KR102389539B1

KR102389539B1 - 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템

Info

Publication number: KR102389539B1
Application number: KR1020200004293A
Authority: KR
Inventors: 강일형
Original assignee: 주식회사 로보팜코리아
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2022-04-21
Also published as: KR20210090932A

Abstract

본 발명은 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농업용 로봇을 통해 농작물 재배를 자동화하고, 각종 영농정보를 제공함으로써 농작물의 재배가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 영농인들 특히, 전문적인 영농지식이나 영농정보가 부족한 귀농인 및 귀촌인에게 체계적으로 전문적인 영농정보를 제공하여 영농 진입장벽을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 농업용 로봇을 통해 농작물 재배를 자동화하여 농작물의 재배가 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 영농인이 선택한 재배대상 농작물의 파종 또는 재배 방법 등의 영농정보를 시기 또는 절기별로 제공하고, 작업 이력을 포함하는 영농일지를 쉽고 용이하게 실시간으로 작성할 수 있으며, 체계적으로 농작물을 재배할 수 있는 장점이 있다.

Description

농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템{Crop cultivation and farming support system using agricultural robot}

본 발명은 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농업용 로봇을 통해 농작물 재배를 자동화하고, 각종 영농정보를 제공함으로써 농작물의 재배가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템에 관한 것이다.

과거에는 농산물의 가치가 단순한 먹을거리로서 여겨졌기 때문에 어떤 방식으로 재배, 가공, 유통되었는지보다는 양적인 가치 혹은 외관적인 가치만이 높게 여겨졌다.

이에 반하여, 최근에는 사람들의 생활수준이 높아짐에 따라 개인의 건강 추구와 삶의 질 향상에 대한 관심이 높아지면서 농산물의 생산, 가공, 유통 방식에 따른 농산물의 가치가 세분화됨에 따라, 농업 종사자들도 자신이 생산한 농산물의 가격경쟁을 위해 차별화 전략을 내세운 적극적인 마케팅을 하는 시대가 되었다.

이른바 웰빙 시대를 맞이하여 종래와는 달리 양보다는 질에 따라 농산물 및 그 가공품의 가치가 평가되는 경향이 강해지고 있어, 생산자(가공자 포함)는 개인 소비자 혹은 소매업자, 대형 유통업체, 도매 시장 등의 구매 패턴 움직임을 적극적으로 파악하고 대처하지 않으면 경쟁시장에서 밀려나게 되고 있는 실정이다.

한편, 농작물의 재배 환경에 대한 기록을 하는 영농일지는 친환경 재배를 하고 있다는 인증을 받기 위해서는 필요한 것으로, 기존에는 농사를 짓는 관리자들이 직접 손으로 일지를 작성하였는바, 예를 들어 농약을 살포한 후 영농일지를 즉시 작성하지 않을 경우 파종 시기, 각종 비료의 살포, 농약의 종류 및 사용량 등이 올바르게 기재되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 생산자자 농작물의 상태나 작업결과를 단순히 글이나 수치로 작성하거나 또는 간단한 스케치를 통해 영농일지로 작성하여 수일 후 영농일지를 확인하였을 때 작성된 내용에 대한 정확한 인식이나 판단이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 작업결과를 실시간으로 작성할 수 있고, 농작물의 상태를 확인할 수 있는 이미지, 영상 등의 삽입 기능이 가능한 영농일지를 작성할 수 있는 시스템이 요구되고 있으며, 영농인 특히 전문적인 영농지식이 없는 귀농인 및 귀촌인 등에게 체계적으로 전문적인 농작물 재배 정보를 제공할 수 있는 시스템이 절실히 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0097721호 대한민국 등록특허 제10-1632072호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 영농인들 특히, 전문적인 영농지식이나 영농정보가 부족한 귀농인 및 귀촌인에게 체계적으로 전문적인 영농정보를 제공하여 영농 진입장벽을 낮출 수 있고, 로봇을 통해 농작물 재배를 자동화하여 농작물의 재배가 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 영농인이 선택한 재배대상 농작물의 파종 또는 재배 방법 등의 영농정보를 시기 또는 절기별로 제공하고, 작업 이력을 포함하는 영농일지를 쉽고 용이하게 실시간으로 작성할 수 있으며, 체계적으로 농작물을 재배할 수 있는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 비닐하우스 내에 농작물의 종자를 파종하는 파종작업과, 토양의 상태를 모니터링하는 모니터링작업과, 농작물에 물 또는 비료 또는 농약을 공급하는 공급작업과, 잡초를 제거하는 잡초제거작업을 각각 수행하고, 수행한 작업데이터 및 농작물 재배 과정에서 수행된 영농데이터를 수집하는 농업용 로봇과; 상기 비닐하우스의 온도, 습도, 조도를 포함하는 내부환경을 제어하는 환경제어기와; 상기 농업용 로봇 및 상기 환경제어기를 영농자가 제어할 수 있도록 지원하는 유저단말기와; 상기 유저단말기로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면, 외부로부터 최적재배기술데이터를 전달받아 상기 유저단말기로 제공하는 로봇분산서버와; 특정 농작물의 재배에 요구되는 온도, 습도, 토질, 일조, 비료, 농약, 물을 포함하는 재배환경데이터를 수집 및 저장하고, 수집된 재배환경데이터를 기반으로 특정 농작물의 재배에 최적화된 최적재배기술데이터를 추출 및 표준화하며, 각종 농작물에 대한 최적재배기술데이터가 저장된 재배기술표준화서버와; 상기 재배기술표준화서버로부터 재배환경데이터 및 최적재배기술데이터를 수신 및 저장하고, 상기 로봇분산서버들로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면 상기 재배기술표준화서버로부터 전달받아 상기 로봇분산서버들에 제공하는 로봇중앙서버;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

농업용 로봇은 하우스 내의 두둑을 사이에 두고 상기 두둑의 양측에 위치하는 고랑들을 따라 연장된 한 쌍의 레일에 안착되어 상기 두둑의 길이방향으로 이동 가능한 제1지지유닛 및 제2지지유닛과, 상기 제1지지유닛 또는 상기 제2지지유닛 중 어느 하나 또는 각각에 장착되어 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛을 이동시키는 주행구동부와, 상기 두둑의 폭 방향으로 연장되어 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛의 상단을 연결하며 상기 두둑의 폭 방향으로 이동 가능한 이동슬라이더가 장착된 수평이동가이드부와, 상하방향으로 연장되며 상기 이동슬라이더에 상하방향으로 이동 가능하게 결합되는 수직이동부재와, 상기 수직이동부재의 하부에 장착되며 상기 두둑의 길이방향으로 연장되어 상기 두둑의 폭 방향 또는 길이방향으로 회전 가능한 헤드부회동축을 갖는 회동구동부와, 상기 헤드부회동축과 결합되어 상기 헤드부회동축과 함께 상기 두둑의 폭 방향으로 회전 가능한 재배헤드부를 구비하고, 상기 재배헤드부는 상기 헤드부회동축에 결합되는 헤드본체와, 상기 헤드본체의 외주면에 상기 헤드부회동축을 중심으로 방사상으로 돌출되게 장착되어 상기 헤드부회동축의 회전과 상기 수직이동부재의 하강에 의해 두둑 내로 진입 가능하여 토양을 조사하거나, 두둑에 종자를 심거나, 잡초를 제거하는 재배공구유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.

재배공구유닛은 상기 헤드본체의 일측면에 장착되어 두둑 내로 진입 시 종자를 파종하는 파종니들과, 상기 파종니들에 대해 원주방향으로 이격된 위치의 상기 헤드본체에 장착되며 두둑 내로 진입되어 토양의 수분을 감지하는 토양습도센서와, 상기 토양습도센서와 상기 파종니들에 대해 원주방향으로 이격된 위치의 상기 헤드본체 장착되어 두둑 내에서 자란 잡초의 상방에서 두둑 내로 진입되면서 잡초를 눌러 잡초의 생장을 억제하는 잡초생장억제부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 잡초생장억제부재는 일정한 폭으로 상기 헤드본체에 대해 멀어지는 방향으로 연장되며 그 연장된 일단부에 두둑 내로 진입이 용이하게 상기 헤드본체에 멀어질수록 상호 이격거리가 확장되며 폭이 각각 좁아지는 복수의 팁부가 각각 형성된 복수의 단위누름날과, 일 방향으로 길게 연장되어 복수의 상기 단위누름날이 길이방향과 폭 방향으로 상호 이격되어 배치되게 복수의 상기 단위누름날의 각 타단부가 삽입고정되는 누름날지지부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 헤드본체는 상기 파종니들 내로 공급되는 종자가 저장되며 상기 파종니들의 중공과 연통되는 종자저장공간이 형성되고, 상기 재배헤드부는 상기 헤드본체에 장착되어 상기 종자저장공간이 상기 중공과 연통되거나 연통해제되게 상기 종자저장공간을 개폐하는 솔레노이드밸브를 더 구비하고, 상기 헤드부회동축이 회전되어 상기 파종니들이 두둑을 향한 상태에서 상기 수직이동부재 하강 시, 상기 파종니들을 통해 종자가 두둑 내로 삽입되도록 상기 중공과 상기 종자저장공간이 연통되게 상기 솔레노이드밸브의 구동을 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 재배헤드부의 외측에 장착되어 상기 파종니들에 종자를 공급하는 종자공급부를 더 구비하고, 상기 종자공급부는 상기 수직이동부재에 장착되고 내부에 종자가 저장되며 하부가 개방된 종자저장호퍼와, 일측이 상기 종자저장호퍼의 하부와 연결되며, 타측이 다수의 상기 재배공구가 장착되는 상기 헤드본체의 외측면에 직교하는 일단면에 접하게 연장된 종자공급관과, 상기 종자공급관 내에서 회전된 각도에 따라 상기 종자공급관의 하부로 종자의 이동을 제한하거나 제한해제하는 다수의 개폐날개를 포함하는 개폐부재와, 상기 개폐부재를 회전시키는 종자공급모터를 구비하고, 상기 헤드본체는 상기 일단면에서 상기 파종니들이 장착되는 외측면으로 관통 형성되어 상기 헤드부회동축이 회전되어 상기 파종니들이 두둑을 향하면 상기 종자공급관의 타단과 상기 파종니들에 형성된 중공을 연결하는 종자공급연결공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 영농인들 특히, 전문적인 영농지식이나 영농정보가 부족한 귀농인 및 귀촌인에게 체계적으로 전문적인 영농정보를 제공하여 영농 진입장벽을 낮출 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 농업용 로봇을 통해 농작물 재배를 자동화하여 농작물의 재배가 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 영농인이 선택한 재배대상 농작물의 파종 또는 재배 방법 등의 영농정보를 시기 또는 절기별로 제공하고, 작업 이력을 포함하는 영농일지를 쉽고 용이하게 실시간으로 작성할 수 있으며, 체계적으로 농작물을 재배할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 농업용 로봇을 이용하여 두둑에 일정간격마다 종자를 심을 수 있고, 종자가 심어진 위치 이외의 부분에서 자라는 잡초를 인식하여 두둑 내로 눌러 잡초의 생장을 억제할 수 있으며, 토양의 수분을 측정하고 이를 표시하여 관리자가 물을 적절한 시기에 공급할 수 있도록 함으로써, 보다 많은 작물 재배공정이 신속하게 자동으로 이루어지므로 작업자의 부담이 현저히 감소되고 작업시간이 단축되며 나아가서는 생산성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템의 일부를 나타낸 블록도.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템의 일부를 나타낸 블록도.
도 9는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템의 일부를 나타낸 블록도.
도 10은 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템의 일부를 나타낸 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 10에는 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 비닐하우스 내에 농작물의 종자를 파종하는 파종작업과, 토양의 상태를 모니터링하는 모니터링작업과, 농작물에 물 또는 비료 또는 농약을 공급하는 공급작업과, 잡초를 제거하는 잡초제거작업을 각각 수행하고, 수행한 작업데이터 및 농작물 재배 과정에서 수행된 영농데이터를 수집하는 농업용 로봇(10)과; 상기 비닐하우스의 온도, 습도, 조도를 포함하는 내부환경을 제어하는 환경제어기(200)와; 상기 농업용 로봇(10) 및 상기 환경제어기(200)를 영농자가 제어할 수 있도록 지원하는 유저단말기(300)와; 상기 유저단말기(300)로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면, 외부로부터 최적재배기술데이터를 전달받아 상기 유저단말기(300)로 제공하는 로봇분산서버(400)와; 특정 농작물의 재배에 요구되는 온도, 습도, 토질, 일조, 비료, 농약, 물을 포함하는 재배환경데이터를 수집 및 저장하고, 수집된 재배환경데이터를 기반으로 특정 농작물의 재배에 최적화된 최적재배기술데이터를 추출 및 표준화하며, 각종 농작물에 대한 최적재배기술데이터가 저장된 재배기술표준화서버(500)와; 상기 재배기술표준화서버(500)로부터 재배환경데이터 및 최적재배기술데이터를 수신 및 저장하고, 상기 로봇분산서버(400)들로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면 상기 재배기술표준화서버(500)로부터 전달받아 상기 로봇분산서버(400)들에 제공하는 로봇중앙서버(600);를 구비한다.

도 3 내지 도 8을 참조하면, 농업용 로봇(10)은 비닐하우스 또는 밭(1)의 두둑(2)을 사이에 두고 두둑(2)의 양측에 위치하는 고랑(4)들을 따라 연장된 한 쌍의 레일(6,7)에 안착되어 이동되면서, 잡초를 제거하거나 토양을 관찰하고 종자를 두둑에 심을 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 한 쌍의 레일(6,7)에 안착되어 두둑(2)의 길이방향으로 이동 가능한 제1 및 제2지지유닛(11,21)과; 제1지지유닛(11) 또는 제2지지유닛(21) 중 어느 하나 또는 각각에 장착되어 제1 및 제2지지유닛(11,21)을 이동시키는 주행구동부(30)와; 두둑(2)의 폭 방향으로 연장되어 제1 및 제2지지유닛(11,21)의 상단을 연결하며 두둑(2)의 폭 방향으로 이동 가능한 이동슬라이더(69)가 장착된 수평이동가이드부(60)와; 상하방향으로 연장되며 이동슬라이더(69)에 상하방향으로 이동 가능하게 결합되는 수직이동부재(70)와; 수직이동부재(70)의 하부에 장착되며 두둑(2)의 길이방향으로 연장되어 두둑(2)의 폭 방향 또는 길이방향으로 회전 가능한 회동축(81)을 갖는 회동구동부(80)와; 회동축(81)의 회전방향을 따라 회전되게 회동축(81)에 결합되어 두둑(2)의 폭 방향으로 회전 가능한 재배헤드부(90)와; 재배헤드부(90)의 위치정보를 전달받아 이동슬라이더(69)와 수직이동부재(70)의 이동과 재배헤드부의 회전을 제어하는 제어부(미도시)를 구비한다.

제1지지유닛(11)은 상방으로 연장된 제1프레임(12)과, 제1프레임(12)의 일면 하부에 회전가능하게 장착되어 레일(6)에 지지되어 구름운동가능하며 레일의 길이방향으로 상호 이격되는 복수의 제1이동롤러(15)를 구비한다.

제2지지유닛(21)은 제1프레임(12)과 동일하게 형성된 제2프레임(22)과, 제1이동롤러(15)에 대응되는 위치의 제2프레임(22) 폭 방향 양측에 각각 회전가능하게 장착되어 레일(7)에 지지되어 구름운동가능한 복수의 제2이동롤러(25)를 구비한다.

제1프레임(12)과 제2프레임은 레일의 길이방향으로 폭을 갖는 판상으로 형성되되 상방으로 갈수록 폭이 좁아지게 중심측으로 테이퍼지게 형성되는 것이 바람직하다.

주행구동부(30)는 제1이동롤러(15) 또는 제2이동롤러(25)와 함께 회전될 수 있도록, 제1이동롤러(15)의 제1롤러회전축(16) 또는 제2이동롤러(25)의 제2롤러회전축(26)에 장착되는 피동기어(31)와, 제1구동축(36)이 제1롤러회전축(16) 또는 제2롤러회전축(26)에 나란하게 마주하도록 제1프레임(12) 또는 제2프레임(22)에 장착되는 주행구동모터(35)와, 제1구동축(36)에 장착되어 피동기어(31)와 치합되는 구동기어(33)를 구비한다.

주행구동모터(35)는 제1 및 제2지지유닛의 전진과 후진에 필요한 구동력을 제공할 수 있도록 양방향 모터가 적용되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 4를 참고하면, 주행구동부(30)는 제1프레임(12)에 장착된 복수의 제1이동롤러(15) 중 하나의 제1이동롤러(15)와, 제2프레임(22)에 장착된 복수의 제2이동롤러 중 하나의 제2이동롤러(25)에에 각각 연결되게 한 쌍이 구비되어 있다.그러나, 도시된 바와 다르게, 주행구동부(30)는 각 제1이동롤러(15)와 제2이동롤러(25)에 각각 연결되게 두 쌍이 구비되어, 전진을 위한 구동력을 제공하는 한 쌍의 주행구동부와, 후진을 위한 구동력을 제공하는 다른 한 쌍의 주행구동부로 구분될 수 있다.

수평이동가이드부(60)는 두둑(2)의 폭 방향으로 연장되어 제1 및 제2지지유닛의 상단을 연결하며 두둑(2)의 폭 방향으로 이동 가능한 이동슬라이더(46)가 장착된다. 수평이동가이드부(40)는 이동슬라이더(49)를 이동시키기 위한 볼스크루가 적용된 일반적인 LM가이드가 적용될 수 있다.

수평이동가이드부(60)는 제1프레임(12)과 제2프레임(22)을 연결하는 제1이동가이드하우징(61)과, 제1이동가이드하우징(61)에서 두둑(2)의 폭 방향으로 연장되며 회전 방향에 따라 이동슬라이더(49)를 제1프레임(12) 또는 제2프레임(22) 방향으로 이동시키는 제1볼스크루(63)와, 제1이동가이드하우징(61)의 일측에 제1볼스크루(63)의 길이방향에 나란한 제2구동축(65)을 가지며 제어부와 연결되는 수평이동구동모터(64)와, 제1볼스크루(63)의 단부에 장착된 제1종동풀리(66)와 제2구동축(65)에 장착된 제1구동풀리(67)를 연결하는 제1구동벨트(68)를 구비한다.

수평이동가이드부(60)는 구체적으로 도시되지는 않았으나, 제1볼스크루(63)에 나란하게 연장되며 이동슬라이더(49)을 관통하여 이동슬라이더(49)의 이동을 가이드하는 복수의 가이드바(미도시)가 장착되는 것이 바람직하다.

이동슬라이더(69)는 제1이동가이드하우징(61)의 타측에 돌출되게 장착되며 수직이동부재(70)와 결합된다.

이동슬라이더(69)는 하부 양측면에 제1프레임(12)과 제2프레임(22)의 이격거리를 감지하는 복수의 폭 방향 위치감지센서(117)와, 하면 중심측에 후술되는 재배헤드부(90)와의 거리를 감지하여 재배헤드부의 위치를 감지하는 상하방향 위치감지센서(118)가 장착된다. 복수의 폭 방향 위치감지센서(117)와 상하방향 위치감지센서(118)는 일반적인 근접센서가 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

수직이동부재(70)는 수평이동가이드부(60)가 장착된 이동슬라이더(69)의 일측에 대한 타측에 상하방향으로 연장되어 이동슬라이더(69)에 대해 상하방향으로 이동 가능하게 결합되는 수직이동하우징(71)과, 수직이동하우징(71)에 상하방향으로 연장되며 수직이동하우징(71)에 대해 축 회전가능하게 장착되어 회전방향에 따라 이동슬라이더(69)에 대해 승강하능하게 장착된 제2볼스크루(73)와, 수직이동하우징(71)의 일측에 제2볼스크루(73)의 길이방향에 나란한 제3구동축(75)을 갖는 상하이동 구동모터(74)와, 제2볼스크루(73)의 단부에 장착된 제2종동풀리(76)와 제3구동축(75)에 장착된 제2구동풀리(77)를 연결하는 제2구동벨트(78)를 구비한다.

회동구동부(80)는 두둑(2)의 길이방향으로 연장되어 두둑의 폭 방향으로 회전 가능한 헤드부회동축(85)을 갖는다.

회동구동부(80)는 도 5를 참고하면, 수직이동부재(70)의 하단과 결합되며 하방으로 연장되며 내부공간을 가지며 수직이동하우징(71)보다 큰 폭을 가져 수직이동하우징(71)에 대해 돌출되어 돌출된 상단이 상하방향 위치감지센서(118)와 마주하는 하우징(81)과, 하우징(681) 내에 장착되며 회동구동축(83)이 하방을 향하도록 장착되며 제어부와 연결되는 회동구동모터(82)와, 회동구동축(83)의 단부에 장착된 제1베벨기어(84)와, 제1베벨기어(84)와 취합되며 헤드부회동축(85)과 함께 회전되게 헤드부회동축(85)이 관통장착되는 제2베벨기어(86)와, 제2베벨기어(86)와 마주하는 위치에서 제1베벨기어(84)와 취합되어 제1베벨기어(84)의 회전을 지지하며 내측으로 헤드부회동축(85)이 회전가능하게 관통되는 제1보조베벨기어(87)를 구비한다.

헤드부회동축(85)은 하우징(81)에 대해 두둑(2)의 길이방향으로 돌출되며 재배헤드부(90)와 결합된다. 헤드부회동축(85)의 회동된 각도에 따라 두둑을 향하는 후술되는 재배헤드부(90)의 재배공구유닛의 위치에 대한 설명은 재배헤드부와 함께 설명하기로 한다.

그리고, 하우징(81)의 하단에는 두둑(2)을 촬영하는 카메라(111)가 장착된다. 카메라(111)는 두둑(2)을 상방에서 촬영하여, 제어부가 두둑(2)에 심어진 종자의 위치이외의 지역에서 자라는 잡초(미도시)를 판단할 수 있도록 한다. 제어부에는 잡초대상물의 다수의 이미지가 입력되어 잡초와 비교할 수 있도록 적용되는 것이 바람직하다.

재배헤드부(90)는 헤드부회동축(85)에 결합되는 헤드본체(91)와, 재배공구유닛(95,97,99)을 구비한다.

헤드본체(91)는 일면과 타면이 다각형인 다각 기둥형상으로, 일면과 타면을 연결하는 높이의 길이가 일면과 타면의 폭보다 짧게 형성되어 있다. 하지만, 도시된 바와 다르게, 헤드본체(91)는 일면과 타면을 연결하는 높이의 길이가 일면과 타면의 직경보다 짧게 형성된 원기둥형상으로 형성될 수 있다.

헤드본체(91)는 일면과 타면이 두둑(2)의 길이방향의 전방측 또는 후방측을 향하도록 중심측에 헤드부회동축(85)이 삽입장착된다. 헤드본체(91)는 재배공구유닛(95,97,99)이 삽입장착될 수 있도록, 외측면에서 내측방향으로 인입되며 원주방향으로 일정간격 이격되는 다수의 장착홈(92)(도 3 및 도6 참조)이 형성될 수 있다. 그리고, 헤드본체(91) 내에는 장착홈(92)의 인입방향에 교차하는 방향으로 장착홈(92)으로 돌출되어 장착홈으로 삽입되는 어느 하나의 재배공구를 고정하거나 고정해제할 수 있는 볼플랜지(미도시)가 장착되는 것이 바람직하다.

재배공구유닛(95,97,99)은 헤드부회동축(85)의 회전과 수직이동부재(70)의 하강에 의해 두둑(2) 내로 진입가능하여 토양을 조사하거나, 두둑(2)에 종자를 심거나, 잡초를 제거한다.

재배공구유닛(95,97,99)은 헤드본체(91)의 외측면에 헤드부회동축(85)을 중심으로 방사상으로 돌출되게 장착되어 원주방향으로 상호 이격되는 파종니들(95)과, 토양습도센서(95)와, 잡초생장억제부재(100)를 구비한다.

파종니들(95)은 헤드본체(91)의 일측면에 장착되어 두둑(2) 내로 진입 시 내측으로 유입된 종자를 두둑(2) 내로 공급하는 것으로서, 내측에 중공(96)이 형성된다.

한편, 헤드본체(91)는 파종니들(95) 내로 공급되는 종자가 저장되는 종자저장공간(미도시)과, 종자저장공간과 장착홈(92)을 연결하는 연통공(미도시)이 형성된다. 헤드본체(91)의 종자저장공간은 연통공을 통해 파종니들의 중공(96)과 연통되며, 종자를 투입할 수 있도록 헤드본체(91)의 일면 또는 타면 측으로 개방되게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 재배헤드부(90)는 헤드본체(91)의 일면 또는 타면에 회동가능하게 장착되어 종자저장공간의 개방된 측을 개폐하는 개폐도어(미도시)가 장착될 수 있다.

또한, 재배헤드부(90)는 헤드본체(91)의 연통공으로 돌출가능한 플런저(미도시)를 구비하여 종자저장공간이 중공(96)과 연통되거나 연통해제되게 연통공을 개폐하는 솔레노이드밸브를 더 구비한다. 솔레노이드밸브는 전기 연결에 여부에 의해 연통공에 플런저가 돌출되거나 돌출되지 않도록 진퇴하는 일반적인 전자식 솔레노이드 밸브로서 자세한 설명은 생략한다.

한편, 제어부는 제1프레임 또는 제2프레임 일측에 장착되어 솔레노이드밸브이 구동을 제어하여, 파종니들을 통해 두둑으로 종자공급을 제어한다. 구체적으로서, 헤드부회동축(85)이 회전되어 파종니들(95)이 두둑을 향한 상태에서 수직이동부재(70) 하강시 두둑 내로 진입되는 파종니들(95)을 통해 종자가 두둑 내로 삽입되도록, 제어부는 중공과 종자저장공간이 연통되게 플런저가 연통공에 돌출되지 않도록 솔레노이드밸브를 제어하고, 수직이동부재(70) 상승 시 플런저가 연통공으로 돌출되어 연통공이 닫혀 종자공급이 차단되도록 솔레노이드밸브의 구동을 제어한다.

또한, 제어부는 두둑(2)의 폭과 길이가 입력되고, 재배대상물(9)에 따라 두둑 내에서 종자 간 이격간격이 설정된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 제어부에 종자 간 이격간격을 설정할 수 있도록 입력부(미도시)가 마련되는 것이 바람직하다.

토양습도센서(97)는 파종니들(95)에 대해 원주방향으로 이격된 위치에 장착되어 두둑 내로 진입하여 토양의 수분을 감지한다. 도 3을 참고하면, 토양습도센서는 헤드본체(91)의 타측면에 장착된다. 토양습도센서(97)는 전류를 이용하여 토양의 유전율을 측정하여 토양의 수분량을 측정하는 것으로, 금속소재로 형성되고 나란하게 형성되며 표면에 절연물질이 코팅되며 제어부와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 프로브(98)와, 한 쌍의 프로브가 일부 함침되어 고정되는 프로브지지부(99)를 구비한다.

수직이동부재(71)의 하강에 의해 토양습도센서(97)의 한 쌍의 프로브(98)가 두둑(2)의 토양에 소정깊이로 삽입되면, 한 쌍의 프로브(98) 사이에는 수분이 함유된 토양이 분포되게 된다. 이 상태에서 프로브(98)에 전압이 인가 되면, 프로브(98) 간에 토양에 분포된 수분의 유전율에 의하여, 한 쌍의 프로브(98) 간에 정전용량이 발생하게 된다. 그러므로, 한 쌍의 프로브(98) 간에 분포되어 있는 토양의 종류나, 토양에 함유되어 있는 수분함량 상태에 따라 정전용량은 다르게 감지될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 제어부와 연결되며, 기준 정전용량이 설정되어, 토양습도센서(97)를 통해 토양에서 감지된 수분함량에 따른 정전용량에 따른 수분함량을 산출하는 수분측정부(미도시)와, 제어부를 통해 수분측정부(미도시)와 연결되어 수분측정부 통해 산출된 수분함량을 관리자가 인식할 수 있는 숫자나 기호로 표시하는 표시부(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.

잡초생장억제부재(100)는 토양습도센서(97)와 파종니들(95)에 대해 원주방향으로 이격된 위치에 장착되어 두둑(2) 내에서 자란 잡초의 상방에서 두둑(2) 내로 진입되면서 잡초가 더 이상 자라지 않도록 잡초를 눌러준다.

잡초생장억제부재(100)는 일정한 폭으로 헤드본체(91)에 대해 멀어지는 방향으로 연장되며 그 연장된 일단부에 두둑(2) 내로 진입이 용이하게 헤드본체(91)에 멀어질수록 상호 이격거리가 확장되며 폭이 각각 좁아지는 복수의 팁부(102,104)가 각각 형성된 복수의 단위누름날(101,103)과, 일 방향으로 길게 연장되어 복수의 단위누름날(101,103)이 길이방향과 폭 방향으로 상호 이격되어 배치되게 복수의 단위누름날((101,103))의 각 타단부가 삽입고정되는 누름날지지부(105)를 구비한다.

복수의 단위누름날(101.103)은 누름날지지부(105)의 중심측에서 누름날지지부(105)의 폭 방향으로 상호 이격되어 잡초의 줄기부분을 누르는 복수의 제1단위누름날(101)과, 누름날지지부(105)의 길이방향 양측에서 누름날지지부(105)의 폭 방향으로 상호 이격되의 잡초의 잎 부분을 누르는 복수의 제2단위누름날(103)로 구분된다.

제1단위누름날(101)은 제2단위누름날보다 각각 넓은 폭을 갖는다. 제1단위누름날(101)은 누름날지지부(105)에서 돌출된 일단부터 복수의 팁부(102) 위치까지 십자 형상으로 형성될 수 있다. 또는 복수의 제1단위누름날(101) 중 누름날지지부(105)의 길이방향 중심과 폭 방향 중심에 위치하는 제1단위누름날(101)만 누름날지지부(105)에서 돌출된 일단부터 복수의 팁부(102) 위치까지 십자 형상으로 형성될 수 있다.

제2단위누름날(103)은 복수의 제1단위누름날(101) 중 누름날지지부(105)의 길이방향 중심과 폭 방향 중심에 위치하는 제1단위누름날(101)에 대응되는 누름날지지부(105)의 양측에 각각 하나씩 장착되어 있으나, 누름날지지부(105)의 양측에 각각 복수 개 설치될 수 있으며 제1단위누름날(101)에 엇갈리게 위치될 수도 있다.

제어부는 두둑(2)의 폭과 길이가 입력되고, 재배대상물(9)에 따라 종자의 이격거리가 설정됨에 따라 파종니들(95)에 의해 종자가 심어진 위치가 입력되어, 카메라(111)에 의해 촬영된 영상을 통해 종자가 심어진 위치 이외의 부분에서 자라는 식물을 잡초(미도시)로 판단하도록 적용될 수 있다. 제어부는 잡초가 인식되면, 잡초의 상방으로 잡초생장억제부재(100)가 위치되게 주행구동모터(35)와, 수평이동 구동모터(64)와, 상하이동 구동모터(74), 그리고 회동구동모터(82)의 구동을 제어한다. 잡초생장억제부재(100)는 제어부의 제어에 의해 두둑(2) 내로 진입되게 하강되면서 잡초를 눌러 잡초의 생장을 억제한다.

한편, 제어부는 재배유닛의 파종니들(95)과, 토양습도센서(97)와, 잡초생장억제부재(100)등이 원주방향으로 상호 이격된 각도 만큼을 단위각도로 회동구동축(83)이 회동되게 제어하도록 적용되는 것이 바람직하다.

도 3을 참고하면, 재베해드부(90)는 파종니들(95)과 토양습도센서(97)가 상호 대향되는 위치에서 헤드본체(91)에 돌출되게 장착되며, 잡초생장억제부재(100)가 파종니들과 토양습도센서에 대해 원주방향으로 직각으로 이격되게 헤드본체부(91)에 돌출되게 장착되어 있다.

제어부는 작업 수행 시작 또는 정지 시, 잡초생장억제부재(100)가 하방으로 향하고 파종니들(95)이 일측수평방향을 향하며, 토양습도센서(97)가 타측 수평방향을 향하도록 헤드부회동축(85)이 회동되도록 설정될 수 있다. 그리고, 제어부는 파종, 토양습토측정 또는 잡초제거 중 어느 하나의 기능을 수행하도록 선택되면, 선택된 기능을 수행할 수 있도록 파종니들(95)과, 토양습도센서(97) 또는 잡초생장억제부재(100) 중 어느 하나가 두둑을 향하도록, 헤드부회동축(85)이 회동되게 회동구동모터(82)에 구동명령을 전달하며, 헤드부회동축(85)이 90도를 단위간격으로 회동되도록 회동구동모터(82)의 구동을 제어한다.

일 예로서, 도 3을 참고하여 설명하면, 파종 작업 수행명령이 제어부에 전달되면, 제어부는 파종니들(95)이 하방을 향하고 토양습도센서(97)가 상방을 향하도록 헤드부회동축(85)이 반시계방향으로 90도 회동되도록 회동구동모터(82)의 구동을 제어한다. 그리고, 제어부는 파종 작업 수행이 완료되면, 다시 잡초생장억제부재(100)가 하방으로 향하고 파종니들(95)이 일측수평방향을 향하며, 토양습도센서(97)가 타측 수평방향을 향하도록 헤드부회동축(85)이 시계방향으로 90도 회동되도록 회동구동모터(82)의 구동을 제어한다. 반대로, 토양습도 측정 수행명령이 제어부에 전달되면, 제어부는 파종니들(95)이 상방을 향하고 토양습도센서(97)가 하방을 향하도록 헤드부회동축(85)이 시계방향으로 90도 회동되도록 회동구동모터(82)의 구동을 제어한다. 그리고, 제어부는 토양습도측정 수행이 완료되면, 다시 잡초생장억제부재(100)가 하방으로 향하고 파종니들(95)이 일측수평방향을 향하며, 토양습도센서(97)가 타측 수평방향을 향하도록 헤드부회동축(85)이 반시계방향으로 90도 회동되도록 회동구동모터(82)의 구동을 제어한다. 제어부가 헤드부회동축(85)의 회동을 제어하여, 선택된 작업을 수행하도록 재베헤드부를 회동시키는 방법은 앞에서 상술한 것에 한정되지 않고, 다양한 구조 및 방법이 적용될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 주행구동모터(35)와, 수평이동 구동모터(64)와, 상하이동 구동모터(74), 그리고 회동구동모터(82)의 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부(미도시)와, 전원스위치(미도시)를 구비한다. 전원공급부는 제1지지유닛 또는 제2지지유닛 일측에 탈부착 가능하게 장착되는 베터리가 적용되는 것이 바람직하나, 제어부에서 연장된 케이블 단부에 마련되어 상용전원이 공급되는 콘센트와 연결가능한 플러그 구조가 적용될 수도 있다.

그리고, 앞에서 언급한 입력부는 도시되지는 않았으나, 제1프레임 또는 제2프레임 일측에 장착되어 제어부와 연결될 수 있으며, 다수의 레버나 버튼이 구비될 수 있다. 구체적으로, 입력부는 두둑(2)에 종자를 파종하는 파종 수행명령을 제어부에 전달하는 파종수행버튼과, 두둑(2) 내에 잡초를 제거하기 위한 잡초제거 수행명령을 제어부에 전달하는 잡초제거수행버튼과, 토양의 수분측정하여 제어부를 통해 표시부에 표시되도록 수분측정 수행명령을 제어부에 전달하는 수분측정수행버튼을 구비하는 것이 바람직하다. 그리고, 입력부는 제어부에 수행명령이 전달되면 선택된 수행명령을 시작하거나 정지시킬 수 있는 시작버튼과 정지버튼을 더 구비할 수 있다.

또한, 입력부는 재배헤드부(90)의 위치를 직접 이동시키기 위해 이동슬라이더(69)를 이동시키는 수평이동조작부와, 수직이동부재(70)를 상하 이동시키는 수직이동조작부와, 제어부에 종자간 이격간격을 설정하는 간격조절부가 구비될 수 있다. 그리고, 입력부는 주행구동부(30)의 이동속도 및 이동방향 설정을 위한 다수의 주행셋팅버튼과, 재배헤드부의 회동 각도 및 회동방향을 조절하는 다수의 헤드부조작버튼이 마련될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 두둑에 일정간격마다 종자를 심을 수 있고, 종자가 심어진 위치 이외의 부분에서 자라는 잡초를 인식하여 두둑 내로 눌러 잡초의 생장을 억제할 수 있으며, 토양의 수분을 측정하고 이를 표시하여 관리자가 물을 적절한 시기에 공급할 수 있도록 함으로써 보다 많은 작물 재배공정이 자동으로 이루어지므로 작업자의 부담이 현저히 감소되고 작업시간이 단축되며 나아가서는 생산성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 6에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)이 도시되어 있다. 앞서 도시한 도면에서와 동일기능을 갖는 구성요소는 동일 참조부호로 표기한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 재배헤드부(190)를 제외하고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)의 구조와 동일하며, 재배헤드부(190)의 외측에 장착되어 파종니들(95)에 종자를 공급하는 종자공급부(120)를 더 구비한다.

재베헤드부(190)는 헤드본체(191)와, 재배공구유닛(95,97,99)을 구비한다.

헤드본체(191)는 본 발명의 일 실시 예의 헤드본체(91)의 구조에 종자저장공간 없이, 종자공급연결공(94)이 관통형성된다. 종자공급연결공(94)은 헤드본체(191)의 일단면에서 파종니들(95)이 장착되는 장착홈(92)으로 관통형성된다.

한편, 종자공급부(120)는 수직이동부재(70)에 장착된 브라켓(123)에 지지되며, 내부에 종자가 저장되며 하부가 개방된 종자저장호퍼(121)와, 일측이 종자저장호퍼(121)의 하부와 연결되며, 타측이 재배공구유닛이 장착되는 헤드본체(191)의 외측면에 직교하는 일단면에 접하게 연장된 종자공급관(125)과, 종자공급관(125) 내에서 회전된 각도에 따라 종자공급관(125)의 하부로 종자의 이동을 제한하거나 제한해제하는 다수의 개폐날개(137)를 포함하는 개폐부재(135)와, 개폐부재(135)를 회전시키는 종자공급모터(131)를 구비한다.

종자연결공급공(92)은 헤드부회동축(85)이 회전되어 파종니들이 두둑을 향하면, 종자공급관(125)의 타단과 파종니들(95)에 형성된 중공(96)을 연결한다.

종자공급관(125)은 상하방향으로 연장되며 상단이 종자저장호퍼(121)에 연결되는 수직연장관(126)과, 수직연장관(126)의 하단에서 헤드본체(191)의 일단면에 접하게 경사지게 연장되어 종자연결공급공(92)과 연통가능한 헤드본체 경사연장관(127)을 구비한다.

개폐부재(135)는 종자공급 구동축(132)과 연결된 개폐축(136)과, 개폐축(136)을 중심으로 방사상으로 돌출되며 원주방향으로 일정간격 이격되는 다수의 개폐날개(137)를 구비한다.

다수의 개폐날개(137)는 상호 원주방향으로 90도 간격으로 이격되며, 개폐축(136)의 길이방향의 연장되되 길이방향 중심측이 양측보다 개폐축에 돌출된 길이가 길도록 볼록한 호형상으로 각각 형성된다.

개폐날개(137)는 종자공급관(125)의 수직연장관(126)의 길이방향에 직교하게 위치되면 종자공급관(125)의 하부로 종자의 이동을 제한하고, 수직연장관(126)의 길이방향에 대해 경사져 수직연장관(126)의 내주면에 이격되게 위치되면 종자공급관(125)의 하부로 종자의 이동 제한을 해제한다.

종자공급모터(131)는 종자공급 구동축(132)이 90도씩 회전되도록 제어부에 제어된다. 제어부는 파종니들(95)이 두둑(2)을 향한 상태에서 수직이동부재(70)가 하강 시, 개폐날개(137)가 경사져 수직연장관(126)의 내주면에 이격되도록 종자공급모터(131)를 구동시킨다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 농업용 로봇(10)은 재배헤드부(90)의 외측에 종자공급부(120)를 더 구비하여, 많은 양의 종자를 저장할 수 있으므로 두둑(2)의 길이와 폭에 관계없이 지속적으로 파종작업을 수행할 수 있어 재배공정효율이 더욱 향상될 수 있다.

상기와 같은 농업용 로봇(10)은 두둑(2)에 일정간격마다 종자를 심을 수 있고, 종자가 심어진 위치 이외의 부분에서 자라는 잡초를 인식하여 두둑(2) 내로 눌러 잡초의 생장을 억제할 수 있으며, 토양의 수분을 측정하고 이를 표시하여 관리자가 물을 적절한 시기에 공급할 수 있도록 함으로써 보다 많은 작물 재배공정이 자동으로 이루어지므로 작업자의 부담이 현저히 감소되고 작업시간이 단축되며 나아가서는 생산성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

환경제어기(200)는 비닐하우스 내부환경 즉, 온도, 습도, 조도를 제어하는 것으로서, 온도를 조절하는 히터 또는 보일러장치, 물을 공급하는 물공급장치, 환기창을 개폐하는 환기창 또는 측창 개폐장치, 차양막을 개폐하는 차양막개폐장치를 각각 제어한다.

환경제어기(200)는 후술하는 유저단말기(300)를 통해 영농인이 조작하여 각종 장치들의 동작을 제어할 수도 있고, 이와 다르게 유저단말기(300)를 통해 미리 내부환경값을 설정해 두고, 그 내부환경값을 유지할 수 있게 자동으로 각종 장치들의 동작을 제어할 수도 있다.

유저단말기(300)는 농업용 로봇(10) 및 환경제어기(200)를 영농자가 각각 제어할 수 있도록 지원하는 것으로서, 농작물의 파종이나 관수, 농약, 액비 등의 공급 및 잡초제거하며, 작업내역을 포함하는 영농데이터를 수집한다.

유저단말기(300)는 영농인이 재배 농작물 및 기술의 선택, 작업지시, 판매 관리 및 각종 서비스를 지원하는 애플리케이션이 탑재된다.

유저단말기(300)에 탑재된 애플리케이션에서 제공되는 서비스 종류에는, 농작물과 관련된 특정 서비스 데이터를 조회하기 위한 정보 조회 서비스, 농작물과 관련된 서비스 데이터를 등록하기 위한 정보 등록 서비스 및 서비스 데이터의 가공이 요구되는 정보 안내 서비스를 더 포함할 수 있다.

또한, 요청한 서비스 종류가 특정 일의 작업 내역을 확인하기 위한 정보안내 서비스인 경우, 서비스 요청에 따라 추출되는 서비스 데이터에는, 특정 일의 날씨 정보, 병해충 정보, 및 영농인에 의해 선택된 농작물 정보와 관련된 농작물 관리 메뉴얼 정보를 포함할 수 있다. 이를 위해 농업용 로봇(10)에는 이러한 서비스를 제공하기 위해 작업내역, 영농데이터, 환경데이터 등을 수집한다.

로봇분산서버(400)는 유저단말기(300)로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면, 외부로부터 최적재배기술데이터를 전달받아 유저단말기(300)로 제공하는 것으로서, 유저단말기(300)와 로봇중앙서버(600) 사이에서 데이터를 중계하는 중계서버이다.

재배기술표준화서버(500)는 특정 농작물의 재배에 요구되는 온도, 습도, 토질, 일조, 비료, 농약, 물을 포함하는 재배환경데이터를 수집 및 저장하고, 수집된 재배환경데이터를 기반으로 특정 농작물의 재배에 최적화된 최적재배기술데이터를 추출 및 표준화하며, 각종 농작물에 대한 최적재배기술데이터가 각각 저장된다. 재배기술표준화서버(500)는 실시간으로 재배환경데이터를 수집할 뿐만 아니라, 최적재배기술데이터를 업데이트한다.

또한, 재배기술표준화서버(500)는 후술하는 로봇중앙서버(600)에서 요청신호가 수신되며, 요청신호에 해당하는 최적재배데이터를 로봇중앙서버(600)로 송출한다.

재배기술표준화서버(500)는 특정 농작물에 대한 재배환경데이터를 기반으로 작업지시서를 생성하며, 생성된 작업지시서는 로봇중앙서버(600)에서 요청시 최적재배기술데이터와 함께 송출된다.

로봇중앙서버(600)는 재배기술표준화서버(500)로부터 재배환경데이터 및 최적재배기술데이터를 수신 및 저장하고, 로봇분산서버(400)들로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면 재배기술표준화서버(500)로부터 이를 전달받아 로봇분산서버(400)들에 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 농업용 로봇(10)을 이용하여 자동으로 농작물의 재배 가능한 스마트팜서비스를 더 지원할 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 환경데이터수집장치(700)와, 환경제어시스템(800)과, 스마트팜관리서버(900)와, 스마트팜운영서버(1000)를 더 구비한다.

스마트팜서비스는 환경정보를 수집하고, 수집된 환경정보에 따라 자동으로 하우스의 환경을 조절하며, 여러 영농인으로부터 수집된 영농데이터 및 재배기술을 적용하여 자동으로 농작물을 최적의 상태로 재배하기 위한 서비스이다.

환경데이터수집장치(700)는 비닐하우스가 위치하는 지역의 풍량, 풍속, 온도, 습도, 일사량과, 비닐하우스 내부의 온도, 습도, 일사량을 측정한다. 환경데이터수집장치(700)는 비닐하우스 외부의 환경데이터를 기상청 또는 기상정보를 제공하는 시스템으로부터 데이터를 받아 수집할 수도 있고, 자체적으로 구비된 시스템을 이용하여 수집할 수도 있다. 환경데이터수집장치(700)에서 수집된 환경데이터는 후술하는 스마트팜운영 메인서버에 전송된다.

환경제어시스템(800)은 비닐하우스 내부의 환경을 조절하기 위한 장치로서, 비닐하우스 내부환경 즉, 온도, 습도, 조도를 제어하는 것으로서, 온도를 조절하는 히터 또는 보일러장치, 물을 공급하는 물공급장치, 환기창을 개폐하는 환기창 또는 측창 개폐장치, 차양막을 개폐하는 차양막개폐장치를 각각 제어한다. 환경제어시스템(800)은 후술하는 스마트팜관리서버(900)에서 전송되는 신호에 따라 제어된다.

스마트팜관리서버(900)는 재배방법 데이터를 적용하여 농업용 로봇(10)의 작동상태 관리하고, 환경데이터에 따라 환경제어시스템(800)을 제어하며, 농업용 로봇(10)에 작업지시서를 전송하여 농업용 로봇(10)의 작업 및 작동을 제어한다.

스마트팜운영서버(1000)는 스마트팜관리서버(900)에 작업지시서를 전송하고, 환경데이터수집장치(700)에서 환경데이터를 수집하며, 로봇중앙서버(600)에 영농데이터를 전송 및 로봇중앙서버(600)로부터 재배기술데이터를 수신한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 : 농업용 로봇
200 : 환경제어기
300 : 유저단말기
400 : 로봇분산서버
500 : 재배기술표준화서버
600 : 로봇중앙서버
700 : 환경데이터수집장치
800 : 환경제어시스템
900 : 스마트팜관리서버
1000 : 스마트팜운영서버

Claims

비닐하우스 내에 농작물의 종자를 파종하는 파종작업과, 토양의 상태를 모니터링하는 모니터링작업과, 농작물에 물 또는 비료 또는 농약을 공급하는 공급작업과, 잡초를 제거하는 잡초제거작업을 각각 수행하고, 수행한 작업데이터 및 농작물 재배 과정에서 수행된 영농데이터를 수집하는 농업용 로봇과;
상기 비닐하우스의 온도, 습도, 조도를 포함하는 내부환경을 제어하는 환경제어기와;
상기 농업용 로봇 및 상기 환경제어기를 영농자가 제어할 수 있도록 지원하는 유저단말기와;
상기 유저단말기로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면, 외부로부터 최적재배기술데이터를 전달받아 상기 유저단말기로 제공하는 로봇분산서버와;
특정 농작물의 재배에 요구되는 온도, 습도, 토질, 일조, 비료, 농약, 물을 포함하는 재배환경데이터를 수집 및 저장하고, 수집된 재배환경데이터를 기반으로 특정 농작물의 재배에 최적화된 최적재배기술데이터를 추출 및 표준화하며, 각종 농작물에 대한 최적재배기술데이터가 저장된 재배기술표준화서버와;
상기 재배기술표준화서버로부터 재배환경데이터 및 최적재배기술데이터를 수신 및 저장하고, 상기 로봇분산서버들로부터 특정 농작물에 대한 최적재배기술데이터 요청신호가 수신되면 상기 재배기술표준화서버로부터 전달받아 상기 로봇분산서버들에 제공하는 로봇중앙서버;를 구비하고,
농업용 로봇은 하우스 내의 두둑을 사이에 두고 상기 두둑의 양측에 위치하는 고랑들을 따라 연장된 한 쌍의 레일에 안착되어 상기 두둑의 길이방향으로 이동 가능한 제1지지유닛 및 제2지지유닛과, 상기 제1지지유닛 또는 상기 제2지지유닛 중 어느 하나 또는 각각에 장착되어 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛을 이동시키는 주행구동부와, 상기 두둑의 폭 방향으로 연장되어 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛의 상단을 연결하며 상기 두둑의 폭 방향으로 이동 가능한 이동슬라이더가 장착된 수평이동가이드부와, 상하방향으로 연장되며 상기 이동슬라이더에 상하방향으로 이동 가능하게 결합되는 수직이동부재와, 상기 수직이동부재의 하부에 장착되며 상기 두둑의 길이방향으로 연장되어 상기 두둑의 폭 방향 또는 길이방향으로 회전 가능한 헤드부회동축을 갖는 회동구동부와, 상기 헤드부회동축과 결합되어 상기 헤드부회동축과 함께 상기 두둑의 폭 방향으로 회전 가능한 재배헤드부를 구비하고,
상기 재배헤드부는 상기 헤드부회동축에 결합되는 헤드본체와, 상기 헤드본체의 외주면에 상기 헤드부회동축을 중심으로 방사상으로 돌출되게 장착되어 상기 헤드부회동축의 회전과 상기 수직이동부재의 하강에 의해 두둑 내로 진입 가능하여 토양을 조사하거나, 두둑에 종자를 심거나, 잡초를 제거하는 재배공구유닛을 구비하고,
상기 헤드본체에는 상기 재배공구유닛이 삽입장착될 수 있도록 내측으로 인입되고 원주방향으로 일정 간격 이격되는 복수의 장착홈이 형성되고,
상기 재배공구유닛은 상기 헤드본체의 일측면에 장착되어 두둑 내로 진입 시 종자를 파종하는 파종니들과, 상기 파종니들에 대해 원주방향으로 이격된 위치의 상기 헤드본체에 장착되며 두둑 내로 진입되어 토양의 수분을 감지하는 토양습도센서와, 상기 토양습도센서와 상기 파종니들에 대해 원주방향으로 이격된 위치의 상기 헤드본체에 장착되어 두둑 내에서 자란 잡초의 상방에서 두둑 내로 진입되면서 잡초를 눌러 잡초의 생장을 억제하는 잡초생장억제부재를 구비하며,
상기 농업용 로봇은 상기 재배헤드부의 외측에 장착되어 상기 파종니들에 종자를 공급하는 종자공급부와, 상기 주행구동부의 주행구동모터와 상기 수평이동가이드부의 수평이동 구동모터와 상기 수직이동부재의 상하이동 구동모터와 상기 헤드부회동축을 회전시키는 회동구동모터 및 상기 종자공급부의 종자공급모터를 제어하는 제어부를 더 구비하고,
상기 제어부는 파종, 토양습도측정, 잡초제거 중 어느 하나의 기능을 수행하도록 선택되면 상기 파종니들과 상기 토양습도센서과 상기 잡초생장억제부재 중 어느 하나가 두둑을 향하도록 상기 헤드부회동축을 상기 파종니들과 상기 토양습도센서와 상기 잡초생장억제부재가 상호 이격된 각도만큼에 대응되는 단위각도로 회전시킬 수 있게 상기 회동구동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 잡초생장억제부재는 일정한 폭으로 상기 헤드본체에 대해 멀어지는 방향으로 연장되며 그 연장된 일단부에 두둑 내로 진입이 용이하게 상기 헤드본체에 멀어질수록 상호 이격거리가 확장되며 폭이 각각 좁아지는 복수의 팁부가 각각 형성된 복수의 단위누름날과, 일 방향으로 길게 연장되어 복수의 상기 단위누름날이 길이방향과 폭 방향으로 상호 이격되어 배치되게 복수의 상기 단위누름날의 각 타단부가 삽입고정되는 누름날지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 헤드본체는 상기 파종니들 내로 공급되는 종자가 저장되며 상기 파종니들의 중공과 연통되는 종자저장공간이 형성되고,
상기 재배헤드부는 상기 헤드본체에 장착되어 상기 종자저장공간이 상기 중공과 연통되거나 연통해제되게 상기 종자저장공간을 개폐하는 솔레노이드밸브를 더 구비하고, 상기 헤드부회동축이 회전되어 상기 파종니들이 두둑을 향한 상태에서 상기 수직이동부재 하강 시, 상기 파종니들을 통해 종자가 두둑 내로 삽입되도록 상기 중공과 상기 종자저장공간이 연통되게 상기 솔레노이드밸브의 구동을 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 농업용 로봇을 이용한 농작물 재배 및 영농 지원 시스템.