KR102158602B1 - 딸기 수확 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 딸기 수확 장치를 개시한다. 개시된 딸기 수확 장치는, 딸기 베드를 구비하는 시설물의 천장에 설치되는 천장 프레임과, 천장 프레임에 좌우로 이동가능하게 구비되는 본체와, 본체에 이동가능하게 구비되어 제1카메라를 통해 딸기와 꼭지 줄기 위치 및 거리를 감지하고, 꼭지 줄기로 레이저를 발사하여 꼭지 줄기를 절단하는 딸기꼭지 절단부와, 본체에 구비되어 딸기로 바람을 발생하여 딸기 및 꼭지 줄기를 가리는 딸기잎을 딸기 및 꼭지 줄기에서 이격시키는 딸기잎 송풍부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 딸기를 수확할 때 딸기를 직접 파지하는 것을 방지하면서 복수의 카메라를 이용하여 딸기의 꼭지 줄기 위치를 정확하게 감지한 후, 레이저빔을 이용하여 꼭지 줄기를 절단하므로, 딸기를 파지하지 않고 신속하고 상처 없이 수확이 가능하여 딸기의 상품성 저하와 딸기의 박테리아 감염을 방지할 수 있다.

Description

딸기 수확 장치{STRAWBERRY HARVESTING APPARATUS}

본 발명은 딸기 수확 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카메라로 딸기의 줄기 위치를 감지하고, 줄기로 레이저빔을 조사하여 줄기를 잘라 딸기를 수확할 수 있도록 하는 딸기 수확 장치에 관한 것이다.

기술의 발전으로 인해 근래에는 농업 분야에서도 많은 전자 장치를 이용하여 농작물의 재배 환경을 개선하여 그 수확량을 늘려가고 있는 추세이다. 이로 인해, 농작물 재배시 필요한 인력을 줄일 수 있어 인건비를 줄일 수 있고, 농작물 관리에 따른 비용과 작업의 효율성을 개선할 수 있게 되었다.

여러 농작물 중 딸기는 과피가 얇고, 접촉 및 온도에 민감하여 상품성을 유지하기 위해서는 사람이 과실을 직접 따는 것이 대부분이어서 수확하는 단계에서 시간 제약이 있어 수확시기에 노동력을 집중적으로 투입하여야 한다.

이에 최근에는 딸기 수확을 위한 다양한 형태의 재배 장치가 개발되고 있기는 하나, 재배 공간의 제약 및 과실의 물리적 특성상 그 실효성에 많은 의문과 제약이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

한편, 국내 등록특허 제10-1818739호(등록일:2018.01.09)에는 "전원 전달 기구 및 이를 이용한 딸기 수확 장치"가 개시되어 있고, 등록특허 제10-1756454호(등록일:2017.07.04)에는 "온실 작물 수확 자동화시스템"이 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 카메라로 딸기의 줄기 위치를 감지하고, 줄기로 레이저빔을 조사하여 줄기를 잘라 딸기를 파지하지 않고 수확이 가능하도록 하여 딸기의 파손을 방지하며, 딸기의 상품성 저하를 방지할 수 있는 딸기 수확 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치는, 딸기 베드가 구비되는 천장에 설치되는 천장 프레임과, 상기 천장 프레임에 좌우로 이동가능하게 구비되는 본체와, 상기 본체에 이동가능하게 구비되어 제1카메라를 통해 상기 딸기와 꼭지 줄기 위치 및 거리를 감지하고, 상기 꼭지 줄기로 레이저를 발사하여 상기 꼭지 줄기를 절단하는 딸기꼭지 절단부와, 상기 본체에 구비되어 상기 딸기로 바람을 발생하여 상기 딸기 및 상기 꼭지 줄기를 가리는 딸기잎을 상기 딸기 및 상기 꼭지 줄기에서 이격시키는 딸기잎 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 천장 프레임은, 상기 본체가 이동가능하게 결합되는 본체 가이드레일과, 상기 본체 가이드레일이 이동가능하게 설치되도록 상기 천장에 마련되는 천장 가이드레일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 본체는, 상기 딸기꼭지 절단부와 상기 딸기잎 송풍부를 제어하기 위하여 상기 제1카메라와 제2카메라의 영상을 분석하고 상기 딸기꼭지 절단부와 상기 딸기잎 송풍부를 제어하는 알고리즘을 탑재한 컴퓨터가 내장되는 케이스와, 상기 케이스의 하단부에 구비되어 상기 딸기꼭지 절단부 및 상기 딸기잎 송풍부가 이동 가능하게 결합되는 위치이동 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 딸기꼭지 절단부는, 상기 위치이동 가이드부에 이동 가능하게 구비되며, 상기 제1카메라가 결합되는 이동 플레이트와, 상기 이동 플레이트에 구비되는 레이저건과, 상기 이동 플레이트에 구비되며, 상기 본체의 CO2 레이저 발진기로부터 전달되는 레이저를 상기 레이저건으로 굴절시키는 레이저빔 반사부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 딸기잎 송풍부는, 상기 위치이동 가이드부에 결합되어 상기 본체의 하측으로 연장되며, 상기 본체의 이동에 따라 길이가 조절되는 송풍 지지대와, 상기 송풍 지지대의 하단부에 구비되어 상기 딸기로 바람을 발생시키는 블로워 팬부재와, 상기 송풍 지지대의 하단부에 결합되어 상기 딸기와 상기 꼭지 줄기의 영상을 촬영하는 제2카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 딸기 수확 장치는 종래 발명과 달리 딸기를 수확할 때 딸기를 직접 파지하는 것을 방지하면서 복수의 카메라를 이용하여 딸기의 꼭지 줄기 위치를 정확하게 감지하고, 레이저빔을 이용하여 꼭지 줄기를 자를 수 있는 신속성과 딸기를 파지하지 않고 수확하므로, 딸기를 파지하지 않고 수확이 가능하여 딸기의 파손을 방지하여 상품성 저하를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치를 설명하기 위한 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치를 설명하기 위한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기꼭지 절단부를 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기잎 송풍부를 설명하기 위한 요부 확대도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 딸기 수확 장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치를 설명하기 위한 저면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치를 설명하기 위한 측면도이다.

또한, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기꼭지 절단부를 설명하기 위한 요부 확대도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기잎 송풍부를 설명하기 위한 요부 확대도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치(100)는, 딸기 베드(10)에서 재배하는 딸기를 수확할 때 딸기의 꼭지 줄기를 레이저로 절단하여 딸기를 수확할 수 있도록 천장 프레임(110)과, 본체(120)와, 딸기꼭지 절단부(130)와, 딸기잎 송풍부(140)를 포함한다.

딸기 베드(10)는 천장 프레임(110)의 하측에 위치하도록 적어도 2개 이상이 연속되게 배치되며, 꼭지 줄기(1a)가 절단된 딸기(1)가 자중에 의해 컨베이어(11)로 이동되도록 경사지게 설치된다.

천장 프레임(110)은 수확을 위한 딸기(1)의 위치에 따라 본체(120)가 이동되도록 딸기 베드(10)를 구비하는 시설물의 천장에 설치된다. 구체적으로 본 실시 예에 따른 천장 프레임(110)은 본체(120)를 딸기 베드(10)의 상측에서 X축, Y축으로 이동시킬 수 있도록 본체 가이드레일(111)과 천장 가이드레일(113)로 이루어진다.

본체 가이드레일(111)은 딸기 베드(10)의 길이 방향으로 배치되도록 천장 가이드레일(113)에 이동 가능하게 결합되어 딸기 베드(10)의 가로 방향으로 이동한다. 또한 본체 가이드레일(111)은 엘엠 가이드 또는 롤러 가이드 방식으로 본체(120)가 이동 가능하게 결합된다.

천장 가이드레일(113)은 딸기 수확 시설물의 천장에서 딸기 베드(10)의 세로 방향으로 설치되며, 본체 가이드레일(111)이 이동 가능하게 결합된다. 이때, 천장 가이드레일(113)은 본체 가이드레일(111)이 엘엠 가이드 또는 롤러 가이드 방식으로 이동 가능하게 결합되며, 본체 가이드레일(111)이 벨트 또는 체인 구동방식으로 이동하게 된다.

본체(120)는 엘엠 가이드 또는 롤러 가이드 방식을 통해 천장 가이드레일(113)에 이동 가능하게 결합되며, 벨트 또는 체인 구동방식을 통해 천장 가이드레일(113)을 따라 왕복으로 이동하게 된다.

이러한 본체(120)는 행거부재(121a)를 통해 본체 가이드레일(111)에 이동가능하게 결합되는 케이스(121)와, 딸기꼭지 절단부(130)가 이동 가능하게 결합되도록 케이스(121)에 구비되는 위치이동 가이드부(123)를 포함한다.

케이스(121)는 딸기꼭지 절단부(130)와 레이저 발생기 상태신호와 제어를 위한 컴퓨터(121b)를 구비한다.

컴퓨터(121b)는 제1카메라(137) 및 제2카메라(145)의 영상분석 알고리즘과 레이저건(133) 제어프로그램이 탑재되며, 딸기꼭지 절단부(130) 및 딸기잎 송풍부(140)를 제어하는 인터페이스를 나타내는 디스플레이패널(121c)이 구비된다. 또한 케이스(121)는 CO2 레이저의 생성을 위한 레이저 발진기와, 이에 전력을 공급하기 위한 전원 공급장치와, 레이저 발진기의 냉각을 위한 냉각장치가 더 구비된다.

위치이동 가이드부(123)는 케이스(121)의 하단부에 구비되며, 딸기꼭지 절단부(130)가 이동 가능하게 결합된다. 또한 위치이동 가이드부(123)의 일측에는 딸기잎 송풍부(140)가 결합된다.

한편, 케이스(121)의 레이저 발진기에서 발생되는 CO2 레이저는 딸기꼭지 절단부(130)로 전달되어 꼭지 줄기(1a)로 조사되어 꼭지 줄기(1a)를 절단하게 된다.

딸기꼭지 절단부(130)는 본체(120)의 위치이동 가이드부(123)에 직선 이동 가능하게 결합되며, 딸기(1)와 꼭지 줄기(1a)의 위치 및 거리를 감지하여, 꼭지 줄기(1a)로 레이저를 조사하여 꼭지 줄기(1a)를 절단한다.

이러한 딸기꼭지 절단부(130)는 엘엠 가이드 또는 롤러 가이드 방식을 통해 위치이동 가이드부(123)에 직선 이동가능하게 결합되는 이동 플레이트(131)와, 이동 플레이트(131)에 결합되는 레이저건(133)과, 레이저 발진기에서 발진되는 레이저를 레이저건(133)으로 굴절시키는 레이저빔 반사부재(135)를 포함한다.

이동 플레이트(131)는 벨트 또는 체인 구동방식을 통해 위치이동 가이드부(123)를 따라 이동하며, 딸기(1) 및 꼭지 줄기(1a)의 영상을 촬영하기 위한 제1카메라(137)가 설치된다. 제1카메라(137)는 레이저건(133)과 근접하도록 이동 플레이트(131)에 결합된다. 이때 제1카메라(137)에서 촬영되는 영상은 컴퓨터(121b)로 전송되고, 컴퓨터(121b)는 이 영상을 처리하여 꼭지 줄기(1a)의 위치 및 거리를 검출하게 된다.

레이저건(133)은 컴퓨터(121b)의 제어에 따라 꼭지 줄기(1a)로 레이저를 조사하여 절단하게 된다.

레이저빔 반사부재(135)는 이동 플레이트(131)의 일측에 구비되어 레이저 발진기(139)에서 발진하는 레이저를 레이저건(133)으로 굴절시킨다.

딸기잎 송풍부(140)는 본체(120)의 위치이동 가이드부(123)에 구비되어 꼭지 줄기(1a)를 가리는 딸기잎을 이동시키거나 이격시킬 수 있도록 딸기 베드(10)로 바람을 송풍한다. 이러한 딸기잎 송풍부(140)는 본체(120)가 움직임에 따라 딸기 베드(10)에 걸리거나 충돌하는 것이 방지되도록 그 길이가 조절된다.

구체적으로 딸기잎 송풍부(140)는 위치이동 가이드부(123)에 결합되어 본체(120)의 하측으로 연장되는 송풍 지지대(141)와, 송풍 지지대(141)의 하단부에 구비되는 블로워 팬부재(143)와, 딸기(1)의 영상을 촬영하는 제2카메라(145)를 구비한다.

송풍 지지대(141)는 본체(120)의 이동에 따라 상하로 길이가 조절된다. 이를 통해 딸기잎 송풍부(140)가 딸기 베드(10)에 걸리는 것을 방지할 수 있다.

블로워 팬부재(143)는 딸기(1)로 바람을 발생하여 꼭지 줄기(1a)를 가리는 딸기잎을 이격시킨다. 본 실시 예에서는 블로워 팬부재(143)를 이용하는 것을 예를 들어 설명하고 있지만, 사용자의 필요에 따라 공기를 분사하는 인젝션 노즐 방식을 사용할 수도 있다.

제2카메라(145)는 송풍 지지대(141)의 하단부에 결합되어 딸기(1)와 꼭지 줄기(1a)의 영상을 촬영하게 된다. 이러한 제2카메라(145)는 제1카메라(137)와 함께 영상을 촬영하게 되므로, 컴퓨터(121b)가 딸기(1)의 영상을 입체적으로 분석할 수 있어 꼭지 줄기(1a)의 위치와 거리를 더욱 정확하게 계측이 가능하며, 딸기(1)의 상태를 보다 정확하게 확인할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딸기 수확 장치의 작용을 설명한다.

먼저, 수확하고자 하는 딸기 베드(10)를 제1카메라(137)와 제2카메라(145)를 이용하여 전체적으로 스캔하여 수확 가능한 딸기(1)의 위치를 검출한다. 이때, 천장 프레임(110)과 본체(120)는 제1카메라(137)와 제2카메라(145)가 딸기 베드(10) 전체를 촬영할 수 있도록 컴퓨터(121b)의 제어에 따라 딸기 베드(10)의 X축, Y축으로 이동하게 된다.

그리고 촬영을 통해 딸기(1)의 위치가 파악되면, 수확 가능한 빨간색의 딸기(1)를 더욱 정확하게 검출하도록 제1카메라(137)를 수확을 위한 딸기(1)의 위치로 이동시키고, 한 번 더 제1카메라(137)와 제2카메라(145)를 이용하여 해당 딸기(1)를 촬영하여 수확 가능한 딸기(1)인지 검출하게 된다.

이후, 수확 가능한 딸기(1)로 판명되면 레이저 발진기를 작동시켜 레이저건(133)을 통해 CO2 레이저를 꼭지 줄기(1a)로 조사하여 꼭지 줄기(1a)를 절단하게 된다. 이때, 꼭지 줄기(1a)를 가리는 이물질을 블로워 팬부재(143)의 작동을 통해 제거하게 된다.

그리고, 해당 딸기(1)의 꼭지 줄기(1a)가 절단되어 딸기(1) 수확이 완료되면 해당 딸기(1)과 가장 근접한 딸기(1)의 위치로 이동하여 다른 딸기(1)의 꼭지 줄기(1a)를 절단하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따라 딸기 수확 장치(100)는 딸기를 수확할 때 딸기를 직접 파지하는 것을 방지하면서 복수의 카메라를 이용하여 딸기의 꼭지 줄기 위치를 정확하게 감지하고, 레이저빔을 이용하여 꼭지 줄기를 자를 수 있으므로, 딸기를 파지하지 않고 수확이 가능하여 딸기의 파손을 방지하여 상품성 저하를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 딸기 수확 장치 10 : 딸기 베드
110 : 천장 프레임 111 : 본체 가이드레일
113 : 천장 가이드레일 120 : 본체
121 : 케이스 121a : 행거부재
123 : 위치이동 가이드부 130 : 딸기꼭지 절단부
131 : 이동 플레이트 133 : 레이저건
135 : 레이저빔 반사부재 137 : 제1카메라
139 : 레이저 발진기 140 : 딸기잎 송풍부
141 : 송풍 지지대 143 : 블로워 팬부재
145 : 제2카메라

Claims (4)

1. 딸기 베드를 구비하는 시설물의 천장에 설치되는 천장 프레임; 상기 천장 프레임에 좌우로 이동가능하게 구비되는 본체; 상기 본체에 이동가능하게 구비되어 제1카메라를 통해 상기 딸기와 꼭지 줄기 위치 및 거리를 감지하고, 상기 꼭지 줄기로 레이저를 발사하여 상기 꼭지 줄기를 절단하는 딸기꼭지 절단부; 및 상기 본체에 구비되어 상기 딸기로 바람을 발생하여 상기 딸기 및 상기 꼭지 줄기를 가리는 딸기잎을 상기 딸기 및 상기 꼭지 줄기에서 이격시키는 딸기잎 송풍부;를 포함하며,
   상기 천장 프레임은, 상기 본체가 이동가능하게 결합되는 본체 가이드레일; 및
   상기 본체 가이드레일이 이동가능하게 설치되도록 상기 천장에 마련되는 천장 가이드레일;을 포함하며,
   상기 본체는, 상기 딸기꼭지 절단부와 상기 딸기잎 송풍부를 제어하기 위한 컴퓨터와 상기 제1카메라와 상기 딸기잎 송풍부의 제2카메라의 영상분석 알고리즘의 사용자 최적화, 상기 딸기꼭지 절단부의 레이저 세기 및 영점조절을 위한 인터페이스를 표시하기 위한 디스플레이패널을 구비하며, 상기 본체 가이드레일에 행거부재를 통해 이동가능하게 결합되는 케이스; 및
   상기 케이스의 하단부에 구비되며, 상기 딸기꼭지 절단부 및 상기 딸기잎 송풍부가 이동 가능하게 결합되는 위치이동 가이드부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 딸기꼭지 절단부는, 상기 위치이동 가이드부에 이동 가능하게 구비되며, 상기 제1카메라가 결합되는 이동 플레이트;
   상기 이동 플레이트에 구비되는 레이저건; 및
   상기 이동 플레이트에 구비되며, 상기 본체의 CO2 레이저 발진기로부터 전달되는 레이저를 상기 레이저건으로 굴절시키는 레이저빔 반사부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 딸기잎 송풍부는, 상기 위치이동 가이드부에 결합되어 상기 본체의 하측으로 연장되며, 상기 제2카메라가 설치되고, 상기 본체의 이동에 따라 길이가 조절되는 송풍 지지대; 및
   상기 송풍 지지대의 하단부에 구비되어 상기 딸기로 바람을 발생 블로워 팬부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 장치.

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