KR102389379B1 - 제초 로봇의 자율 주행 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 농작업 보조용 친환경 제초 로봇의 자율 주행 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 중앙에 위치하는 주행기체부; 상기 주행기체부의 좌우 양측부에 배치되는 한쌍 구성이고, 주행기체부의 이동성을 담당하기 위한 주행부; 상기 주행기체부의 중앙부에 위치시켜 착탈 가능하게 구비되고, 앞쪽에 주간 제초용 구동형 제초날과 뒤쪽에 조간 제초용 쟁기형 제초날을 구비하여 작업지의 주간과 조간 측 제초작업을 동시에 수행하기 위한 주간조간제초유닛부; 및 상기 주행부를 제어하여 주행을 가능하게 하되, 센서의 입력정보에 따라 주행기체부의 주행을 자동 제어 및 작업지의 경로 추종을 통한 자율 주행을 가능하게 하는 주행 제어부;를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 농작업 보조용 친환경 제초 로봇의 자율 주행 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무한궤도형 주행구조를 적용하되 무한궤도를 구축하는 주행프레임 내에 주행 동력원인 모터와 감속기를 장착하는 비돌출형 타입의 개선 구조를 제안하고, 제초 로봇의 전체적인 크기 및 부피를 최소화하여 협소한 고랑 이동의 용이성을 확보할 수 있도록 하며, 주행중 두둑 걸림 및 작물과의 간섭 방지는 물론 작물의 훼손을 방지할 수 있도록 한 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템에 관한 것이다.
밭 농사에서 잡초는 병충해와 함께 수량을 감소시키는 중요한 요인 중 하나이다. 잡초가 일정량 이상으로 자라게 되면 밭에 심어진 농작물의 영양분을 빼앗는 등 경합에 의해 생장과 수량에 문제가 생기기 때문에 잡초 제거가 필수적으로 요구된다.
특히, 밭 잡초는 수백 여종에 이르고, 특히 농경지의 잡초는 대부분 햇빛에 영향을 받아 광발아 또는 암발아가 발생하게 되므로 잡초 발생 전 또는 잡초 발생 초기에 토양을 표토만 부분 경운하여 잡초 발생을 억제 또는 제거하는 것이 바람직하다.
이와 같은 잡초의 제거방법으로는 종래에 있어 잡초를 직접 자르는 방법, 잡초에 화학적 약품을 살포하는 방법, 뿌리를 제거하는 방법 등이 있다. 하지만, 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. 이에 따라, 잡초를 직접 자르거나 뿌리를 뽑는 방법 등이 선호되는데, 이는 많은 인력을 필요로 한다.
그러나, 현재의 농가는 고령화 현상에 따라 젊은 인력은 물론 고령화 인력 또한 적어 이러한 문제를 해결하는데 어려움이 존재한다. 또한, 잡초를 직접 자르거나 뿌리를 뽑기 위해 낫과 같은 날카로운 도구를 이용하기 때문에 안전사고도 빈번히 발생하고 있으며, 잡초 제거가 필요한 면적이 많아질 경우 작업 시간이 증가할 수밖에 없는데, 고령화된 농가에 부담이 된다.
이를 해결하기 위해, 다양한 농업용 로봇이 개발되고 있으며, 현장에 적용되어 잡초 제거에 사용되고 있다. 이와 같은 농업용 제초 로봇에 있어서는 국내등록특허 제10-1156477호(제초용 로봇), 국내등록특허 제10-1573027호(지능형 무인 제초 로봇), 및 국내등록특허 제10-2089299호(잡초 제거 로봇) 등이 개시되어 있다.
한편, 종래 제초 로봇에 있어, 이동성을 위해 모터와 감속기를 이용한 무한궤도형 주행부를 필수적으로 구비하는데, 대부분이 주행프레임의 외측에 모터와 감속기를 장착하는 설치구조를 갖는 것으로서, 밭의 두둑에 걸림이 형성되는 문제점 및 잡초 제거작업을 방해하는 문제점이 있었고, 또한 밭에 심겨진 작물에 간섭이 형성되어 작물에 피해를 주게 되는 문제점이 발생되고 있어, 주행중 두둑 걸림 및 작물과의 간섭 방지는 물론 작물의 훼손을 방지할 수 있는 한 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 문제점들을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 무한궤도형 주행구조를 적용하되 무한궤도를 구축하는 주행프레임 내에 주행 동력원인 모터 등의 동력부에 대해 비돌출형 타입의 개선 구조를 갖도록 제안함으로써 제초 로봇의 전체적인 크기 및 부피를 최소화하여 협소한 고랑 이동의 용이성을 확보할 수 있도록 하면서 주행중 두둑 및 작물과의 간섭 방지는 물론 작물의 훼손 등 피해를 방지할 수 있도록 한 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일양태에 따르면 중앙에 위치하는 주행기체부; 상기 주행기체부의 좌우 양측부에 배치되는 한쌍 구성이고, 주행기체부의 이동성을 담당하기 위한 주행부; 상기 주행기체부의 중앙부에 위치시켜 착탈 가능하게 구비되고, 앞쪽에 주간 제초용 구동형 제초날과 뒤쪽에 조간 제초용 쟁기형 제초날을 구비하여 작업지의 주간과 조간 측 제초작업을 동시에 수행하기 위한 주간조간제초유닛부; 및 주행부를 제어하여 주행을 가능하게 하되, 센서의 입력정보에 따라 주행기체부의 주행을 자동 제어 및 작업지의 경로 추종을 통한 자율 주행을 가능하게 하는 주행 제어부;를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템이 제공된다.
전술한 양태에서, 주간조간제초유닛은,
주행기체부 상에 착탈 가능하게 체결 조립되고, 전동실린더의 결합을 통해 승하강 구동이 가능하도록 구비되는 승하강 구동체;
승하강 구동체의 하단 앞쪽에 고정 결합되어 주행기체부의 전면부 중앙 하단에 위치되는 구동형 제초날이 구비되는 주간제초부;
승하강 구동체의 하단 뒤쪽에 고정 결합되어 주행기체부의 후면부 중앙 하단에 위치되는 쟁기형 제초날이 구비되는 조간제초부; 및
제초작업시 두둑 상에서 경심을 유지하도록 기능하는 경심유지부;를 포함한다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 제초작업시 작물을 인식하기 위한 작물인식 카메라와, 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부;를 포함하고, 제초유닛 제어부는 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 주간조간제초유닛부를 구동한다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 제초유닛 제어부는 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 수행하고, 영상정보를 통해 작물이 인식되면 작물을 회피하여 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행한다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 제초유닛 제어부는 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 수행하고, 영상정보를 통해 작물이 인식되지 않으면 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행한다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 주행기체부는 제초작업시 작물을 인식하기 위한 작물인식 카메라와, 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부;를 포함하고,
상기 제초유닛 제어부는 시작제어모드를 포함하고,
상기 시작제어모드는,
(1) 주행기체부에 대해 작업지의 고랑 진입신호를 체크하는 동작;
(2) 주행기체부의 고랑 진입신호가 입력되면, 전동실린더를 통해 승하강 구동체를 하강시키는 동작;
(3) 경심유지롤러의 두둑 측 지면 접촉여부를 체크하는 동작;
(4) 경심유지롤러의 두둑 측 지면 접촉이 입력되면, 전동실린더의 작동을 정지시키는 동작;
(5) 제초작업을 시작하되, 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 체크하는 동작;
(6) 작물이 인식되면 작물을 회피하여 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행하고, 작물이 인식되지 않으면 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행하는 동작;을 수행하도록 구성된다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 제초작업시 작물을 인식하기 위한 작물인식 카메라와, 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부;를 포함하고, 상기 제초유닛 제어부는 종료제어모드를 포함하고,
상기 종료제어모드는,
(1) 주행기체부에 대해 작업지의 고랑 진입신호를 체크하는 동작; 및
(2) 고랑 이탈신호가 입력되면 전동실린더를 통해 승하강 구동체를 상승시키는 동작;을 수행하도록 구성된다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 주행기체부는,
주행기체부 상에 장착되어 전후방의 영상정보를 제공하기 위한 카메라센서;
주행기체부 상에 장착되고, 작업공간 진입전 주행기체부의 위치로부터 작업시작점까지 유도를 위한 GPS 좌표정보를 제공함과 더불어 작업경로 추종시 주행기체부 측 위치정보 판단에 의한 경로이탈여부를 확인하기 위한 GPS센서;
주행기체부 상에 장착되는 것으로서, 실시간 주행기체부의 주변환경을 매핑(Mapping)하고 주행기체부의 주행 환경정보를 획득하며 작업공간의 진입유도를 위한 셀프구동용 라이다센서;
주행기체부 상에 장착되는 것으로서, 작업지역 내 작업경로를 추종하고 경로이탈여부를 확인 및 주행제어용 신호정보를 수집하는 작업경로추종용 라이다센서를 포함하고,
상기 주행 제어부는, 카메라센서, GPS센서, 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 입력정보에 따라 제초 로봇의 자율 주행을 알고리즘에 의해 자동 제어를 수행한다.
또한 전술한 어느 하나의 양태에서, 주행 제어부는,
(1) 카메라센서, GPS센서, 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 입력정보에 따라 생성된 RDDF(Route Data Definition File)를 입력받는 동작;
(2) 생성된 RDDF(Route Data Definition File)가 입력되면, 주행을 시작하는 동작;
(3) GPS센서 측 입력정보를 통해 GPS 웨이포인트(waypoint) 주행 알고리즘을 수행하는 동작;
(4) 두둑 시작여부를 체크하되, 두둑이 시작되지 않으면 (3)의 단계로 복귀하는 동작;
(5) 두둑이 시작되면 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 라이다센서 기반으로 전방의 두둑 검출 주행 알고리즘을 수행하는 동작;
(6) 두둑 종료여부를 체크하되, 두둑이 종료되지 않으면 (5)의 단계로 복귀하는 동작;
(7) 두둑이 종료되면, 경로 추종에 대한 종료여부를 체크하되, 경로 종료를 원치 않으면 (3)의 단계로 복귀하는 동작; 및
(8) 경로 종료를 원하면 주행을 종료하는 동작; 의 순서로 자율 주행을 자동 제어하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 무한궤도형 주행구조를 적용하되 무한궤도를 구축하는 주행프레임 내에 주행 동력원인 모터 등의 동력부에 대해 비돌출형 타입의 개선 구조를 갖도록 제안함으로써 제초 로봇의 전체적인 크기 및 부피를 최소화하여 협소한 고랑 이동의 용이성을 확보할 수 있으며, 밭의 두둑에 걸림이 형성되는 문제점 및 잡초 제거작업을 방해하는 문제점을 해결할 수 있는 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주행부를 포함하는 제초 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 있어 배터리박스를 제거한 상태의 제초 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 있어 배터리박스를 제거한 상태의 제초 로봇을 나타낸 저면 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 있어 주행부를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 있어 제초유닛부 측 승하강 구동상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 있어 주간제초작업 상태와 조간제초작업 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 있어 주행부를 설명하기 위해 나타낸 분해 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주행부를 포함하는 제초 로봇을 나타낸 개략적 블록구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행을 위한 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 시스템에서 제초유닛 제어를 위한 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 12은 도 10의 자율주행 구성에 따른 주행 제어부의 제어 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 13은 도 11의 제초유닛 제어부의 제어 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 있어 배터리박스를 제거한 상태의 제초 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 있어 배터리박스를 제거한 상태의 제초 로봇을 나타낸 저면 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 있어 주행부를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 있어 제초유닛부 측 승하강 구동상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 있어 주간제초작업 상태와 조간제초작업 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 있어 주행부를 설명하기 위해 나타낸 분해 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주행부를 포함하는 제초 로봇을 나타낸 개략적 블록구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행을 위한 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 시스템에서 제초유닛 제어를 위한 구성을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 12은 도 10의 자율주행 구성에 따른 주행 제어부의 제어 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 13은 도 11의 제초유닛 제어부의 제어 동작을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
첨부도면의 도 1 내지 도 13은 본 발명에 따른 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇, 제초 로봇의 자율 주행, 및 제초 동작을 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇(1)은 도시된 바와 같이, 주행기체부(100)와 무한궤도형 주행부(200)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 주행기체부(100)는 제초 로봇(1)의 구성요소 중 중앙에 위치하는 베이스 구성으로서, 무한궤도형 주행부(200)와의 유용한 결합구조를 위해 다수의 프레임을 연결시킨 프레임구조체로 구비된다. 상기 주행기체부(100)는 무한궤도형 주행부(200)와의 지지 결합을 통해 지상고를 높인 형태로 구비함이 바람직하며, 이를 통해 작업지에서 재배되는 작물의 훼손을 막고 두둑을 갖는 작업지에서의 용이한 이동성을 구현할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
상기 무한궤도형 주행부(200)는 주행기체부(100)의 좌우 양측부에 배치되는 한쌍 구성으로서, 동력 전달에 의한 회전을 통해 주행기체부(100)의 이동성을 담당하기 위한 구성이며, 브래킷 등을 사용하는 연결을 통해 주행기체부(100)의 하단부에 지지 결합함으로써 주행기체부(100)에 대해 지상고를 높여주는 역할을 담당하도록 구비된다.
이를 위해, 상기 무한궤도형 주행부(200)는 주행프레임(210), 하부주행바퀴(220), 지지브래킷(230), 상부주행보조바퀴(240), 동력부(250), 제1보조브래킷(260) 및 제2보조브래킷(270)을 포함할 수 있다.
상기 주행프레임(210)은 주행기체부(100)의 하단부 외측에 위치하여 지면과 접촉되게 구비된 채로 회전 가능하게 배치되며, 무한궤도형 벨트타입으로 구비된다.
상기 하부주행바퀴(220)는 무한궤도형 벨트타입으로 구비되는 주행프레임(210)의 내측 하부에 걸림 배치된 채로 지지 결합되고, 다수 개가 배열되는 구성으로서, 동력부(250)로부터 회전동력을 전달받아 회전함으로써 무한궤도형 벨트타입의 주행프레임(210) 측 회전을 돕는 기능을 하도록 구비된다.
상기 지지브래킷(230)은 다수 개가 배열된 하부주행바퀴(220)들의 상부를 커버하도록 지지 결합되는 구조체이면서 이와 더불어 주행기체부(100)에 체결되어 고정 결합되는 구성요소로서, 주행기체부(100)와 무한궤도형 주행부(200)를 연결하는 연결매개체가 되는 구성이다.
상기 상부주행보조바퀴(240)는 지지브래킷(230) 상에 고정 결합되는 제1보조브래킷(260)에 지지 결합되어 회전 가능하게 구비되고, 무한궤도형 벨트타입인 주행프레임(210)의 내측 상부 일측단에 배치되어 주행프레임(210)을 지지 및 회전을 돕는 기능을 하도록 구비된다.
이때, 상기 동력부(250)는 지지브래킷(230) 상에 고정 결합되는 제2보조브래킷(270)에 고정 결합되어 하부주행바퀴(220)의 상측에 위치되는 것으로서, 회전동력을 하부주행바퀴(220) 측으로 전달하여 주행프레임(210)을 정역회전시킴으로써 이동성을 갖게 하며, 무한궤도형 벨트타입인 주행프레임(210)의 궤도폭을 벗어나지 않게 비돌출 형태로 설치된다.
상세하게, 상기 동력부(250)는 동력모터(251), 방향전환모듈(252), 방향전환축(253), 제1동력전달축(254), 제2동력전달축(255), 및 회전기어부재(256)를 포함하는 구성일 수 있다.
상기 동력모터(251)는 배터리(304)로부터 전원을 공급받아 회전동력을 발생시키는 것으로서, 무한궤도형 벨트타입인 주행프레임(210)의 내측에 위치하여 주행프레임(210)의 궤도폭을 벗어나지 않게 평행 배치된다.
상기 방향전환모듈(252)은 제2보조브래킷(270)에 고정 결합된 채로 동력모터(251)로부터 발생되는 회전동력에 대해 회전방향을 전환시키도록 동력모터와 결합되는 구성이다. 상기 방향전환모듈(252)은 동력모터(251)와 체결되는 하우징부가 구비되고, 하우징부 내에 베벨기어 등의 방향전환기어부가 내재되어 동력모터 측 회전동력에 대한 방향을 전환하도록 구비된다.
상기 방향전환축(253)은 방향전환모듈(252)에 결합되어 회전동력을 제공하는 구성이다. 상기 방향전환축(253)은 방향전환모듈(252) 측 방향전환기어부에 체결되어 방향 전환된 회전동력을 제공하도록 구비된다.
상기 제1동력전달축(254)은 방향전환축(253)에 벨트 또는 체인으로 연결되어 회전동력을 전달하도록 구비되는 구성이다. 상기 제2동력전달축(255)은 제1동력전달축(254)에 벨트 또는 체인으로 연결되어 회전동력을 전달받도록 구비되는 구성이다.
상기 회전기어부재(256)는 제2동력전달축(255)에 체결됨에 의해 고정 결합되어 회전되는 것으로서, 주행프레임(210)의 내측면에 접촉 지지되어 주행프레임(210) 측 회전을 최종적으로 유도하는 구성이다.
이를 통해, 무한궤도형 벨트 타입인 주행프레임(210)을 안정되게 회전 구동할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이에 따라, 상술한 구성을 갖는 무한궤도형 주행부(200)를 통해서는 기존에 밭의 두둑에 걸림이 형성되는 문제점 및 잡초 제거작업을 방해하는 문제점을 개선할 수 있으며, 밭에 심겨진 작물에 간섭이 형성되어 작물에 피해를 주게 되는 문제점을 개선할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
상기 제어유닛부(300)는 무한궤도형 주행부(200)를 제어하여 주행을 가능하게 하되, 각종 센서의 입력정보에 따라 주행기체부(100)의 주행을 자동 제어 및 작업지의 경로 추종을 통한 자율 주행을 가능하게 하는 구성요소이다.
이를 위해, 상기 제어유닛부(300)는 배터리박스(302), 배터리(304), 전원분배장치(306), 구동드라이버(308), 원격조정기(310), 카메라센서(320), GPS센서(330), 셀프구동용 라이다센서(340), 작업경로추종용 라이다센서(350), 컨트롤러부(360)를 포함할 수 있다.
상기 배터리박스(302)는 프레임구조체로 구성되는 주행기체부(100)의 좌우 양측부에 위치되어 고정 결합되는 한쌍 구성으로서, 주행기체부(100)의 상부에 고정 결합된다. 이때, 상기 배터리박스(302)는 개폐 가능하도록 덮개를 구비하되, 잠금부를 장착하는 구성이 바람직하다. 상기 배터리(304)는 배터리박스(302) 내에 배치되고, 동력부 및 센서 등 전원에 의해 동작되는 필요 구성요소에 전원을 공급하여주기 위한 구성이다.
상기 전원분배장치(306)는 배터리박스(302) 내에 배치되고, 동력부 및 센서 등 전원에 의해 동작되는 필요 구성요소에 안정된 전원을 공급하기 위해 전원을 분배하여 공급하는 구성이다.
상기 구동드라이버(308)는 배터리박스(302) 내에 배치되고, 동력부(250) 측 모터의 구동을 제어하기 위한 구성이다.
상기 전원분배장치(306) 및 구동드라이버(308)는 배터리박스(302) 내에 배치하지 않고, 주행기체부(100)의 프레임구조체 상에 고정 배치하는 구성일 수도 있다.
상기 원격조정기(310)는 제초 로봇(1)의 동작을 원격 조정하기 위한 구성으로서, 비사용시 배터리박스(302) 내에 보관할 수 있다.
상기 카메라센서(320)는 프레임구조체인 주행기체부(100) 상에 장착되어 전방 또는 전후방의 영상정보를 제공하기 위한 구성이다.
상기 GPS센서(330)는 프레임구조체인 주행기체부(100) 상에 장착되고, 작업지의 작업공간 내에 진입하기 전 주행기체부(100)의 위치로부터 작업시작점까지 유도를 위한 GPS 좌표정보를 제공함과 더불어 작업경로 추종시 주행기체부(100) 측 위치정보 판단에 의한 경로이탈여부를 확인하기 위한 구성이다.
상기 셀프구동용 라이다센서(340)는 프레임구조체인 주행기체부(100) 상에 장착되는 것으로서, 실시간으로 제초 로봇(1), 즉 주행기체부(100)의 주변환경을 매핑(Mapping)하고 주행기체부(100)의 주행 환경정보를 획득하며 작업공간의 진입을 유도하는데 사용하기 위한 구성이다.
상기 작업경로추종용 라이다센서(350)는 프레임구조체인 주행기체부(100) 상에 장착되는 것으로서, 작업지역 내 작업경로를 추종하고 경로이탈여부를 확인 및 주행제어용 신호정보를 수집하기 위한 구성이다.
상기 컨트롤러부(360)는 카메라센서(320), GPS센서(330), 셀프구동용 라이다센서(340) 및 작업경로추종용 라이다센서(350)에서 센싱되는 각각의 입력정보에 따라 제초 로봇(1)의 자율 주행을 알고리즘에 의한 자동 제어 또는 원격 조종기를 이용한 원격 제어하기 위한 구성이다.
상기 제초유닛부(400)는 프레임구조체인 주행기체부(100) 상에 착탈 가능하게 구비되는 구성으로서, 주간 제초용 구동형 제초날과 조간 제초용 제초날을 전후방에 구비하여 잡초를 제거하는 방식의 주간조간제초유닛부(400A) 또는 제초제를 분사하여 잡초를 제거하는 방식의 방제유닛부(400B)로 구성할 수 있다.
상기 주간조간제초유닛부(400A)는 주행기체부(100)의 후면부 중앙 하단에 위치되게 하나 이상의 제초날(411)을 구비한 조간제초부(410)와, 주행기체부(100)의 전면부 중앙 하단에 위치되게 1조 이상의 회전운동 또는 왕복회동운동이 가능한 구동형 제초날(421)을 구비한 주간제초부(420) 및 경심유지부(440)를 포함할 수 있다.
상기 조간제초부(410) 측 제초날(411)은 작업지의 작업환경에 따라 높낮이를 조절하여 사용하도록 구비하고, 작업지의 두둑 표면 측 토양을 솎아주면서 잡초를 제거하도록 쟁기형 구조로 구성함이 바람직하다.
상기 주간제초부(420)는 작업지의 두둑 표면에 접촉되어 지면을 타고 가면서 제초날(421) 측 경심을 유지하도록 경심유지롤러(422)를 포함시킨 구성이 바람직하다. 상기 조간제초부(410)와 주간제초부(420)는 전동실린더(430)의 결합을 통한 승하강 구동이 가능하도록 구비된다.
상기 경심유지부(440)는 승하강 구동체의 하단 앞쪽과 뒤쪽에 각각 위치하여 고정 결합되는 체결브래킷(441)과, 상기 체결브래킷(441) 각각의 좌우 외측면에 체결되고 탄성장력을 제공하는 가스스프링 구조를 갖는 가스쇼버(442)와, 상기 체결브래킷(441) 각각에 연결 고정 및 회전 가능하게 지지 결합되는 경심유지롤러(422)를 포함한다.
상기 경심유지부(440)는 승하강 구동체와 주간제초부(420)의 사이에 개재되고, 승하강 구동체와 조간제초부(430)의 사이에 개재되는 구성일 수 있는데, 체결브래킷(441) 각각에 주간제초부(420)와 조간제초부(430)를 체결하여 장착할 수 있다.
상기 경심유지롤러(422)는 승하강 구동체와 주간제초부(420)의 사이에 개재시, 구동형 제초날(421)의 측부에 위치 및 서로 간섭되지 않게 배치된다.
상기 경심유지롤러(422)는 승하강 구동체와 조간제초부(430)의 사이에 개재시, 쟁기형 제초날(411)의 앞쪽에 위치 및 서로 간섭되지 않게 배치된다.
이와 같은 구성을 갖는 상기 주간조간제초유닛부(400)는 주행기체부(100) 또는 승하강 구동체 상에 장착하는 작물인식카메라(460)에서의 영상정보를 활용함으로써 제초작업을 수행할 수 있으며, 작업지의 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부(360b)를 포함한다. 제초유닛 제어부(360b)의 기능에 대해서는 후술하도록 한다.
여기에서, 조간은 두둑(이랑)의 길이방향으로 심어진 작물의 열을 의미하고, 주간은 두둑(이랑)의 폭 방향으로 심어진 작물의 간격을 의미한다.
도 10은 전술한 바와 같은 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇의 자율 주행 시스템의 실시예를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이 제초 로봇의 컨트롤러(360)는 주행 제어부(360a) 및 제초유닛 제어부(360b)를 포함하고, 주행 제어부(360a)를 담당하고 제초유닛 제어부(360b)는 주행중 제초유닛을 통한 자동 제초 기능을 담당한다.
주행 제어부(360a)는 센서 그룹, 예를 들면 카메라 센서(320), GPS 센서(330), 경로추종용 라이다 센서(330) 및 셀프구동용 라이다센서(340)로부터 검출 데이터를 수신하여 제초 로봇의 현재의 위치를 파악하고 동시에 이를 주행맵 작성부(370)에서 작성된 경로 맵에 비교하여 경로를 생성하게 된다. 이를 위해 주행맵 작성부에는 원격지에 위치된 서버 또는 사용자의 파일 업로드 수단을 통해 카메라 센서, GPS 센서, 셀프 구동용 라이다 센서 및 작업경로 추종용 라이다 센서의 입력 정보에 따라 생성된 RDDF(Route Data Definition File)을 미리 저장되어 있을 수도 있다. 여기서 RDDF(Route Data Definition File)는 경로를 주행하여 경로 좌표를 취득한 다음에 SLAM(Simultaneous localization and mapping; 동시적 위치추정 및 지도작성)을 통해 정밀 지도를 제작하여 경로를 생성하는 것을 의미한다. 여기에서, 상기 SLAM은 이미 입력된 지도에 주변환경을 인식하여 변경된 부분을 업데이트하는 기술로서, 입력된 지도와 불일치하는 부분을 실시간으로 업데이트하는 동시에 업데이트된 지도를 이용하여 경로를 탐색하는 기술이다.
또한 주행 제어부(360a)는 회피맵 작성부(380)에서 작성된 회피맵을 자율주주행 경로에 반영하도록 동작한다. 회피맵 작성부(380)은 센서 그룹으로부터의 카메라 센서, 경로추종용 라이다 센서(330), 셀프구동용 라이다센서(340)로부터 획득된 영상 데이터를 통한 SLAM을 수행하면서 경로 상에 장애물이 있는지 여부를 판단하게 된다. 회피맵 작성부(380)는 장애물로 인해 경로 진행이 불가능한 것으로 판단되면 GPS 측 입력 정보를 통해 기존의 GPS 웨이포인트를 변경하고 이를 주행 제어부(360a)로 입력하도록 기능한다.
주행 제어부(360a)는 주행맵 작성부(370)와 회피맵 작성부(380)로부터 작성된 맵에 기반하여 좌측 및 우측 무한궤도 주행부(200)에 연결된 모터 구동 드라이버(308a, 308b)의 출력비을 조절함으로써 주행기체(100)를 해당하는 웨이포인트에서 전진, 후진, 좌회전,우회전과 같은 기체 움직임 제어를 실행하게 된다.
또한 주행 제어부(360a)는 자율주행 모드 이외에도 주행 제어부(360a)의 제어를 원격으로 수행하기 원격 조종 모드를 더 지원한다. 원격 조종 모드에서 주행 제어부(360a)는 원격조종수단에 의한 제어가 수행된다.
원격조종수단(미도시)은 상기 제초 로봇 무선원격조정(R/C)을 통해 제어함으로써 악조건의 날씨에 작업자의 안전이 보장됨은 물론, 제초 작업시 발생되는 먼지, 소음, 파편 등으로부터 작업자가 위험에 노출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 유인 제초 작업에 비해 넓은 범위의 제초 작업을 매우 편리하고 신속하게 마칠 수 있어 고강도 육체 노동으로 인한 작업자의 피로감을 해소할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.
원격조종수단은, 제1 구동 드라이버(308a) 및 제2 구동 드라이버(308b)를 제어하기 위한 조향 조작 패널과, 후술하는 주간조간 제초유닛(400A)와 방재 유닛(400B)를 제어하기 위한 제초 조작 패널를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 사용자는 원격조종수단을 통해 무한궤도의 주행 및 조향을 제어하고 하고, 주간조간 제초 유닛의 쟁기형 제초날 또는 구동형 제초날을 동작을 제어할 수도 있으며, 방재 유닛의 방재용 펌프 압력을 조절할 수도 있게 된다.
또한, 원격조정수단은 은 스마트폰의 원격조종 어플리케이션(application)을 다운받아 설치한 후, 그 스마트폰이 컨트롤러(360)와 통신하도록 설정된 경우 상기 제초 로봇의 주행 및 정지, 전후 및 좌우 이동, 좌회전, 우회전 이동, 속도 조절 등의 기본적인 제어가 가능할 수도 있다.
컨트롤러(360)은 주간조간제초유닛부(400A) 및 방재유닛(400B)을 제어하기 위한 제초유닛 제어부(360b)를 포함한다. 도 11은 제초유닛 제어부(360b)의 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 제초유닛 제어부(360b)는 주행기체부(100) 또는 승하강 구동체에 연결된 전동 실린더(430) 상에 장착되는 작물인식카메라(460)에서의 영상정보를 활용함으로써 제초작업을 수행한다.
상기 제초유닛 제어부(360b)는 주행 제어부(360a)로부터의 고랑 진입신호를 체크한다. 주행 제어부(360a)로부터 고랑 진입신호가 입력되면, 제초유닛 제어부(360b)는 전동실린더(430)를 하강시키고, 경심유지롤러(422)의 접촉 센서(443a)로부터의 두둑 측 지면 접촉여부를 체크한다.
제초유닛 제어부(360b)는 경심유지롤러(421)의 두둑 측 접촉 센서로부터의 지면 접촉이 입력되면, 전동실린더(430)의 하강 동작을 정지하여 제초작업을 시작하되, 작물인식카메라(460)에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 체크한다.
제초유닛 제어부(360b)는 작물이 인식되면 작물을 회피하여 구동형 제초날 (421)로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날(411)로 조간 제초를 동시 수행하고, 작물이 인식되지 않으면 구동형 제초날(421)로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날(411)로 조간 제초를 동시 수행하도록 제어한다. 이때, 작물이 인식되면 작물과 작물 사이의 공간에 위치한 잡초를 구동형 제초날(421)로 절단하여 제거하고, 그렇지 않으면 작물을 회피할 필요없이 구동형 제초날(421)로 잡초를 절단하여 제거한다.
이후 제초유닛 제어부(360b)는 주행 제어부(360a)로부터 고랑 이탈신호를 체크하면서 고랑 이탈 신호가 입력되면 전동실린더(430)를 상승시킨다.
또한 제초유닛 제어부(360b)는 방재 유닛(400B)의 방재량을 제어하도록 기능한다. 제초유닛 제어부(360b)는 기억부에 미리 저장되어 있는 방재 데이터를 호출하고 방재 데이터에 포함된 분사압으로 방재액이 분출되도록 방재용 펌프의 압력을 조절하게 된다.
도 12는 주행 제어부(360a)에서의 자율 주행 동작 흐름을 나타내는 흐름도이다. 주행 제어부(360a)에서는 하기의 순서를 갖는 알고리즘을 통해 자율 주행을 자동 제어한다.
단계 S100에서 주행 제어부(360a)는 카메라센서, GPS센서, 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 입력정보에 따라 생성된 RDDF(Route Data Definition File)를 입력받는다.
이어진 단계 S110에서 주행 제어부(360a)는 생성된 RDDF(Route Data Definition File)가 입력되면, 주행을 시작한다. 여기에서, 상기 RDDF(Route Data Definition File)는 경로를 주행하여 경로 좌표를 취득한 다음에 SLAM(Simultaneous localization and mapping; 동시적 위치추정 및 지도작성)을 통해 정밀 지도를 제작하여 경로를 생성하는 것을 의미한다. 또한 여기에서, 상기 SLAM은 이미 입력된 지도에 주변환경을 인식하여 변경된 부분을 업데이트하는 기술로서, 입력된 지도와 불일치하는 부분을 실시간으로 업데이트하는 동시에 업데이트된 지도를 이용하여 경로를 탐색하는 기술을 의미한다.
이어진 단계 S120에서 주행 제어부(360a)는 GPS센서 측 입력정보를 통해 GPS 웨이포인트(waypoint) 주행 알고리즘을 수행한다. 여기에서, 상기 GPS 웨이포인트(Waypoint) 주행 알고리즘의 결과값은 조향각이고, 두둑 영역의 검출 유무를 바탕으로 해당 알고리즘에서 출력하는 조향각을 선택하여 주행한다.
이어진 단계 S120에서 주행 제어부(360a)는 두둑이 시작되는지 여부를 체크하되, 두둑이 시작되지 않으면 바로 이전단계, 즉 S120으로 복귀한다.
단계 S130에서 두둑이 시작된 것으로 판단되면, 단계 S140에서 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 라이다센서 기반으로 전방의 두둑 검출 주행 알고리즘을 수행한다. 여기에서, 라이다센서 기반 전방 두둑 검출 주행 알고리즘의 결과값은 조향각이고, 두둑 영역의 검출 유무를 바탕으로 해당 알고리즘에서 출력하는 조향각을 선택하여 주행한다. 여기에서, 두둑의 영역을 웨이포인트(Waypoint)에 표시한다.
이어진 단계 S150에서 주행 제어부(360a)는 두둑이 종료되는지 여부(두둑 종료 웨이포인트에 도착)를 체크하되, 두둑이 종료되지 않으면 바로 이전단계, 즉 S140으로 복귀한다.
한편 단계 S150에서 두둑이 종료된 것으로 판단되면, 단계 S160으로 진행하여 모든 경로의 최종 웨이포인트에 도달했는지 여부를 체크하되, 경로 종료를 원치 않으면 단계 S120으로 복귀하고, 경로 종료를 원하면, 주행을 종료한다.
도 13은 제초유닛 제어부(360b)에서의 제초 동작 흐름을 나타내는 흐름도이다. 제초유닛 제어부(360b)은 도 13에 도시된 바와 같은 알고리즘을 통해 주간 및 조간의 제초작업을 자동 제어할 수 있다.
상기 제초유닛 제어부(360b)는 시작제어모드와 종료제어모드로 구분할 수 있다. 먼저, 시작제어모드는 하기와 같은 순서로 제초 작업을 제어할 수 있다.
단계 S220에서 제초유닛 제어부(360b)는 주행기체부(100)가 작업지의 고랑 에 진입 했는지 여부를 판단한다. 이와 같은 판단은 주행 제어부로부터의 고랑 진입 신호를 수신하여 이루어질 수 있다.
단계 S220에서 주행 제어부로부터 주행기체부(100)의 고랑 진입신호가 입력되면, 단계 S230에서 제초유닛 제어부(360b)는 전동실린더(430)를 통해 승하강 구동체를 하강시킨다.
이어진 단계 S240에서 제초유닛 제어부(360b)는 경심유지롤러(421)의 두둑 측 지면 접촉여부를 체크한다. 롤러의 접촉 여부는 롤러에 제공된 접촉 센서(443a)를 통해 검출될 수 있다.
경심유지롤러(443)의 두둑 측 지면 접촉이 입력되면, 이어진 단계 S250에서, 제초유닛 제어부(360b)는 전동실린더(412)의 하강 작동을 정지시킨다.
이어진 단계 S260에서 제초유닛 제어부(360b)는 제초작업을 시작하되, 단계 S270에서 작물인식카메라(460)에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 체크한다.
단계 S270에서 작물이 인식되면 제초유닛 제어부(360b)는 단계 S290으로 진행하여 작물을 회피하여 구동형 제초날(421)로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날(411)로 조간 제초를 동시 수행하고, 작물이 인식되지 않으면 단계 S280으로 진행하여 구동형 제초날(421)로 잡초를 절단하여 제거한다.
한편 종료제어모드는 하기와 같이 제어할 수 있다.
단계 S310에서 주행기체부(100)가 작업지의 고랑으로부터 이탈했는지 여부를 판단한다. 이와 같은 판단은 주행 제어부로부터의 고랑 이탈신호를 수신하여 이루어질 수 있다. 이어진 단계 S320에서 고랑 이탈신호가 입력되면 전동실린더(430)를 통해 승하강 구동체를 상승시키고, 이때, 필요에 따라 제초 로봇 주행을 정지시킬 수 있다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 무한궤도형 주행부를 포함하는 제초 로봇(1)을 통해서는 무한궤도형 주행구조를 적용하되 무한궤도를 구축하는 주행프레임의 내측에 주행 동력원인 동력부를 평행 배열시켜 장착 및 궤도폭을 벗어나지 않게 장착하는 비돌출형 타입의 개선 구조를 제공함으로써 제초 로봇의 전체적인 크기 및 부피를 최소화하여 협소한 고랑 이동의 용이성을 확보할 수 있고, 밭의 두둑에 걸림이 형성됨을 방지 및 작물 측 피해를 방지할 수 있으면서 잡초 제거작업을 더욱 원활하게 수행할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.
1: 제초 로봇 100: 주행기체부
200: 무한궤도형 주행부 210: 주행프레임
220: 하부주행바퀴 230: 지지브래킷
240: 상부주행보조바퀴 250: 동력부
251: 동력모터 252: 방향전환모듈
253: 방향전환축 254: 제1동력전달축
255: 제2동력전달축 256: 회전기어부재
260: 제1보조브래킷 270: 제2보조브래킷
200: 무한궤도형 주행부 210: 주행프레임
220: 하부주행바퀴 230: 지지브래킷
240: 상부주행보조바퀴 250: 동력부
251: 동력모터 252: 방향전환모듈
253: 방향전환축 254: 제1동력전달축
255: 제2동력전달축 256: 회전기어부재
260: 제1보조브래킷 270: 제2보조브래킷
Claims (9)
- 중앙에 위치하는 주행기체부;
상기 주행기체부의 좌우 양측부에 배치되는 한쌍 구성이고, 주행기체부의 이동성을 담당하기 위한 주행부;
상기 주행기체부의 중앙부에 위치시켜 착탈 가능하게 구비되고, 앞쪽에 주간 제초용 구동형 제초날과 뒤쪽에 조간 제초용 쟁기형 제초날을 구비하여 작업지의 주간과 조간 측 제초작업을 동시에 수행하기 위한 주간조간제초유닛부; 및
상기 주행부를 제어하여 주행을 가능하게 하되, 센서의 입력정보에 따라 주행기체부의 주행을 자동 제어 및 작업지의 경로 추종을 통한 자율 주행을 가능하게 하는 주행 제어부;를 포함하되,
상기 주행기체부는,
주행기체부 상에 장착되어 전후방의 영상정보를 제공하기 위한 카메라센서;
주행기체부 상에 장착되고, 작업공간 진입전 주행기체부의 위치로부터 작업시작점까지 유도를 위한 GPS 좌표정보를 제공함과 더불어 작업경로 추종시 주행기체부 측 위치정보 판단에 의한 경로이탈여부를 확인하기 위한 GPS센서;
주행기체부 상에 장착되는 것으로서, 실시간 주행기체부의 주변환경을 매핑(Mapping)하고 주행기체부의 주행 환경정보를 획득하며 작업공간의 진입유도를 위한 셀프구동용 라이다센서;
주행기체부 상에 장착되는 것으로서, 작업지역 내 작업경로를 추종하고 경로이탈여부를 확인 및 주행제어용 신호정보를 수집하는 작업경로추종용 라이다센서를 포함하고,
상기 주행 제어부는, 카메라센서, GPS센서, 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 입력정보에 따라 제초 로봇의 자율 주행을 알고리즘에 의해 자동 제어를 수행하는 한편,
상기 주행 제어부는,
(1) 카메라센서, GPS센서, 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 입력정보에 따라 생성된 RDDF(Route Data Definition File)를 입력받는 동작;
(2) 생성된 RDDF(Route Data Definition File)가 입력되면, 주행을 시작하는 동작;
(3) GPS센서 측 입력정보를 통해 GPS 웨이포인트(waypoint) 주행 알고리즘을 수행하는 동작;
(4) 두둑 시작여부를 체크하되, 두둑이 시작되지 않으면 (3)의 단계로 복귀하는 동작;
(5) 두둑이 시작되면 셀프구동용 라이다센서 및 작업경로추종용 라이다센서의 라이다센서 기반으로 전방의 두둑 검출 주행 알고리즘을 수행하는 동작;
(6) 두둑 종료여부를 체크하되, 두둑이 종료되지 않으면 (5)의 단계로 복귀하는 동작;
(7) 두둑이 종료되면, 경로 추종에 대한 종료여부를 체크하되, 경로 종료를 원치 않으면 (3)의 단계로 복귀하는 동작; 및
(8) 경로 종료를 원하면 주행을 종료하는 동작; 의 순서로 자율 주행을 자동 제어하도록 구성된 것을 특징으로하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
- 제1항에 있어서,
제초작업시 작물을 인식하기 위한 작물인식 카메라와, 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부;를 포함하고,
상기 제초유닛 제어부는 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 주간조간제초유닛부를 구동하는 것을 특징으로하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제초유닛 제어부는 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 수행하고, 영상정보를 통해 작물이 인식되지 않으면 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행하는 것을 특징으로 하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제초유닛 제어부는 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 수행하고, 영상정보를 통해 작물이 인식되면 작물을 회피하여 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행하는 것을 특징으로 하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 주간조간제초유닛은,
주행기체부 상에 착탈 가능하게 체결 조립되고, 전동실린더의 결합을 통해 승하강 구동이 가능하도록 구비되는 승하강 구동체;
승하강 구동체의 하단 앞쪽에 고정 결합되어 주행기체부의 전면부 중앙 하단에 위치되는 구동형 제초날 및 작업지의 두둑 표면에 접촉되어 지면을 타고 가면서 제초날 측 경심을 유지하도록 경심유지롤러가 구비되는 주간제초부;
승하강 구동체의 하단 뒤쪽에 고정 결합되어 주행기체부의 후면부 중앙 하단에 위치되는 쟁기형 제초날이 구비되는 조간제초부; 및
제초작업시 두둑 상에서 경심을 유지하도록 기능하는 경심유지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
- 제5항에 있어서,
주행기체부는 제초작업시 작물을 인식하기 위한 작물인식 카메라와, 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부;를 포함하고, 상기 제초유닛 제어부는 시작제어모드를 포함하고, 시작제어모드는,
(1) 주행기체부에 대해 작업지의 고랑 진입신호를 체크하는 동작;
(2) 주행기체부의 고랑 진입신호가 입력되면, 전동실린더를 통해 승하강 구동체를 하강시키는 동작;
(3) 경심유지롤러의 두둑 측 지면 접촉여부를 체크하는 동작;
(4) 경심유지롤러의 두둑 측 지면 접촉이 입력되면, 전동실린더의 작동을 정지시키는 동작;
(5) 제초작업을 시작하되, 작물인식카메라에서의 영상정보를 이용하여 작물 인식을 체크하는 동작;
(6) 작물이 인식되면 작물을 회피하여 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행하고, 작물이 인식되지 않으면 구동형 제초날로 주간 제초함과 동시에 쟁기형 제초날로 조간 제초를 동시 수행하는 동작;을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
- 제5항에 있어서,
제초작업시 작물을 인식하기 위한 작물인식 카메라와, 주간 및 조간 제초작업을 제어하기 위한 제초유닛 제어부;를 포함하고,
상기 제초유닛 제어부는 종료제어모드를 포함하고, 상기 종료제어모드는,
(1) 주행기체부에 대해 작업지의 고랑 진입신호를 체크하는 동작; 및
(2) 고랑 이탈신호가 입력되면 전동실린더를 통해 승하강 구동체를 상승시키는 동작;을 수행하도록 구성된 것을 특징으로하는
제초 로봇의 자율 주행 시스템.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102483202B1 (ko) | 2022-09-02 | 2022-12-29 | 충남대학교산학협력단 | 제초 로봇의 기계식 능동 리프팅 시스템 |
| KR102566841B1 (ko) * | 2023-01-30 | 2023-08-17 | 주식회사 불스 | 고랑 제초로봇 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100318115B1 (ko) * | 1999-07-23 | 2001-12-22 | 송병우 | 제초기 |
| KR20070027152A (ko) * | 2005-09-06 | 2007-03-09 | 모영환 | 농업용 고랑제초기 |
| KR101156477B1 (ko) | 2009-11-25 | 2012-06-14 | 주식회사 나인티시스템 | 제초용 로봇 |
| KR101573027B1 (ko) | 2013-10-30 | 2015-11-30 | 주식회사 드림씨엔지 | 지능형 무인 제초 로봇 |
| US9420741B2 (en) * | 2014-12-15 | 2016-08-23 | Irobot Corporation | Robot lawnmower mapping |
| KR101938660B1 (ko) * | 2017-03-06 | 2019-01-15 | 차윤원 | 로봇 예초장치 |
| KR20190108530A (ko) * | 2019-09-04 | 2019-09-24 | 엘지전자 주식회사 | 이동 로봇 및 그의 구동 방법 |
| US20200041601A1 (en) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Lg Electronics Inc. | Moving robot, method for controlling the same, and terminal |
| KR102089299B1 (ko) | 2018-02-12 | 2020-03-16 | 충남대학교산학협력단 | 잡초 제거 로봇 |
| JP2021013337A (ja) * | 2019-07-12 | 2021-02-12 | 本田技研工業株式会社 | 清掃システム、及び清掃システムの制御方法 |
-
2021
- 2021-12-21 KR KR1020210183794A patent/KR102389379B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100318115B1 (ko) * | 1999-07-23 | 2001-12-22 | 송병우 | 제초기 |
| KR20070027152A (ko) * | 2005-09-06 | 2007-03-09 | 모영환 | 농업용 고랑제초기 |
| KR101156477B1 (ko) | 2009-11-25 | 2012-06-14 | 주식회사 나인티시스템 | 제초용 로봇 |
| KR101573027B1 (ko) | 2013-10-30 | 2015-11-30 | 주식회사 드림씨엔지 | 지능형 무인 제초 로봇 |
| US9420741B2 (en) * | 2014-12-15 | 2016-08-23 | Irobot Corporation | Robot lawnmower mapping |
| KR101938660B1 (ko) * | 2017-03-06 | 2019-01-15 | 차윤원 | 로봇 예초장치 |
| KR102089299B1 (ko) | 2018-02-12 | 2020-03-16 | 충남대학교산학협력단 | 잡초 제거 로봇 |
| US20200041601A1 (en) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | Lg Electronics Inc. | Moving robot, method for controlling the same, and terminal |
| JP2021013337A (ja) * | 2019-07-12 | 2021-02-12 | 本田技研工業株式会社 | 清掃システム、及び清掃システムの制御方法 |
| KR20190108530A (ko) * | 2019-09-04 | 2019-09-24 | 엘지전자 주식회사 | 이동 로봇 및 그의 구동 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102483202B1 (ko) | 2022-09-02 | 2022-12-29 | 충남대학교산학협력단 | 제초 로봇의 기계식 능동 리프팅 시스템 |
| KR102566841B1 (ko) * | 2023-01-30 | 2023-08-17 | 주식회사 불스 | 고랑 제초로봇 |
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