KR102569580B1 - 자율주행형 전동 편의 작업기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저가의 초음파 센서를 이용하여 자율주행이 가능한 농업용 전동 편의 작업기에 관한 것으로, 프레임에 회동 가능하게 마련되는 전륜 및 후륜을 포함하고, 상기 전륜 및 후륜 중 적어도 어느 하나에 마련된 인휠모터를 포함하는 농업용 전동 편의 작업기에 있어서, 상기 전륜 부분의 조향축 상에 마련되는 조향 모터; 상기 조향축 상에 마련되는 손잡이; 상기 프레임에 마련되는 의자; 상기 손잡이 부분 또는/및 상기 의자 후방에 마련되는 적어도 하나 이상의 수납부재; 상기 프레임에 착탈 가능하게 마련되는 배터리; 상기 프레임에 설치되는 조작 스위치를 갖는 주 제어모듈; 및 상기 전륜 전방에 마련되어 고랑을 인식하기 위한 초음파 센서 어레이 모듈을 포함하며, 상기 초음파 센서 어레이 모듈에 의해 고랑에서의 좌우 두둑 거리 및 중앙 바닥의 거리를 측정하여 주행 경로 상의 고랑을 인식하고, 상기 주행 경로의 이탈이 예측되는 경우 상기 주 제어모듈이 주행 경로 상으로 조향되도록 상기 조향 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

자율주행형 전동 편의 작업기{Autonomous driving type electric convenience work machine}
본 발명은 자율주행형 농업용 전동 편의 작업기에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 저가의 초음파 센서를 이용하여 자율주행이 가능한 농업용 전동 편의 작업기에 관한 것이다.
일반적으로 밭작물의 과일 또는 야채 등을 수확하는 경우에는 농작업자가 직접 수확통을 들고 다니면서 일일이 수확하여 왔다. 이에 따라 농작업자가 매번 수확통을 이동시키면서 작업해야 하고, 수확시 허리나 다리를 반복적으로 구부려야 하기 때문에 장시간 작업에 따른 농작업자의 육체적인 피로감이 놓은 문제점이 있었다.
최근 농촌 환경에서 여성 농업인수가 증가하고 고령화됨에 따라 여성친화형 농기계에 대한 관심이 높아지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1324237호에는 농작물 재배하는 밭고랑에 작업의자, 차대폭 변환, 전동이동 수단이 구비된 소정의 이동차에 작업자가 앉은 상태로 좌/우, 전/후 이동하면서 적과, 적화, 전정, 봉지씌우기 등 작업에 효과적으로 사용하기 위한 농작업용 편이 작업기가 개시되어 있다.
등록특허공보 제10-1324237호에 개시된 농작업용 편이 작업기는 차대 일측의 바퀴가 인휠형 전동모터를 탑재하여 축전지 전원에 의한 전동력에 의거 구동 이동되도록 하고, 그 이동시간, 이동범위 등을 작업자가 선택적으로 조정치를 입력 설정하면 설정치에 의거 전동모터가 제어되도록 하는 컨트롤러를 함께 수용시키고, 원격운전이 가능할 수 있도록 하는 리모컨을 부가 탑재하며, 차대위에는 작업의자를 장착하여 앉은 상태에서 전/후 이동할 수 있는 구름궤도와, 의자축에 의자의 높이를 상/하 변형 조절 기능을 갖는 가스쇼바와, 작업자의 작업점 기준 차대 전후의 폭을 확장 또는 축소할 수 있도록 폭 조절/고정용 클램프와, 비가림 및 해가림 용도로 사용할 수 있도록 편이기구를 구비한다.
또한 대한민국 등록특허공보 제10-1412965호에는 작업자가 전동 구동되는 수확작업기 상에서 편안한 자세로 농작물의 수확을 할 수 있도록 하기 위하여, 전후방으로 길게 수평형태의 박스형태로 형성되며, 상판과 하판으로 분리 구성되어 수직 형성되는 연결고정대에 의해 고정되고, 상판 내부의 길이방향 양측에 메인프레임이 구비되며, 상판 전방측 양측부에 작업자의 발이 안착되는 발고정대가 구비되고, 상판과 하판의 사이에 전원공급부 및 체인의 구동을 위한 모터가 구비되며, 상판의 상부 후방측에 작업자가 앉도록 의자가 구비되고, 상판 상부의 전방측에 수확용 바구니를 거치 가능하도록 상판 상에 고정되는 수직바와 수직바의 상부측에 고정되는 수평바로 형성되어 수확용 바구니의 상부 테두리가 수평바에 안착 지지되도록 형성되는 전방거치대가 구비되는 몸체와, 상기 메인프레임의 전방측에 연장 형성되는 전방프레임과, 상기 전방프레임의 상부측에 구비되는 손잡이와, 상기 전방프레임의 하부측에 좌우 한쌍으로 구비되는 전륜과, 상기 메인프레임의 후방측에 연장 형성되며, 상부측으로 고정구가 돌출 형성되고, 고정구에 수확용바구니 또는 파라솔이 결합 고정되는 후방프레임과, 상기 후방프레임의 하부측에 좌우 한쌍으로 구비되며, 몸체 내에서 모터에 연결된 체인에 연결되어 전동 구동하는 후륜과, 상기 손잡이에 구비되어 전원공급부 및 모터를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 전동식 농작물 수확작업기가 개시되어 있다.
하지만, 이와 같은 종래의 전동식 농작물 작업기는 작업자가 앉은 상태에서 전동 모터를 이용해 이동할 수 있도록 한다는 점에서는 편의성을 제공하고 있지만, 이동하는 과정에서 작업자가 손으로 방향을 조작해야 함으로써 작업 효율이 떨어지는 문제점을 여전히 내포하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1324237호(등록일자: 2013년 10월 25일) 대한민국 등록특허 제10-1412965호(등록일자: 2014년 06월 23일) 대한민국 등록특허 제10-1749825호(등록일자: 2017년 06월 15일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 저가의 초음파 센서를 이용해 주행 방향의 주행경로 이탈을 감지하여 자동 조향이 가능한 자율주행형 농업용 전동 편의 작업기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는, 프레임에 회동 가능하게 마련되는 전륜 및 후륜을 포함하고, 상기 전륜 및 후륜 중 적어도 어느 하나에 마련된 인휠모터를 포함하는 농업용 전동 편의 작업기에 있어서, 상기 전륜 부분의 조향축 상에 마련되는 조향 모터; 상기 조향축 상에 마련되는 손잡이; 상기 프레임에 마련되는 의자; 상기 손잡이 부분 또는/및 상기 의자 후방에 마련되는 적어도 하나 이상의 수납부재; 상기 프레임에 착탈 가능하게 마련되는 배터리; 상기 프레임에 설치되는 조작 스위치를 갖는 주 제어모듈; 및 상기 전륜 전방에 마련되어 고랑을 인식하기 위한 초음파 센서 어레이 모듈을 포함하되, 상기 초음파 센서 어레이 모듈은, 좌측 두둑의 벽면까지의 거리를 측정하기 위해 초기 측정 방향이 좌측 두둑의 벽면 중앙이 되도록 좌측 하향으로 설치된 제1 초음파 센서와, 우측 두둑의 벽면까지의 거리를 측정하기 위해 초기 측정 방향이 우측 두둑의 벽면 중앙이 되도록 우측 하향으로 설치된 제2 초음파 센서와, 초기 측정 방향이 고랑의 중앙 하향 목표지점이 되도록 하여 고랑 중앙 부분의 거리를 측정하기 위한 제3 초음파 센서를 포함하며, 상기 주 제어모듈은, 상기 제1 및 제2 초음파 센서에 의해 각각 측정된 좌우 두둑의 거리값에 차이가 있고, 상기 제3 초음파 센서에 의해 측정된 고랑 중앙 부분의 거리값이 임계값 이상 변화가 있는 경우 주행 경로의 이탈로 예측하고, 고랑의 주행 경로 상으로 조향되도록 상기 조향 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
삭제
바람직하게는 상기 주 제어모듈은, 상기 초음파 센서 어레이 모듈로부터 입력된 데이터를 처리하는 데이터처리부; 상기 데이터처리부로부터 전달된 정보를 바탕으로 고랑의 중심으로부터의 이탈 정도를 파악하는 고랑 인식부; 및 상기 고랑 인식부로부터 입력된 정보를 바탕으로 주행 경로 정보를 생성하여 경로를 추종하도록 상기 조향 모터를 제어하기 위한 신호를 생성하는 경로 추종부를 포함한다.
삭제
삭제
상기와 같은 본 발명은, 저가의 초음파 센서를 이용해 주행 방향의 주행경로 이탈을 감지하여 자동 조향이 가능함으로, 주행 시 작업자가 일일이 핸들을 조작할 필요성이 없어 작업 능률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기의 접힌 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 및 통합 제어부의 외관 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 수동 조향 손잡이 부의 상세 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고랑 인식 센서를 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기의 제어장치 구성도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기의 접힌 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 및 통합 제어부의 외관 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 수동 조향 손잡이 부의 상세 도면이다.
본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는, 배터리에 의해 구동되는 인휠모터(11)를 통해 주행된다. 배터리에 의한 인휠모터의 구동은 기 공지된 기술로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 인휠모터(11)는 하나의 전륜으로 구성된다. 후륜(19)은 전복 방지를 위한 안정성 확보를 위해 일정 간격을 갖는 2개의 바퀴를 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는 하나의 전륜과 2개의 후륜을 가지는 삼륜차 형태로 구현된다.
물론, 전륜을 인휠모터로 구성하지 않고 후륜을 인휠모터로 구성하고 전륜은 조향만 가능하도록 구성하는 것도 가능하다. 이는 필요에 따라 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 것으로 이에 대해 보다 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는 기본적인 구조를 제공하기 위한 베이스로써의 프레임(10)을 구비하고 있으며, 이하에서 설명하는 구성요소는 이러한 프레임(10)에 직접 또는 간접적으로 설치되어 지지된다.
본 발명에 따른 배터리 및 통합제어모듈(12)은 용이하게 충전이 가능하도록 하기 위해 손잡이 하단의 프레임 수직 부분에 착탈 가능하게 결합된다. 본 발명의 실시예에서는 배터리와 제어모듈을 동일한 함체 내부에 구성하는 것으로 설명하고 있지만, 배터리 모듈을 별도로 구성하여 프레임(10)에 착탈 가능하게 구성하는 것은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
전방부분에서 프레임(10)에 수직 방향으로 설치되는 조향축에는 자율 조향을 위한 스테핑 모터(14)가 마련된다. 제어부는 이와 같은 스테핑 모터(14)를 제어함으로써 원하는 방향으로 편의 작업기를 조향할 수 있다. 스테핑 모터(14)를 이용해 자동 조향 기술은 기 공지된 기술로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
조향축의 상단부에는 사용자가 잡고 제어할 수 있는 핸들(13)이 마련되는데, 핸들(13)은 링 형태의 수확부대걸이와 일체로 형성된다.
조향축의 하부에 연결되는 포크에는 인휠모터(11)로 구성되는 전륜이 회전 가능하게 설치된다.
한편, 조향축의 전방부에는 수확 작물의 특성 또는 사용자의 작업 특성에 따라 수확 부대와 수확 상자를 선택적으로 사용할 수 있도록 상자 적재부(20)가 마련된다.
프레임(10) 상에는 작업용 의자(21)가 높이 조절이 가능하도록 설치된다. 또한 상기 작업용 의자(21)는 회전 가능하게 설치될 수 있다. 따라서 작업자는 상기 의자(21)에 앉은 상태에서 그 주변에 있는 과채를 손쉽게 수확하는 것이 가능하다.
한편 의자(21) 후면에는 작업자를 위한 다양한 물건을 수납하기 위한 수납함(17)이 마련될 수 있다. 그리고 의자(21) 상부에는 그늘 형성을 위한 파라솔(22)을 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 또한 의자(21)에는 안착 센서(18)가 마련되어 작업자가 의자(21)에 앉은 경우에만 구동될 수 있도록 제어된다.
한편 도2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는 이동 편의성을 제공하기 위해 접을 수 있도록 구성된다. 즉, 락킹 구조가 마련되고 의자(21)를 지지하는 지지축 부분에 힌지축이 마련되어 의자(21)와 후륜(19) 부분을 접을 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같은 접이식 구조는 다양하게 당업자가 구현할 수 있는 것으로, 이 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이 통합제어모듈(12)은 복수의 조작 스위치(120)와 다양한 정보를 표시하기 위한 디스플레이 패널(121)이 마련된다. 또한 도 4에 도시된 바와 같이 손잡이 부분에도 복수의 조작 스위치(122)가 마련될 수 있다. 이는 작업자의 스위치 조작 편의성을 제공하기 위한 것이다.
한편 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는 전륜 인휠모터(11)의 전방에 고랑 인식을 위한 초음파 센서 어레이 모듈(15)이 마련된다. 도 5에 도시된 바와 같이 고랑 인식을 위한 초음파 센서 어레이 모듈(15)은 3개의 초음파 센서(s1, s2, s3)로 구성된다. 초음파 센서 s2는 중심에 마련되고, 초음파 센서 s1과 s3는 좌, 우 방향에 마련된다. 초음파 센서들(s1, s2, s3)은 하방을 향하도록 설치된다. 초음파 센서 s1과 s3는 좌, 우 방향의 두둑까지의 거리를 측정하며, 초음파 센서 s2는 중앙부의 지면까지의 거리를 측정한다. 이에 따라 초음파 센서 s2를 기준으로 초음파 센서 s1과 s3의 값을 비교하여 고랑의 중심을 인식한다.
다시 말해, 초음파 센서 s1과 s3는 좌우 두둑의 벽면 중앙 부분의 거리를 측정하도록 설치된다. 이는 노지를 주행하기 때문에 작업기가 흔들리면서 초음파 센서 s1과 s3가 두둑 벽면을 넘어 작물까지의 거리를 측정함으로써 발생되는 고랑 인식 오류를 방지하기 위함이다. 예를 들어 초음파 센서 s1에 의해 측정된 두둑 벽면까지의 거리 값이 초음파 센서 s3에 의해 측정된 두둑 벽면까지의 거리 값보다 작고, 초음파 센서 s2에 의해 측정된 고랑의 중심부까지의 거리 값이 임계치 범위로 변화가 발생되는 경우 고랑 중심을 벗어난 것으로 인식하여 조향 모터를 구동한다.
도 6은 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기의 제어장치의 블록 구성도이다.
초음파 어레이 센서(15)에 의해 고랑의 두둑과 고랑 중심부까지의 거리 값들이 입력되면 주제어부(MCU; 32)의 데이터처리부(41)는 초음파 어레이 센서(15)로부터 입력된 데이터를 처리한다. 그리고 고랑 인식부(42)는 데이터 처리부(41)로부터 입력된 값을 기반으로 전륜이 고랑 중심부를 이탈하였는지 판단한다. 그리고 경로 추종부(43)는 고랑 인식부(42)에 의해 인식된 정보를 바탕으로 전륜이 고랑 중심부를 추종하기 위한 경로를 생성하고 생성된 경로에 따라 고랑 중심을 추종하도록 조향 모터 제어신호를 생성하여 모터 드라이버(33)로 전달한다.
이와 같은 구성에 의해 매우 저렴한 초음파 센서 어레이를 이용해 농업용 전동 편의 작업기가 고랑의 중심부를 자동 주행하도록 구현할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는 작업자의 조작에 의해 수동 모드 또는 자동 모드로 설정될 수 있다. 수동 모드인 경우에는 작업자가 직접 핸들을 조작할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 농업용 전동 편의 작업기는 일정 속도로 주행하도록 설정할 수도 있지만, 작업자가 조작 스위치를 1회 조작하는 경우 1m 정도 주행 후 정지하도록 구현할 수 있다. 이는 수확하는 작물에 따라 최적의 작업을 위해 다양한 모드로 설정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (5)

  1. 프레임에 회동 가능하게 마련되는 전륜 및 후륜을 포함하고, 상기 전륜 및 후륜 중 적어도 어느 하나에 마련된 인휠모터를 포함하는 농업용 전동 편의 작업기에 있어서,
    상기 전륜 부분의 조향축 상에 마련되는 조향 모터;
    상기 조향축 상에 마련되는 손잡이;
    상기 프레임에 마련되는 의자;
    상기 손잡이 부분 또는/및 상기 의자 후방에 마련되는 적어도 하나 이상의 수납부재;
    상기 프레임에 착탈 가능하게 마련되는 배터리;
    상기 프레임에 설치되는 조작 스위치를 갖는 주 제어모듈; 및
    상기 전륜 전방에 마련되어 고랑을 인식하기 위한 초음파 센서 어레이 모듈을 포함하되,
    상기 초음파 센서 어레이 모듈은, 좌측 두둑의 벽면까지의 거리를 측정하기 위해 초기 측정 방향이 좌측 두둑의 벽면 중앙이 되도록 좌측 하향으로 설치된 제1 초음파 센서와, 우측 두둑의 벽면까지의 거리를 측정하기 위해 초기 측정 방향이 우측 두둑의 벽면 중앙이 되도록 우측 하향으로 설치된 제2 초음파 센서와, 초기 측정 방향이 고랑의 중앙 하향 목표지점이 되도록 하여 고랑 중앙 부분의 거리를 측정하기 위한 제3 초음파 센서를 포함하며,
    상기 주 제어모듈은, 상기 제1 및 제2 초음파 센서에 의해 각각 측정된 좌우 두둑의 거리값에 차이가 있고, 상기 제3 초음파 센서에 의해 측정된 고랑 중앙 부분의 거리값이 임계값 이상 변화가 있는 경우 주행 경로의 이탈로 예측하고, 고랑의 주행 경로 상으로 조향되도록 상기 조향 모터를 제어하는 농업용 전동 편의 작업기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 제어모듈은,
    상기 초음파 센서 어레이 모듈로부터 입력된 데이터를 처리하는 데이터처리부;
    상기 데이터처리부로부터 전달된 정보를 바탕으로 고랑의 중심으로부터의 이탈 정도를 파악하는 고랑 인식부; 및
    상기 고랑 인식부로부터 입력된 정보를 바탕으로 주행 경로 정보를 생성하여 경로를 추종하도록 상기 조향 모터를 제어하기 위한 신호를 생성하는 경로 추종부를 포함하는 농업용 전동 편의 작업기.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 의자에는 안착 센서가 마련되어, 상기 주 제어모듈은 작업자가 착석한 것으로 인식되는 경우에만 주행이 가능하도록 제어하는 농업용 전동 편의 작업기.
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