 잡초(10)를 잡은 상태에서 자바라를 접으며 상승하고 동시에 회전모터를 이용하여 자바라를 전체적으로 회전시킴으로써 잡초(10)가 회전력 및 상승력에 의해 뽑히도록 할 수 있다.

또한, 잡초제거부(150)는 물리력을 이용하여 잡초(10)를 제거한 후, 화학작용에 의해 잡초(10)를 고사시키는 것도 가능하다.

이를 위해 잡초제거부(150)는 몸체(110)의 하부에 연계되어 잡초(10)가 제거된 부분에 제초제를 투여하는 제초제 투입부를 더 포함할 수 있다.

제초제 투입부는 몸체(110)의 일측에 제공되는 제초제 저장부를 포함하고, 파지부(156) 또는 커터부(256)의 단부와 제초제 저장부 사이를 연결하는 배관부재 및 배관부재의 개폐를 제어하는 밸브유닛을 포함할 수 있다.

제초제 투입부는 잡초(10)가 제거된 부분에만 선택적으로 제초제를 투입하여 잡초(10)의 뿌리나 씨앗, 포자 등을 더욱 확실하게 제거할 수 있다.

본 실시예에서 비행 드론(100)은 파지부(156)가 승강스크류(152b)의 하단부에서 지지바(154)에 연계되어 하부로 연장 형성됨에 따라 비행 과정에서 하부 구조물 등에 쉽게 닿을 수 있으며, 이에 따라 비행이 제한될 수 있다.

바람직하게는 도 12와 도 13에 도시된 바와 같이, 파지부(156)가 몸체(110)와 수평상태로 유지되도록 들어올려지는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 잡초제거부를 확대한 사시도이다.

도 9와 도 10을 참고하면, 승강스크류(152b)와 지지바(154)는 브래킷(154c)을 매개로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 브래킷(154c)의 일측에는 승강스크류(152b)와 지지바(154)를 회전하도록 회동모터(154d)가 설치될 수 있다.

회동모터(154d)의 작동시 지지바(154)가 승강스크류(152b)에 대해 회전되며 들어올려지게 되어 비행시 파지부(156)가 하부 구조물 등에 간섭되는 것을 최소화하는 것도 가능하다.

한편, 농경지에서 자라는 잡초의 일례로 논피(10)는 대략 80~110cm 정도 성장하며, 이러한 잡초를 원활하게 제거하기 위해 지지부재(130)는 적어도 120cm의 길이를 갖도록 제공될 수 있다. 여기서, 지지부재(130)의 길이는 지면으로부터 수직인 상태의 길이를 말하는 것으로, 몸체(110)가 적어도 120cm의 높이에 위치하는 길이로 제공될 수 있으며, 지지부재(130)가 경사지거나 굴곡진 형태 등에 따라 실질적으로 연장되는 총 길이는 120cm 보다 더 길 수 있다.

또한, 지지부재(130)는 비행 드론(100)의 비행시 주변 환경물에 간섭이 최소화되도록 제공될 수 있다.

이를 위해 지지부재(130)는 몸체(110)의 하부 둘레에서 지면을 향해 중첩되어 신축 가능하게 연결되는 다수의 연결부재(132a, 132b, 132c)를 포함할 수 있다. 이러한 연결부재(132a, 132b, 132c)는 유압 또는 모터 등에 의해 서로 중첩된 부분이 신장되거나 중첩되며 긴축될 수 있다.

바람직하게는 지지부재(130)의 단부에는 농경지에 대한 접지면적을 증가시키는 확장플레이트(134)가 제공될 수 있다.

이는 농경지, 특히 벼 등의 재배를 위한 논은 물에 잠겨지거나 물을 많이 포함함으로 지지부재(130)의 단부에 힘이 집중되며 논 등의 농경지 바닥에 빠지거나 묻히는 것을 방지하기 위함이다.

본 실시예에서 지지부재(130)는 서로 등간격하게 배치되는 3개의 지지부재(130)로 제공될 수 있고, 이외에도 2개 또는 4개의 지지부재(130)로 제공될 수 있다.

여기서, 지지부재(130)가 3개로 제공된 경우, 확장플레이트(134)는 각각의 지지부재(130) 단부에 원형 또는 사각형으로 형성될 수 있다. 또한, 지지부재(130)가 2개 또는 4개로 이루어진 경우, 확장플레이트(134)는 각 지지부재(130) 또는 인접되는 2개의 지지부재(130)를 연결하는 스키 플레이트의 형태로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예의 농업 관리용 비행 드론(100)은 사용자에 의해 수동으로 작동되며 잡초를 뽑을 수 있고, 자동화된 프로그래밍에 의해 잡초를 뽑도록 운영되는 것도 가능하다.

이를 위해, 몸체(110)의 일측에 연계되어 농경지의 잡초를 인식하기 위한 인식부가 제공될 수 있다.

일례로, 인식부는 농경지의 식생 크기를 측정하는 측정센서와, 농경지의 영상정보를 송신토록 제공되는 영상촬영부 중 적어도 하나를 포함하며, 측정센서에서 측정된 식생 크기 또는 영상촬영부에서 촬영된 영상정보를 분석하여 잡초를 판단하는 판독부를 포함할 수 있다.

측정센서는 초음파를 이용하여 길이를 측정하는 초음파센서 또는 레이저 측정에 의해 거리를 측정하는 레이저센서 등이 사용될 수 있다. 이러한 측정센서는 식생의 길이를 직접적으로 측정하거나 비행 드론(100)의 고도를 기준으로 식생과의 거리를 역산하여 식생의 길이를 측정하는 것도 가능하다. 본 실시예에서 측정센서는 이외에도 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 예컨대 근접 또는 접촉센서 등이 활용되는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서 영상촬영부 및 이를 사용자에게 전달하는 영상 전송 기술에 대해서는 구체적으로 개시되지 않지만, 이러한 기술은 상용 비행 드론에 구비되는 기술이 활용될 수 있다.

전술된 바와 같이 구성된 농업 관리용 비행 드론의 운용방법을 살펴보면 다음과 같다.

농업 관리용 비행 드론(100)의 운용방법은, 관측비행단계와, 잡초인식단계, 타겟이동단계, 잡초제거단계 및 비행복귀단계를 포함할 수 있다.

관측비행단계는 농경지 상부로 비행 드론(100)을 비행하여 농경지에서 자라고 있는 식생 정보를 취합하는 단계이다. 비행 드론(100)은 개별구동형 구동부(120)의 작동에 의해 프로펠러(122)가 추진력을 발생하며 비행할 수 있고, 이때 개별구동형 구동부(120)는 g센서에 측정된 신호를 기반하여 각각이 개별 제어됨에 따라 안정적인 비행 자세를 제어할 수 있다.

관측비행단계에서 식생 정보가 취합되면, 잡초인식단계에서 취합된 식생 정보로부터 잡초를 인식하는 단계가 진행될 수 있다.

그리고, 잡초인식단계에서 식생 중 잡초가 인식되면 타겟이동단계가 진행되며, 비행 드론(100)을 잡초의 상부로 이동하여 지면에 착륙할 수 있다. 타겟이동단계는 비행 드론(100)이 완전히 착륙하게 되면 개별구동형 구동부(120)의 작동을 멈춘다. 이는 개별구동형 구동부(120)의 작동에 의해 잡초 등이 흔들리는 것을 방지하기 위함이다.

비행 드론(100)이 잡초의 상부에 위치되면, 잡초제거단계에 의해 잡초를 제거하게 된다. 그리고, 이와 같이 제거된 잡초는 비행복귀단계에서 일정 위치에 배출된 후, 다시 관측비행단계로 복귀하게 된다.

한편, 비행복귀단계에서는 제거된 잡초를 일정 위치에 배출하는 것으로 설명하고 있으나, 별도의 지정된 위치없이 잡초를 배출하는 것도 가능하다. 이는 잡초는 지면으로부터 뽑힐 경우, 공기 및 태양 등에 노출됨에 따라 쉽게 고사되기 때문이다.

한편, 잡초인식단계는 농경지에서 자라는 농작물과 잡초를 구분하여 잡초를 인식하는 단계로, 이를 위해 농경지에서 자라는 식생의 크기를 측정하는 식생측정단계와, 식생측정단계에서 측정된 식생의 크기가 일정 크기 이상일 경우 잡초로 인식하는 인식단계를 포함할 수 있다.

여기서, 식생측정단계는 비행 드론(100)에 제공된 초음파센서 또는 레이저센서와 같이 식생의 길이를 직접적으로 측정하는 거리센서가 활용될 수 있고, 비행 드론(100)의 고도를 고려하여 식생까지 측정된 거리를 역산하여 식생의 길이를 간접적으로 측정하는 것도 가능하다.

도 8을 참고하면, 통상 농경지 중 논에서 자라는 잡초(10), 예컨대 논피(10)는 대략 80~110cm 정도로 성장하며, 이들은 벼(20)에 비해 상대적으로 10~20cm 정도 더 크다.

따라서, 논피(10)와 벼(20)의 길이 차이(d)를 길이를 측정하면, 잡초(10)와 벼(20)를 쉽게 구분할 수 있다.

한편, 잡초인식단계는 농경지의 식생 영상을 촬영하는 영상촬영단계와, 영상촬영단계에서 촬영된 영상을 데이터베이스에 저장된 식생 정보와 비교하여 잡초를 인식하는 영상판독단계로 이루어지는 것도 가능하다.

영상촬영단계는 비행 드론(100)이 농경지 상부를 비행하며 영상촬영기를 이용하여 농경지의 식생 영상을 촬영하게 되고, 영상판독단계는 촬영된 영상을 비행 드론(100)에 내장된 데이터베이스에 저장된 식생 정보와 비교하여 잡초(10)를 인식할 수 있다. 바람직하게는 이와 같이 촬영된 영상 정보는 무선을 통해 중앙 서버로 전달될 수 있으며, 중앙 서버에 저장된 식생 정보와 비교하여 잡초(10)로 인식한 후, 이를 다시 비행 드론(100)으로 전달하는 것도 가능하다. 이를 위해, 비행 드론(100)은 촬영된 영상정보를 무선으로 중앙 서버로 전달하거나 신호를 수신하기 위한 무선 송, 수신부가 구비됨은 물론이다.

또한, 중앙 서버는 데이터베이스에 미리 축적된 식생정보와 비교하여 잡초(10)를 판단할 수 있고, 이외에도 인공위성 영상에 기반한 식생정보(Normalized Difference Vegetation Index; NDVI)로부터 직접 잡초(10)를 인식하거나, 촬영된 영상정보와 비교하여 잡초(10)를 인식하는 것도 가능하다.

또한, 잡초인식단계는 농경지의 식생 영상을 촬영하는 영상촬영단계와, 영상촬영단계에서 촬영된 영상을 통해 사용자가 잡초(10)를 인식하도록 사용자의 모니터링 장치로 전송하는 영상전송단계를 포함하는 것도 가능하다.

여기서, 사용자는 촬영된 영상정보를 통해 농경지의 식생 성장 상태를 확인할 수 있고, 영상정보를 보는 도중에 잡초(10)가 보이면, 사용자가 직접 비행 드론(100)을 제어하여 잡초제거잡업을 진행할 수 있다.

한편, 타겟이동단계는 전술된 잡초인식단계에서 인식된 잡초(10)의 상부로 비행 드론(100)이 이동하는 타겟비행단계와, 타겟비행단계에 의해 잡초(10) 상부에 위치하면 지지부재(130)를 일정 길이로 신장시킨 후, 지지부재(130)가 농경지에 닿도록 비행 드론(100)을 착륙하는 착륙단계를 포함할 수 있다.

착륙단계에서는 잡초제거부(150)가 잡초(10)에 닿지 않은 높이에 위치하는 것이 바람직하며, 이를 위해 지지부재(130)를 신장시킬 수 있다.

다음으로 진행되는 잡초제거단계는 파지부(156)가 잡초(10)의 뿌리와 가까운 지면 상부에 위치하도록 하강하는 하강단계와, 파지부(156)가 지지바(154)를 따라 몸체(110)의 폭방향으로 서로 인접하게 이동되며 잡초(10)의 하단부를 잡는 파지단계를 포함한다.

이와 같이 파지부(156)에 잡힌 잡초(10)는 지면에 뿌리가 강하게 고착된 상태일 수 있으므로, 단순히 잡초(10)를 들어내는 것만으로는 잡초(10)를 완전하게 제거할 수 없다.

따라서, 본원발명에서 잡초(10)를 완전하게 제거하기 위해 파지부(156)가 잡초(10)를 파지한 상태에서 승강부(152)를 회전시게 되며, 승강부(152)의 회전에 따라 지지부 및 이에 연계된 파지부(156)가 회전하며 상승하게 되고, 이 과정에서 잡초(10)를 회전시키며 뽑아낼 수 있다.

이때, 잡초(10)는 단순히 들어올려지는 힘 외에, 잡초(10)를 회전시키는 힘이 가해짐에 따라 지면으로부터 완전하게 뽑힐 수 있다.

다음으로 잡초제거단계가 완료되면, 비행복귀단계가 진행될 수 있다.

비행복귀단계는 제거된 잡초(10)를 일정 위치에 배출한 후 다시 관측비행단계로 복귀할 수 있으며, 이에 따라 잡초를 제거하는 과정을 반복할 수 있다.

본 실시예에서 잡초제거부(150)는 잡초(10)를 잡은 상태에서 회전하며 물리력을 가함으로써 잡초(10)를 뽑아 제거하는 것으로 설명하고 있으나, 이외에도 잡초(10)를 절단하며 제거하는 것도 가능하다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도이다.

도 12를 참고하면, 일례로, 농업 관리용 비행 드론(100)은, 몸체(110)의 하부에 잡초제거부(250)가 제공될 수 있다.

즉, 잡초제거부(250)는 몸체(110)에 구비된 승강부(152)를 포함하며, 승강부(252)의 하단부에는 회전모터(254)가 제공되고, 이 회전모터(254)에는 잡초(10)를 자를 수 있는 커터날을 갖는 커터부(256)가 제공될 수 있다.

승강부(252)는 몸체(110)의 하부에 제공되며 다수의 링크가 접철가능하게 연결되어 신장 수축되는 자바라로 이루어질 수 있다.

잡초제거부(250)는 승강부(252), 즉 자바라의 일측에 연계된 액츄에이터의 작동에 의해 자바라가 펼쳐지거나 오므려지며 승강작동될 수 있다.

커터부(156)는 회전모터(254)에 의해 회전하며 잡초(10)를 자를 수 있으며, 이에 따라 잡초(10)의 성장이 억제되어 결국은 고사될 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 농업 관리용 비행 드론의 정면도이다.

도 13을 참고하면, 본 실시예에서 잡초제거부(350)는 파지부(156)의 상승에 의해 잡초(10)를 뽑는 구성과, 커터부(256)에 의해 잡초(10)를 자르는 구성을 모두 포함하는 것도 가능하다.

이때, 잡초제거부(350)는 커터부(256)에 의해 잡초(10)를 어느 정도 자른 상태에서, 파지부(156)가 잡초(10)의 하부를 잡을 때 발생하는 간섭이나 시야방해를 최소화할 수 있다.

바람직하게는 잡초제거부(350)가 파지부(156)의 상승에 의해 잡초(10)를 뽑는 구성과, 커터부(256)에 의해 잡초(10)를 자르는 구성을 모두 포함할 경우, 파지부(156)가 지지되는 승강스크류(152b)는 몸체(110)의 중앙부에 위치될 수 있고, 커터부(256)를 지지하는 승강부(252), 예컨대 자바라는 몸체(110)의 중앙에서 외측으로 떨어져서 설치됨으로 상호간의 간섭을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서 논피(10) 등의 잡초(10)는 커터부(256)에 의해 상부 줄기가 잘려 높이가 낮아진 상태에서, 파지부(156)에 의해 뽑히는 것도 가능하다. 이에 따라 본 실시예에서는 파지부(256)의 길이를 짧게 할 수 있어, 잡초(10)의 파지력을 더욱 증가시킬 수 있고, 더불어 비행 드론(100)의 비행 안정성도 개선할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100: 비행 드론 110: 몸체
112: 아암 120: 개별구동형 구동부
122: 프로펠러 130: 지지부재
150: 잡초제거부 152: 승강부
154: 지지바 156: 파지부

Claims (17)

1. 몸체; 상기 몸체의 일측에서 연장되는 복수의 아암; 상기 아암에 각각 제공되며 비행을 위한 추진력을 발생하는 프로펠러를 갖는 개별구동형 구동부;를 포함하는 농업 관리용 비행 드론에 있어서,
   상기 몸체의 하부에 제공되어 상기 몸체가 지면에서 일정 높이로 이격되도록 착지되는 복수의 지지부재; 및
   상기 몸체의 하부에 제공되어 회전하면서 물리력을 가하여 잡초를 제거하는 잡초제거부;
   를 포함하고,
   상기 잡초제거부는
   상기 몸체에 구비된 승강부와, 상기 승강부의 하단부에 제공되어 상기 몸체의 폭방향으로 연장되는 지지바와, 상기 지지바에서 하부로 연장되며 상기 지지바의 중앙을 기준으로 상기 지지바를 따라 폭방향으로 이동가능하게 제공되고, 서로 마주보는 단부에 상기 잡초를 잡도록 제공되는 다수의 갈퀴를 갖는 파지부를 포함하며,
   상기 승강부는
   상기 몸체에 구비된 구동모터와, 상기 구동모터에 연계되어 나선 회전되며 승강되는 승강스크류를 포함하여, 상기 파지부가 상기 잡초를 잡은 상태에서 상기 구동모터에 의해 상기 승강스크류가 나선 회전되며 승강함에 따라 발생하는 회전력 및 승강력을 통해 상기 잡초를 회전시키며 뽑도록 제공되는 것을 특징으로 하는 농업 관리용 비행 드론.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 잡초제거부는
   상기 몸체에 구비된 승강부와,
   상기 승강부의 하단부에 제공된 회전모터와,
   상기 회전모터에 제공되어 상기 회전모터에 의해 회전하며 상기 잡초를 자르도록 제공된 커터부를 포함하는 농업 관리용 비행 드론.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 잡초제거부는
   상기 몸체의 하부에 연계되어 물리력을 이용하여 잡초를 제거한 후, 잡초가 제거된 부분에 제초제를 투여하는 제초제 투입부를 더 포함하는 농업 관리용 비행 드론.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부재는
   상기 몸체의 하부 둘레에서 지면을 향해 중첩되어 신축가능하게 연결되는 다수의 연결부재와,
   상기 연결부재의 단부에 제공되어 접지면적을 증가시키는 확장플레이트를 포함하는 농업 관리용 비행 드론.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 지지부재의 길이는 적어도 120cm인 농업 관리용 비행 드론.
   
9. 청구항 1, 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 몸체의 일측에 연계되어 농경지의 잡초를 인식하기 위한 인식부를 더 포함하는 농업 관리용 비행 드론.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 인식부는
    농경지의 식생 크기를 측정하는 측정센서와,
    농경지의 영상정보를 송신토록 제공되는 영상촬영부 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 측정센서에서 측정된 식생 크기 또는 상기 영상촬영부에 촬영된 영상정보를 분석하여 잡초를 판단하는 판독부를 포함하는 농업 관리용 비행 드론.
    
11. 청구항 9에 따른 비행 드론을 비행하여 농경지의 식생 정보를 취합하는 관측비행단계;
    상기 관측비행단계에서 취합된 농경지의 식생 정보 중 잡초를 인식하는 잡초인식단계;
    상기 잡초인식단계에서 잡초가 인식되면 상기 비행 드론이 상기 잡초의 상부로 이동하여 착륙하는 타겟이동단계;
    상기 잡초제거부를 이용하여 상기 잡초를 제거하는 잡초제거단계; 및
    상기 잡초제거단계 완료후 제거된 잡초를 일정 위치에 배출한 후 상기 관측비행단계로 복귀하는 비행복귀단계;
    를 포함하고,
    상기 잡초제거단계는
    상기 파지부가 상기 잡초의 뿌리와 가까운 지면 상부에 위치하도록 상기 승강부 및 상기 지지부를 회전시키며 하강하는 하강단계와,
    상기 파지부가 상기 지지부를 따라 폭방향으로 인접이동되며 상기 잡초의 하단부를 잡는 파지단계와,
    상기 파지단계에서 상기 잡초를 파지한 상기 파지부가 상기 승강부 및 상기 지지부의 회전 및 상승에 의해 발생하는 회전력 및 승강력을 통해 상기 잡초를 회전시키며 뽑아내는 제거단계를 포함하는 농업 관리용 비행 드론의 운용방법.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 잡초인식단계는
    상기 농경지의 식생 크기를 측정하는 식생측정단계와,
    상기 식생측정단계에서 측정된 식생의 크기가 일정 크기 이상일 경우 잡초로 인식하는 인식단계를 포함하는 농업 관리용 비행 드론의 운용방법.
    
13. 청구항 11에 있어서, 상기 잡초인식단계는
    상기 농경지의 식생 영상을 촬영하는 영상촬영단계와,
    상기 영상촬영단계에서 촬영된 영상을 데이터베이스에 저장된 식생 정보와 비교하여 잡초를 인식하는 영상판독단계를 포함하는 농업 관리용 비행 드론의 운용방법.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 데이터베이스에 저장된 식생 정보는 인공위성 영상에 기반한 식생정보(Normalized Difference Vegetation Index; NDVI)를 포함하는 농업 관리용 비행 드론의 운용방법.
    
15. 청구항 11에 있어서, 상기 잡초인식단계는
    상기 농경지의 식생 영상을 촬영하는 영상촬영단계와,
    상기 영상촬영단계에서 촬영된 영상을 통해 사용자가 잡초를 인식하도록 사용자의 모니터링 장치로 전송하는 영상전송단계를 포함하는 농업 관리용 비행 드론의 운용방법.
    
16. 청구항 11에 있어서, 상기 타겟이동단계는
    상기 비행 드론이 상기 잡초의 상부로 이동하는 타겟비행단계와,
    상기 타겟비행단계후 상기 지지부재를 일정 길이로 신장시킨 후, 상기 지지부재가 상기 농경지에 닿도록 상기 비행 드론이 착륙하는 착륙단계를 포함하는 농업 관리용 비행 드론의 운용방법.
    
17. 삭제

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