KR102425062B1 - Robot of unmanned unicycle electric wheel type for rice management - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 농업 분야에 관한 것으로, 구체적으로 무논에서 이동이 용이한 외발전동휠형 로봇을 이용하여 논 잡초의 발생을 억제하고 제거하며 인공지능 모듈을 포함하여 파종, 비료와 농약의 살포 등 농작업의 디지털화가 가능한 벼 관리 로봇에 관한 것이다. The present invention relates to the agricultural field, and specifically, suppresses and removes the occurrence of paddy weeds using an external power wheel-type robot that is easy to move in a non-paddy field, and includes an artificial intelligence module for sowing, fertilizer and pesticide spraying. It is about a rice management robot that can be digitalized.
논 잡초가 일정량 이상 자라면 논에 심어진 농작물인 벼의 영양분을 빼앗는 등 경합에 의해 생장과 수량에 문제가 생기기 때문에 잡초 제거가 필수적이다.When paddy weeds grow over a certain amount, it is essential to remove weeds because there are problems with growth and yield due to competition, such as taking away nutrients from rice, a crop planted in the paddy fields.
그러나, 논 잡초는 종류가 많아 70여종에 이르며, 벼 재배의 장해가 되는 잡초의 종류도 다양하다. 특히 논 잡초는 광(햇빛)발아성 잡초가 많다. 따라서 잡초 발생 전 또는 잡초 발생 초기에 잡초 발생을 억제시키는 것이 바람직하다. However, there are many types of paddy weeds, reaching 70 types, and there are various types of weeds that hinder rice cultivation. In particular, there are many light (sunlight) germination weeds in paddy field weeds. Therefore, it is desirable to suppress weed occurrence before or early in weed occurrence.
농가에서는 잡초를 제거하기 위해 낫 또는 제초기가 널리 이용된다. 그러나, 작업 난이도가 높고, 작업이 번잡하여, 기술과 경험이 있는 인력이 다루어야 했다. 또한 잡초 제거가 필요한 면적이 많아질 경우 경험이 있는 인력이더라도 많은 작업 시간을 필요로 했다. 논의 담수로 인해 작업이 더욱 어려우며, 특히 농가 고령화 현상은 이러한 문제를 가중시킨다.In farms, sickles or weeders are widely used to remove weeds. However, the work difficulty was high, the work was complicated, and it had to be handled by personnel with skills and experience. In addition, when the area required to remove weeds increased, it required a lot of work time even for experienced personnel. The work is more difficult due to the freshwater in the paddy fields, and the aging of farm households in particular exacerbates this problem.
이와 같은 종래의 잡초 제거 방법의 문제점을 극복하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. Various techniques have been developed to overcome the problems of such a conventional weed removal method.
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 제한고도나 운행지역이 법률로 정해진 장소에서 사용이 불가한 문제가 있었다.Korea Patent Registration No. 10-2049938 discloses an agricultural drone system that can control the amount of pesticide spraying in real time using sensor-based big data analysis of crop conditions. Due to the characteristics, there was a problem that it could not be used in places where the restricted altitude or operation area was determined by law.
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.Korean Patent Registration No. 10-2269262 is the present applicant's invention of providing a low-flying sprayer using a collaboration between a transport drone and a multicopter. One problem persisted.
일본공개특허 제2011-205967호는 논 잡초의 발생 방지용 로봇을 개시한다. 본 종래기술에서는, 잡초 발생 방지용 교반기를 장착한 소형 에어 보트를 컴퓨터로 제어하고 장애물(벼)을 피해 논 내를 자유롭게 빠짐없이 이동함으로써 잡초 발생을 방지할 수 있는 잡초의 발생 방지용 로봇을 개시한다. 사람이 직접 조종하므로 작업 시간 동안 인력이 계속 필요하다. 조종 능력에 따라 논 잡초 제거 효율이 낮아지거나 벼 손상도 발생할 수 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 2011-205967 discloses a robot for preventing the generation of paddy weeds. In the present prior art, a robot for preventing weeds that can prevent weeds from occurring by controlling a small air boat equipped with a stirrer for preventing weeds with a computer and moving freely in a paddy field to avoid obstacles (rice) is disclosed. Since it is directly controlled by humans, personnel are still required during operation hours. Depending on the handling ability, paddy weed removal efficiency may decrease or damage to rice may occur.
또한, 조종 능력이 미숙할 경우 로봇과 장애물의 충돌로 인해 작물이 해를 입는 문제도 발생했다.In addition, there was a problem that crops could be damaged due to collisions between the robot and obstacles if the steering ability was inexperienced.
또한, 조종자가 조종하기 때문에 기후적 시간적 제약을 받으며, 로봇에 구비된 배터리의 전기가 다 떨어질 경우 주행이 불가하여 논 잡초 제거 작업을 오랜 기간 지속할 수 없었다.In addition, since it is controlled by a manipulator, it is subject to climatic and time constraints, and if the battery provided in the robot runs out of electricity, it cannot be driven, so it is impossible to continue the removal of paddy weeds for a long period of time.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems.
구체적으로, 이륜, 삼륜, 사륜 방식의 관리 장치 운용시 좁은 장소에서 주행에 제한이 있었던 문제를 해결하고자 한다.Specifically, it is intended to solve the problem of limiting driving in a narrow place when operating a two-wheeled, three-wheeled, or four-wheeled management device.
또한, 농업인의 숙련도에 따라 벼 관리 능력이 달라지고 경우에 따라 벼에 대한 손상이 생기는 문제를 해결 하고자 한다. In addition, it is intended to solve the problem that rice management ability varies according to the skill level of the farmer, and in some cases damage to the rice occurs.
또한, 기계적으로 이앙되는 특성을 고려하며 벼의 재식 밀도를 고려한 잡초 관리 로봇을 제안하고자 한다. 특히, 30cm 조식에 적합한 잡초 관리 로봇을 제안하고자 한다. In addition, we intend to propose a weed management robot that considers the characteristics of mechanically transplanting and considers the planting density of rice. In particular, we would like to propose a weed management robot suitable for a 30cm breakfast.
또한, 기후적 시간적 제약이 크고, 구비된 배터리가 방전될 경우 별도의 전기 공급이 필요하여 작업시간이 짧은 문제를 해결하고자 한다.In addition, there is a large climatic time constraint, and when the provided battery is discharged, a separate electricity supply is required to solve the problem that the working time is short.
또한, 로봇과 벼를 포함하는 전방 장애물과의 충돌로 인해 벼가 손상되는 문제를 해결하고자 한다.In addition, it is intended to solve the problem of damage to rice due to a collision between a robot and a front obstacle including rice.
또한, 숙달된 농업인도 구분하기 힘든 피와 같은 잡초나 잡초성 벼 등 같은 잡초의 인식 구분을 하지 않고 균일한 논 잡초 제거 방식을 적용하여 논 잡초 제거 효율이 낮아지는 문제를 해결하고자 한다.In addition, it is intended to solve the problem of low paddy weed removal efficiency by applying a uniform paddy weed removal method without discriminating recognition of weeds such as blood weeds or weedy rice, which are difficult even for experienced farmers.
또한, 비행 제한으로 인해 드론을 사용할 수 없는 농가에도 탑뷰 카메라를 이용한 제어가 가능하여 파종, 농약 및 비료의 살포를 무인자동화 할 수 있다.In addition, it is possible to control using a top-view camera even in farmhouses where drones cannot be used due to flight restrictions, so that sowing and spraying of pesticides and fertilizers can be automated unmanned.
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 위치하는 외발 바퀴(130); 상기 외발 바퀴(130)가 위치하고, 그 외측에 가압을 위한 플레이트가 형성된 슬라이딩 가압부(140); 상기 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장되며, 하나 이상의 분사구가 구비된 제1 살포기(161); 및 상기 제1 살포기(161)를 제어하도록 상기 살포통(120)에 구비되는 상기 살포 조절부재(320)를 포함하는, 벼 관리 로봇을 제공한다.One embodiment of the present invention for solving the above problems, the
또한, 상기 본체(110)의 상부로 이격되어 설치되는 탑뷰 카메라(190)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include a
또한, 상기 본체(110)는, 센서부(20)를 더 포함하고, 상기 센서부(20)와 상기 탑뷰 카메라(190)에 의해 센싱된 논의 재식 특성 및 잡초의 발생 정보를 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 하는 Al 모듈(50)이 탑재되고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 제어 신호를 이용해 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 외발 바퀴(130)와 상기 슬라이딩 가압부(140)의 구동을 제어하고, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 제1 살포기(161)를 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 외발 바퀴(130)의 상부를 커버하는 커버부(132); 및 상기 살포통(120)의 하부와 연통되며, 상기 커버부(132)의 둘레를 따라 양측으로 연장되는 제2 살포기(162)를 더 포함하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 제2 살포기(162)를 더 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the
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.In addition, it is preferable that the
또한, 상기 살포통(120)은 하부로 갈수록 내부 면적이 좁아지는 형상이며, 상기 살포통(120)의 하부의 전방과 후방에 위치하는 적재부(129)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 슬라이딩 가압부(140)는 상기 로봇 구동부재(310)에 의해 제어되어 접이 가능한 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the sliding pressing
또한, 상기 본체(110)의 상면에 형성되는 태양광 모듈(111);을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 상기 논의 재식 특성은 조식 및 벼의 재식 밀도를 포함하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 조식 및 벼의 재식 밀도를 인식하여 상기 외발 바퀴(130)의 회전방향 및 속도를 제어함과 동시에 상기 슬라이딩 가압부(140)의 가압 강도를 독립적으로 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 외발 바퀴(130)의 출력을 제어함과 동시에 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 농약의 살포량을 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the planting characteristics of the paddy field that 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 주행이기에, 농업인의 숙련도 내지 조종 능력에 무관하게 효과적으로 우수한 벼 관리가 가능하다. First, since it is an unmanned driving system, excellent rice management is possible regardless of the skill level or control ability of the farmer.
둘째, 일 실시예에서는, 작업자의 추가 조작 없이도 로봇이 인공지능에 의해 벼를 포함하는 전방 장애물을 자동으로 인식하여 경로를 수정하기 때문에 장애물과의 충돌로 인한 벼 손상 문제를 방지할 수 있다.Second, in one embodiment, since the robot automatically recognizes the front obstacle including the rice by artificial intelligence and corrects the path without additional manipulation of the operator, it is possible to prevent the rice damage problem due to the collision with the obstacle.
셋째, 기후적 시간적 제약을 받지 않으며, 별도의 전원 공급 없이도 태양광 모듈에 의해 발전되어 장시간 주행할 수 있다.Third, it is not subject to climatic and time constraints, and it is powered by a solar module and can be driven for a long time without a separate power supply.
넷째, 외발 바퀴의 자율주행에 의해 정밀 파종이 가능하며, 동시에 하나의 기기에서 잡초 관리(제초 등), 병해충 관리 등 다양한 기능의 동시 수행이 가능하다.Fourth, precise sowing is possible by autonomous driving of single wheels, and at the same time, it is possible to simultaneously perform various functions such as weed management (weeding, etc.) and pest management with one device.
다섯째, 잡초 관리시, 논 잡초 제거 시 잡초의 발생 정보를 이용하기 때문에 잡초의 상태에 적합한 솔루션을 제공하여 효과적으로 논 잡초를 제거할 수 있다.Fifth, it is possible to effectively remove paddy weeds by providing a solution suitable for the state of weeds because weed generation information is used during weed management and paddy weed removal.
여섯째, 비료 및 농약 살포시, 외발 바퀴의 자율주행에 의해 벼에 비료를 용이하게 살포하거나, 병해충 예찰 및 방제를 용이하게 수행할 수 있다.Sixth, when spraying fertilizers and pesticides, fertilizers can be easily applied to rice by autonomous driving of a single wheel, or pests can be easily monitored and controlled.
일곱째, 외발 바퀴의 자율주행으로 농자재를 용이하게 운반할 수 있다.Seventh, agricultural materials can be easily transported by autonomous driving of uni-wheeled wheels.
여덟째, 소형 로봇이나, 다수의 로봇을 이용해 멀티 운행시킴으로써 대규모 농가에도 적용 가능하다.Eighth, it can be applied to large-scale farmhouses by using small robots or multiple robots to multi-operate.
도 1은 본 발명에 따른 벼 관리 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 벼 관리 로봇의 시스템도이다.
도 3은 본 발명에 따른 벼 관리 로봇이 AI 모듈에 의해 멀티 주행하는 모습을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 벼 관리 로봇을 이용한 벼 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a perspective view of a rice management robot according to the present invention.
2 is a system diagram of a rice management robot according to the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a state in which the rice management robot according to the present invention multi-runs by an AI module.
4 is a flowchart illustrating a rice management method using a rice management 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 intentions or customs of users and operators. 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 벼 관리 로봇을 상세히 설명한다.Hereinafter, a rice management robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
여기에서, 논의 "재식 특성"은 조식 내지 벼의 재식 밀도를 의미한다.Here, "planting characteristics" in the discussion refers to the planting density of rice or rice.
벼 관리 로봇(1000)의 구성Configuration of the
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 벼 관리 로봇(1000)의 구성을 설명한다.The configuration of the
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. The
본체(110)는 360도 회전 가능하여, 센서부(20)가 벼 관리 로봇(1000) 주변 360도 환경을 수집할 수 있다.The
또 다른 실시예에서, 본체(110)는 야간 주행 표시등을 포함할 수 있다.In another embodiment, the
태양광 모듈(111)은 전기를 충전하는 것으로 본체(110)의 상면에 형성되거나, 이격 형성될 수 있다. The
Al 모듈(50)은 센서부(20)에 의해 센싱된 논의 재식 특성 및 잡초의 발생 정보를 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 한다.
또한, AI 모듈(50)은, 제어 신호를 이용해 로봇 구동부재(310)를 제어하여 외발 바퀴(130)와 슬라이딩 가압부(140)의 구동을 제어하고, 살포 조절부재(320)를 제어하여 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)를 제어하며, 구체적인 설명은 후술한다.In addition, the
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. The
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 칸막이가 구비되어 씨앗, 약액, 비료 등 서로 다른 살포물질이 각각 수용되어, 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.In one embodiment, the fertilizer may be further accommodated in the
살포통(120)은 하부로 갈수록 내부 면적이 좁아지는 형상이다. 살포통(120) 내부에 수용되는 씨앗 또는 약재들이 하부로 모아져서 버려지는 씨앗 또는 약재들을 방지하기 위함이다.The
적재부(129)는 살포통(120)의 전방과 후방에 위치한다. 벼 관리 로봇(1000)이 적재부(129)를 이용해 종자, 농약, 비료 및 농자재 등을 운반하여 농가의 인력 낭비를 방지할 수 있다.The
외발 바퀴(130)는 살포통(120) 하부에 위치하여, 로봇을 이동시키며 잡초를 제거할 수 있다. 이를 위해, 외발 바퀴(130)의 외측에 갈퀴(131)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 진흙 및 물속 주행이 용이해진다.
외발 바퀴(130)가 구동 신호를 받아 회전됨으로써 논 잡초에 마찰을 부여하거나 슬라이드 가압부(140)가 논 잡초에 가압 마찰을 부여할 수 있다. 일 실시예에서, 표토가 2~3cm를 가압 마찰할 수 있으며, 슬라이드 가압부(140)의 경우 후술할 AI 모듈(50)에 의해 표토를 인식하고 이에 따라 가압력이 다단(예를 들어, 3단)으로 조절된다. 논의 상태가 고를 경우 마찰(회전) 없이 가압만 제공할 수 있다. 외발 바퀴(130)는 구동 신호를 받아 회전되기 위한 동력부재를 구비할 수 있으며, 자이로스코프 등 운행을 위한 센서들도 구비할 것이다.The
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. The
슬라이딩 가압부(140)는 외발 바퀴(130)의 외측에 위치하며, 가압을 위한 플레이트가 형성된다. 슬레이트 가압부(140)는 형성된 플레이트에 의해 잡초에 가압을 행사하며 용이하게 이동할 수 있으며, 때론, 벼 관리 로봇(1000)에 부력을 제공할 수도 있다.The sliding
슬라이딩 가압부(140)가 사용되지 않을 때는, 로봇 구동부재(310)에 의해 제어되어 접이된 채 외발 바퀴(130)의 외측에 위치할 수 있다.When the sliding
제1 살포기(161)는 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장된다.The
제1 살포기(161)는 하나 이상의 분사구가 구비되고, 분사구에 노즐을 달리함으로써, 비료, 농약, 씨앗 등을 살포할 수 있다.The
제2 살포기(162)는 살포통(120)의 하부와 연통되며, 커버부(132)의 둘레를 따라 양측으로 연장되어, 농약, 씨앗 등을 살포할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 살포기(161)에서 살포되는 살포 물질과 상이한 살포 물질을 살포할 수 있다. 예를 들면, 제1 살포기(161)에서 제초를 위한 A 농약을 살포하면, 제2 살포기(162)에서 병해충 예방을 위한 B 농약을 살포하거나, A 비료를 살포할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제1 살포기(151)에서 병해충 예방을 위한 B 농약을 살포하면, 제2 살포기(162)에서 파종을 위한 C 씨앗을 살포할 수 있다. 이 밖에도, 제1 살포기(151)에서 액상의 B 비료를 살포하면, 제2 살포기(162)에서 파종을 위한 C 씨앗을 살포할 수 있을 것이다.The
제2 살포기(162)의 말단부에 세 개의 노즐이 형성된 분사구(162s)를 더 포함하고, 분사구(162s)의 각도는 조절 가능하다. The distal end of the
주로, 논과 인접하게 위치하는 제2 살포기(162)의 분사구(162s)에서 파종을 위한 씨앗이 살포되기 때문에, 분사구(162s)의 각도를 조절하여 파종 위치를 정밀하게 조절한다.Mainly, since the seeds for sowing are sprayed from the injection hole 162s of the
탑뷰 카메라(190)는 본체(110)의 상부로 이격되어 설치되어, 벼 관리 로봇(1000)과 벼 관리 로봇(1000)이 위치한 논의 탑뷰를 수집할 수 있다.The
카메라 거치부(191)는 벼 관리 로봇(1000)에 탈착가능하며, 탑뷰 카메라(190)를 본체(110)의 상부면과 이격시키도록 연장된다. The
일 실시예에서, 카메라 거치부(191)는 텔레스코픽 등의 방식을 적용하여 길이가 변경될 수 있다(도 1 참조).In an embodiment, the length of the
벼 관리 로봇(1000)의 시스템System of
도 2를 더 참조하여 본 발명에 따른 벼 관리 로봇(1000)의 시스템을 설명한다.A system of the
본 발명에 따른 벼 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.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 논의 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.In the
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. The
이미지 센서(21)가 넓은 화각의 이미지를 센싱하여 논의 작물을 인식 및 구분함으로써 논의 재식 특성을 센싱할 수 있다. 제1 센서 모듈 및 제2 센서 모듈에 의해 논의 재식 특성 외에도, 벼의 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.The
다른 실시예에서, 커버부(132)에 인접하게 위치하는 추가 센서가 있을 수 있다. 벼와 가까운 곳에 위치하기에 AI 모듈(50)의 연산 결과에 감지 결과를 추가하여 정확도를 올려준다.In other embodiments, there may be additional sensors positioned adjacent to the
AI 모듈(50)은 센서부(20)에 의해 센싱된 논의 재식 특성을 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 한다. The
AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 논의 재식 특성은 조식 및 벼의 재식 밀도를 포함한다.The planting characteristics of the paddy field made by the
AI 모듈(50)은, 조식 및 벼의 재식 밀도를 인식하여 외발 바퀴(130)의 회전방향 및 속도를 제어함과 동시에 슬라이딩 가압부(140)의 가압 강도를 독립적으로 제어하고, 잡초의 발생 정보에 따라 외발 바퀴(130)의 출력을 제어함과 동시에 살포 조절부재(320)를 제어하여 농약의 살포량을 제어한다.
구체적으로, AI 모듈(50)은 로봇 구동부재(310)를 제어하여 외발 바퀴(130) 및 슬라이드 가압부(140)의 구동을 제어한다. 외발 바퀴(130)의 직진, 후진, 방향회전 등의 구동을 제어하거나, 슬라이드 가압부(140)의 접이, 가압 높이를 제어하여 가압 및 마찰을 부여하거나, 논 잡초 제거가 필요한 영역, 파종이 필요한 영역, 운반이 필요한 영역으로의 주행 및 회전하여 이동할 수 있다. Specifically, the
또한, AI 모듈(50)은 살포 조절부재(320)를 제어하여 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 제1 살포기(161) 및 제2 살포기(162)의 살포 내용물, 살포량, 살포위치 등의 구동을 제어할 수 있다.In addition, the
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. In one embodiment, the
예를 들면, 제1 살포기(161)에서 농약이 살포되고, 제2 살포기(162)에서 비료가 살포 되어 농약 살포와 비료 살포가 동시에 이루어 질 수 있다. For example, the pesticide is sprayed from the
다른 예를 들면, 제1 살포기(161)에서 농약이 살포되고, 제2 살포기(162)에서 파종되어 파종과 농약 살포가 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.For another example, the pesticide is sprayed from the
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.In another embodiment, the
구동부(300)는 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)를 포함한다.The driving
로봇 구동부재(310)는 외발 바퀴(130), 또는 슬라이딩 가압부(140), 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. The
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 제1 살포기(161)와 제2 살포기(162)에 구동력을 제공할 수 있다. 전기 모터일 수 있으며, 태양광 모듈(111)에서 충전된 태양광 에너지를 사용할 수 있다. The spraying
벼 관리 로봇(1000)의 제어 방법Control method of the rice management robot (1000)
구체적인 제어 방법은 도 3 내지 4를 더 참조하여 설명한다.A specific control method will be further described with reference to FIGS. 3 to 4 .
AI 모듈(50)은 두 가지 기능을 한다. The
첫째는, 벼 관리 영역의 전체 경계를 결정하는 것이며, 둘째는, 벼 관리 로봇(1000)의 주행 중 실시간으로 경로를 연산하여 이를 제어하는 것이다. The first is to determine the entire boundary of the rice management area, and the second is to calculate and control the path in real time while the
본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해, 먼저, AI 모듈(50)은 센서부(20)로부터 벼 관리를 수행하고자 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 벼를 식별하고, 벼의 재식 밀도 등 논의 재식 특성을 자동으로 확인하고, 확인된 논의 재식 특성을 이용하여 영역 전체의 경로를 결정한다(S300).Next, when the
이를 위해, AI 모듈(50)은 미리 결정되어 있는 벼의 위치를 포함하는 다양한 이미지를 학습데이터로 사용하여 학습한다. AI 모듈(50)은 수신된 이미지를 이용해 확인된 논의 재식 특성을 이용하여 영역 전체의 경로를 결정하며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 ㄹ자 형태인 것이 바람직하다. To this end, the
본 발명의 일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 벼 관리 로봇(1000)을 동시에 이용하여 넓은 면적의 영역에 대해 멀티 운행도 가능하다. 이 경우, 멀티 운행을 위한 별도의 조정 단말기를 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3 , multi-operation is also possible in a large area by using a plurality of
이제, 벼 관리 로봇(1000)이 작동하기 시작한다(S400). Now, the
벼 관리 로봇(1000)이 주행함에 따라, 센서부(20)는 실시간으로 이미지를 확인하고, AI 모듈(50)은 확인된 이미지에서 논의 재식 특성을 확인한다(S500). As the
확인된 논의 재식 특성은 AI 모듈(50)에서 입력층으로 이용되며, 이를 통해 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)를 제어하는 출력층이 연산된다(S600). The confirmed rice planting characteristics are used as an input layer in the
이를 위해, AI 모듈(50)은 다양한 논의 재식 특성과 이에 최적화된 로터리 구동 방식 및 로봇 구동 방식을 미리 학습한다. 예컨대, AI 모듈(50)이 논의 재식 특성으로서 조식은 8개이고, 벼의 재식 밀도에 의한 간격이 30cm임을 확인한 경우, 로봇 구동부재(310)가 슬라이드 가압부(140)를 인출한 뒤 외발 바퀴(130)와 슬라이드 가압부(140)를 모두 구동시키도록 로봇 구동부재(310)를 제어하되, 벼가 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. 만약, AI 모듈(50)이 25cm이하의 줄간격을 확인할 경우, 슬라이드 가압부(140)를 접이한 후 로봇 구동부재(310)를 벼가 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산하고, 다음 줄로 이동한다. 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 잡초의 피복도가 10%로 확인되었다면, 로봇 구동부재(310)가 외발 바퀴(130)와 슬라이드 가압부(140)를 구동함과 동시에 외발 바퀴(130)를 최대 출력으로 구동시키도록 제어하는 제어 신호와 살포 조절부재(320)가 잡초 제거를 위한 농약을 살포하도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. On the other hand, the
다른 실시예에서, AI 모듈(50)에는 병해충 예찰 정보가 더 이용될 수 있다. 예컨대, AI 모듈(50)이 센서부(20)가 확인한 실시간 이미지를 통해 병해충 예찰 경과 기설정된 기준에 의해 방제시기라고 판단한 경우, 살포 조절부재(320)가 병해충 방제를 위한 농약을 분사하도록 제1 살포기(161)를 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다.In another embodiment, 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 100cm에 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 주행을 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 논에 적용하면, 다음과 같이 운용될 수 있다.When the method according to the present invention is applied to an actual paddy field, it can be operated as follows.
벼 기계 이앙 후 3~5일 경, 논의 물이 1~2cm정도일 때, 잡초 발생 전 또는 발생 초기에 최초 운행을 시작한다. 해당 논의 상태에 따라 5~7일 간격으로 벼 관리 로봇(1000)의 운행이 주기적으로 반복된다. 멀티 운행이 이루어질 수도 있다.About 3 to 5 days after rice transplantation, when the water in the paddy field is about 1 to 2 cm, the first operation starts before or at the beginning of weeds. The operation of the
벼가 충분한 군락을 이룬 최고분얼기경까지 반복 한다. 즉, 기계 이앙 후 벼 관리 로봇(1000)을 5~7회 운행한다. 이 때, 논의 물 관리와 동시에 운행하면 효과적이다. 예컨대, 담수 깊이 1cm 내지 2cm 일 때 본 발명에 따른 벼 관리 로봇(1000)을 운행시키면 더욱 효과를 볼 수 있다.Repeat until the highest tillage stage where rice is sufficiently colonized. That is, after the machine is transplanted, the
물론, 작업자는 벼의 생육 상황, 잡초의 발생 또는 병해충 발생에 따라 벼 관리 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 invention 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 can make various modifications and equivalent other changes 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
110: 본체
111: 태양광 모듈
120: 살포통
129: 적재부
130: 외발 바퀴
131: 갈퀴
132: 커버부
140: 슬라이드 가압부
161: 제1 살포기
162: 제2 살포기
162s: 분사구
190: 탑뷰 카메라
191: 카메라 거치부
300: 구동부
310: 로봇 구동부재
320: 살포 조절부재10: 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
110: body
111: solar module
120: duster
129: loading part
130: uni wheel
131: rake
132: cover part
140: slide pressing unit
161: first spreader
162: second spreader
162s: Nozzle
190: top view camera
191: camera mount
300: drive unit
310: robot driving member
320: spray control member
Claims (9)
상기 본체(110)와 인접하며, 씨앗 또는 약액이 수용되는 살포통(120);
상기 살포통(120) 하부에 위치하는 외발 바퀴(130);
상기 외발 바퀴(130)가 위치하고, 그 외측에 가압을 위한 플레이트가 형성된 슬라이딩 가압부(140);
상기 살포통(120)에 연통되어 양측으로 연장되며, 하나 이상의 분사구가 구비된 제1 살포기(161); 및
상기 제1 살포기(161)를 제어하도록 상기 살포통(120)에 구비되는 살포 조절부재(320)를 포함하는,
벼 관리 로봇.
body 110;
Adjacent to the main body 110, a seed or a spray container 120 in which the medicinal solution is accommodated;
The uniped wheel 130 located in the lower portion of the spray tube 120;
The uniped wheel 130 is located, the sliding pressing unit 140 is formed with a plate for pressing on the outside;
a first spreader 161 that communicates with the spreader 120 and extends to both sides, and is provided with one or more injection holes; and
Containing a spray control member 320 provided in the spray barrel 120 to control the first spreader 161,
Rice management robot.
상기 본체(110)의 상부로 이격되어 설치되는 탑뷰 카메라(190)를 더 포함하는,
벼 관리 로봇.
The method of claim 1,
Further comprising a top view camera 190 that is installed spaced apart from the upper portion of the body 110,
Rice management robot.
상기 본체(110)는,
센서부(20)를 더 포함하고, 상기 센서부(20)와 상기 탑뷰 카메라(190)에 의해 센싱된 논의 재식 특성 및 잡초의 발생 정보를 입력층으로 하고, 로봇 구동부재(310) 및 살포 조절부재(320)의 제어 신호를 출력층으로 하는 Al 모듈(50)이 탑재되고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 제어 신호를 이용해 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 외발 바퀴(130)와 상기 슬라이딩 가압부(140)의 구동을 제어하고, 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 제1 살포기(161)를 제어하는,
벼 관리 로봇.
3. The method of claim 2,
The main body 110,
It further includes a sensor unit 20, and uses the planting characteristics and weed generation information sensed by the sensor unit 20 and the top-view camera 190 as an input layer, and the robot driving member 310 and spraying control Al module 50 using the control signal of the member 320 as an output layer is mounted,
The AI module 50,
By using the control signal to control the robot driving member 310 to control the driving of the uniped wheel 130 and the sliding pressing unit 140, and to control the spray control member 320 to control the first spreader ( 161) to control,
Rice management robot.
상기 외발 바퀴(130)의 상부를 커버하는 커버부(132); 및
상기 살포통(120)의 하부와 연통되며, 상기 커버부(132)의 둘레를 따라 양측으로 연장되는 제2 살포기(162)를 더 포함하고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 상기 제2 살포기(162)를 더 제어하는,
벼 관리 로봇.
4. The method of claim 3,
a cover portion 132 that covers the upper portion of the uniped wheel 130; and
It communicates with the lower portion of the spreader 120, and further includes a second spreader 162 extending to both sides along the circumference of the cover portion 132,
The AI module 50,
By controlling the spreading control member 320 to further control the second spreader 162,
Rice management robot.
상기 제2 살포기(162)의 말단부에 세 개의 노즐이 형성된 분사구(162s)를 더 포함하고,
상기 분사구(162s)의 각도는 조절 가능한,
벼 관리 로봇.
5. The method of claim 4,
It further comprises a nozzle (162s) formed with three nozzles at the distal end of the second spreader (162),
The angle of the injection hole (162s) is adjustable,
Rice management robot.
상기 살포통(120)은 하부로 갈수록 내부 면적이 좁아지는 형상이며,
상기 살포통(120)의 하부의 전방과 후방에 위치하는 적재부(129)를 더 포함하는,
벼 관리 로봇.
The method of claim 1,
The spray tube 120 has a shape in which the inner area becomes narrower toward the lower part,
Further comprising a loading portion 129 located in the front and rear of the lower portion of the spray tube 120,
Rice management robot.
상기 슬라이딩 가압부(140)는 상기 로봇 구동부재(310)에 의해 제어되어 접이 가능한,
벼 관리 로봇.
4. The method of claim 3,
The sliding pressing unit 140 is controlled by the robot driving member 310 to be foldable,
Rice management robot.
상기 본체(110)의 상면에 형성되는 태양광 모듈(111);을 더 포함하는,
벼 관리 로봇.
The method of claim 1,
A photovoltaic module 111 formed on the upper surface of the main body 110; further comprising,
Rice management robot.
상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 상기 논의 재식 특성은 조식 및 벼의 재식 밀도를 포함하고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 조식 및 벼의 재식 밀도를 인식하여 상기 외발 바퀴(130)의 회전방향 및 속도를 제어함과 동시에 상기 슬라이딩 가압부(140)의 가압 강도를 독립적으로 제어하고,
상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 외발 바퀴(130)의 출력을 제어함과 동시에 상기 살포 조절부재(320)를 제어하여 농약의 살포량을 제어하는,
벼 관리 로봇.4. The method of claim 3,
The planting characteristics of the rice paddy to the AI module 50 as an input layer include planting density of breakfast and rice,
The AI module 50,
By recognizing the planting density of the breakfast and rice, the rotation direction and speed of the uniped wheel 130 are controlled, and the pressure strength of the sliding pressing unit 140 is independently controlled,
Controlling the output of the uniped wheel 130 according to the generation information of the weeds and at the same time controlling the spraying control member 320 to control the spraying amount of the pesticide,
Rice management robot.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020210162372A KR102425062B1 (en) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | Robot of unmanned unicycle electric wheel type for rice management |
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