KR102298784B1 - Artificial intelligence variable complex tillage robot for weed management of upland crop - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 농업 분야에 관한 것으로, 구체적으로 표토를 경운하는 방법을 이용하여 밭 잡초를 제거하며 인공지능 모듈을 포함하는 가변 복합형 경운 로봇에 관한 것이다. The present invention relates to the agricultural field, and more specifically, to a variable complex tillage robot including an artificial intelligence module and removing field weeds using a method of tilling topsoil.
밭 농사에서 잡초는 병충해와 함께 수량을 감소시키는 중요한 요인 중 하나이다. 잡초가 일정량 이상 자라면 밭에 심어진 농작물의 영양분을 빼앗는 등 경합에 의해 생장과 수량에 문제가 생기기 때문에 잡초 제거가 필수적이다.In field farming, weeds are one of the important factors that reduce yield along with pests and diseases. When weeds grow over a certain amount, it is essential to remove weeds because there is a problem with growth and yield due to competition, such as taking away nutrients from crops planted in the field.
특히, 밭 잡초는 500여종에 이르고, 특히 농경지의 잡초는 대부분 광(햇빛)에 영향을 받아 발생(광발아, 암발아)하기 때문에 잡초 발생 전 또는 잡초 발생 초기에 토양을 표토만 부분 경운하여 잡초 발생을 억제 또는 제거시키는 것이 바람직하다. In particular, there are about 500 types of field weeds, and in particular, most weeds in agricultural land are affected by light (sunlight) and occur (light germination, dark germination). It is desirable to suppress or eliminate the occurrence.
잡초 제거방법으로는, 잡초를 직접 자르는 방법, 잡초에 화학적 약품을 살포하는 방법, 뿌리를 제거하는 방법 등이 있다.As a method of removing weeds, there are a method of directly cutting weeds, a method of spraying chemical agents on weeds, a method of removing roots, and the like.
최근 들어, 친환경에 대한 대중의 선호도가 높아지고 있고, 농업기술도 친환경 농법을 도입하기 위한 노력이 증가하고 있다. 이에 따라, 제초제 등 농약 사용을 최소화하는 것이 중요하다. 따라서, 잡초를 직접 자르거나 뿌리를 뽑는 방법 등이 선호되는데, 이는 많은 인력을 필요로 한다.In recent years, the public's preference for eco-friendliness is increasing, and efforts to introduce eco-friendly farming methods are increasing in agricultural technology. Therefore, it is important to minimize the use of pesticides such as herbicides. Accordingly, methods such as direct cutting or uprooting of weeds are preferred, which require a lot of manpower.
그러나, 농가 고령화 현상에 따라 젊은 인력은 물론 고령화 인력 또한 적어 이러한 문제를 해결하는데 어려움이 있었다.However, due to the aging of farm households, there are not many young and aging workers, so it has been difficult to solve these problems.
또한, 잡초를 직접 자르거나 뿌리를 뽑기 위해 낫과 같은 날카로운 도구를 이용하기 때문에 안전사고도 빈번히 발생했다. 더욱이, 잡초 제거가 필요한 면적이 많아질 경우 작업 시간이 증가는 필수적인데, 고령화된 농가에 부담이 된다.In addition, safety accidents occurred frequently because sharp tools such as sickles were used to cut weeds directly or to uproot the weeds. Moreover, when the area required to remove weeds increases, it is essential to increase the working time, which places a burden on aging farms.
이를 해결하기 위해, 다양한 농업용 로봇이 개발되고 있으나, 고령화된 농가에서 조종 능력을 학습하는 데는 오랜 시간이 필요했다. To solve this, various agricultural robots are being developed, but it took a long time to learn the steering ability in an aging farmhouse.
이와 같은 종래의 잡초 제거 방법의 문제점을 극복하기 위한 기술이 개발되고 있다. Techniques have been developed to overcome the problems of such a conventional weed removal method.
한국공개특허 제10-2015-0124305호는 농업용 로봇을 개시한다. 본 종래기술에서는, 스캐너를 구비하여 잡초 방제 또는 병충해 방재 또는 꽃솎기 또는 순자르기가 가능한데, 잡초를 제거하는 방법으로 태우거나 익히는 방법을 개시한다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0124305 discloses an agricultural robot. In the prior art, it is possible to control weeds or pests, or flower thinning or cuttings by providing a scanner, and discloses a method of burning or ripening as a method of removing weeds.
그러나, 재식 특성을 고려하지 않아 이미 밭작물이 심어진 밭에는 적용할 수 없었다.However, it could not be applied to fields already planted with field crops because the planting characteristics were not taken into account.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems.
구체적으로, 로봇을 조종하는 조종자의 숙련도에 따라 밭 잡초 제거 능력이 달라지고, 밭작물에 대한 손상이 생기는 문제를 해결 하고자 한다. 이 때에, 밭 잡초의 발생 상태를 고려하지 않아 생육 상태가 상이한 밭 잡초에 동일한 제거 방식을 이용해 제거하고 이 경우, 밭 잡초 제거 효율이 떨어졌던 문제를 해결하고자 한다. 특히, 밭작물의 이랑 간격과 고랑 깊이가 다양한 환경에서도 충분히 기능을 발휘할 수 있는 밭 잡초관리 경운 로봇을 제안하고자 한다.Specifically, it is intended to solve the problem that the field weed removal ability changes depending on the skill level of the operator who operates the robot, and damage to field crops occurs. At this time, the generation state of field weeds is not taken into account and the field weeds having different growth conditions are removed using the same removal method, and in this case, the problem of poor field weed removal efficiency is to be solved. In particular, it is intended to propose a field weed management tillage robot that can fully function in environments with various ridge spacing and furrow depth of field crops.
또한, 로봇과 전방 장애물의 충돌로 인해 로봇의 내부 구성이 손상되어 고장이 발생하는 문제를 해결하고자 한다. 물론, 고랑이 없는 환경, 또는 고랑과 이랑이 없는 평지 환경에서도 밭 잡초 관리가 가능한 경운 로봇을 제안하고자 한다. In addition, it is intended to solve the problem that the robot's internal configuration is damaged due to the collision of the robot and the obstacle in front, resulting in malfunction. Of course, we would like to propose a tillage robot that can manage field weeds even in an environment without furrows or in a flat environment without furrows and furrows.
또한, 조종자가 동일 공간에서 조종하기 때문에 기후적 시간적 제약을 받았던 문제를 해결하고자 한다.In addition, it is intended to solve the problem of climatic and time constraints because the operator controls in the same space.
또한, 구비된 배터리의 전기가 다 떨어질 경우 주행이 불가했던 문제를 해결하고자 한다.In addition, it is intended to solve the problem that driving is impossible when the electricity of the provided battery runs out.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 센서부(20)에 의해 센싱된 밭의 재식 특성을 입력층으로 하고, 로터리 구동부재(350) 및 로봇 구동부재(310)의 제어신호를 출력층으로 하는 Al 모듈(50)이 탑재된 본체(110)가 구비된 베이스(100); 상기 베이스(100)에 위치하는 제1 바퀴(130)와 제2 바퀴(140); 상기 베이스(100)에 구비된 상기 로터리 구동부재(350)에 연결되고 상기 베이스(100)의 후방에 위치하며 표토 경운 가능한 주 로터리(210); 및 상기 로터리 구동부재(350)에 연결되는 횡 로터리(220)를 포함하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 제어신호를 통해 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하여 상기 주 로터리(210) 및 상기 횡 로터리(220)의 구동을 제어하고, 그리고 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 제1 바퀴(130) 및 상기 제2 바퀴(140)의 구동을 제어하는, 경운 로봇을 제공한다. In one embodiment of the present invention for solving the above problems, the planting characteristic of the field sensed by the
또한, 상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 상기 밭의 재식 특성은 밭작물 재식 밀도, 고랑 및 밭작물의 종류를 포함하고, 그리고 상기 AI 모듈(50)은 잡초의 발생 정보, 및 전방 장애물까지의 거리를 더 입력층으로 하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 밭작물 재식 밀도 및 고랑을 인식하여 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 밭작물의 종류에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the planting characteristics of the field made by the
또한, 상기 주 로터리(210)는, 상기 로터리 구동부재(350)와 연결된 제1 동력전달 축(351)에 의해 수평방향으로 회전 가능하고, 상부가 360도 회전이 가능하고, 상기 횡 로터리(220)는 한 쌍으로 상기 주 로터리(210)의 양측에 위치하고, 상기 횡 로터리(220) 각각은, 상기 제1 동력 전달 축(351)과 별도로 형성된 제2 동력 전달 축(352)에 의해 횡 회전 가능하고, 길이 및 각도가 변경 가능한 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 주 로터리(210)와 한 쌍의 상기 횡 로터리(220)의 상부를 커버하는 커버부(200)를 더 포함하고, 상기 주 로터리(210) 및 상기 횡 로터리(220)의 전체 길이에 따라 상기 커버부(200)의 길이가 가변되는 것이 바람직하다.In addition, it further comprises a
또한, 상기 베이스(100)의 상면과 이격 형성되는 태양광 모듈(170);을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include; a
또한, 상기 센서부(20)는, 상기 베이스(100)에 구비되는 제1 센서 모듈(102); 및 상기 제1 센서 모듈(102)보다 상부에 이격되어 위치하는 제2 센서 모듈(172)을 포함하고, 상기 제1 센서 모듈(102) 및 상기 제2 센서 모듈(172)에 의해 상기 밭의 재식 특성, 상기 잡초의 발생 정보, 및 상기 전방 장애물까지의 거리가 수집되고, 상기 제1 센서 모듈(102) 및 제2 센서 모듈(172) 중 어느 하나 이상은 카메라인 것이 바람직하다.In addition, the
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예들에 따른 경운 로봇(1000)을 이용한 방법으로서, (a) 상기 AI 모듈(50)이 상기 센서부(20)에서 감지된 상기 밭의 재식 특성, 상기 밭작물의 종류, 상기 잡초의 발생 정보, 및 상기 전방 장애물까지의 거리를 수집하는 단계; 및 (b) 상기 AI 모듈(50)이 미리 학습된 결과를 이용하여, 상기 밭작물 재식 밀도에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 전방 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 경운 로봇(1000)의 주행 및 회전을 제어하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공한다.As a method using the
상기와 같은 과제 해결을 통해 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻는다. The present invention obtains the following effects through solving the above problems.
첫째, 무인 주행으로 밭 잡초 제거가 가능하여, 조종 능력에 무관하게 효과적인 밭 잡초 제거가 가능하다. 밭 잡초 제거 시 잡초의 발생 정보를 이용하기 때문에 생육 상태에 알맞은 표토 부분 경운을 제공하여 효과적으로 밭 잡초를 제거할 수 있다. AI에 의해 고랑 인식이 가능하여 효과적으로 밭 잡초 제거가 가능하다. 물론, 고랑이 없거나, 또는 고랑과 이랑이 모두 없는 평지 환경에서도 효과적인 작업이 가능하다.First, it is possible to remove field weeds by unmanned driving, so it is possible to effectively remove field weeds regardless of control ability. Since weed generation information is used to remove field weeds, it is possible to effectively remove field weeds by providing topsoil partial tillage suitable for growth conditions. It is possible to effectively remove field weeds by recognizing furrows by AI. Of course, effective work is possible even in a flat environment without furrows or both furrows and furrows.
둘째, 작업자의 추가 조작 없이도 로봇이 인공지능에 의해 전방 장애물을 자동으로 인식하여 경로를 수정하기 때문에 장애물과의 충돌로 인한 로봇의 고장 문제를 방지할 수 있다.Second, since the robot automatically recognizes the obstacle in front by artificial intelligence and corrects the path without additional manipulation of the operator, it is possible to prevent the problem of malfunction of the robot due to collision with the obstacle.
셋째, 무인 주행 가능하기 때문에 기후적 시간적 제약 없이 밭 잡초를 제거할 수 있다.Third, because it is possible to drive unmanned, it is possible to remove field weeds without climatic and time constraints.
넷째, 전기 공급 없이도 태양광 모듈에 의해 자가 발전되어 지속적으로 무인 주행 가능하여 오랜 시간 동안 밭 잡초를 제거할 수 있다.Fourth, even without electricity supply, it is self-generated by the solar module and can continuously drive unmanned, so it is possible to remove field weeds for a long time.
도 1은 본 발명에 따른 경운 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 경운 로봇의 시스템도이다.
도 3은 본 발명에 따른 경운 로봇을 이용한 밭 잡초 제거 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 경운 로봇의 주 로터리 및 횡 로터리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view of a tillage robot according to the present invention.
2 is a system diagram of a tillage robot according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for removing field weeds using a tillage robot according to the present invention.
4 is a view for explaining the main rotary and the transverse rotary of the tillage robot according to the present invention.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 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 기술되어야 할 것이다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be described based on the content throughout this specification.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.In addition, the described embodiments are provided by way of example for the description of the invention, and do not limit the technical scope of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경운 로봇을 상세히 설명한다.Hereinafter, a tillage robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
여기에서, “재식 특성”은 밭작물 재식 밀도 및 밭작물의 종류를 포함하는 개념이다. Here, "planting characteristics" is a concept including the planting density of field crops and types of field crops.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 경운 로봇(1000)의 구성을 설명한다.The configuration of the
베이스(100)는 경운 로봇(1000)에 부력을 제공할 수 있다. 이에 따라 우기 시 밭에 형성된 웅덩이에 대해 부력이 인가된다.The
베이스(100)에 본체(110)가 구비된다.A
본체(110)는 탑재된 모듈 및 시스템들을 보호하기 위해 방수 재질의 하우징(111)을 포함하는 것이 바람직하다. 하우징(111)은 일 실시예에서 본체(110)의 상부에 위치한 시스템인 AI 모듈(50)을 먼지나 이물질로부터 보호하도록 형성되며, 문이 구비되어 작업자가 시스템 점검 시 용이하게 사용할 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서는, 로봇 구동부재(310)를 하우징(111) 내측에 더 위치시킬 수 있다. Al 모듈(50)이 본체(110)에 탑재된다. AI 모듈(50)은 로터리 구동부재(350)를 제어함으로써 주 로터리(210) 및 한 쌍의 횡 로터리(220)의 구동을 제어하며, 구체적인 설명은 후술한다.The
제1 바퀴(130)는 베이스(100)의 하단에 위치한다. 각도 변형을 용이하게 하며, 이에 따라, 조간 사이의 이동이 용이해진다.The
제2 바퀴(140)는 한 쌍으로 제1 바퀴(130)보다 후방에서 베이스(100)의 양측에 위치한다.The
제2 바퀴(140)는 제1 바퀴(130)보다 넓은 폭 및 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 평지, 습지 및 경사지 등 다양한 형태의 농지에서의 운행도 용이하다.The
로봇 구동부재(310)는 제1 바퀴(130), 또는 제2 바퀴(140), 또는 모두에 동력을 제공하는 것으로, 엔진과 같은 내연기관 또는 전기 모터일 수 있다. 전기 모터인 경우 태양광 모듈(170)에 의해 충전된 전기를 사용할 수 있다.The
로터리 구동부재(350)는 베이스(100)에 구비되어 주 로터리(210) 및 횡 로터리(220)에 구동력을 제공할 수 있다. 전기 모터일 수 있으며, 태양광 모듈(170)에서 충전된 태양광 에너지를 사용할 수 있다.The
태양광 모듈(170)은 전기를 충전하는 것으로 베이스(100)의 상면에서 이격 형성된다. 다수의 지지다리(171)에 의해 태양광 모듈(170)이 베이스(100)의 상면에서 이격 형성되나, 다양하게 변형될 수 있다. 이격 형성된 공간에 언급한 하우징(111)이 위치되어 AI 모듈(50) 등 시스템 구성들에 방진 효과를 제공할 수 있다.The
주 로터리(210)는 로터리 구동부재(350)에 연결되고 베이스(100)의 후방에 위치하여 표토 경운하여 밭 잡초를 제거한다. 구체적으로, 고랑을 인식하여 로터리 구동부재(350)에 의해 주 로터리(210)가 승강됨으로써 밭 잡초를 가압하고, 구비된 회전날들이 구동 신호를 받아 로터리 구동부재(350)와 연결된 제1 동력전달 축(351)에 의해 수평 방향으로 회전됨으로써 밭 잡초에 마찰을 부여한다. 고랑이 없는 경우 주 로터리(210)는 수평 방향 회전으로 표토 경운 및 잡초 제거가 가능하다.The
주 로터리(210)의 형상은 한정되지 않으나, 회전 날이 역 원뿔형으로 형성되어 고랑에 밀접하게 안착될 수 있다. 이 경우, AI 모듈(50)에서 재식 밀도에 따라 고랑을 인식하고 주 로터리(210)를 하강시켜 고랑을 표토 경운 할 수 있다. 이때 주 로터리(210)의 상부가 360도 회전 및 진동이 가능하다.The shape of the
도 4를 더 참조하여 설명하면, 주 로터리(210)의 회전 날의 축은 하부로 갈수록 작아져 역 원뿔형으로 형성되고, 삼단으로 형성된 축에 연결되어 삼단으로 형성된 회전 날은 축이 접이 됨에 따라 삼단 회전 날, 이단 회전 날 또는 일단 회전 날, 즉, 세가지 상이한 깊이를 갖는 형태로 고랑의 형상에 따라 형태를 변경하고 표토 경운하여 밭 잡초를 제거할 수 있다.4, the axis of the rotating blade of the
횡 로터리(220)는 한 쌍으로, 로터리 구동부재(350)에 연결되며 주 로터리(210)의 양측에 위치하여 회전됨으로써 표토 경운하여 밭 잡초를 제거한다. 횡 로터리(220) 각각은, 제2 동력 전달 축(352)에 의해 주 로터리(210)의 양측에서 횡 회전하여 회전에 의해 표토가 경운되고 표토에 위치한 밭 잡초는 제거된다.The
구체적으로, 횡 로터리(220)는 길이 및 각도가 가변 가능하여, 제어 신호에 따라 길이와 각도가 자동으로 가변된다. 예를 들면, 횡 로터리(220)는 세 쌍으로 제어 신호를 받기 전에는 베이스(100)의 폭 내로 길이가 조절되어 운행 중 밭작물의 손상을 방지할 수 있다. 베이스(100)의 폭보다 더 넓은 간격의 재식 밀도를 갖는 밭작물의 경우 제어 신호가 수신되면 제어 신호에 따라 횡 로터리(220)가 베이스(100)의 폭보다 긴 길이로 조절되어 밭 잡초를 제거할 수 있다. 횡 로터리(220)의 각도는 제2 동력 전달 축(352)이 연결되지 않은 말단 부위가 승하강 됨으로써 가변된다.Specifically, the
주 로터리(210)와 한 쌍의 횡 로터리(220)는 수평 방향으로 일부 중첩되게 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 주 로터리(210)의 후측 수평 방향으로 일부 중첩될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에서, 제1 동력전달 축(351)과 제2 동력전달 축(352)은 분리되거나 또는 일체화될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 동력전달 축(351)과 제2 동력전달 축(352)은 도 1에 도시된 바와 같이 평행하게 형성될 수 있으며, 상호 각도를 이룰 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first
주 로터리(210)와 한 쌍의 횡 로터리(220)의 상부를 커버부(200)가 커버한다.The upper part of the
커버부(200)는 주 로터리(210)와 횡 로터리(220)의 회전시 비산하는 흙먼지가 튀는 것을 막아준다. 일 실시예에서, 태양광 모듈을 포함할 수 있다.The
커버부(200)의 길이는 횡방향으로 연장 가능하며, 횡 로터리(220)의 길이 및 각도가 가변됨에 따라 커버부(200)의 길이도 가변된다. The length of the
예컨대, 밭작물 재식 밀도에 의한 간격이 30cm일 경우 주 로터리(210)만 작동되고 횡 로터리(220)는 작동되지 않을 것이며, 30cm 이상인 경우 주 로터리(210)와 횡 로터리(220)가 모두 작동할 것이며, 베이스(100)의 폭 이상이라면 횡 로터리(220)가 가변하여 길이가 증가할 것이며, 최대 120cm일 경우 횡 로터리(220)는 최대 길이로 가변되어 작동될 것이다.For example, if the distance by the field crop planting density is 30cm, only the
AI 모듈(50)에 의해 밭의 재식 특성이 확인됨에 따라 횡 로터리(220)가 가변하게 되는데 상세한 내용은 후술한다.As the planting characteristics of the field are confirmed by the
일 실시예에서, 밭의 재식 특성을 고려하여 주 로터리(210)의 직경은 30cm 이하이고, 횡 로터리(220)는 길이가 15cm인 세 로터리가 한 세트로 45cm 이하인 것이 바람직하다. In one embodiment, in consideration of the planting characteristics of the field, the diameter of the
도 2를 더 참조하여 본 발명에 따른 경운 로봇(1000)의 시스템을 설명한다.A system of the
본 발명에 따른 경운 로봇(1000)의 시스템은 AI 모듈(50)을 포함하여 자율주행이 가능하며, 이를 위한 제어부(10), 센서부(20), 통신부(30) 및 구동부(300)를 포함한다.The system of the
제어부(10)는 센서부(20), 통신부(30), 구동부(300) 및 AI 모듈(50)과 연결되어, 센서부(20)에서 센싱된 정보가 AI 모듈(50)의 입력층이 되며, AI 모듈(50)에서 미리 학습된 결과를 이용하여 출력층인 제어 신호가 연산되며, 이를 이용하여 구동부(300)를 제어한다. 또한, 제어부(10)는 통신부(30)에 무선으로 연결된 단말기(31)를 통해 입력된 정보를 이용하여 수동으로 구동부(300)를 제어할 수도 있다.The
센서부(20)에서 밭의 재식 특성이 센싱된다. 구체적으로, 센서부(20)는 카메라와 같은 이미지 센서(21)를 포함하며, 속도 센서(22), GPS 센서(23), 초음파 센서(24) 및 거리 측정 센서(25) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The planting characteristic of the field is sensed by the
센서부(20)는, 베이스(100)에 구비되는 제1 센서 모듈(102) 및 제1 센서 모듈(102) 보다 상부에 이격되어 위치하는 제2 센서 모듈(172)을 더 포함한다. 이는, 이미지 센서(21)가 보다 정확하고 넓은 화각의 이미지를 센싱하기 위함이다.The
제1 센서 모듈(102) 및 제2 센서 모듈(172)에 의해 밭의 재식 특성 외에도, 밭작물의 생육 정보, 잡초의 발생 정보, 전방 장애물까지의 거리가 더 수집될 수 있다.In addition to the planting characteristics of the field by the
다른 실시예에서, 주 로터리(210) 및 횡 로터리(220) 에 인접하게 위치하는 추가 센서가 있을 수 있다. 추가 센서는 카메라일 수 있으며, 밭작물과 가까운 곳에 위치하여 AI 모듈(50)의 연산 결과에 추가 감지 결과를 제공하여 정확도를 올려줄 수 있다.In other embodiments, there may be additional sensors positioned adjacent to the
AI 모듈(50)은 센서부(20)에 의해 센싱된 밭의 재식 특성을 입력층으로 하고, 로터리 구동부재(350) 및 로봇 구동부재(310)의 제어 신호를 출력층으로 한다.The
또한, AI 모듈(50)은 로터리 구동부재(350)를 제어하여 주 로터리(210) 및 한 쌍의 횡 로터리(220)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 횡 로터리(220)의 회전방향 및 속도, 횡 로터리(220)의 가변, 주 로터리(210)의 가압 강도, 회전 속도 등의 구동을 제어하여, 표토 경운하여 밭 잡초를 제거한다.In addition, the
또한, AI 모듈(50)은 로봇 구동부재(310)를 제어하여 제1 바퀴(130) 및 제2 바퀴(140)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 제1 바퀴(130) 및 제2 바퀴(140)의 직진, 후진, 방향회전 등의 구동을 제어하여, 밭 잡초 제거가 필요한 영역으로의 주행 및 회전하여 이동할 수 있다. In addition, the
구체적인 제어 방법은 도 3을 더 참조하여 설명한다.A detailed control method will be further described with reference to FIG. 3 .
AI 모듈(50)은 두 가지 기능을 한다. 첫째는, 밭 잡초를 제거하고자 하는 영역의 전체 경계를 결정하는 것이며, 둘째는, 경운 로봇(1000)의 주행 중 실시간으로 경로를 연산하여 이를 제어하는 것이다. The
본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해, 먼저, AI 모듈(50)은 센서부(20)로부터 밭 잡초를 제거하고자 하는 영역의 이미지 전체(즉, 영역 전체 이미지)를 확인하여 경계를 결정한다(S100). In order to perform the method according to the present invention, first, the
다양한 이미지와 여기에 미리 결정되어 있는 경계선이 학습 데이터로서 사용되었으며, AI 모듈은 인공지능을 이용하여 영역 전체 이미지를 수신하면 경계를 자동으로 결정할 수 있다. Various images and pre-determined boundaries were used as training data, and the AI module can automatically determine the boundaries when receiving an image of the entire area using artificial intelligence.
다음, AI 모듈(50)은 S100 단계에서 결정된 경계를 이용하여 작업 영역을 확정하고 경로를 결정한다(S200). Next, the
다음, AI 모듈(50)은 인공지능을 이용하여 영역 전체 이미지를 수신하면 해당 이미지에서 밭작물을 식별하고, 밭작물 재식 밀도, 밭작물의 종류 등 재식 특성을 자동으로 확인하고, 확인된 재식 특성을 이용하여 영역 전체의 경로를 결정한다(S300).Next, when the
이를 위해, AI 모듈(50)은 미리 결정되어 있는 종류별 밭작물의 위치를 포함하는 다양한 이미지를 학습데이터로 사용하여 학습한다. AI 모듈(50)은 수신된 이미지를 이용해 확인된 재식 특성을 이용하여 영역 전체의 경로를 결정한다. 이 때, 다수의 경운 로봇(1000)을 동시에 이용하여 넓은 면적의 영역에 대해 멀티 운행도 가능하다. 이 경우, 멀티 운행을 위한 별도의 조종 단말기를 사용할 수 있다.To this end, the
이제, 경운 로봇(1000)이 작동하기 시작한다(S400). Now, the
경운 로봇(1000)이 주행함에 따라, 센서부(20)는 실시간으로 이미지를 확인하고, AI 모듈(50)은 확인된 이미지에서 밭의 재식 특성을 확인한다(S500). As the
확인된 밭의 재식 특성은 AI 모듈(50)에서 입력층으로 이용되며, 이를 통해 로터리 구동부재(350) 및 로봇 구동부재(310)를 제어하는 출력층이 연산된다(S600). The confirmed planting characteristics of the field are used as an input layer in the
이를 위해, AI 모듈(50)은 다양한 재식 특성과 이에 최적화된 로터리 구동 방식 및 로봇 구동 방식을 미리 학습한다. 예컨대, AI 모듈(50)이 재식 특성으로서, 밭작물 재식 밀도에 의한 간격이 60cm임을 확인한 경우, 로터리 구동부재(350)가 주 로터리(210)와 한쌍의 횡 로터리(220) 모두를 구동시키되, 횡 로터리(220)의 길이를 단축시키도록 가변 제어하고 로봇 구동부재(310)가 밭작물이 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 로봇 구동부재(310)를 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. 간격이 120cm임을 확인한 경우, 로터리 구동부재(350)가 주 로터리(210)와 한쌍의 횡 로터리(220) 모두를 구동시키되, 횡 로터리(220)의 길이를 최대로 연장시키도록 가변 제어하고 로봇 구동부재(310)가 밭작물이 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 로봇 구동부재(310)를 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다.To this end, the
한편, AI 모듈(50)에는 잡초의 발생 정보가 더 이용될 수 있다. 예컨대, AI 모듈(50)이 센서부(20)가 확인한 실시간 이미지를 통해 잡초의 발생 정보로서 피복도 10%까지 생장한 것이 확인되었다면, 로터리 구동부재(350)가 주 로터리(210)를 구동함과 동시에 한 쌍의 횡 로터리(220) 모두를 최대 출력으로 구동시키도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. On the other hand, the
또 다른 실시예에서, AI 모듈(50)에는 전방 장애물까지의 거리를 더 이용될 수 있다. 예컨대, AI 모듈(50)이 센서부(20)가 확인한 실시간 이미지를 통해 전방 장애물까지의 거리로서 50cm에 장애물이 있음을 확인하였고 실시간으로 거리가 줄어드는 것을 확인한 경우, 로봇 구동부재(310)가 회전하는 동작을 수행하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. 이 때에 회전 방향은 S300 단계에서 설정된 경로를 참조하게 된다.In another embodiment, the
다음, AI 모듈(50)이 실시간으로 확인한 이미지를 통해 주행한 제공한 경로라고 판단할 경우, 주행 완료로 판단하여 제어부(10)에 종료 신호를 출력층으로 연산한다.Next, when it is determined that the
본 발명에 따른 방법을 실제 밭에 적용하면, 다음과 같이 운용될 수 있다.When the method according to the present invention is applied to an actual field, it can be operated as follows.
밭작물의 입모 시 잡초 발생 전 또는 발생 초기에 최초 운행을 시작한다. 이 때, 밭작물의 이식 재배 시에는 정식 초기에도 적용이 가능하다.When field crops are raised, the first operation starts before or at the beginning of weeds. In this case, it can be applied even in the early stage of planting when transplanting field crops.
해당 필지의 상태에 따라 5~7일 간격으로 경운 로봇(1000)의 운행을 반복한다. 이 때, 작물이 충분한 군락을 이룰 때까지 운행이 반복되며, 즉 5~7회 운행될 것이다. 멀티 운행이 이루어질 수도 있다.The operation of the
물론, 작업자는 밭의 상황이나 잡초의 발생에 따라 경운 로봇(1000)의 운행 횟수를 자유롭게 조절할 수 있다.Of course, the operator can freely adjust the number of operations of the
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, the present specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention, but these are merely exemplary, and those skilled in the art may make various modifications and equivalent other modifications from the embodiments of the present invention. It will be appreciated that embodiments are possible. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by the claims.
10: 제어부
20: 센서부
21: 이미지 센서
22: 속도 센서
23: GPS 센서
24: 초음파 센서
25: 거리 측정 센서
30: 통신부
31: 단말기
50: AI 모듈
100: 베이스
110: 본체
130: 제1 바퀴
140: 제2 바퀴
170: 태양광 모듈
200: 커버부
210: 주 로터리
220: 횡 로터리
300: 구동부재
310: 로봇 구동부재
350: 로터리 구동부재
351: 제1 동력전달 축
352: 제2 동력전달 축10: control
20: sensor unit
21: image sensor
22: speed sensor
23: GPS sensor
24: ultrasonic sensor
25: distance measuring sensor
30: communication department
31: terminal
50: AI module
100: base
110: body
130: first wheel
140: second wheel
170: solar module
200: cover part
210: main rotary
220: transverse rotary
300: driving member
310: robot driving member
350: rotary driving member
351: first power transmission shaft
352: second power transmission shaft
Claims (7)
상기 베이스(100)에 위치하는 제1 바퀴(130)와 제2 바퀴(140);
상기 베이스(100)에 구비된 상기 로터리 구동부재(350)에 연결되고 상기 베이스(100)의 후방에 위치하며 표토 경운 가능한 주 로터리(210); 및
상기 로터리 구동부재(350)에 연결되는 횡 로터리(220)를 포함하고,
상기 주 로터리(210)는,
상기 로터리 구동부재(350)와 연결된 수직인 제1 동력전달 축(351)에 의해 승강 및 수평 방향으로 회전 가능하며,
상기 주 로터리(210)는 회전 날이 역 원뿔형으로 형성되고,
상기 횡 로터리(220)는,
한 쌍으로 상기 주 로터리(210)의 양측에 위치하되, 상기 주 로터리(210)와 수평 방향으로 그 일부가 중첩되고,
상기 횡 로터리(220) 각각은 길이가 가변 제어되며, 수평인 제2 동력 전달 축(352)에 의해 횡 회전 가능하고,
상기 AI 모듈(50)은, 상기 제어신호를 통해 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하여 상기 주 로터리(210) 및 상기 횡 로터리(220)의 구동을 제어하고, 그리고 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 제1 바퀴(130) 및 상기 제2 바퀴(140)의 구동을 제어하고,
입력층인 상기 밭의 재식 특성은 밭작물 재식 밀도, 고랑 및 밭작물의 종류를 포함하고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 밭작물 재식 밀도 및 고랑을 인식하여, 상기 주 로터리(210)의 승강, 가압 강도, 및 회전 속도를 제어하고 상기 횡 로터리(220)의 길이 가변, 회전 방향 및 속도를 제어하고,
상기 밭작물의 종류에 따라 상기 횡 로터리(220)의 길이 가변을 더 제어하고,
상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하여 상기 주 로터리(210) 및 상기 횡 로터리(220)의 출력을 제어하는,
밭 잡초관리 경운 로봇.
Al module 50 using the planting characteristics and weed generation information sensed by the sensor unit 20 as an input layer, and the control signals of the rotary driving member 350 and the robot driving member 310 as an output layer a base 100 having a mounted body 110;
a first wheel 130 and a second wheel 140 positioned on the base 100;
a main rotary 210 connected to the rotary driving member 350 provided in the base 100 and located at the rear of the base 100 and capable of topsoil cultivation; and
and a transverse rotary 220 connected to the rotary driving member 350,
The main rotary 210,
The rotary drive member 350 and the vertical first power transmission shaft 351 connected to the lifting and rotatable in the horizontal direction,
The main rotary 210 has a rotating blade formed in an inverted conical shape,
The horizontal rotary 220,
It is located on both sides of the main rotary 210 as a pair, but partially overlaps with the main rotary 210 in the horizontal direction,
Each of the transverse rotary 220 is variably controlled in length, and is transversely rotatable by a horizontal second power transmission shaft 352,
The AI module 50 controls the driving of the main rotary 210 and the lateral rotary 220 by controlling the rotary driving member 350 through the control signal, and the robot driving member 310 to control the driving of the first wheel 130 and the second wheel 140,
The planting characteristics of the field as the input layer include the planting density of field crops, furrows and types of field crops,
The AI module 50,
Recognizing the field crop planting density and furrows, controlling the lifting, pressing strength, and rotational speed of the main rotary 210 and controlling the length variation, rotation direction and speed of the transverse rotary 220,
Further control of the variable length of the horizontal rotary 220 according to the type of the field crop,
Controlling the output of the main rotary 210 and the horizontal rotary 220 by controlling the rotary driving member 350 according to the generation information of the weeds,
Field weed management tillage robot.
상기 AI 모듈(50)은 전방 장애물까지의 거리를 더 입력층으로 하고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어하는,
밭 잡초관리 경운 로봇.
The method of claim 1,
The AI module 50 further uses the distance to the front obstacle as an input layer,
The AI module 50,
Controlling the driving and rotation of the robot by controlling the robot driving member 310 according to the distance to the obstacle,
Field weed management tillage robot.
상기 주 로터리(210)는,
상부가 360도 회전이 가능하고,
상기 횡 로터리(220) 각각은,
각도가 변경 가능한,
밭 잡초관리 경운 로봇.
3. The method of claim 2,
The main rotary 210,
The upper part can be rotated 360 degrees,
Each of the horizontal rotary 220,
angle is changeable,
Field weed management tillage robot.
상기 주 로터리(210)와 한 쌍의 상기 횡 로터리(220)의 상부를 커버하는 커버부(200)를 더 포함하고,
상기 주 로터리(210) 및 상기 횡 로터리(220)의 전체 길이에 따라 상기 커버부(200)의 길이가 가변되는,
밭 잡초관리 경운 로봇.
4. The method of claim 3,
Further comprising a cover part 200 covering the upper part of the main rotary 210 and the pair of lateral rotary 220,
The length of the cover part 200 is variable according to the total length of the main rotary 210 and the horizontal rotary 220,
Field weed management tillage robot.
상기 베이스(100)의 상면과 이격 형성되는 태양광 모듈(170);을 더 포함하는,
밭 잡초관리 경운 로봇.
The method of claim 1,
Further comprising; a photovoltaic module 170 spaced apart from the upper surface of the base 100;
Field weed management tillage robot.
상기 센서부(20)는,
상기 베이스(100)에 구비되는 제1 센서 모듈(102); 및
상기 제1 센서 모듈(102)보다 상부에 이격되어 위치하는 제2 센서 모듈(172)을 포함하고,
상기 제1 센서 모듈(102) 및 상기 제2 센서 모듈(172)에 의해 상기 밭의 재식 특성, 상기 잡초의 발생 정보, 및 상기 전방 장애물까지의 거리가 수집되고,
상기 제1 센서 모듈(102) 및 제2 센서 모듈(172) 중 어느 하나 이상은 카메라인,
밭 잡초관리 경운 로봇.
3. The method of claim 2,
The sensor unit 20,
a first sensor module 102 provided on the base 100; and
Including a second sensor module 172 located spaced apart from the upper than the first sensor module 102,
The planting characteristics of the field, the generation information of the weeds, and the distance to the front obstacle are collected by the first sensor module 102 and the second sensor module 172,
Any one or more of the first sensor module 102 and the second sensor module 172 is a camera,
Field weed management tillage robot.
(a) 상기 AI 모듈(50)이 상기 센서부(20)에서 감지된 상기 밭의 재식 특성, 상기 밭작물의 종류, 상기 잡초의 발생 정보, 및 전방 장애물까지의 거리를 수집하는 단계; 및
(b) 상기 AI 모듈(50)이 미리 학습된 결과를 이용하여, 상기 밭작물 재식 밀도에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 전방 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 경운 로봇(1000)의 주행 및 회전을 제어하는 단계;를 포함하는,
방법.A method using the tillage robot 1000 according to any one of claims 2 to 6, comprising:
(a) collecting, by the AI module 50, the planting characteristics of the field detected by the sensor unit 20, the type of field crop, the generation information of the weeds, and the distance to the front obstacle; and
(b) the AI module 50 uses the pre-learned result to control the rotary drive member 350 according to the planting density of the field crops, and the rotary drive member 350 according to the generation information of the weeds and controlling the driving and rotation of the tillage robot 1000 by controlling the robot driving member 310 according to the distance to the front obstacle.
Way.
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