KR102264200B1 - Crop growth information monitoring system - Google Patents

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KR102264200B1
KR102264200B1 KR1020200061185A KR20200061185A KR102264200B1 KR 102264200 B1 KR102264200 B1 KR 102264200B1 KR 1020200061185 A KR1020200061185 A KR 1020200061185A KR 20200061185 A KR20200061185 A KR 20200061185A KR 102264200 B1 KR102264200 B1 KR 102264200B1
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박철수
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주식회사 케이에프농업개발
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Abstract

The present invention relates to a system for monitoring growth procedure information by photographing an image of a crop in a crop production place. The system includes: a growth measurement driving robot (1000) including a robot apparatus part (100), a robot control part (200), a power supply part (300), and a robot rail part (400); a growth management single-board PC (2000) including a single board (500), a three-dimensional camera (600), a display (700) and an ultrasmall PC (800), while mounted on the growth measurement driving robot to automatically photograph the crop or separated from the driving robot to enable a farmer to manually photograph the crop; and a growth management PC (3000) building a database of growth information photographed by the growth measurement driving robot (1000) and the farmer with the three-dimensional camera (600). Therefore, the present invention has the effect of enabling a farmer who does not have professional knowledge to conveniently measure a crop growth procedure on an automatic or manual basis.

Description

작물 생육정보 모니터링 시스템{Crop growth information monitoring system}Crop growth information monitoring system {Crop growth information monitoring system}

본발명은 작물 생육정보를 모니터링하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 온실, 식물공장, 스마트팜 등, 작물을 생산하는 곳에서 작물의 이미지를 촬영하여 생육과정의 정보를 모니터링하는 작물 생육정보 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for monitoring crop growth information, and in more detail, crop growth information for monitoring information on the growth process by shooting images of crops in places that produce crops, such as greenhouses, plant factories, and smart farms. It is about the monitoring system.

최근 각 산업 분야에는 인터넷, 유무선통신, CCTV, 이미지 가공기술 등을 이용한 ICT 융복합기술이 적용되어 발전되고 있다. 특히 농업분야에서 ICT 융복합기술을 기반으로 하는 사물인터넷이 적용되고 있는 식물공장, 스마트팜에는 농작물 재배에 대한 정보를 모니터링하는 시스템이 적용되고 있다. 또한, 농작물이 재배되는 환경정보를 수집하고 관리할 수 있는 관리시스템도 함께 발전하고 있다.Recently, ICT convergence technology using the Internet, wired and wireless communication, CCTV, and image processing technology has been applied and developed in each industrial field. In particular, a system for monitoring information on crop cultivation is applied to plant factories and smart farms where IoT based on ICT convergence technology is applied in the agricultural field. In addition, a management system that can collect and manage environmental information in which crops are grown is also being developed.

그리고 최근에는 작물을 재배하는 환경정보에 대한 모니터링 기술 외에도 작물의 생육 변화량을 측정하고 성장 과정을 관찰하여 작물의 생육상태를 분석하는 작물 생육관리 시스템의 형태로도 발전되고 있다.And recently, in addition to monitoring technology for environmental information on growing crops, a crop growth management system has been developed in the form of a crop growth management system that analyzes the growth status of crops by measuring the change in crop growth and observing the growth process.

그러나 식물공장, 스마트팜에서 과실수의 정밀한 생산관리를 위해 가장 중요한 생육정보 측정을 전문인력의 직접 측정에 의존하고 있어, 비용과 시간이 낭비되어 생산성이 저하되고 있다. 따라서 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 생육과정을 측정할 수 있는 기술을 개발하는 것이 필요하다.However, in plant factories and smart farms, the most important growth information measurement for precise production management of fruit trees depends on the direct measurement of experts, which wastes money and time, leading to lower productivity. Therefore, it is necessary to develop a technology that allows farmers without specialized knowledge to easily measure the growth process automatically or manually.

그리고 등록특허공보 등록번호 10-1822410은 군락의 작물 영상을 전송받는 통신부, 상기 군락의 작물 생육 상태 정보를 표시하는 표시부 및, 상기 군락의 작물 영상을 사용하여 군락의 작물 생육 수치를 측정해서 군락의 작물 생육 상태를 진단하고 상기 표시부에 표시하도록 하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 군락의 작물 생육 상태 진단시 군락의 작물 영상으로 군락의 작물 색채 평면 영상과 군락의 작물 다차원 영상을 사용하고, 상기 군락의 작물 다차원 영상에서 에지(Edge)를 검출하여 배경을 제거해서 작물 기관을 분리한 군락의 작물 다차원 영상 이미지를 제1 생성하며, 상기 제1 생성된 작물 기관을 분리한 군락의 작물 다차원 영상 이미지와 상기 군락의 작물 색채 평면 영상 이미지 간에 화각 기준점을 일치시켜 화각을 맞추고 매핑해서 군락의 작물 색채 동적 이미지를 제2 생성하며, 상기 제2 생성된 군락의 작물 색채 동적 이미지 하에서 해당 작물의 색 특징과 작물 기관별 설정 고유 모양 패턴 기반의 픽셀 세그먼테이션(Pixel segmentation)으로 해당 작물의 모양 패턴과 작물 기관별 에지 정보를 가진 픽셀(Pixel)을 획득해서, 상기 획득된 해당 작물의 색 특징과 작물의 모양 패턴 및 작물 기관별 에지 정보를 가진 픽셀 정보에 기초하여, 작물 기관의 설정 고유 특성에 맞는 특징을 작물 기관별로 추정하여 작물 기관을 식별해서 작물 기관 이미지를 검출하여, 상기 검출된 작물 기관 이미지로부터 작물 기관 생육 수치를 측정해서 군락의 작물 생육상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 작물 영상을 사용한 작물 생육 진단 장치에 관한 것으로, 군락에서의 작물 이미지 인식을 제공하고, 더불어 정확한 작물 기관의 길이, 넓이, 굵기 등의 생육 수치 측정 값을 얻어 이를 통해 작물 생육 상태를 진단하여 작물 수확량 등을 정확히 예측하는 작물영상을 사용한 작물 생육 진단 장치가 공개되어 있다.And Registration Patent Publication No. 10-1822410 is a communication unit that receives the crop image of the colony, a display unit for displaying information on the crop growth status of the colony, and the crop growth value of the colony by measuring the crop growth value of the colony using the crop image of the colony. and a control unit for diagnosing the crop growth state and displaying it on the display unit, wherein the control unit uses the crop color plane image of the colony and the crop multi-dimensional image of the colony as the crop image of the colony when diagnosing the crop growth state of the colony, and the An edge is detected in the multidimensional image of the crop of the colony and the background is removed to generate a first crop multidimensional image image of the community in which the crop organs are separated, and the crop multidimensional image image of the community in which the first generated crop organs are separated. and by matching the angle of view reference point between the crop color plane image image of the colony and matching the angle of view to generate a second crop color dynamic image of the community, and the color characteristics of the corresponding crop under the second generated crop color dynamic image of the community A pixel having the shape pattern of the corresponding crop and the edge information of each crop organ is obtained through pixel segmentation based on the unique shape pattern set by each crop organ, and the obtained color characteristics of the corresponding crop, the shape pattern of the crop, and the crop are obtained. Based on the pixel information with the edge information for each organ, a characteristic suitable for the set unique characteristics of the crop organ is estimated for each crop organ, the crop organ is identified, the crop organ image is detected, and the crop organ growth value is obtained from the detected crop organ image It relates to a crop growth diagnosis apparatus using a crop image characterized by measuring and diagnosing the crop growth status of the colony, and provides crop image recognition in the community, and accurate growth values such as length, width, thickness, etc. of crop organs A crop growth diagnosis device using a crop image that accurately predicts crop yield by diagnosing crop growth status by obtaining measured values is disclosed.

또한, 등록특허공보 10-1832724는 영상이미지를 통한 농작물 생육 진단 시스템 및 방법을 개시한다. 농작물 생육 진단 시스템은 농작물 이미지를 촬영하고, 생육 진단 서버로 전달하는 스마트 단말; 스마트 단말로부터 전달받은 농작물 이미지를 분석하여 엽, 마디, 화방, 과일을 포함하는 작물 기관별 길이, 굵기, 넓이를 측정하여 측정값과 영상 이미지를 저장하고, 저장된 데이터를 기 저장된 작물 별 생육 변화량 기준 데이터와 비교하여, 농작물의 영양 상태, 발달과정, 생리장애를 포함하는 농작물 생육 과정을 진단하고, 진단 결과에 따른 대응 방법과 향후 농작물 상태를 예측하는 진단 서버를 포함하는 영상이미지를 통한 농작물 생육 진단 시스템 및 방법이 공개되어 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-1832724 discloses a system and method for diagnosing crop growth through image images. The crop growth diagnosis system includes: a smart terminal that takes a crop image and transmits it to a growth diagnosis server; By analyzing the crop image received from the smart terminal, the length, thickness, and width of each crop organ including leaves, nodes, flower rooms, and fruits are measured and the measured values and video images are stored, and the stored data is pre-stored growth variation standard data for each crop. In comparison with , a crop growth diagnosis system through an image image including a diagnosis server for diagnosing crop growth processes including nutritional status, developmental processes, and physiological disorders, and predicting future crop conditions and a response method according to the diagnosis results and methods are disclosed.

그러나 상기 종래기술들은 식물공장, 스마트팜에서 작물의 정밀한 생산관리를 위해 가장 중요한 생육정보 측정을 전문인력에 의존하여 비용 및 시간이 낭비되고 있으며, 따라서 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 간편하게 작물의 생육과정을 측정할 수 있게 하여 농업인의 고령화에 따라 농업 생산성이 저하되는 문제점이 개선되는 기술을 개발하여 보급하는 것이 필요한 실정이다.However, the prior technologies are wasting money and time by relying on experts to measure the most important growth information for precise production management of crops in plant factories and smart farms. It is necessary to develop and disseminate a technology that can measure the growth process of crops to improve the problem of declining agricultural productivity due to the aging of farmers.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본발명은 식물공장, 스마트팜에서 작물의 정밀한 생산관리를 위해 가장 중요한 생육정보 측정을 전문인력에 의존하고 있어 비용과 시간이 낭비되어 생산성이 저하되는 것을 개선하고, 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 간편하게 작물의 생육과정을 측정할 측정할 수 있게 하여 농업인의 고령화에 따라 농업 생산성이 저하되는 문제점이 개선되는 작물 생육정보 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention relies on professional manpower to measure the most important growth information for precise production management of crops in plant factories and smart farms. A crop growth information monitoring system that improves the deterioration of agricultural productivity and improves the problem of declining agricultural productivity due to aging of farmers by enabling farmers without specialized knowledge to easily and automatically or manually measure and measure the growth process of crops is intended to provide.

본발명은 작물을 생산하는 곳에서 작물의 이미지를 촬영하여 생육과정 정보를 모니터링하는 것으로, 로봇기구부(100), 로봇제어부(200), 전원공급부(300), 로봇레일부(400)를 포함하여 형성된 생육측정 주행로봇(1000)과; 싱글보드(500), 3D깊이카메라(600), 디스플레이(700), 소형PC(800)가 포함되어 구비되되, 상기 생육측정 주행로봇에 장착되어 자동으로 작물을 촬영하거나 또는 주행로봇에서 분리하여 농업인이 수동으로 작물을 촬영할 수 있도록 형성된 생육관리 싱글보드PC(2000)와; 생육측정 주행로봇(1000)과 농업인이 3D깊이카메라(600)로 촬영된 생육정보를 데이터베이스화 하는 생육관리PC(3000)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention is to monitor the growth process information by shooting an image of a crop in a place where crops are produced, including a robot mechanism unit 100, a robot control unit 200, a power supply unit 300, and a robot rail unit 400. The formed growth measuring driving robot 1000 and; A single board 500, a 3D depth camera 600, a display 700, and a small PC 800 are included and mounted on the growth measuring driving robot to automatically photograph crops or separate from the driving robot to allow farmers A growth management single board PC (2000) formed so that the crops can be photographed manually; It is characterized in that it is formed by including a growth management robot 1000 and a growth management PC 3000 that converts the growth information captured by the farmer with the 3D depth camera 600 into a database.

따라서 본발명은 식물공장, 스마트팜에서 작물의 정밀한 생산관리를 위해 가장 중요한 생육정보 측정을 전문인력에 의존하고 있어, 비용과 시간이 낭비되어 생산성이 저하되는 것을 개선하고, 또한 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 간편하게 작물의 생육과정을 측정할 수 있는 현저한 효과가 있다.Therefore, the present invention relies on experts to measure the most important growth information for precise production management of crops in plant factories and smart farms, and improves productivity due to wasted money and time, and also to farmers without specialized knowledge. There is a remarkable effect of being able to measure the growth process of crops easily, automatically or manually.

도 1은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 사시도
도 2는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육측정 주행로봇 사시도
도 3은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 전원공급부 사진도,
도 4는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 흐름도
도 5는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 장착 사진도
도 6은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 정면 사진
도 7은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 후면 사진
도 8은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC내부 사진
도 9는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 3D카메라 사진
1 is a perspective view of a crop growth information monitoring system of the present invention;
2 is a perspective view of a growth measuring driving robot of the crop growth information monitoring system of the present invention;
3 is a photograph of the power supply unit of the crop growth information monitoring system of the present invention;
4 is a flowchart of the crop growth information monitoring system of the present invention;
5 is a photograph of mounting a single board PC for growth management of the crop growth information monitoring system of the present invention.
6 is a front view of a single board PC growth management of the crop growth information monitoring system of the present invention
7 is a rear view of the growth management single board PC of the crop growth information monitoring system of the present invention.
8 is a picture of the inside of a single board PC for growth management of the crop growth information monitoring system of the present invention
9 is a picture of a single board PC 3D camera for growth management of the crop growth information monitoring system of the present invention

본말명 작물을 생산하는 곳에서 작물의 이미지를 촬영하여 생육과정 정보를 모니터링하는 것으로, 로봇기구부(100), 로봇제어부(200), 전원공급부(300), 로봇레일부(400)를 포함하여 형성된 생육측정 주행로봇(1000)과; 싱글보드(500), 3D깊이카메라(600)와 디스플레이(700), 소형PC(800)가 포함되어 구비되되, 상기 생육측정 주행로봇에 장착되어 자동으로 작물을 촬영하거나 또는 주행로봇에서 분리하여 농업인이 수동으로 작물을 촬영할 수 있도록 형성된 생육관리 싱글보드PC(2000)와; 생육측정 주행로봇(1000)과 농업인이 3D깊이카메라(600)로 촬영된 생육정보를 데이터베이스화 하는 생육관리PC(3000)를 포함하여 형성되어 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 작물의 생육과정을 측정할 수 있다.The real name is to monitor the growth process information by shooting an image of a crop at a place where crops are produced, and is formed including a robot mechanism unit 100, a robot control unit 200, a power supply unit 300, and a robot rail unit 400. A growth measuring driving robot (1000) and; A single board 500, a 3D depth camera 600, a display 700, and a small PC 800 are included, and are mounted on the growth measuring driving robot to automatically photograph crops or separate from the driving robot for farmers. A growth management single board PC (2000) formed so that the crops can be photographed manually; It is formed by including the growth measuring driving robot 1000 and the growth management PC 3000 that converts the growth information captured by the farmer with the 3D depth camera 600 into a database, so that farmers without specialized knowledge can easily grow crops automatically or manually. process can be measured.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows.

도 1은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템 사시도이며, 도 2는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육측정 주행로봇 사시도이고, 도 3은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 전원공급부 사진도이다. 그리고 도 4는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 흐름도이며, 도 5는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 장착 사진도이고, 도 6은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 정면 사진이다. 또한 도 7은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 후면 사진이며, 도 8은 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC내부 사진이고, 도 9는 본발명 작물 생육정보 모니터링 시스템의 생육관리 싱글보드PC 3D카메라 사진이다.1 is a perspective view of a crop growth information monitoring system of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a growth measuring driving robot of the crop growth information monitoring system of the present invention, and FIG. 3 is a photograph of a power supply unit of the crop growth information monitoring system of the present invention. And Figure 4 is a flow chart of the crop growth information monitoring system of the present invention, Figure 5 is a photograph of a single board PC mounting growth management of the crop growth information monitoring system of the present invention, Figure 6 is a single growth management of the crop growth information monitoring system of the present invention This is a picture of the front of the board PC. In addition, Figure 7 is a photograph of the rear side of the growth management single board PC of the crop growth information monitoring system of the present invention, Figure 8 is a photograph of the inside of the growth management single board PC of the crop growth information monitoring system of the present invention, and Figure 9 is the crop growth information monitoring of the present invention This is a picture of a single board PC 3D camera for growth management of the system.

본말명 작물 생육정보 모니터링 장치는 작물을 생산하는 곳에서 작물의 이미지를 촬영하여 생육과정 정보를 모니터링하는 작물 생육정보 모니터링 시스템에 관한 것으로, 생육측정 주행로봇(1000)과, 생육관리 싱글보드PC(2000)와, 생육관리PC(3000)를 포함하여 형성된다.The real name crop growth information monitoring device relates to a crop growth information monitoring system that monitors growth process information by shooting images of crops in a place where crops are produced, and includes a growth measuring driving robot 1000 and a growth management single board PC ( 2000) and a growth management PC (3000).

그리고 상기 생육측정 주행로봇(1000)은 로봇기구부(100)와 로봇제어부(200), 전원공급부(300), 로봇레일부(400)가 포함되어 형성된다.And the growth measuring traveling robot 1000 is formed to include a robot mechanism unit 100 , a robot control unit 200 , a power supply unit 300 , and a robot rail unit 400 .

상기 로봇기구부(100) 하부에는 사각구조물 형태인 하부플랫폼(110)이 형성되고, 상기 하부플랫폼 하부에는 난방용 파이프를 레일로 이용해 이동하는 주행축(120)이 구비되며, 상부에는 상하이동축(130) 그리고 암회전축(140), 로봇의 암 역할을 하는 매니퓰레이터(150), 카메라회전축(160), 카메라 상하틸트축(170)이 순차적으로 연결되어 형성된다.A lower platform 110 in the form of a rectangular structure is formed in the lower portion of the robot mechanism 100, and a traveling shaft 120 that moves using a heating pipe as a rail is provided at the lower portion of the lower platform, and a vertical movement shaft 130 is provided at the upper portion. And the arm rotation shaft 140, the manipulator 150 serving as an arm of the robot, the camera rotation shaft 160, and the camera vertical tilt shaft 170 are sequentially connected and formed.

또한 생육측정 주행로봇(1000)은 로봇운용PC(230)로부터 원점복귀, 위치이동, 자율주행 등의 지령을 받아 해당 명령을 수행하면서 작물의 측정부위를 촬영을 하는 것으로, 로봇기구부(100)의 주행축(120)은 AC서버모터로, 기타 축들은 정밀 마이크로 스텝모터와 감속기로 동작하도록 구비면 가능하다.In addition, the growth measuring driving robot 1000 receives commands such as origin return, position movement, autonomous driving, etc. from the robot operating PC 230 and performs the corresponding commands while taking pictures of the measuring part of the crop, the robot mechanism 100 of the The traveling shaft 120 is an AC server motor, and other axes are possible if provided to operate as a precision microstepper motor and a speed reducer.

또한 상기 로봇제어부(200)는 주위 환경상태를 감지하는 온습도센서, 마그넷센서, 라이다센서, CCTV 등이 구비된 감지부(210)와, 상기 감지부로 측정된 주위 환경상태에 따라 생육측정 대상작물로 생육측정 주행로봇(1000)이 이동하여 촬영하도록 제어하는 제어부(220)와, 생육측정 주행로봇의 운용을 계획하고 조정하는 로봇운용PC(230)가 포함되어 형성된다. 그리고 상기 제어부는 로봇이 메인(main)명령을 수행하게 제어하는 로봇메인제어, 설정치를 추종(servo)(하게 제어되는 서보제어, 제어를 단계적(step)으로 하게 하는 스텝제어, 입출력(input, output)을 제어하는 I/O제어를 통하여 로봇동작을 제어하는 것이다.In addition, the robot control unit 200 includes a temperature-humidity sensor, a magnet sensor, a lidar sensor, a CCTV, etc. for detecting the surrounding environment, and a sensing unit 210 equipped with, and a growth measurement target crop according to the surrounding environment measured by the sensing unit. The control unit 220 for controlling the growth measuring driving robot 1000 to move and shooting, and the robot operating PC 230 for planning and adjusting the operation of the growth measuring driving robot are included. And the control unit is a robot main control that controls the robot to perform a main command, a servo control that follows (servo) a set value, a step control that makes the control step by step, input and output (input, output) ) to control the robot operation through I/O control.

또한 로봇운용PC(230)를 통하여 로봇기구부(100)에 이동명령을 주기 위해서 상기 로봇운용PC의 데이타베이스와 생육관리PC(3000) 사이에 데이타베이스를 송수신 가능하게 구비하여, 생육측정 주행로봇(1000)을 현장에 설치 후 이상 발생시 원격에서 컨트롤하고 원격제어하여 정상운행이 가능하게 할 수도 있다.In addition, in order to give a movement command to the robot mechanism unit 100 through the robot operating PC 230, a database is transmitted/received between the database of the robot operating PC and the growth management PC 3000, so that the growth measuring driving robot ( 1000) can be remotely controlled and operated normally when an abnormality occurs after installing it on site.

또한 생육측정 주행로봇(1000)의 자세와 위치 방향 및 주변환경을 모니터링하기 위한 CCTV를 로봇기구부(100)에 설치하여 원격모니터링하며, 로봇운용PC(230)에 스케쥴링시스템을 적용하여 로봇이 예약된 일자에 매일, 매주, 정해진 시간에 무인 자동 운행이 가능하게 구비하며, 또한 온실마다 온실의 폭, 높이가 차이가 나기 때문에 주행로봇 각축의 환경설정을 하여 각축의 이동반경 설정이 가능하게 한다. 그리고 영상이미지명을 정하여 영상이미지만으로 농장, 온실, 온실동, 작물위치를 알 수 있게 할 수도 있다.In addition, CCTV for monitoring the posture, position, direction, and surrounding environment of the growth measuring driving robot 1000 is installed in the robot mechanism unit 100 for remote monitoring, and a scheduling system is applied to the robot operating PC 230 to ensure that the robot is reserved. It is equipped to enable unmanned automatic operation every day, every week, and at a set time. Also, since the width and height of the greenhouse differ for each greenhouse, the environment setting of each axis of the driving robot enables setting of the movement radius of each axis. In addition, it is possible to determine the image image name so that the farm, greenhouse, greenhouse building, and crop locations can be known only with the image image.

그리고 상기 전원공급부(300)는 하부플랫폼(110) 위에 구비되되, 상기 전원공급부는 축전지(310)와 자동충전기(320)를 포함하여 구비되되, 자동충전 방식으로 원점에서 지속적인 자동충전이 가능하고, 자율주행에 의한 생육측정 후 자동으로 원점복귀하여 자동충전이 되어 생육측정 주행로봇(1000)이 무인운전을 하면서 로봇기구부, 로봇제어부, 로봇운용PC 등에 전원을 공급하도록 구비된다.And the power supply unit 300 is provided on the lower platform 110, the power supply unit is provided including a storage battery 310 and an automatic charger 320, continuous automatic charging is possible from the origin in an automatic charging method, After the growth measurement by autonomous driving, it is automatically returned to the origin and automatically charged, so that the growth measuring driving robot 1000 is provided to supply power to the robot mechanism unit, the robot control unit, and the robot operating PC while performing unmanned operation.

또한 상기 로봇레일부(400)는 온실난방용 파이프를 레일로 사용하여 로봇기구부(100)가 이동되게 형성된다.In addition, the robot rail unit 400 is formed to move the robot mechanism unit 100 using a greenhouse heating pipe as a rail.

또한 다른 실시례로서 로봇기구부(100)와 로봇제어부(200)의 구동 및 제어에 있어서 레일주행휠(121) 및 보조주행휠(122) 외에 보조휠(123)을 구비하여 라인이설 및 설치작업을 수동으로 조작이 가능하게 하며, 작물라인의 시작점 및 최종점 인식을 위한 근접센서 및 추돌예방을 위한 라이다센서가 형성되고, 또한 스텝모터, 저압AC모터, BLDC모터 등 모터구동 제어기를 로봇제어부(200) 내에 구비하여 제어할 수도 있다. 그리고 로봇운용PC(230)의 원격제어 및 감시를 위한 와이파이가 구비된다.In addition, as another embodiment, in the driving and control of the robot mechanism unit 100 and the robot control unit 200, the auxiliary wheel 123 is provided in addition to the rail traveling wheel 121 and the auxiliary traveling wheel 122 to carry out line relocation and installation work. It enables manual operation, and a proximity sensor for recognizing the starting point and ending point of the crop line and a lidar sensor for collision prevention are formed, and motor driving controllers such as step motors, low-pressure AC motors, and BLDC motors are installed in the robot control unit ( 200) may be provided and controlled. And Wi-Fi for remote control and monitoring of the robot operating PC 230 is provided.

그리고 생육관리 싱글보드PC(2000)는 얇은 사각박스 형태인 싱글보드(500)와, 영상을 촬영하는 3D깊이카메라(600)와; 화면을 터치하는 디스플레이와(700); 프로그램을 내장할 수 있는 소형PC(800)가 포함되어 형성되되, 상기 싱글보드(500) 일면 일정부위에는 3D깊이카메라가 형성되고, 타면에는 화면을 터치하여 촬영을 조정하는 디스플레이(700)가 형성되며, 또한 내부에는 라즈베리파이, 아두이노, 윈도우10 등의 초소형PC(800)가 내장되어 형성되되, 상기 생육측정 주행로봇(1000)의 매니퓰레이터(150)에 장착되어 자동으로 작물을 촬영하거나 또는 주행로봇에서 분리하여 농업인이 수동으로 작물을 촬영할 수 있다. 또한 의복에 센서를 착용한 농업인이 수동으로 온실의 임의위치에서 작물을 촬영한 후 로봇이 촬영할 경우,로봇은 농업인이 촬영한 지점을 온실내의 GPS에 의한 위치인식기반시스템에 의해 인지하여 로봇이 정해진 위치외에도 농업인이 임의로 촬영한 지점도 중복 촬영하여 생육정보를 서로 비교분석할 수 있도록 한다. 또한 촬영한 시간에 의한 빛의 광량에 따라 비교시 차이가 있으므로 사진을 촬영할시의 시각과 나아가 온도도 측정하여 로봇제어부(200)는 기후 및 온도에 따라 사진의 색상 등을 적절하게 보정하게 한다. 따라서 같은 날에 찰영하더라도 아침, 저녁에 따라 촬영품질이 달라지는 것을 보정하여 올바르게 생육상태를 비교할 수 있다. 그리고 작물 생육정보 모니터링 또한 싱글보드(500)의 타면 좌우측에는 손잡이구멍(510)이 1개씩 형성되어 있다.And the growth management single board PC (2000) is a single board 500 in the form of a thin square box, and a 3D depth camera 600 for taking an image; a display 700 for touching the screen; A small PC 800 capable of embedding a program is included and formed, a 3D depth camera is formed on one side of the single board 500, and a display 700 for controlling shooting by touching the screen on the other side is formed. Also, a small PC 800 such as Raspberry Pi, Arduino, Windows 10, etc. is built-in inside, and it is mounted on the manipulator 150 of the growth measuring driving robot 1000 to automatically photograph or drive crops. It can be detached from the robot, allowing farmers to manually photograph crops. In addition, when a farmer wearing a sensor on clothes manually takes a picture of a crop at an arbitrary location in the greenhouse and then the robot takes a picture, the robot recognizes the location taken by the farmer by the GPS-based location recognition system in the greenhouse and the robot is selected In addition to the location, it is possible to compare and analyze the growth information by overlapping the points taken by the farmer at will. In addition, since there is a difference in comparison according to the amount of light according to the time taken, the robot control unit 200 appropriately corrects the color of the picture according to the climate and temperature by measuring the time and temperature at the time of taking the picture. Therefore, even when shooting on the same day, it is possible to correctly compare the growth status by correcting for the difference in shooting quality depending on morning and evening. And crop growth information monitoring is also formed with one handle hole 510 on the left and right sides of the other surface of the single board 500 .

그리고 생육관리 싱글보드PC(2000)로 작물의 엽, 마디, 화방, 과일을 식별하고 측정한 후, 엽, 마디, 화방, 과일을 분리하여 깊이영상을 입체적으로 변환하여 부위별 생육량을 로봇운용 PC(230)의 데이터베이스에 저장되도록 한다.And after identifying and measuring the leaf, node, flower room, and fruit of the crop with the growth management single board PC (2000), the leaf, node, flower room, and fruit are separated and the depth image is three-dimensionally converted to calculate the growth amount for each part with the robot operating PC. (230) to be stored in the database.

그리고 다른 실시례로서 상기 생육관리 싱글보드PC(2000)로 작물을 측정하는 방법은 다음과 같다. 먼저 로봇제어부(200)가 측정대상 작물의 유인줄 끝에 번호인식표를 붙이고 시각적으로 번호표를 인식하여 대상작물을 찾고 번호표를 좌표 중앙에 위치시킨후 수직으로 내려와 작물 시작점을 찾는다. 그리고 작물의 시작점 부터 배지까지 내려오면서 작물의 측정부위의 좌표를 자동설정하고, 설정된 좌표에 의해 로봇이 자동 주행하면서 영상 촬영을 한다. 또한 작물의 변화에 따른 로봇 자동좌표설정 방법을 적용하여 작물 끝 부분에서 50cm 상위에서 45도 각도로 180도 회전하면서 촬영하고, 측면 상위에서 50cm 씩 밑으로 Y축을 자동으로 이동하여 180도 회전하면서 촬영한 후, 작물 배지까지 단계별로 내려오면서 반복 촬영을 한다.And as another embodiment, the method of measuring the crop with the growth management single board PC (2000) is as follows. First, the robot control unit 200 attaches a number identification tag to the end of the inducement line of the crop to be measured, visually recognizes the number tag to find the target crop, locates the number tag in the center of the coordinates, and then descends vertically to find the starting point of the crop. Then, as it descends from the starting point of the crop to the medium, the coordinates of the measuring part of the crop are automatically set, and the robot automatically drives according to the set coordinates and takes an image. In addition, by applying the robot automatic coordinate setting method according to the change of the crop, the image is taken while rotating 180 degrees at an angle of 45 degrees from 50 cm above the end of the crop, and the Y-axis is automatically moved 50 cm from the top to the bottom and rotated 180 degrees. After that, repeat shooting while descending step by step to the crop medium.

그리고 생육관리PC(3000)는 생육측정 주행로봇(1000)과 농업인이 3D깊이카메라(600)로 촬영된 생육정보를 데이타베이스하는 것으로 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 간편하게 작물의 생육과정 정보를 취득 관리할 수 있으며, 측정된 생육량은 로봇운용PC(230) 및 생육관리PC(3000)의 데이타베이스에 저장되도록 구비되어, 작업완료 후 측정결과, 영상이미지, 로봇좌표가 생육관리PC(3000)의 데이터베이스로 전송 및 저장되어 외부에서도 스마트폰으로 로봇측정 결과를 조회할 수 있도록 한다. 그리고 생육관리 싱글보드PC(2000)와 생육관리PC(3000)는 무선통신이 가능하게 하며, 또한 로봇제어부와 로봇운용PC(230)도 무선통신이 가능하도록 구비된다.In addition, the growth management PC (3000) is a database of growth information captured by the growth measuring driving robot (1000) and the farmer with the 3D depth camera (600). Information can be acquired and managed, and the measured growth amount is provided to be stored in the database of the robot operating PC 230 and the growth management PC 3000, and the measurement result, image image, and robot coordinates are stored in the growth management PC ( 3000), so that the robot measurement results can be inquired from the outside with a smartphone. In addition, the growth management single board PC 2000 and the growth management PC 3000 enable wireless communication, and the robot controller and the robot operating PC 230 are also provided to enable wireless communication.

또한, 다른 실시례로서 대상작물인 파프리카, 토마토, 멜론, 등의 작물의 생육단계별 딥러닝을 진행하기 위하여, 학습용 이미지 데이터 수집 및 분류와 3D깊이카메라를 활용하여 정식 후 수확기까지 생육 이미지 데이터를 수집하고, 대상작물의 생육진단 알고리즘 구비하여, 데이타베이스 플랫폼에서 단위기간당 생육량을 비교하여 생육진단할 수 있으며, 또한 대상 작물의 엽장, 엽폭, 엽면적 추정 알고리즘 구비하여 생육측정시 정보를 제공할 수도 있다. 그리고 작물 생육단계는 정식단계, 개화기, 과실 비대기 수확기로 구분할 수 있으며, 측정항목은 카메라와 피사체와의 거리, 촬영이미지(잎, 줄기, 과일, 화방, 생장점), 단위기간당 생육량을 계측 (엽수, 엽장, 엽폭, 마디길이, 마디굵기, 과장, 과폭, 꽃의수)하며, 과실형태 이미지 (과피색정보) 및 재배환경데이터(시설 내 .외부 온도/습도)를 포함하여 측정할 수도 잇다.In addition, as another embodiment, in order to perform deep learning by growth stage of crops such as paprika, tomato, melon, etc., which are target crops, image data collection and classification for learning and 3D depth camera are used to collect growth image data after planting until harvest. In addition, the growth diagnosis algorithm of the target crop can be provided by comparing the growth amount per unit period on the database platform, and the leaf length, leaf width, and leaf area estimation algorithms of the target crop can be provided to provide information when measuring growth. . The crop growth stage can be divided into the planting stage, flowering period, and fruit non-waiting harvest period, and the measurement items are the distance between the camera and the subject, the photographed image (leaf, stem, fruit, flower room, growth point), and the growth rate per unit period (leaf number). , leaf length, leaf width, node length, node thickness, exaggeration, fruit width, number of flowers), fruit shape image (fruit skin color information), and cultivation environment data (inside and outside temperature/humidity) can also be measured.

따라서 본발명은 식물공장, 스마트팜에서 작물의 정밀한 생산관리를 위해 가장 중요한 생육정보 측정을 전문인력에 의존하고 있어, 비용과 시간이 낭비되어 생산성이 저하되는 것을 개선하고, 또한 전문지식이 없는 농업인이 간편하게 자동 또는 수동으로 간편하게 작물의 생육과정을 측정할 수 있는 현저한 효과가 있다.Therefore, the present invention relies on experts to measure the most important growth information for precise production management of crops in plant factories and smart farms, and improves productivity due to wasted money and time, and also to farmers without specialized knowledge. There is a remarkable effect of being able to measure the growth process of crops easily, automatically or manually.

100 : 로봇기구부 110 : 하부플랫폼
120 : 주행축 121 : 레일주행휠
122 : 주행보조휠 123 : 보조휠
130 : 상하이동축 140 : 암회전축
150 : 매니퓰레이터 160 : 카메라 회전축
170 : 카메라 틸트축 200 : 로봇제어부
210 : 감지부 220 : 제어부
230 : 로봇운용PC 300 : 전원공급부
310 : 축전지 320 : 자동충전기
400 : 로봇레일부 500 : 싱글보드
510 : 손잡이구멍 600 : 3D깊이카메라
700 : 디스플레이 800 : 소형PC
1000 : 생육측정 주행로봇 2000 :생육관리 싱글보드PC
3000 : 생육관리PC
100: robot mechanism 110: lower platform
120: driving shaft 121: rail running wheel
122: auxiliary driving wheel 123: auxiliary wheel
130: vertical coaxial shaft 140: female rotation shaft
150: manipulator 160: camera rotation axis
170: camera tilt axis 200: robot control unit
210: sensing unit 220: control unit
230: robot operating PC 300: power supply
310: storage battery 320: automatic charger
400: robot rail 500: single board
510: handle hole 600: 3D depth camera
700: display 800: small PC
1000: Growth measuring driving robot 2000: Growth management single board PC
3000: growth management PC

Claims (3)

작물을 생산하는 곳에서 작물의 이미지를 촬영하여 생육과정 정보를 모니터링하는 것으로, 로봇기구부(100), 로봇제어부(200), 전원공급부(300), 로봇레일부(400)를 포함하여 형성된 생육측정 주행로봇(1000)과; 싱글보드(500), 3D깊이카메라(600), 디스플레이(700), 소형PC(800)가 포함되어 구비되되, 상기 생육측정 주행로봇(1000)에 장착되어 자동으로 작물을 촬영하거나 또는 주행로봇에서 분리하여 농업인이 수동으로 작물을 촬영할 수 있도록 형성된 생육관리 싱글보드PC(2000)와; 상기 생육측정 주행로봇(1000)과 농업인이 3D깊이카메라(600)로 촬영된 생육정보를 데이타베이스화하는 생육관리PC(3000)를 포함하여 형성되는 작물 생육정보 모니터링 시스템에 있어서,
상기 로봇기구부(100) 하부에는 하부플랫폼(110)이 형성되고, 상기 하부플랫폼 하부에는 난방용 파이프를 레일로 이용해 이동하는 주행축(120)이 구비되며, 상부에는 상하이동축(130) 그리고 암회전축(140), 로봇의 암 역할을 하는 매니퓰레이터(150), 카메라회전축(160), 카메라 상하틸트축(170)이 순차적으로 연결되며,
상기 생육측정 주행로봇(1000)은 로봇운용PC(230)로부터 원점복귀, 위치이동, 자율주행의 지령을 받아 해당 명령을 수행하면서 작물의 측정부위를 촬영을 하는 것이며,
상기 로봇제어부(200)는 주위 환경상태를 감지하는 온습도센서, 마그넷센서, 라이다센서, CCTV가 구비된 감지부(210)와, 상기 감지부로 측정된 주위 환경상태에 따라 생육측정 대상작물로 생육측정 주행로봇(1000)이 이동하여 촬영하도록 제어하는 제어부(220)와, 생육측정 주행로봇의 운용을 계획하고 조정하는 로봇운용PC(230)로 구성되고 상기 제어부는 로봇이 메인(main)명령을 수행하게 제어하는 로봇메인제어, 설정치를 추종(servo)하게 제어되는 서보제어, 제어를 단계적(step)으로 하게 하는 스텝제어, 입출력(input, output)을 제어하는 I/O제어를 통하여 로봇동작을 제어하며,
로봇운용PC(230)를 통하여 로봇기구부(100)에 이동명령을 주기 위해서 상기 로봇운용PC의 데이타베이스와 생육관리PC(3000) 사이에 데이타베이스를 송수신 가능하게 구비하여, 생육측정 주행로봇(1000)을 현장에 설치 후 이상 발생시 원격에서 컨트롤하고 원격제어하여 정상운행이 가능하게 하며,
상기 생육측정 주행로봇(1000)의 자세와 위치 방향 및 주변환경을 모니터링하기 위한 CCTV를 로봇기구부(100)에 설치하여 원격모니터링하며, 로봇운용PC(230)에 스케쥴링시스템을 적용하여 로봇이 예약된 일자에 매일, 매주, 정해진 시간에 무인 자동 운행이 가능하게 구비하며, 또한 온실마다 온실의 폭, 높이가 차이가 나기 때문에 주행로봇 각축의 환경설정을 하여 각축의 이동반경 설정이 가능하게 하고 영상이미지명을 정하여 영상이미지만으로 농장, 온실, 온실동, 작물위치를 알 수 있게 하며,
상기 로봇레일부(400)는 온실난방용 파이프를 레일로 사용하여 로봇기구부(100)가 이동되며, 로봇기구부(100)와 로봇제어부(200)의 구동 및 제어에 있어서 레일주행휠(121) 및 보조주행휠(122) 외에 보조휠(123)을 구비하여 라인이설 및 설치작업을 수동으로 조작이 가능하게 하며, 작물라인의 시작점 및 최종점 인식을 위한 근접센서 및 추돌예방을 위한 라이다센서가 형성되고, 또한 모터구동 제어기를 로봇제어부(200) 내에 구비하여 제어하며
생육관리 싱글보드PC(2000)는 싱글보드(500)와, 영상을 촬영하는 3D깊이카메라(600)와; 화면을 터치하는 디스플레이와(700); 프로그램을 내장할 수 있는 소형PC(800)가 포함되어 형성되되, 상기 싱글보드(500) 일면 일정부위에는 3D깊이카메라가 형성되고, 타면에는 화면을 터치하여 촬영을 조정하는 디스플레이(700)가 형성되며, 또한 내부에는 PC(800)가 내장되되, 상기 생육측정 주행로봇(1000)의 매니퓰레이터(150)에 장착되어 자동으로 작물을 촬영하거나 또는 주행로봇에서 분리하여 농업인이 수동으로 작물을 촬영할 수 있게 하며, 또한 의복에 센서를 착용한 농업인이 수동으로 온실의 임의위치에서 작물을 촬영한 후 로봇이 촬영할 경우,로봇은 농업인이 촬영한 지점을 온실내의 GPS에 의한 위치인식기반시스템에 의해 인지하여 로봇이 정해진 위치외에도 농업인이 임의로 촬영한 지점도 중복 촬영하여 생육정보를 서로 비교분석할 수 있도록 하고, 또한 촬영한 시간에 의한 빛의 광량에 따라 비교시 차이가 있으므로 사진을 촬영할시의 시각과 나아가 온도도 측정하여 로봇제어부(200)는 기후 및 온도에 따라 사진의 색상을 보정하게 하며,
상기 생육관리 싱글보드PC(2000)로 작물을 측정하는 방법은 로봇제어부(200)가 먼저 측정대상 작물의 유인줄 끝에 번호인식표를 붙이고 시각적으로 번호표를 인식하여 대상작물을 찾고 번호표를 좌표 중앙에 위치시킨후 수직으로 내려와 작물 시작점을 찾은 후, 작물의 시작점부터 배지까지 내려오면서 작물의 측정부위의 좌표를 자동설정하고, 설정된 좌표에 의해 생육측정 주행로봇(1000)이 자동 주행하면서 영상 촬영을 하는 것을 특징으로 하는 작물 생육정보 모니터링 시스템
Monitoring the growth process information by shooting an image of a crop in a place where crops are produced, growth measurement formed including the robot mechanism unit 100 , the robot control unit 200 , the power supply unit 300 , and the robot rail unit 400 . a driving robot 1000; A single board 500, a 3D depth camera 600, a display 700, and a small PC 800 are included and installed in the growth measuring driving robot 1000 to automatically photograph crops or from the driving robot. A growth management single board PC (2000) formed so that farmers can manually photograph crops by separating it; In the crop growth information monitoring system formed including the growth measurement driving robot 1000 and the growth management PC 3000 that the farmer converts the growth information photographed with the 3D depth camera 600 into a database,
A lower platform 110 is formed in the lower portion of the robot mechanism 100, and a traveling shaft 120 that moves using a heating pipe as a rail is provided in the lower portion of the lower platform, and a vertical movement shaft 130 and an arm rotation shaft ( 140), the manipulator 150 serving as an arm of the robot, the camera rotation axis 160, and the camera vertical tilt axis 170 are sequentially connected,
The growth measuring driving robot 1000 receives commands from the robot operating PC 230 for return to origin, position movement, and autonomous driving, and performs the commands while taking pictures of the measuring part of the crop,
The robot control unit 200 is a temperature-humidity sensor, a magnet sensor, a lidar sensor, and a detection unit 210 equipped with a CCTV for detecting the surrounding environmental conditions, and grows as a growth measurement target crop according to the surrounding environmental condition measured by the detection unit. It consists of a control unit 220 that controls the measuring driving robot 1000 to move and shooting, and a robot operating PC 230 that plans and adjusts the operation of the growth measuring driving robot, and the control unit allows the robot to execute a main command. Robot operation is controlled through robot main control that controls to perform, servo control that is controlled to follow the set value, step control that makes the control step by step, and I/O control that controls input and output (input, output) control,
In order to give a movement command to the robot mechanism unit 100 through the robot operating PC 230, a database is transmitted/received between the database of the robot operating PC and the growth management PC 3000, so that the growth measuring driving robot 1000 ) is installed on site, and in case of an abnormality, it can be remotely controlled and remote controlled to enable normal operation.
CCTV for monitoring the posture, position direction, and surrounding environment of the growth measuring driving robot 1000 is installed in the robot mechanism unit 100 for remote monitoring, and the robot is reserved by applying a scheduling system to the robot operating PC 230 It is equipped to enable unmanned automatic operation every day, every week, and at a set time. Also, since the width and height of the greenhouse differ for each greenhouse, the environment setting of each axis of the driving robot enables setting of the movement radius of each axis and image image It is possible to determine the location of the farm, greenhouse, greenhouse building, and crops only with the video image by selecting
The robot rail unit 400 uses a greenhouse heating pipe as a rail to move the robot mechanism unit 100, and in driving and controlling the robot mechanism unit 100 and the robot control unit 200, the rail traveling wheel 121 and the auxiliary In addition to the traveling wheel 122, the auxiliary wheel 123 is provided to enable manual operation of line relocation and installation, and a proximity sensor for recognizing the start and end points of a crop line and a lidar sensor for collision prevention are formed. In addition, a motor drive controller is provided in the robot control unit 200 to control
Growth management single board PC (2000) is a single board (500), and a 3D depth camera (600) for taking an image; a display 700 for touching the screen; A small PC 800 capable of embedding a program is included and formed, a 3D depth camera is formed on one side of the single board 500, and a display 700 for controlling shooting by touching the screen on the other side is formed. Also, a PC 800 is built-in therein, and it is mounted on the manipulator 150 of the growth measuring traveling robot 1000 to automatically photograph crops or separate from the traveling robot so that farmers can photograph crops manually. In addition, when a farmer wearing a sensor on clothes manually takes a picture of a crop at an arbitrary location in the greenhouse and then the robot takes a picture, the robot recognizes the location taken by the farmer by a GPS-based location recognition system in the greenhouse. In addition to this fixed location, the location where the farmer arbitrarily took pictures is also overlapped so that growth information can be compared and analyzed. By measuring the degree, the robot control unit 200 corrects the color of the photo according to the climate and temperature,
In the method of measuring crops with the growth management single board PC (2000), the robot control unit 200 first attaches a number recognition tag to the end of the inducement line of the target crop, visually recognizes the number tag, finds the target crop, and places the number tag in the center of the coordinates After doing this, descend vertically to find the starting point of the crop, then descend from the starting point of the crop to the medium to automatically set the coordinates of the measuring part of the crop, and the growth measuring driving robot 1000 automatically runs according to the set coordinates to take an image. Crop growth information monitoring system characterized by
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