KR102340921B1

KR102340921B1 - 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비

Info

Publication number: KR102340921B1
Application number: KR1020190166559A
Authority: KR
Inventors: 이창우
Original assignee: 주식회사 로보게이트
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-12-20
Also published as: KR102340921B9; KR20210075465A

Abstract

본 발명은 로봇암유닛을 통해 스펀지재질의 모종매트를 커팅하여 모종재배포트를 트레이로 이송시키는 전과정을 자동화할 수 있는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비에 관한 것이다.

Description

수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비{Smart Farm Automation Equipment of hydroponics Plant}

본 발명은 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비에 관한 것으로서, 스펀지재질의 모종매트(800)에 모종(80)이 심어지는 모종재배포트(810)가 다수개로 구획되고, 상기 모종재배포트(810)를 커팅하고 이동시켜 트레이(700)에 안착시키는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1)에 있어서, 테이블부(100);와, 상기 테이블부(100)의 상부에 수직방향으로 대칭형성되되, 상기 트레이(700)가 거치되는 지지돌기(210)가 형성되는 한 쌍의 컨베이어부(200);와, 상기 컨베이어부(200)와 연결되어 상기 컨베이어부(200)를 구동시키는 구동부(300);와, 상기 컨베이어부(200)의 하부측에 형성되어 상기 컨베이어부(200)로부터 낙하되는 상기 트레이(700)를 전방으로 이동시키는 트레이이동레일부(400);와, 상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)가 안착되는 모종베드부(500);와, 상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)에 형성된 상기 모종재배포트(810)를 하나씩 커팅하고 거치한 후 상기 트레이이동레일부(400) 상에 위치된 상기 트레이(700)에 안착시키는 로봇암유닛(600);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비에 관한 것이다.

일반적으로, 수경재배(hydroponics)는 흙을 사용하지 않고 물과 수용성 영양분으로 만든 배양액 속에서 식물을 키우는 방법을 말하는 것으로서, 열매채소, 넝쿨식물, 기타 일반 식물 등이 수경재배로 재배할 수 있으며, 이러한 수경재배를 적용하여 장소에 영향을 받지 않고 식물을 용이하게 재배할 수 있는 수경재배장치 개발이 활발하게 진행되고 있다.

한편, 최근에는 농업기술발전과 웰빙(well-being)문화의 확산에 따라 실내에서 농산물이나 각종 식물을 재배하는 스마트팜 재배 시스템이 개발되고 있다.

이러한 스마트팜 재배 기술 중 하기 특허문헌 1의 “스마트팜 인삼 재배 시스템(대한민국 공개특허공보 제10-2018-0054239호)”는 내부에 수경재배를 위한 양액이 공급 및 순환되도록 내부공간을 갖는 트레이; 적어도 하나 이상의 트레이를 지지하는 구조를 제공하는 프레임; 상기 트레이의 상면에 설치되고 인삼이 심어지는 다수개의 구멍이 형성된 다공판; 상기 프레임 하부에 고정되어 양액을 저장하는 양액저장탱크; 상기 양액저장탱크의 양액을 상부의 트레이로 이송시키는 펌프; 상기 다공판 상부에 설치되어 인삼에 광원을 공급하기 위한 램프가 설치된 광원공급패널; 상기 광원공급패널의 높이를 조절하는 높이조절장치;를 포함하고, 상기 높이조절장치는 상기 광원공급패널을 지지하도록 그 양단에 일단이 고정된 와이어와, 상기 와이어가 경유하는 다수개의 도르래와, 상기 도르래를 경유한 와이어가 묶여 고정되는 보빈축을 포함하고, 상기 높이조절장치는 상기 보빈축의 외주면에 고정되고 한쪽방향으로 기울어진 톱니들이 원주를 따라 형성된 원형톱니와, 상기 원형톱니가 걸리는 걸림편으로 구성되는 것이 특징으로서, 이로 인하여, 다량 생산이 가능하고, 광원조절을 위하여 램프의 조도를 바꿀 필요가 없어져 램프의 수명이 짧아지는 것을 방지한다는 장점이 있었다.

그러나, 상기 특허문헌 1의 “스마트팜 인삼 재배 시스템”는 우레탄스펀지로 이루어진 베드상판을 작업자가 수작업으로 커팅한 후 가운데를 찢어 모종의 줄기를 심기 때문에 반복적인 작업을 통한 피로도 증가 및 수작업시 안전사고가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0054239호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇암유닛을 통해 스펀지재질의 모종매트를 커팅하여 모종재배포트를 트레이로 이송시키는 전과정을 자동화할 수 있는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비를 제공하는 것이다.

또한, 생육확인카메라모듈을 이용한 비전검사를 통해 모종의 생육상태를 실시간으로 확인함으로써, 살아있는 모종만을 트레이로 이송하여 고품질의 모종을 재배할 수 있는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비는, 스펀지재질의 모종매트(800)에 모종(80)이 심어지는 모종재배포트(810)가 다수개로 구획되고, 상기 모종재배포트(810)를 커팅하고 이동시켜 트레이(700)에 안착시키는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1)에 있어서, 테이블부(100);와, 상기 테이블부(100)의 상부에 수직방향으로 대칭형성되되, 상기 트레이(700)가 거치되는 지지돌기(210)가 형성되는 한 쌍의 컨베이어부(200);와, 상기 컨베이어부(200)와 연결되어 상기 컨베이어부(200)를 구동시키는 구동부(300);와, 상기 컨베이어부(200)의 하부측에 형성되어 상기 컨베이어부(200)로부터 낙하되는 상기 트레이(700)를 전방으로 이동시키는 트레이이동레일부(400);와, 상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)가 안착되는 모종베드부(500);와, 상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)에 형성된 상기 모종재배포트(810)를 하나씩 커팅하고 거치한 후 상기 트레이이동레일부(400) 상에 위치된 상기 트레이(700)에 안착시키는 로봇암유닛(600);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모종매트(800)에 형성된 상기 모종재배포트(810)는 각각 마주하는 면의 일부가 커팅된 상태로 구획되고, 사각형상으로 이루어지며, 상기 로봇암유닛(600)은 하나의 상기 모종재배포트(810)의 커팅이 완료된 상태에서 상기 모종재배포트(810)의 직각의 두 면(面)은 지지하고 대각선방향 다른 직각의 두 면(面)은 가압하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로봇암유닛(600)은, 상기 테이블부(100)에 형성되는 이동안내레일부(610)와, 상기 이동안내레일부(610)에 형성되어 이동하는 본체로봇(620)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체로봇(620)은, 상기 이동안내레일부(610)에 연결되는 몸체부재(621)와, 상기 몸체부재(621)에 회전가능하게 연결되는 회전넥부재(622)와, 상기 회전넥부재(622)에 힌지연결되는 아암부재(623)와, 상기 아암부재(623)에 힌지연결되는 그리퍼부재(624)로 구성되고, 상기 그리퍼부재(624)는, 상기 모종재배포트(810)의 직각의 두 면(面)을 커팅하고 지지하는 고정프레임(625)과, 상기 모종재배포트(810)의 대각선방향 다른 직각의 두 면(面)을 커팅하고 수평방향으로 이동하여 가압하는 가압이동레버(626)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그리퍼부재(624)에는 상기 모종베드부(500)에 안착된 상기 모종매트(800)에 생육하는 상기 모종(80)의 상태를 확인하도록 생육확인카메라모듈(627)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 로봇암유닛을 통해 스펀지재질의 모종매트를 커팅하고 모종재배포트를 트레이로 이송시키는 전과정을 자동화할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 생육확인카메라모듈을 이용한 비전검사를 통해 모종의 생육상태를 실시간으로 확인함으로써, 살아있는 모종만을 트레이로 이송하여 고품질의 모종을 재배할 수 있다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 전체 모습을 보인 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 측면의 모습을 보인 측면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 평면의 모습을 보인 평면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 구성 중 모종베드부 및 모종매트의 모습을 보인 구성도
도 6은 모종매트의 실제 제품의 모습을 보인 사진
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 구성 중 본체로봇의 전체 모습을 보인 사시도
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 구성 중 그리퍼부재의 전체 모습을 보인 사시도
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비의 구성 중 그리퍼부재의 작동 모습을 보인 실시예도

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1)를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1)는 크게, 테이블부(100), 컨베이어부(200), 구동부(300), 트레이이동레일부(400), 모종베드부(500), 로봇암유닛(600), 트레이(700) 및 모종매트(800)로 이루어진다.

설명에 앞서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1)가 작동되도록 외부의 전원인가장치, 센서, 모터, 벨트 및 연동되는 구성요소 등을 포함하여 구비된 것으로서, 상기 구동요소들을 구성하고 작동되는 원리는 본 발명이 속하는 분야에서 널리 알려진 수준의 기술수준에 해당하므로, 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 테이블부(100)에 대하여 설명한다. 상기 테이블부(100)는 도 1 또는 도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 구성요소가 설치되는 일종의 직사각 형상의 기초프레임으로서, 상기 테이블부(100)의 하부에는 이동이 가능하도록 이동바퀴(미도시)가 설치되는 것이 가능하다.

다음으로, 컨베이어부(200)에 대하여 설명한다. 상기 컨베이어부(200)는 도 2 또는 도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 테이블부(100)의 상부에 수직방향으로 대칭형성되어 상부로부터 투입되는 트레이(700)를 하측방향으로 이동시키는 일종의 컨베이어로서, 상기 컨베이어부(200)에는 상기 컨베이어부(200)의 사이 공간에 상기 트레이(700)가 거치될 수 있도록 지지돌기(210)가 형성된다.

다음으로, 구동부(300)에 대하여 설명한다. 상기 구동부(300)는 도 2 또는 도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 컨베이어부(200)를 구동력을 제공하여 움직이게 하는 구성요소로서, 전기를 통해 구동력을 발생시키는 모터부재(310)와 상기 컨베이어부(200)의 회전축(미도시)과 연결되는 기어부재(320) 및 상기 모터부재(310)의 기어(미도시)와 상기 기어부재(320)를 연결시키는 벨트부재(330)로 이루어진다.

다음으로, 트레이이동레일부(400)에 대하여 설명한다. 상기 트레이이동레일부(400)는 도 3 또는 도 4에 나타낸 것과 같이, 상기 컨베이어부(200)의 하부측에 형성되어 상기 컨베이어부(200)로부터 낙하되는 상기 트레이(700)를 전방으로 이동시키는 구성요소로서, 상기 트레이이동레일부(400)의 선단에는 상기 트레이(700)가 설정된 위치에 정확하게 있는지 여부를 확인하기 위하여 제어부(미도시)와 연결되는 감지센서(410)가 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 모종베드부(500)에 대하여 설명한다. 상기 모종베드부(500)는 도 1 또는 도 5에 나타낸 것과 같이, 상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 모종매트(800)가 안착되는 구성요소로서, 경계돌기(510) 및 보관홈(520)이 포함된다.

상기 보관홈(520)는 상기 모종매트(800)에 구획된 모종재배포트(810)가 안착되는 홈이고, 상기 경계돌기(510)는 상기 보관홈(520) 주변의 사각 테두리에 상부방향으로 돌출형성되고, 이때, 경계돌기(510)는 상기 모종매트(800)에 구획된 모종재배포트(810)의 테두리를 감싸는 형태를 이룬다.

이로 인해, 상기 모종베드부(500)에 상기 모종매트(800)가 안착된 상태에서 후술할 로봇암유닛(600)에 의해 상기 모종매트(800)에 구획된 모종재배포트(810)가 커팅되고 이송되는 과정에서 상기 모종매트(800)가 움직이거나 흔들리는 것을 어느 정도 잡아주어 상기 모종매트(800)가 처음 정위치 있는 것을 가능하게 해 준다.

다음으로, 트레이(700)에 대하여 설명한다. 상기 트레이(700)는 도 1 또는 도 2에 나타낸 것과 같이, 모종(80)이 담아지는 일종의 받침대로서, 상기 모종재배포트(810)가 안착되는 안착부(710)가 형성된다.

다음으로, 모종매트(800)에 대하여 설명한다. 상기 모종매트(800)는 도 5 또는 도 6에 나타낸 것과 같이, 수경재배에 적합한 여러개의 모종(80)이 심어지는 구성요소로서, 스펀지재질로 이루어지며, 여러개의 상기 모종(80)이 심어지도록 모종재배포트(810)가 다수개로 구획된다. 이때, 상기 모종재배포트(810)는 사각형상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 각각의 상기 모종재배포트(810)의 경계면은 각각 마주하는 면의 일부는 연결(800a)되고, 일부는 커팅된 상태로 구획(800b)되는 것이 바람직하다.

다음으로, 로봇암유닛(600)에 대하여 설명한다. 상기 로봇암유닛(600)은 도 7, 도 8 또는 도 9에 나타낸 것과 같이, 상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)에 형성된 상기 모종재배포트(810)를 하나씩 커팅하고 거치한 후 상기 트레이이동레일부(400) 상에 위치된 상기 트레이(700)에 안착시키는 구성요소로서, 상기 테이블부(100)에 형성되는 이동안내레일부(610)와, 상기 이동안내레일부(610)에 형성되어 상기 이동안내레일부(610)를 따라 수평방향으로 이동하는 본체로봇(620)으로 구성된다.

한편, 상기 본체로봇(620)은 상기 이동안내레일부(610)에 연결되는 몸체부재(621)와 상기 몸체부재(621)에 회전가능하게 연결되는 회전넥부재(622)와 상기 회전넥부재(622)에 힌지연결되는 아암부재(623)와 상기 아암부재(623)에 힌지연결되는 그리퍼부재(624)로 형성된다.

여기서, 상기 그리퍼부재(624)는 상기 모종재배포트(810)의 직각의 두 면(面)(예컨대, 도 5의 813, 814)을 커팅하고 지지하는 고정프레임(625)과, 상기 모종재배포트(810)의 대각선방향 다른 직각의 두 면(面)(예컨대, 도 5의 811, 812)을 커팅하고 수평방향으로 이동하여 가압하는 가압이동레버(626)가 형성되어 스펀지재질의 모종재배포트(810)의 직각의 두 면(面)을 잡아준 상태에서 커팅하고 집어 올린 후 상기 트레이(700)로 원활하게 이동시키는 것을 가능하게 한다.

상기 고정프레임(625)는 두 개의 얇은 판으로 이루어지는 씬플레이트(625a, 625b)가 형성되고, 상기 씬플레이트(625a, 625b)은 내측각이 90°도 형성되는 것이 바람직하다.

상기 가압이동레버(626)는 상기 모종재배포트(810)를 커팅하고 가압하는 픽커부재(626c, 626d)가 형성되고, 상기 픽커부재(626c, 626d)와 연결되어 수평방향으로 이동시키는 것을 가이드 하는 이동블럭(626a, 626b)가 형성되며, 공압을 통해 상기 이동블럭(626a, 626b)을 구동시키는 실린더타입의 에어블럭(626e)이 형성된다.

한편, 상기 그리퍼부재(624)에는 상기 모종베드부(500)에 안착된 상기 모종매트(800)에 생육하는 상기 모종(80)의 상태를 확인하도록 생육확인카메라모듈(627)가 형성된다.

상기 생육확인카메라모듈(627)은 별도의 컴퓨터에 연결되어 모종재배포트(810)에 식생하는 상기 모종(80)이 죽었는지 살아있는지를 여부를 확인 가능하게 한다.

한편, 모종(80)이 죽었는지 살아있는지의 감식은 살아있는 모종과 죽은 모종의 여러 개 사진의 데이터를 통해 CNN 알고리즘을 활용하여 객체의 특징들을 분석한 후 네트워크를 컴퓨터에 연결하여 상기 생육확인카메라모듈(627)로부터 확인 한 상기 모종(80)의 촬영값을 네트워크에 전달하여 상기 모종(80)이 죽었는지 살아있는지를 여부를 판별한다.

도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비
100: 테이블부
200: 컨베이어부 210: 지지돌기
300: 구동부 310: 모터부재
320: 기어부재 330: 벨트부재
400: 트레이이동레일부 410: 감지센서
500: 모종베드부 510: 경계돌기
520: 보관홈
600: 로봇암유닛 610: 이동안내레일부
620: 본체로봇 621: 몸체부재
622: 회전넥부재 623: 아암부재
624: 그리퍼부재 625: 고정프레임
625a, 625b : 씬플레이트 626: 가압이동레버
626a. 626b : 이동블럭 626c, 626d: 픽커부재
626e: 에어블럭
627: 생육확인카메라모듈
700: 트레이 710: 안착부
800: 모종매트 810: 모종재배포트
80: 모종

Claims

스펀지재질의 모종매트(800)에 모종(80)이 심어지는 모종재배포트(810)가 다수개로 구획되고, 상기 모종재배포트(810)를 커팅하고 이동시켜 트레이(700)에 안착시키는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1)에 있어서,
테이블부(100);
상기 테이블부(100)의 상부에 수직방향으로 대칭형성되되, 상기 트레이(700)가 거치되는 지지돌기(210)가 형성되는 한 쌍의 컨베이어부(200);
상기 컨베이어부(200)와 연결되어 상기 컨베이어부(200)를 구동시키는 구동부(300);
상기 컨베이어부(200)의 하부측에 형성되어 상기 컨베이어부(200)로부터 낙하되는 상기 트레이(700)를 전방으로 이동시키는 트레이이동레일부(400);
상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)가 안착되는 모종베드부(500);
상기 테이블부(100)의 상부에 형성되어 상기 모종매트(800)에 형성된 상기 모종재배포트(810)를 하나씩 커팅하고 거치한 후 상기 트레이이동레일부(400) 상에 위치된 상기 트레이(700)에 안착시키는 로봇암유닛(600);으로 구성되고,
상기 모종매트(800)에 형성된 상기 모종재배포트(810)는 각각 마주하는 면의 일부가 커팅된 상태로 구획되고, 사각형상으로 이루어지며,
상기 로봇암유닛(600)은 하나의 상기 모종재배포트(810)의 커팅이 완료된 상태에서 상기 모종재배포트(810)의 직각의 두 면(面)은 지지하고 대각선방향 다른 직각의 두 면(面)은 가압하고,
상기 로봇암유닛(600)은,
상기 테이블부(100)에 형성되는 이동안내레일부(610)와, 상기 이동안내레일부(610)에 형성되어 이동하는 본체로봇(620)으로 구성되며,
상기 본체로봇(620)은,
상기 이동안내레일부(610)에 연결되는 몸체부재(621)와,
상기 몸체부재(621)에 회전가능하게 연결되는 회전넥부재(622)와,
상기 회전넥부재(622)에 힌지연결되는 아암부재(623)와,
상기 아암부재(623)에 힌지연결되는 그리퍼부재(624)로 구성되고,
상기 그리퍼부재(624)는,
상기 모종재배포트(810)의 직각의 두 면(面)을 커팅하고 지지하는 고정프레임(625)과, 상기 모종재배포트(810)의 대각선방향 다른 직각의 두 면(面)을 커팅하고 수평방향으로 이동하여 가압하는 가압이동레버(626)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1).
삭제
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제1항에 있어서,
상기 그리퍼부재(624)에는 상기 모종베드부(500)에 안착된 상기 모종매트(800)에 생육하는 상기 모종(80)의 상태를 확인하도록 생육확인카메라모듈(627)가 형성되는 것을 특징으로 하는 수경재배 식물의 스마트팜 자동화 장비(1).