KR102424114B1 - 무인 외발전동휠형 밭작물 관리 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 본체(110); 상기 본체(110)와 인접하며 씨앗 또는 약액이 수용되는 살포통(120); 상기 살포통(120) 하부에 위치하며 외측에 파종구(131)가 형성된 외발 바퀴(130); 상기 외발 바퀴(130)의 양측에 연결되며, 외측에 돌기가 형성된 접이식 바퀴(150); 상기 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장되며, 하나 이상의 분사구가 구비된 제1 살포기(161); 상기 외발 바퀴(130)에 연결되어 표토 경운 및 복토가 가능한 끌개(170); 및 상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)를 제어하도록 상기 살포통(120)에 구비되는 상기 살포 조절부재(320)를 포함하는 밭작물 관리 로봇을 제공한다.

Description

무인 외발전동휠형 밭작물 관리 로봇{Robot of unmanned unicycle electric wheel type for upland crop management}

본 발명은 농업 분야에 관한 것으로, 구체적으로 밭작물 재배 농경지에서이동이 용이한 외발전동휠형 로봇을 이용하여 밭 잡초의 발생을 억제하고 제거하며 인공지능 모듈을 포함하여 파종, 비료와 농약의 살포 등 다목적 밭작물 관리 로봇에 관한 것이다.

밭 농사에서 잡초는 병충해과 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.

특히, 밭 잡초는 500여종에 이르고, 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.

잡초 제거방법으로는, 잡초를 직접 자르는 방법, 잡초에 화학적 약품을 살포하는 방법, 뿌리를 제거하는 방법 등이 있으며, 잡초를 직접 제거하는 방법의 경우 많은 인력들을 요구하여, 화학적 약품을 살포하는 방법이 일반적으로 쓰인다.

최근 들어, 친환경에 대한 대중의 선호도가 높아지고 있고, 농업기술도 친환경 농법을 도입하기 위한 노력이 증가하고 있다. 이에 따라, 제초제 등 농약 사용을 필요한 곳에만 살포하는 등 최소화하는 것이 중요하다.

이를 해결하기 위해, 다양한 농업용 로봇이 개발되고 있으나, 고령화된 농가에서 조종 능력을 학습하는 데는 오랜 시간이 필요했다.

이와 같은 종래의 잡초 제거 방법의 문제점을 극복하기 위한 기술이 개발되고 있다.

한국등록특허 제10-2049938호는 센서 기반의 작황상황 빅데이터 분석을 이용하여 농약 살포량을 실시간으로 조절 가능한 농업용 드론 시스템을 개시한다.

파종, 비료나 농약의 살포량을 조절하여 살포할 수 있으나, 드론 특성상 제한고도가 법률로 정해진 장소에서 사용이 불가한 문제가 있었다.

한국등록특허 제10-2269262호는 수송형 드론과 멀티콥터의 협업을 이용한 저공비행 전용 살포기를 제공하는 본 출원인 발명으로, 제한고도를 제한하는 방법을 추가하였으나, 드론 자체가 제한된 장소에서는 사용이 불가한 문제가 여전했다.

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.

그러나, 재식 특성을 고려하지 않아 이미 밭작물이 심어진 밭에는 적용할 수 없었다.

KR 10-2049938 B1 KR 10-2269262 B1 KR 10-2015-0124305 A JP 2011-205967 A KR 10-1816557 B1 KR 10-2181930 B1 CN 211090589 U KR 10-2019-0031391 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

구체적으로, 이륜, 삼륜, 사륜 방식의 관리 장치 운용시 좁은 장소에서 주행에 제한이 있었던 문제를 해결하고자 한다.

또한, 로봇을 조종하는 조종자의 숙련도에 따라 밭 잡초 제거 능력이 달라지고, 경우에 따라 밭작물에 대한 손상이 생기는 문제를 해결 하고자 한다.

또한, 로봇과 전방 장애물의 충돌로 인해 로봇의 내부 구성이 손상되어 고장이 발생하는 문제를 해결하고자 한다.

또한, 조종자가 동일 공간에서 조종하기 때문에 기후적 시간적 제약을 받았던 문제를 해결하고자 한다.

또한, 구비된 배터리의 전기가 다 떨어질 경우 주행이 불가했던 문제를 해결하고자 한다.

또한, 비행 제한으로 인해 드론을 사용할 수 없는 농가에도 탑뷰 카메라를 이용한 제어가 가능하여 파종, 농약 및 비료의 살포를 무인자동화 할 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 본체(110); 상기 본체(110)와 인접하며 씨앗 또는 약액이 수용되는 살포통(120); 상기 살포통(120) 하부에 위치하며 외측에 파종구(131)가 형성된 외발 바퀴(130); 상기 외발 바퀴(130)의 양측에 연결되며, 외측에 돌기가 형성된 접이식 바퀴(150); 상기 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장되며, 하나 이상의 분사구가 구비된 제1 살포기(161); 상기 외발 바퀴(130)에 연결되어 표토 경운 및 복토가 가능한 끌개(170); 및 상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)를 제어하도록 상기 살포통(120)에 구비되는 상기 살포 조절부재(320)를 포함하는, 밭작물 관리 로봇을 제공한다.

또한, 상기 본체(110)의 상부로 이격되어 설치되는 탑뷰 카메라(190)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 본체(110)는, 센서부(20)를 더 포함하고, 센서부(20)와 상기 탑뷰 카메라(190)에 의해 센싱된 밭의 재식 특성, 잡초의 발생 정보 및 전방 장애물까지의 거리를 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 상기 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 하는 Al 모듈(50)이 탑재되고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 제어 신호를 통해 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 외발 바퀴(130), 상기 접이식 바퀴(150) 및 상기 끌개(170)의 구동을 제어하고, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외발 바퀴(130)의 상부를 커버하는 커버부(132); 및 상기 살포통(120)의 하부와 연통되며, 상기 커버부(132)의 둘레를 따라 일측으로 연장되는 제2 살포기(162)를 더 포함하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 제2 살포기(162)의 살포를 더 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 살포기(162)의 말단부에 세 개의 노즐이 형성된 분사구(162s)를 더 포함하고, 상기 분사구(162s)의 각도는 조절 가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 살포통(120)은 하부로 갈수록 내부 면적이 좁아지는 형상이며, 상기 살포통(120) 하부의 전방과 후방에 위치하는 적재부(129)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 접이식 바퀴(150)는 상기 로봇 구동부재(310)에 의해 제어되어 접이 가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 본체(110)의 상면에 형성되는 태양광 모듈(111);을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 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 외발 바퀴(130)의 가압 강도 및 회전 속도를 제어하고, 상기 접이식 바퀴(150)의 접이 높이, 회전 방향 및 속도를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 외발 바퀴(130) 및 상기 접이식 바퀴(150)의 출력을 제어하고, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)의 구동을 제어하고, 상기 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 과제 해결을 통해 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻는다.

첫째, 무인 주행으로 밭 잡초 제거가 가능하여, 농업인의 숙련도 내지 조종 능력에 무관하게 효과적인 밭 잡초 제거가 가능하다. AI에 의해 고랑 인식이 가능하여 효과적으로 밭 잡초 제거가 가능하다. 물론, 고랑이 없거나, 또는 고랑과 이랑이 모두 없는 평지 환경에서도 효과적인 작업이 가능하다.

둘째, 작업자의 추가 조작 없이도 로봇이 인공지능에 의해 전방 장애물을 자동으로 인식하여 경로를 수정하기 때문에 장애물과의 충돌로 인한 로봇의 고장 문제를 방지할 수 있다.

셋째, 무인 주행이 가능하기 때문에 기후적 시간적 제약 없이 밭 잡초를 제거할 수 있다.

넷째, 외발 바퀴의 자율주행에 의해 정밀 파종이 가능하며, 동시에 하나의 기기에서 잡초 관리(제초 등), 병해충 관리 등 다양한 기능의 동시 수행이 가능하다.

다섯째, 잡초 관리시, 밭 잡초 제거 시 잡초의 발생 정보를 이용하기 때문에 잡초의 상태에 적합한 솔루션을 제공하여 효과적으로 밭 잡초를 제거할 수 있다.

여섯째, 비료 및 농약 살포시, 외발 바퀴의 자율주행에 의해 비료를 용이하게 살포하거나, 병해충 예찰 및 방제를 용이하게 수행할 수 있다.

일곱째, 외발 바퀴의 자율주행으로 농자재를 용이하게 운반할 수 있다.

여덟째, 소형 로봇이나, 다수의 로봇을 이용해 멀티 운행시킴으로써 대규모 농가에도 적용 가능하다.

아홉째, 전기 공급 없이도 태양광 모듈에 의해 자가 발전되어 지속적으로 무인이 주행 가능하여 오랜 시간 동안 밭 잡초를 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 밭작물 관리 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 밭작물 관리 로봇의 시스템도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밭작물 관리 로봇을 이용한 밭 잡초 제거 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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.

또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밭작물 관리 로봇을 상세히 설명한다.

여기에서, "재식 특성"은 밭작물 재식 밀도 및 밭작물의 종류를 포함하는 개념이다.

밭작물 관리 로봇(1000)의 구성

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 밭작물 관리 로봇(1000)의 구성을 설명한다.

본체(110)에 센서부(20)와 AI 모듈(50)이 탑재되며, 상면에 태양광 모듈(111)이 형성된다. 본체(110)는 탑재된 모듈 및 시스템들을 보호하기 위해 방수 재질로 이루어질 수 있다.

본체(110)는 360도 회전 가능하여, 센서부(20)가 밭작물 관리 로봇(1000) 주변 360도 환경을 수집할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 본체(110)는 야간 주행 표시등을 포함할 수 있다.

태양광 모듈(111)은 전기를 충전하는 것으로 본체(110)의 상면에 형성되거나, 이격 형성될 수 있다.

Al 모듈(50)은 센서부(20)에 의해 센싱된 밭의 재식 특성, 잡초의 발생 정보 및 전방 장애물까지의 거리를 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 상기 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 한다.

또한, AI 모듈(50)은, 제어 신호를 통해 로봇 구동부재(310)를 제어하여 외발 바퀴(130), 접이식 바퀴(135) 및 끌개(170)의 구동을 제어하고, 살포 조절부재(320)를 제어하여 파종구(131), 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)를 제어하며, 구체적인 설명은 후술한다.

살포통(120)은 본체(110)와 인접하며, 씨앗 또는 약액이 수용된다. 도면에서 본체(110)의 하부에 위치한 것으로 도시하였으나, 본체(110)의 상부에 위치하여도 무관하다. 일 실시예에서, 살포통(120)에 비료가 더 수용될 수 있다. 즉, 씨앗, 비료 또는 약액 중 어느 하나 이상이 살포통(120)에 수용되는 것이다. 다른 실시예에서, 살포통(120)에 하나 이상의 칸막이가 구비되어 칸막이에 의해 구획된 공간에 씨앗, 약액, 비료 등 서로 다른 살포물질이 각각 수용되어, 파종구(131)로 씨앗을 파종하며, 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)로 서로 다른 살포물질을 제공할 수 있다. 이 때, 약액은 제초를 위한 약액(농약)일 수도 있고, 병해충 예방을 위한 약액(농약)일 수도 있다.

살포통(120)은 하부로 갈수록 내부 면적이 좁아지는 형상이다. 살포통(120) 내부에 수용되는 씨앗 또는 약재들이 하부로 모아져서 버려지는 씨앗 또는 약재들을 방지하기 위함이다.

적재부(129)는 살포통(120)의 전방과 후방에 위치한다. 밭작물 관리 로봇(1000)이 적재부(129)를 이용해 종자, 농약, 비료 및 농자재 등을 운반하여 농가의 인력 낭비를 방지할 수 있다.

외발 바퀴(130)는 살포통(120) 하부에 위치하여, 로봇을 이동시키며 밭 잡초를 제거할 수 있다.

외발 바퀴(130)는 구동 신호를 받아 회전되기 위한 동력부재를 구비할 수 있으며, 자이로스코프 등 운행을 위한 센서들도 구비할 것이다.

또한, 외발 바퀴(130)의 외측에 파종구(131)가 돌출 형성된다. 이에 따라, 파종구(131)는 밭 잡초를 제거함과 동시에 파종을 수행할 수 있다.

이를 위해, 외발 바퀴(130)는 내측에 씨앗을 수용하는 공간이 위치하고, 이 공간은 살포통(120)과 연통될 것이다. 공간에 수용된 씨앗이 외발 바퀴(130)가 회전됨에 따라 바닥과 접하는 파종구(131)를 통해 살포됨으로써 파종된다.

한편, 외발 바퀴(130)가 구동 신호를 받아 회전됨으로써 밭 잡초에 마찰을 부여하거나 접이식 바퀴(135)가 밭 잡초에 가압 마찰을 부여할 수 있다. 외발 바퀴(130)는 각도 변형이 용이하며, 이에 따라, 조간 사이의 이동이 용이하다.

커버부(132)는 외발 바퀴(130)의 상부를 커버하며, 하측에 개방부를 갖는다. 외발 바퀴(130)의 회전 시 비산하는 흙먼지가 튀는 것을 막아준다. 커버부(132)의 형상은 어떤 것도 가능하나, 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이 상부가 완만한 반구 형상일 수 있다.

접이식 바퀴(135)는 외발 바퀴(130)의 양측에 연결되며, 외측에 잡초 제거를 위한 돌기가 형성된다. 접이식 바퀴(135)는 외발 바퀴(130)를 중심에 두고 소정의 폭을 갖도록 양측에 위치하는데, 이에 따라, 평지, 습지 및 경사지 등 다양한 형태의 농지에서의 운행도 용이하다. 또한, 접이식 바퀴(135)는 접이되거나 인출됨으로써 각도와 폭의 변경이 가능하다.

즉, 접이식 바퀴(135)는 외발 바퀴(130)의 양측에서 인출, 접이 및 가변됨으로써 밭 잡초 제거를 위해 사용되거나, 운행을 용이하게하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 밭의 재식 특성을 고려하여 외발 바퀴(130)와 양측에 위치하는 접이식 바퀴(135)를 모두 포함하는 폭은 45cm 이하일 수 있다.

구체적으로, 고랑을 인식하여 로봇 구동부재(310)에 의해 끌개(170)가 승강됨으로써 밭 잡초를 표토 경운하고, 외발 바퀴(130)에 형성된 파종구(131)를 통해 파종되며, 접이식 바퀴(135) 각각에 구비된 돌기(회전날)들이 구동 신호를 받아 회전됨으로써 파종구(131) 주위의 밭 잡초에 마찰을 부여함으로써 제거한다. 고랑이 없는 경우 끌개(170)와 접이식 바퀴(135)의 높이를 조절한 후 회전으로 표토 경운 및 잡초 제거가 가능하다. 이때, 끌개(170)를 이용해 복토할 수 있다.

한편, 접이식 바퀴(135)가 접이될 경우 외발 바퀴(130)만이 지면에 닿게 되어 운행 중 밭작물의 손상을 방지할 수 있다. 넓은 간격의 재식 밀도를 갖는 밭작물의 경우 제어 신호가 수신되면 제어 신호에 따라 접이식 바퀴(135)가 최대로 인출되어 보다 넓은 폭으로 조절되어 밭 잡초를 제거할 수 있다.

예컨대, 밭작물 재식 밀도에 의한 간격이 30cm일 경우 접이식 바퀴(135)가 접이된 채 외발 바퀴(130)만 작동되고 접이식 바퀴(135)는 작동되지 않을 것이며, 30cm 이상인 경우 외발 바퀴(130)와 접이식 바퀴(135)가 모두 작동할 것이며, 재식 밀도의 간격이 최대가 될 경우 접이식 바퀴(135)도 최대로 인출되어 작동될 것이다.

제1 살포기(161)는 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장된다.

제1 살포기(161)는 하나 이상의 분사구가 구비되고, 분사구에 노즐을 달리함으로써, 비료, 농약, 씨앗 등을 살포할 수 있다.

제2 살포기(162)는 살포통(120)의 하부와 연통되며, 커버부(132)의 둘레를 따라 일측으로 연장되어, 비료, 농약, 씨앗 등을 살포할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 살포기(161)에서 살포되는 살포물질과 상이한 살포물질을 살포할 수 있다. 예를 들면, 제1 살포기(161)에서 제초를 위한 A농약을 살포하면, 제2 살포기(162)에서 병해충 예방을 위한 B농약을 살포하거나, A 비료를 살포할 수 있다. 즉, 이 경우, 외발 바퀴(130)에 형성된 파종구(131)에서 파종되며, 제초를 위한 A 농약과 병해충 예방을 위한 B 농약을 동시 살포하거나, 제초를 위한 A 농약과 씨앗에 영양을 공급하기 위한 A 비료를 동시 살포할 수 있는 것이다.

제2 살포기(162)의 말단부에 세 개의 노즐이 형성된 분사구(162s)를 더 포함하고, 분사구(162s)의 각도는 조절 가능하다.

주로, 밭과 인접하게 위치하는 제2 살포기(162)의 분사구(162s)에서 파종을 위한 씨앗의 성장을 돕기 위한 양액 등이 살포되기 때문에, 분사구(162s)의 각도를 조절하여 파종된 위치에 맞춰 정밀하게 조절할 수 있다.

끌개(170)는 외발 바퀴(130)에 연결되며 로봇 구동부재(310)에 의해 제어되어 표토 경운 및 복토가 가능하다. 구체적으로, 외발 바퀴(130)의 커버부(132)의 둘레를 따라 타측으로 연장된 채 가변될 수 있다.

끌개(170)의 각도 및 높이는 조절 가능하여, 파종을 위한 표토 경운 및복토를 수행한다.

탑뷰 카메라(190)는 본체(110)의 상부로 이격되어 설치되어, 밭작물 관리 로봇(1000)과 밭작물 관리 로봇(1000)이 위치한 밭의 탑뷰를 수집할 수 있다.

카메라 거치부(191)는 밭작물 관리 로봇(1000)에 탈착가능하며, 탑뷰 카메라(190)를 본체(110)의 상부면과 이격시키도록 연장된다.

일 실시예에서, 카메라 거치부(191)는 텔레스코픽 등의 방식을 적용하여 길이가 변경될 수 있다(도 1 참조).

밭작물 관리 로봇(1000)의 시스템

도 2를 더 참조하여 본 발명에 따른 밭작물 관리 로봇(1000)의 시스템을 설명한다.

본 발명에 따른 밭작물 관리 로봇(1000)의 시스템은 AI 모듈(50)을 포함하여 자율주행이 가능하며, 이를 위한 제어부(10), 센서부(20), 통신부(30) 및 구동부(300)를 포함한다.

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.

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.

센서부(20)는, 본체(110)에 구비되는 제1 센서 모듈 및 제1 센서 모듈과 이격되어 위치하는 제2 센서 모듈을 더 포함할 수 있다. 이는, 이미지 센서(21)가 보다 정확하고 넓은 화각의 이미지를 센싱하기 위함이다.

이미지 센서(21)가 넓은 화각의 이미지를 센싱하여 밭의 작물을 인식 및 구분함으로써 밭의 재식 특성을 센싱할 수 있다. 제1 센서 모듈 및 제2 센서 모듈에 의해 밭의 재식 특성 외에도, 밭작물의 생육 정보, 잡초의 발생 정보, 전방 장애물까지의 거리가 더 수집될 수 있다. 다른 실시예에서, 탑뷰 카메라(190)가 이미지 센서(21)의 제2 센서 모듈로 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 커버부(132)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.

AI 모듈(50)은 센서부(20)에 의해 센싱된 밭의 재식 특성을 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 한다.

AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 밭의 재식 특성은 밭작물 재식 밀도, 고랑 및 밭작물의 종류를 포함한다.

또한, AI 모듈(50)은 로봇 구동부재(310)를 제어하여 외발 바퀴(130), 접이식 바퀴(135), 및 끌개(170)의 구동을 제어하고, 살포 조절부재(320)를 제어하여 파종구(131), 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)를 제어한다. 구체적으로, 파종구(131)에서 파종되는 파종량과, 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)의 살포 내용물, 살포량, 살포위치 등의 구동을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 살포기(161)와 제2 살포기(162)에서 살포되는 살포 내용물을 달리하여 제1 살포기(161)를 통해 제1 물질을 살포하고, 제2 살포기(162)를 통해 제2 물질을 살포할 수 있다.

예를 들면, 제1 살포기(161)에서 농약이 살포되고, 제2 살포기(162)에서 비료가 살포되어 농약 살포와 비료 살포가 동시에 이루어 질 수 있다. 이 때, 파종구(131)에서 씨앗이 파종됨으로써 비료 살포와 농약 살포와 함께 파종까지 동시에 이루어질 수 있다. 이와 같이, 입제와 액제를 동시에 분사할 수 있으며, 경우에 따라 살포통의 형태를 변경하여 입제의 최대 분사량을 증가시키거나 액제의 최대 분사량을 증가시키는 방식 등도 가능할 것이다.

또 다른 실시예에서, AI 모듈(50)이 제1 살포기(161)와 제2 살포기(162)에서 살포되는 살포 내용물의 살포량을 결정하는데 있어, 외부 데이터베이스를 더 이용할 수 있다. 예컨대, 농진청 개발 인터넷 기반 데이터베이스인”흙토람”을 이용하거나, "국가 농작물 병해충 관리 시스템(NCPMS)" 등 일 수 있으며, 이 외에도 농약, 비료, 파종의 살포량이 게시된 외부 데이터베이스는 모든 이용될 수 있다.

구체적으로, AI 모듈(50)은, 밭작물 재식 밀도 및 고랑을 인식하여, 외발 바퀴(130)의 가압 강도 및 회전 속도를 제어하고, 접이식 바퀴(135)의 접이 높이, 회전 방향 및 속도를 제어하고, 끌개(170)의 높이를 제어하고, 잡초의 발생 정보에 따라 살포 조절부재(320)를 제어하여 파종구(131)와 제1 살포기(161)의 구동을 제어하고, 장애물까지의 거리에 따라 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어한다.

또한, AI 모듈(50)은 제1 바퀴(130) 및 접이식 바퀴(135)의 직진, 후진, 방향회전 등의 구동을 제어하여, 밭 잡초 제거가 필요한 영역으로의 주행 및 회전하여 이동할 수 있다.

구동부(300)는 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)를 포함한다.

로봇 구동부재(310)는 외발 바퀴(130), 또는 접이식 바퀴(135), 또는 끌개(170), 또는 모두에 동력을 제공하기 위한 부품들로서, 엔진과 같은 내연기관, 배터리 또는 전기 모터 등과 이를 전기적으로 연결하는 모든 부품들과 이를 제어하기 위한 모든 부품들을 통진하는 개념일 수 있다. 전기 모터인 경우 태양광 모듈(111)에 의해 충전된 전기를 사용할 수 있다.

살포 조절부재(320)는 살포통(120)에 구비될 수 있으며, 제어 신호를 인가받아 파종을 위한 씨앗, 농약, 비료 등을 살포하기 위해, 살포통(120)과 연결된 파종구(131), 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)에 구동력을 제공할 수 있다. 전기 모터일 수 있으며, 태양광 모듈(111)에서 충전된 태양광 에너지를 사용할 수 있다.

밭작물 관리 로봇(1000)의 제어 방법

구체적인 제어 방법은 도 3을 더 참조하여 설명한다.

AI 모듈(50)은 두 가지 기능을 한다.

첫째는, 밭작물 관리 영역의 전체 경계를 결정하는 것이며, 둘째는, 밭작물 관리 로봇(1000)의 주행 중 실시간으로 경로를 연산하여 이를 제어하는 것이다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해, 먼저, AI 모듈(50)은 센서부(20)로부터 밭작물 관리를 수행하고자 하는 영역의 이미지 전체(즉, 영역 전체 이미지)를 확인하여 경계를 결정한다(S100).

다양한 이미지와 여기에 미리 결정되어 있는 경계선이 학습 데이터로서 사용되었으며, AI 모듈은 인공지능을 이용하여 영역 전체 이미지를 수신하면 경계를 자동으로 결정할 수 있다.

다음, AI 모듈(50)은 S100 단계에서 결정된 경계를 이용하여 작업 영역을 확정하고 경로를 결정한다(S200).

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).

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 밭작물 관리 로봇(1000)을 동시에 이용하여 넓은 면적의 영역에 대해 멀티 운행도 가능하다. 이 경우, 멀티 운행을 위한 별도의 조종 단말기를 사용할 수 있다.

이제, 밭작물 관리 로봇(1000)이 작동하기 시작한다(S400).

밭작물 관리 로봇(1000)이 주행함에 따라, 센서부(20)는 실시간으로 이미지를 확인하고, AI 모듈(50)은 확인된 이미지에서 밭의 재식 특성을 확인한다(S500).

확인된 밭의 재식 특성은 AI 모듈(50)에서 입력층으로 이용되며, 이를 통해 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)를 제어하는 출력층이 연산된다(S600).

이를 위해, AI 모듈(50)은 다양한 재식 특성과 이에 최적화된 파종 살포 구동 방식 및 로봇 구동 방식을 미리 학습한다. 예컨대, AI 모듈(50)이 재식 특성으로서, 밭작물 재식 밀도에 의한 간격이 60cm임을 확인한 경우, 로봇 구동부재(310)가 외발 바퀴(130)와 한쌍의 접이식 바퀴(135) 모두를 구동시키되, 접이식 바퀴(135)의 길이를 단축시키도록 가변 제어하고 로봇 구동부재(310)가 밭작물이 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. 간격이 120cm임을 확인한 경우, 로봇 구동부재(310)가 로터리 구동부재(350)가 외발 바퀴(130)와 한쌍의 접이식 바퀴(135) 모두를 구동시키되, 접이식 바퀴(135)의 길이를 최대로 연장시키도록 가변 제어하고 밭작물이 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 로봇 구동부재(310)를 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다.

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, 로봇 구동부재(310)가 외발 바퀴(130)를 구동함과 동시에 한 쌍의 접이식 바퀴(135) 모두를 최대 출력으로 구동시키도록 제어하는 제어 신호와 살포 조절부재(320)가 잡초 제거를 위한 농약을 살포하도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다.

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.

다음, AI 모듈(50)이 실시간으로 확인한 이미지를 통해 주행을 제공한 경로라고 판단할 경우, 주행 완료로 판단하여 제어부(10)에 종료 신호를 출력층으로 연산한다.

본 발명에 따른 방법을 실제 밭에 적용하면, 다음과 같이 운용될 수 있다.

밭작물의 입모 시 잡초 발생 전 또는 발생 초기에 최초 운행을 시작한다. 이 때, 밭작물의 이식 재배 시에는 정식 초기에도 적용이 가능하다.

해당 필지의 상태에 따라 5~7일 간격으로 밭작물 관리 로봇(1000)의 운행을 반복한다. 이 때, 작물이 충분한 군락을 이룰 때까지 운행이 반복되며, 즉 5~7회 운행될 것이다. 또한 멀티 운행이 이루어질 수도 있다.

물론, 작업자는 밭의 상황이나 잡초의 발생에 따라 밭작물 관리 로봇(1000)의 운행 횟수를 자유롭게 조절할 수 있다.

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.

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
110: 본체
111: 태양광 모듈
120: 살포통
129: 적재부
130: 외발 바퀴
131: 파종구
132: 커버부
150: 접이식 바퀴
161: 제1 살포기
162: 제2 살포기
162s: 분사구
170: 끌개
190: 탑뷰 카메라
191: 카메라 거치부
300: 구동부
310: 로봇 구동부재
320: 살포 조절부재

Claims (9)

1. 본체(110);
   상기 본체(110)와 인접하며 씨앗 또는 약액이 수용되는 살포통(120);
   상기 살포통(120) 하부에 위치하며 외측에 파종구(131)가 형성된 외발 바퀴(130);
   상기 외발 바퀴(130)의 양측에 연결되며, 외측에 돌기가 형성된 접이식 바퀴(150);
   상기 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장되며, 하나 이상의 분사구가 구비된 제1 살포기(161);
   상기 외발 바퀴(130)에 연결되어 표토 경운 및 복토가 가능한 끌개(170); 및
   상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)를 제어하도록 상기 살포통(120)에 구비되는 살포 조절부재(320)를 포함하는,
   밭작물 관리 로봇.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체(110)의 상부로 이격되어 설치되는 탑뷰 카메라(190)를 더 포함하는,
   밭작물 관리 로봇.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 본체(110)는,
   센서부(20)를 더 포함하고, 상기 센서부(20)와 상기 탑뷰 카메라(190)에 의해 센싱된 밭의 재식 특성, 잡초의 발생 정보 및 전방 장애물까지의 거리를 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 상기 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 하는 Al 모듈(50)이 탑재되고,
   상기 AI 모듈(50)은,
   상기 제어 신호를 통해 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 외발 바퀴(130), 상기 접이식 바퀴(150) 및 상기 끌개(170)의 구동을 제어하고, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)를 제어하는,
   밭작물 관리 로봇.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 외발 바퀴(130)의 상부를 커버하는 커버부(132); 및
   상기 살포통(120)의 하부와 연통되며, 상기 커버부(132)의 둘레를 따라 일측으로 연장되는 제2 살포기(162)를 더 포함하고,
   상기 AI 모듈(50)은,
   상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 제2 살포기(162)의 살포를 더 제어하는,
   밭작물 관리 로봇.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2 살포기(162)의 말단부에 세 개의 노즐이 형성된 분사구(162s)를 더 포함하고,
   상기 분사구(162s)의 각도는 조절 가능한,
   밭작물 관리 로봇.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 살포통(120)은 하부로 갈수록 내부 면적이 좁아지는 형상이며,
   상기 살포통(120) 하부의 전방과 후방에 위치하는 적재부(129)를 더 포함하는,
   밭작물 관리 로봇.
   
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 접이식 바퀴(150)는 상기 로봇 구동부재(310)에 의해 제어되어 접이 가능한,
   밭작물 관리 로봇.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체(110)의 상면에 형성되는 태양광 모듈(111);을 더 포함하는,
   밭작물 관리 로봇.
   
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 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 외발 바퀴(130)의 가압 강도 및 회전 속도를 제어하고, 상기 접이식 바퀴(150)의 접이 높이, 회전 방향 및 속도를 제어하고,
   상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 외발 바퀴(130) 및 상기 접이식 바퀴(150)의 출력을 제어하고, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 파종구(131)와 상기 제1 살포기(161)의 구동을 제어하고,
   상기 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어하는,
   밭작물 관리 로봇.
   

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