KR102581803B1 - 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법 - Google Patents
지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 양식장 내를 자율 주행하면서 수질 측정 센서로 양식장 내의 수질을 측정하고, 비전 카메라로 양식 수조 내의 어류를 모니터링할 수 있는 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법을 제공한다.
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템은, 지상에서 자율 운행하여 수질 측정 센서에 의해 양식 수조내의 수질을 측정하고, 카메라에 의해 양식 중인 어류를 모니터링하는 수조관리 로봇; 관리자가 상기 수조관리 로봇을 원격으로 제어하거나 설정 변경을 할 수 있는 모바일 디바이스; 및 상기 수조관리 로봇 및 모바일 디바이스를 중계하는 중계 서버;를 포함한다.
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템은, 지상에서 자율 운행하여 수질 측정 센서에 의해 양식 수조내의 수질을 측정하고, 카메라에 의해 양식 중인 어류를 모니터링하는 수조관리 로봇; 관리자가 상기 수조관리 로봇을 원격으로 제어하거나 설정 변경을 할 수 있는 모바일 디바이스; 및 상기 수조관리 로봇 및 모바일 디바이스를 중계하는 중계 서버;를 포함한다.
Description
본 발명은 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지상에서 양식 수조 사이를 자동으로 운행하면서 센서로 양식 수조의 수질을 측정하며 카메라로 양식 어류를 모니터링할 수 있는 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법에 관한 것이다.
양식장에서 어류를 양식하는 경우, 일정 시간마다 어류가 양식되는 양식 수조에 사료를 공급해야 한다. 많은 수의 양식 수조에 사료를 공급하기 위해서는 사람이 직접 사료를 양식 수조에 뿌려주거나, 자동사료급이기를 사용하여 사료를 양식 수조에 살포한다. 양식장에 살포한 사료가 바닥에 가라앉아 사료가 부패하여 양식 수조의 수질이 오염되어 양식 중에 어류에 치명적인 영향을 주고 있다. 양식 중인 어류의 건강 상태를 확인하기 위해서는 양식 수조 내의 수질을 수시로 체크하여야 한다. 양식 수조의 수질 측정을 위해서는 일반적으로 pH, 용존산소(DO), 전도도(EC), 염도, 온도 등을 측정하게 된다. 이러한 다항목의 수질 측정을 위해서는 수질 측정 장치가 모든 양식 수조에 구비되어야 한다. 또한, 이러한 수질 측정 장치를 각각의 양식 수조 설치하고 사용하게 되면, 설치 비용도 적지 않고 양식 수조의 부유물에 의해 수질 측정 장치가 오염되거나 고장날 확률도 높아져 수질 측정 장치의 보수 및 유지도 쉽지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양식장 내를 자율 주행하면서 수질 측정 센서로 양식장 내의 수질을 측정하고, 비전 카메라로 양식 수조 내의 어류를 모니터링할 수 있는 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템은, 지상에서 자율 운행하여 수질 측정 센서에 의해 양식 수조내의 수질을 측정하고, 카메라에 의해 양식 중인 어류를 모니터링하는 수조관리 로봇; 관리자가 상기 수조관리 로봇을 원격으로 제어하거나 설정 변경을 할 수 있는 모바일 디바이스; 및 상기 수조관리 로봇 및 모바일 디바이스를 중계하는 중계 서버;를 포함한다.
상기 수조관리 로봇은, 바퀴를 구비하고 비전 카메라와 초음파 센서에 의해 자율주행이 가능한 로봇 이동부, 상기 로봇 이동부에 연결되는 로봇 암부 및 상기 로봇 암부와 연결되며 양식 수조 내의 수질을 측정하는 수질 측정 센서 및 수중의 어류를 모니터링하는 카메라를 구비하는 로봇 헤드부를 포함한다.
상기 로봇 이동부는, 상기 로봇 이동부의 하부에 위치하는 배터리부, 상기 배터리부의 양측에 두 쌍의 바퀴를 구비하여 모터에 의해 구동되는 바퀴부, 상기 배터리부 상부에 위치하여 상기 로봇 암부 및 상기 로봇 이동부의 동작을 제어하는 로봇 제어부, 상기 로봇 제어부의 전면에 위치하여 초음파를 발사하여 거리를 측정하는 초음파 센서부, 상기 초음파 센서부 상부에 위치하여 비전 카메라에 의해 물체를 인식하는 비전 카메라부 및 상기 로봇 제어부의 후면에 위치하여 상기 로봇 헤드부의 센서를 세척할 수 있는 세척 모듈을 포함한다.
상기 세척 모듈은, 상기 로봇 제어부 후면에 위치하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서의 보관 용액이 보관되는 용액 보관부, 상기 용액 보관부의 상부에 위치하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서의 세척에 필요한 세척수가 저장되는 세척수 저장부, 상기 용액 보관부의 후면에 위치하여 펌프를 구비하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서의 보관 용액을 분출하는 용액 분출부, 상기 용액 교환부의 상부에 위치하여 펌프를 구비하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서를 세척할 수 있도록 세척수를 분출하는 센서 세척부, 상기 센서 세척부 후면에 위치하여 세척이 끝난 수질 측정 센서를 보관 용액에 보관할 수 있는 센서 보관부, 상기 센서 보관부의 하부에 위치하여 세척수 또는 보관 용액이 배출될 수 있도록 개폐가 가능한 개폐부, 상기 개폐부와 연결되며 상기 개폐부를 통과한 세척수 또는 보관 용액이 배출되는 관로인 세척수 배출부 및 상기 센서 보관부 상부에 위치하여 상기 센서 보관부가 밀폐될 수 있게 개폐가 가능한 커버부를 포함하는 한다.
상기 로봇 암부는, 상기 로봇 이동부의 상부에 위치하는 로봇암 접합부, 상기 로봇암와 연결되는 제1 암부, 상기 제1 암부와 연결되는 제2 암부, 상기 제1 암부 및 제2 암부를 연결시키며 상기 제2 암부가 관절 운동를 할 수 있게 하는 제1 관절부, 상기 제2 암부와 연결되는 제3 암부, 상기 제2 암부 및 제3 암부를 연결시키며 상기 제3 암부가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제2 관절부, 상기 제3 암부와 연결되는 제4 암부 및 상기 제3 암부 및 제4 암부를 연결시키며 제4 암부가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제3 관절부를 포함한다.
상기 로봇 헤드부는, 원형의 센싱 헤드를 구비하며, 상기 센싱 헤드의 일면에 돌출되게 위치하고, 수질 측정 센서를 구비하여 양식 수조 내의 수질을 측정하는 수질센서 모듈, 상기 센싱 헤드의 일면에 돌출되게 위치하고, 적외선 카메라와 RGB 카메라를 구비하여 양식 수조 내의 어류를 모니터링하는 비전센서 모듈, 상기 센싱 헤드의 일면에 돌출되게 위치하고, 백색광 LED와 적외선 LED를 구비하여 양식 수조 내에 빛을 조사하는 조명 모듈 및 상기 센싱 헤드의 내부에 위치하여, 상기 수질센서 모듈의 측정 데이터 및 비전센서 모듈의 영상 데이터를 분석하는 데이터 분석 모듈을 포함한다.
상기 수질센서 모듈은, 양식 수조 내의 pH를 측정하는 pH 센서부, 양식 수조 내의 용존산소를 측정하는 DO 센서부, 양식 수조 내의 수온을 측정하는 RTD 센서부, 양식 수조 내의 산화환원전위차를 측정하는 ORP 센서부, 양식 수조 내의 전도도를 측정하는 전도도 센서부를 포함하며, 상기 수질센서 모듈은 상기 세척 모듈에 의해 세척이 가능하고, 수질 센서 내의 용액을 교체할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법은, 상기 로봇 이동부를 작동시켜 상기 수조관리 로봇을 양식 수조로 이동시키는 제1 단계; 상기 로봇 헤드부를 양식 수조 내로 투입하여 양식 수조 내의 수질을 측정하고, 어류의 상태를 모니터링하는 제2 단계; 상기 제2 단계의 측정 데이터 및 영상 데이터가 데이터 분석 모듈에 의해 분석되고, 상기 중계 서버를 통해 관리자의 상기 모바일 디바이스로 전송되는 제3 단계; 상기 수조관리 로봇에 의한 수질 측정 및 어류의 상태에 대한 모니터링이 끝나고 상기 수조관리 로봇을 다른 양식 수조로 이동시키는 제4 단계; 및 상기 수조관리 로봇에 의한 수조관리 작업이 종료되고, 상기 로봇 암부에 연결된 상태로 상기 수질센서 모듈이 상기 센서 보관부에 놓이고, 보관 용액을 흘려보내 상기 센서 보관부가 반 정도 잠긴 상태로 상기 수질센서 모듈이 보관되는 제5 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 복수의 양식 수조마다 설치해서 관리해야 하는 수질 측정 센서를 수조관리 로봇에만 설치하기 때문에 수질 측정 센서의 설치 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 세척 모듈을 구비하여, 수질 측정 센서를 세척하고 보관 용액에 수질 측정 센서를 보관할 수 있어, 수질 측정 센서 장기간 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 로봇 헤드부에 설치된 카메라를 통해 어류의 상태 및 수질의 탁도를 확인할 수 있고, 모바일 디바이스로 이를 실시간으로 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수조관리 로봇이 복수의 양식 수조 내를 이동하는 모습을 나타낸다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 수조관리 로봇의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부의 전면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부의 후면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 세척 모듈의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 암부의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 헤드부 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 헤드부의 전면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수조관리 로봇이 복수의 양식 수조 내를 이동하는 모습을 나타낸다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 수조관리 로봇의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부의 전면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부의 후면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 세척 모듈의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 암부의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 헤드부 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 헤드부의 전면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템은 수조관리 로봇(100), 모바일 디바이스(200) 및 중계 서버(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 수조관리 로봇(100)은 지상에서 자율주행으로 운행되며, 수질 측정 센서에 의해 양식장 내의 양식 수조(10) 내의 수질을 측정하고 카메라에 의해 양식 중인 어류를 모니터링한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 수조관리 로봇(100)이 복수의 양식 수조(10) 내를 이동하는 모습을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 수조관리 로봇(100)은 양식장 내에 위치한 복수의 양식 수조(10)의 수질 검사, 어류의 상태에 대한 모니터링을 실시할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 수조관리 로봇(100)의 개략도이다. 도 3을 참조하면, 수조관리 로봇(100)은 로봇 이동부(110), 로봇 암부(130) 및 로봇 헤드부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에서의 어류는 해수 또는 담수에서 양식되는 어류, 갑각류 및 패류 등을 지칭한다.
본 발명의 로봇 이동부(110)는 바퀴를 구비하고 비전 카메라와 초음파 센서에 의해 양식장 내에서 자율주행이 가능하다. 또한, 로봇 이동부(110)는 세척 모듈(120)을 구비하여 로봇 헤드부(140)의 수질센서 모듈(150)를 세척할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부(110)의 측면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부(110)의 전면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 이동부(110)의 후면도이다. 도 4 내지 도 6를 참조하면, 본 발명의 로봇 이동부(110)는 배터리부(111), 바퀴부(112), 로봇 제어부(113), 초음파 센서부(114), 비전 카메라부(115) 및 세척 모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 배터리부(111)는 로봇 이동부(110)의 하부에 위치하며 본 발명의 수조관리 로봇(100)이 구동하기 위해 필요한 전력을 공급하는 배터리를 구비한다. 배터리부(111)는 로봇 이동부(110)의 가장 하단의 밑판에 위치한다. 본 발명에서는 복수의 리튬 배터리셀로 만들어진 복수의 리튬 배터리모듈에 온도와 전압을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)과 냉각장치를 추가한 리튬 배터리팩을 사용할 수 있다.
본 발명의 바퀴부(112)는 배터리부(111)의 양측에 두 쌍의 바퀴를 구비하여 모터에 의해 구동된다. 본 발명에서는 수조관리 로봇(100)의 무게 균형을 위해 두 쌍의 바퀴를 구비한다. 두 쌍의 바퀴는 배터리부(111)가 위치한 하단의 밑판의 양측에 각각 위치하며, 로봇 이동부(110)의 전후좌우 이동을 위해 바퀴부(112)는 모터와 기어장치를 구비한다. 초음파 센서부(114) 및 비전 카메라부(115)에서 자율주행에 필요한 정보를 수집하고 로봇 제어부(113)의 제어에 의해 바퀴부(112)는 구동된다.
본 발명의 로봇 제어부(113)는 배터리부(111)의 상부에 위치하여 로봇 이동부(110) 및 로봇 암부(130)의 작동을 제어한다. 본 발명의 로봇 제어부(113)는 인공지능에 의해 작동되는데, 데이터 저장부, 데이터 학습부, 데이터 분석부, 제어 명령부 및 통신부를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 데이터 저장부는 초음파 센서부(114)에서 측정한 측정 데이터, 비전 카메라부(115)에서 촬영한 영상 데이터를 저장한다. 본 발명의 데이터 학습부는 초음파 센서부(114)에서 측정한 측정 데이터, 비전 카메라부(115)에서 촬영한 영상 데이터에 대해 이미 많은 시간 머신러닝에 의해 학습된 상태를 유지하고 있다. 관리자는 데이터 학습부에서 학습할 수 있도록 라벨링된 데이터를 지속적으로 공급하여 데이터 학습부가 상기의 측정 데이터 및 영상 데이터에 대해 충분한 머신러닝을 할 수 있게 한다. 구체적으로, 데이터 학습부는 초음파 센서부(114)에서 측정한 초음파의 발사 시간과 포착 시간에 의해 거리를 계산하거나 물체를 인식하는 것을 학습하고, 비전 카메라부(115)에서 촬영된 영상 속의 물체를 인식하고 구분하는 것을 학습할 수 있다. 본 발명의 데이터 분석부는 데이터 저장부에 저장된 측정 데이터와 영상 데이터를 데이터 학습부에서 학습한 내용에 의해 분석한다. 데이터 분석부는 초음파 센서부(114)에서 측정한 초음파의 발사 시간과 포착 시간에 의해 거리를 계산하거나 물체를 분석하고, 비전 카메라부(115)에서 촬영된 물체, 장애물, 양식 수조(10)를 인식하여 분석할 수 있다. 본 발명의 제어 명령부는 데이터 분석부에 분석한 내용을 기반으로 수조관리 로봇(100)이 작동하도록 제어 명령을 전송한다. 제어 명령부는 초음파 센서부(114) 및 비전 카메라부(115)에서 전송된 데이터를 데이터 분석부에서 분석한 내용을 기반으로 바퀴부(112) 및 로봇 암부(130)의 작동을 제어하는 제어 명령을 전송한다. 또한, 로봇 제어부(113)는 별도의 키보드와 터치스크린을 구비하여 관리자가 키보드 또는 터치스크린을 통해 수조관리 로봇(100)의 설정을 변경하거나 제어할 수 있다. 본 발명의 통신부는 데이터 분석부에서 분석한 내용 및 제어 명령부의 제어 명령 상황을 실시간으로 무선통신을 통해 중계 서버로(300)로 전송한다.
본 발명의 초음파 센서부(114)는 로봇 제어부(113)의 전면에 위치하여 초음파를 발사하여 전방의 물체와의 거리를 측정한다. 초음파 센서부(114)에서 측정한 거리는 로봇 제어부(113)에서 처리하여 바퀴부(112)가 전방의 장애물을 피해 이동할 수 있도록 한다. 초음파 센서부(114)는 초음파를 발사하는 초음파 발진부와 발사된 초음파가 반사되어 복귀하면 반사된 초음파를 포착하는 초음파 수신부를 구비한다. 초음파 센서부(114)는 로봇 제어부(113)와 연계하여 전방에 초음파을 발사하여 반사된 초음파가 돌아오는 시간을 측정하여 전방에 위치한 물체를 인식하거나 전방에 위치한 물체와의 거리를 측정할 수 있다. 이를 위해, 초음파 센서부(114)는 초음파가 발사된 시간, 초음파가 포착된 시간 등의 데이터를 전기 신호화하여 로봇 제어부(113)로 전송한다.
본 발명의 비전 카메라부(115)는 초음파 센서부(114)의 상부에 위치하여 비전 카메라에 의해 물체를 인식한다. 비전 카메라부(115)는 비전 카메라(vision camera)를 구비하는데, 일반적으로 비전 카메라는 카메라를 이용하여 적절한 이미지를 획득 후에 획득한 이미지를 이미지 프로세서 및 소프트웨어가 수행 작업의 목적에 맞게 영상 처리, 영상 분석을 하여 특정 작업을 수행할 수 있도록 판단을 제공한다. 본 발명의 비전 카메라는 카메라와 이미지 프로세서를 구비하여 이미지를 획득하고 획득된 이미지 데이터는 로봇 제어부(113)를 통해 분석된다. 비전 카메라부(115)는 비전 카메라를 통해 전면에 위치한 물체를 촬영하고 로봇 제어부(113)에서는 이를 바퀴부(112)의 이동 명령으로 전환하여 바퀴부(112)가 인식한 물체를 우회하거나 적합한 양식 수조(10)로 이동할 수 있도록 한다. 비전 카메라부(115)는 초음파 센서부(114)와 연동해서 작동하며, 바퀴부(112)가 자율로 주행할 수 있도록 전방의 물체 정보를 로봇 제어부(113)로 전송한다.
본 발명의 세척 모듈(120)은 로봇 제어부(113)의 후면에 위치하여 로봇 헤드부(140)의 수질 측정 센서를 세척할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 세척 모듈(120)의 개략도이다. 본 발명의 세척 모듈(120)은 용액 보관부(121), 세척수 저장부(122), 용액 분출부(123), 센서 세척부(124), 센서 보관부(125), 개폐부(126), 세척수 배출부(127) 및 커버부(128)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 용액 보관부(121)는 로봇 제어부(113)의 후면에 위치하며, 수질센서 모듈(150)의 보관 용액이 보관된다. 본 발명의 수질센서 모듈(150)은 pH 센서부(151), DO 센서부(152), ORP 센서부(154) 및 전도도 센서부(155)를 포함한다. pH 센서부(151), DO 센서부(152) 및 OPR 센서부(154)의 측정전극은 유리로 만들어지고, 유리로 만들어지 측정전극 내부는 기준 전해액인 3M KCl 또는 3M KCl/AgCl이 들어있다. 측정전극의 끝 부분에는 유리 멤브레인이 있어 이곳을 통해 측정하고자 하는 양식 수조(10) 내의 물과 접촉하게 된다. 따라서, pH 센서부(151), DO 센서부(152) 및 OPR 센서부(154)의 측정전극는 반드시 기준 전해액인 3M KCl 또는 3M KCl/AgCl 속에 담궈 보관해야 한다. 용액 보관부(121)는 측정전극의 보관을 위해 3M KCl 또는 3M KCl/AgCl 용액을 보관할 수 있다.
본 발명의 세척수 저장부(122)는 용액 보관부(121)의 상부에 위치하며, 수질센서 모듈(150)의 세척에 필요한 증류수가 저장된다. 수질센서 모듈(150)의 전극은 순수한 증류수로 세척해야 하고 일반 수돗물로 세척하게 되면 전극이 물과 반응을 하여 손상될 수 있기 때문에 세척 저장부(122)에는 반드시 증류수를 저장한다.
본 발명의 용액 분출부(123)는 용액 보관부(121)의 후면에 위치하여 펌프를 구비하여 용액 보관부(121)의 보관 용액을 분출한다. 로봇 암부(130)를 이용하여 로봇 헤드부(140)의 수질센서 모듈(150)을 센서 보관부(125)로 이동시키고, 센서 보관부(125) 내에 용액 분출부(123)를 통해 보관 용액을 채워 수질센서 모듈(150)을 센서 보관부(125)에 보관할 수 있다. 용액 분출부(123)는 상기 용액 보관부(121)와 연결되어 보관 용액이 흐를 수 있는 관로인 용액관, 상기 용액관의 보관 용액을 센서 보관부(125)에 주입할 수 있도록 펌프를 구비하여 보관 용액을 주입할 수 있는 용액 주입부를 포함한다.
본 발명의 센서 세척부(124)는 용액 분출부(123)의 상부에 위치하여 펌프를 구비하여 로봇 헤드부(140)의 수질센서 모듈(150)을 세척한다. 센서 세척부(124)는 서로 독립적으로 연결된 제1 노즐부 및 제2 노즐부를 구비하고, 상기 제1 노즐부에는 히터부가 구비되어 가열된 증류수가 분사될 수 있다. 예를 들어, 수질센서 모듈(150)에 제1 노즐부에 고온의 증류수가 분사된 후, 제2 노즐부에서 실온의 증류수가 분사되게 함으로써 강하게 부착되어 있는 오염 물질을 제거하는데 효과적으로 작동할 수 있으며, 하나의 노즐부에서 온도를 가온한 후 실온의 증류수를 분사하게 되면 가온된 증류수에서 실온의 증류수로 분사될 때의 중간온도의 물을 거치는 것보다 세척효율은 높아질 수 있다. 본 발명의 세척 모듈(120)의 측면에 회전가능한 브러쉬부를 구비할 수 있고, 수질센서 모듈(150)은 로봇 암부(130)를 통해 세척 모듈(120)로 근접하게 이동하고, 상기 브러쉬부의 회전에 의하여 수질센서 모듈(150)의 표면의 오염을 제거할 수 있다. 여기서, 수질센서 모듈(150)은 센싱 헤드(141)의 중심축을 기준으로 회전가능할 수 있다. 또한, 수질센서 모듈(150)은 센싱 헤드(141)의 중심축을 기준으로 회전할 때, 수질센서 모듈(150)의 일부가 센싱 헤드(141)의 내부에 들어가거나 나오게 하면서 브러쉬부에 의한 세척은 진행되게 할 수 있어 브러쉬부가 수질센서 모듈(150)에 접촉되어 가압되는 압력을 다르게 하면서 세척은 가능하다. 따라서, 수질센서 모듈(150)의 회전에 의하여 세척 모듈(120)에서 증류수의 분사나 브러쉬부에 의하여 더욱 효과적으로 세척은 가능하다. 또한, 센서 세척부(124)는 수질센서 모듈(150)뿐만 아니라 세척이 필요한 비전센서 모듈(160) 및 조명 모듈(170)도 세척이 가능하다. 양식 수조(10)의 물에 의해 비전센서 모듈(160)의 카메라의 렌즈 표면이 오염될 수 있거나, 조명 모듈(170)의 LED 표면이 오염될 수 있는데, 센서 세척부(124)를 통해 세척이 가능하다.
본 발명의 센서 보관부(125)는 센서 세척부(124) 후면에 위치하여 세척이 끝난 수질 측정 센서를 보관 용액에 보관할 수 있다. 또한, 센서 보관부(125)는 수질센서 모듈(150)의 세척을 위해 수질센서 모듈(150)의 거치가 가능하다. 로봇 암부(130)를 이용하여 로봇 헤드부(140)의 수질센서 모듈(150)을 센서 보관부(125)에 거치시키고, 센서 세척부(124)에서 증류수를 분사시켜 수질센서 모듈(150)을 세척한다. 세척이 끝난 수질센서 모듈(150)의 pH 센서부(151), DO 센서부(152) 및 OPR 센서부(154)의 측정전극는 보관 용액에 보관된다. 측정전극의 보관을 위해 용액 분출부(123)는 센서 보관부(125)에 보관 용액을 반쯤 채우고 pH 센서부(151), DO 센서부(152) 및 OPR 센서부(154)의 측정전극을 담궈서 보관할 수 있다. 이 경우 커버부(128)를 닫아 공기가 통하기 않게 하여 보관하는 것이 바람직하다.
본 발명의 개폐부(126)는 센서 보관부(125)의 하부에 위치하며 센서 보관부(125)에서 수질센서 모듈(150)의 세척이 끝난 후 세척수가 배출될 수 있도록 개폐가 가능하다. 본 발명의 세척수 배출부(127)는 개폐부(126)와 연결되며 개폐부(126)를 통과한 사용이 끝난 세척수가 외부로 배출되는 관로이다. 수질센서 모듈(150)의 세척시에는 세척수의 방류가 가능한 공간에서 실시할 수 있고, 이 경우 개폐부(126)를 열어놓아 세척수가 세척수 배출부(127)를 통해 외부로 배출되게 할 수 있다. 또한, 개폐부(126)를 열어 보관 용액을 세척수 배출부(127)로 배출시킬 수 있는데, 이 때는 세척수 배출부(127)에 별도의 용기를 구비하여 보관 용액을 처리할 수 있다.
본 발명의 커버부(128)는 센서 보관부(125) 상부에 위치하여 센서 보관부(125)가 밀폐될 수 있게 개폐가 가능하다. 로봇 헤드부(140)가 센서 보관부(125)에 거치되고, 수질센서 모듈(150)을 보관 용액에 담궈 보관할 경우, 커버부(128)는 로봇 헤드부(140)의 헤드 커버부(143)와 함께 센서 보관부(125)를 밀폐시켜 측정전극이 공기와 접촉하지 않도록 한다. 커버부(128)는 밀폐를 위해 고무 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 로봇 암부(130)는 로봇 이동부(110)와 연결되며, 로봇암에 의해 작동된다. 로봇 암부(130)가 작동하여 양식 수조(10) 내로 로봇 헤드부(140)에 설치된 수질센서 모듈(150), 비전센서 모듈(160) 및 조명 모듈(170)을 투입할 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 암부(130)의 개략도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 로봇 암부(130)는, 로봇 이동부(110)의 상부에 위치하는 로봇암 접합부(131), 로봇암 접합부(131)와 연결되는 제1 암부(132A), 제1 암부(132A)와 연결되는 제2 암부(132B), 제1 암부(132A) 및 제2 암부(132B)를 연결시키며 제2 암부(132B)가 관절 운동를 할 수 있게 하는 제1 관절부(133A), 제2 암부(132B)와 연결되는 제3 암부(132C), 제2 암부(132B) 및 제3 암부(132C)를 연결시키며 제3 암부(132C)가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제2 관절부(133B), 제3 암부(132C)와 연결되는 제4 암부(132D) 및 제3 암부(132C) 및 제4 암부(132D)를 연결시키며 제4 암부(132D)가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제3 관절부(133C)를 포함한다. 본 발명의 로봇 암부(130)는 6축 다관절 로봇암을 사용할 수 있으며, x, y, z의 3차원 평면에서 어느 방향으로든 이동이 가능하다. 로봇 암부(130)의 작동을 통해 로봇 헤드부(140)에 설치된 수질센서 모듈(150), 비전센서 모듈(160) 및 조명 모듈(170)을 양식 수조(10) 내로 투입할 수 있고, 수질센서 모듈(150)의 세척을 위해 수질센서 모듈(150)을 세척 모듈(120)로 이동시킬 수 있다. 로봇 제어부(113)는 로봇 암부(130)가 원활히 작동될 수 있도록 로봇 제어부(113)의 인공지능에 의해 로봇 암부(130)의 이동 좌표를 신속하게 계산하여 로봇 암부(130)가 신속히 작동하게 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 로봇 헤드부(140)는 로봇 암부(130)와 연결되며, 수질을 측정하는 수질 측정 센서 및 수중의 어류를 모니터링하는 카메라를 구비한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 헤드부(140) 측면도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 헤드부(140)의 전면도이다. 도 9 또는 도 10을 참조하면, 본 발명의 로봇 헤드부(140)는 원형의 센싱 헤드(141), 수질센서 모듈(150), 비전센서 모듈(160), 조명 모듈(170) 및 데이터 분석 모듈(180)을 포함할 수 있다.
본 발명의 센싱 헤드(141)는 원형의 형태이며 로봇 헤드부(140)의 몸체를 형성하여, 일단은 로봇 암부(130)와 연결되며, 타단은 모듈 하우징(142)과 연결되는데, 모듈 하우징(142) 내부에는 수질센서 모듈(150), 비전센서 모듈(160) 및 조명 모듈(170)이 위치한다. 센싱 헤드(141)의 내부에는 데이터 분석 모듈(180)이 위치하는데, 로봇 헤드부(140)가 양식 수조(10) 내의 물 속에 투입되더라도 데이터 분석 모듈(180) 속으로 물이 유입되지 않도록 센싱 헤드(141)의 외부면은 방수처리될 수 있다. 센싱 헤드(141)의 전면에는 헤드 커버부(143)가 위치하는데, 헤드 커버부(143)는 모듈 하우징(142)을 통해 물이나 공기가 유입되지 않도록 센싱 헤드(141)를 밀폐시킨다. 또한, 수질센서 모듈(150)의 세척 및 보관을 위해 로봇 암부(130)를 이용하여 로봇 헤드부(140)를 센서 보관부(125)에 거치시킬 때, 헤드 커버부(143)는 세척 모듈(120)의 커버부(128)에 밀착되어 수질센서 모듈(150)이 센서 보관부(125)에 밀폐되어 보관될 수 있게 한다. 헤드 커버부(143)는 밀폐를 위해 고무 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명의 수질센서 모듈(150)은 센싱 헤드(141)의 일면에 돌출되게 위치하고, 수질센서를 구비하여 양식 수조(10) 내의 수질을 측정한다. 본 발명의 수질센서 모듈(150)은 pH 센서부(151), DO 센서부(152), RTD 센서부(153), ORP 센서부(154), 전도도 센서부(155) 및 수질센서 하우징(156)을 포함하여 구성될 수 있다. 그 밖의 수중초음파, 레이저, 라이다 센서등을 추가로 구성하여 교체 배치할 수 있다. 모듈 하우징(142)에는 수질센서 하우징(156), 비전센서 하우징(163), 조명 하우징(173)이 내부에 위치한다. 수질센서 하우징(156)의 내부에는 프로브 형태의 pH 센서부(151), DO 센서부(152), RTD 센서부(153), ORP 센서부(154) 및 전도도 센서부(155)가 위치한다. 수질센서 모듈(150)은 데이터 분석 모듈(180)과 연결되어 있어, 수질센서 모듈(150)에서 측정한 수질 측정 데이터는 실시간으로 데이터 분석 모듈(180)로 전송된다.
본 발명의 pH 센서부(151)는 양식 수조(10) 내의 물의 산도를 측정한다. 일반적으로 담수는 pH를 약간 넘기는 약알카리성을 보이고 해수는 pH가 8.0 이상이다. 해수는 알칼리도에 의한 완충능력이 대단히 높아서 상당한 양의 산 또는 알칼리가 들어가야 pH가 변한다. 반면에 담수는 알칼리도가 낮아서 pH의 변화가 크다. 수생 생물은 적정 pH 범위에 서식한다. 만일 적정 pH 범위를 벗어나게 되면 세포막의 투과성 또는 효소작용에 영향을 받아 생명에 위험을 받는다. 따라서, 각각의 어류들이 서식하기에 적합한 적정 pH를 유지시켜 주는 일이 무엇보다도 중요하다. pH 센서부(151)에서는 각각의 양식 수조(10)에 양식되는 어류에 적합한 적정의 pH가 유지되고 있는지 확인할 수 있다. 본 발명의 pH 센서부(151)는 pH 센서를 구비하는데, pH 센서는 전기화학적 측정원리에 근거하여 측정하고자 하는 용액의 pH값에 비례하는 기전력을 발생시킨다. pH 센서는 측정전극(glass electrode)과 기준전극(reference electrode)으로 구분이 되는데, 측정전극은 용액의 pH값에 비례하는 기전력을 발생시키는 구조로 되어 있고, 기준전극은 측정전극과 함께 전기적 회로를 완성하여 안정적인 비교 전원 발생으로 측정전극의 전압이 측정 pH에 의해서만 영향을 받을 수 있도록 제작된다. 측정전극과 기준전극을 양식 수조(10) 내에 담가 두 전극 사이의 전위차를 증폭시켜 pH를 측정하게 되는데, 전류의 세기는 용액의 pH와 정비례 관계이다.
본 발명의 DO 센서부(152)는 양식 수조(10) 내의 물의 용존산소를 측정한다. 용존산소(dissolved oxygen)는 물 속에 녹아 있는 분자 상태의 산소를 말한다. 물에 산소가 얼마나 녹아 있는가는 온도 또는 기압의 영향을 받는데, 용존산소는 수생 생물이 호흡하거나 용해된 물질의 산화 작용 등에 의해 소모되기 때문에 더러워진 물일수록 감소하게 된다. 깨끗한 물일 경우 7~14ppm의 산소가 용존되어 있는데, DO 센서부(152)는 각각의 양식 수조(10)에 적합한 용존산소량이 유지되고 있는지 확인할 수 있다. 본 발명의 DO 센서부(152)는 DO 센서를 구비하는데, DO 센서는 격막산소전극법에 의해 용존산소량을 측정한다. 격막산소전극법은 전해질 용액에 투과성이 좋은 테프론이나 폴리에틸렌 등의 필름을 피복한 전극을 놓고, 격막을 통해 용액 중에 확산하는 산소로부터의 신호를 측정하여 용존산소를 검출한다. 검출 방식에는 갈바니(galvani) 전지식과 폴라로그래프(polarography) 방식이 있는데, 본 발명에서는 갈바니 전지식 또는 폴라로그래프 방식 중 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 RTD 센서부(153)는 양식 수조(10) 내의 물의 온도를 측정한다. RTD 센서부(153)는 RTD(resistance temperature detector) 센서를 사용하는데, RTD 센서는 저항을 온도로 환산하여 측정하며, 타금속에 비해 온도계수가 직선적으로 변하고 장기간 안정적인 사용이 가능한 백금을 사용하며, 백금 센서를 RTD 소자라고 한다. RTD 센서는 내부도선의 종류에 따라 2선식, 3선식, 4선식으로 구분된다. 2선식은 RTD 소자의 두 터미널에 각각 하나씩의 도선을 접속한 형식으로 비용이 절감되는 효과가 있지만, 도선저항의 영향을 받기 때문에 정밀한 온도 측정에는 적합하지 않다. 3선식은 RTD 소자의 한쪽 터미널에는 2개의 도선을 다른 한쪽에는 도선저항으로부터의 영향을 줄이기 위해 한 도선만을 각각 연결하는 방식으로 신뢰도가 높다. 4선식은 RTD 소자의 양단에 각각 2개씩의 도선을 접속시켜 도선저항의 영향을 없애기 위한 방식으로, 특히 높은 정확도를 요하는 온도 측정에 적합하다. 본 발명에서는 수온의 정밀한 측정을 위해 3선식 또는 4선식의 RTD 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 양식 품종별로 양식하는 적정의 수온이 있는데, RTD 센서부(153)는 수온을 측정하여 적정의 수온이 유지되고 있는지 확인할 수 있다. 예를 들어, 넙치의 적정 수온은 20~25℃, 참돔의 적정 수온은 20~28℃, 숭어의 적정 수온은 18~28℃인데, RTD 센서부(153)는 양식 수조(10) 내의 수온이 적정 수온 이내인지 측정할 수 있다.
본 발명의 ORP 센서부(154)는 양식 수조(10) 내의 산화환원전위차를 측정한다. OPR 센서부는 ORP 센서를 구비하고, ORP(oxidation reduction potential) 센서는 화학반응 공정에서 나타나는 이온들의 산화와 환원 과정을 측정한다. ORP 측정은 상수도 및 수영장의 잔류염소량 측정, 수족관의 오존 측정, 폐수의 CN 화합물 또는 크롬 측정 등에 사용되는데, 본 발명에서는 ORP 센서를 이용하여 양식 수조(10) 내의 잔류염소, 오존, 크롬, 인 등의 수치를 측정할 수 있다. 본 발명의 OPR 센서부(154)는 은/염화은으로 제작된 기준전극, 백금으로 제작된 측정전극을 구비하고, 작동 원리는 pH 센서부(151)의 기준전극 및 측정전극과 동일하다.
본 발명의 전도도 센서부(155)는 양식 수조(10) 내의 물의 염도를 측정한다. 본 발명의 전도도 센서부(155)는 전도도 센서를 구비하는데, 전도도 센서는 전기전도도와 저항을 통해 작동하는데, 용액의 전기전도로를 측정하여 염분 농도나 염분량을 환산해서 표시한다. 즉, 소금의 주성분인 나트륨은 전기가 잘 통하기 때문에 염분 농도가 높아지면 전기 저항은 약해지고 전기전도도는 높아지는 원리이다. 양식 수조(10)의 염도는 일정하게 유지되어야 하는데, 빗물의 유입 등으로 적정의 염도가 유지되지 않을 수 있기 때문에 수시로 염도를 체크해야 한다. 특히, 해수 양식장의 경우는 염도가 떨어지면 양식 중인 어류가 폐사할 수 있기 때문에 각각의 어류에 맞는 적정한 염도를 유지할 수 있도록 해야 한다. 본 발명의 전도도 센서부(155)는 각각의 양식 수조(10)에 맞는 적정의 염도가 유지되고 있는 지를 측정할 수 있다. 본 발명은 수질 측정에 필요한 다양한 센서를 수조관리 로봇(100)에 구비하여, 각각의 양식 수조(10)마다 수질 측정 센서를 설치할 필요가 없는 장점이 있다. 또한, 각각의 양식 수조(10)마다 수질 측정 센서를 설치할 때 필요한 유지 관리 및 수리 등을 로봇 헤드부(140)에 설치된 수질 측정 센서에 대해서만 하기 때문에 수질 측정 센서의 유지 관리 및 수리 등이 간소한 장점이 있다. 또한, 수질센서 모듈(150)을 수시로 세척하고, 보관 용액에 보관할 수 있기 때문에 수질 측정 센서를 장기간 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 비전센서 모듈(160)은 센싱 헤드(141)의 일면에 돌출되게 위치하고, 적외선 카메라(162) 및 RGB 카메라(161)의 어느 하나 또는 둘을 구비하여 양식 수조(10) 내의 어류를 모니터링한다. 적외선 카메라(162)와 RGB 카메라(161)는 비전센서 하우징(163)의 내부에 내장된다. 비전센서 모듈(160)은 조명 모듈(170)과 연계하여, 적외선 카메라(162) 작동 중일 때는 적외선 LED(172)를 사용하여 빛을 조사하고, RGB 카메라(161)가 작동 중일 때는 백색광 LED(171)를 사용하여 빛을 조사할 수 있다. 적외선 카메라(162)는 열화상 카메라라고도 하는데, 적외선을 감지하여 이미지를 생성시킨다. 적외선 카메라(162)는 파장이 8~15μm의 장파장 적외선을 사용할 수 있다. 양식 수조(10) 내는 수중이어서 비교적 어두운 편인데, 적외선 카메라(162)를 사용하면 야간이나 어두운 수중에서도 어류의 군집 및 어류의 동작 등을 감지할 수 있다. 반면, RGB 카메라(161)는 인간의 눈이 인식하는 것과 같은 스펙트럼인 400~700nm의 파장을 사용하는 카메라이다. RGB 카메라(161)는 정확한 색상 표현을 위해 빨간색, 녹색 및 파란색 파장(RGB)으로 빛을 캡처하면서 인간의 시각을 복제하는 이미지를 생성하도록 설계되었다. RGB 카메라(161)는 백색광 LED(171)의 조명 하에서 수중의 어류를 촬영할 수 있다. 이와 같이 비전센서 모듈(160)은 적외선 카메라(162)와 RGB 카메라(161)를 통해 어류의 인식, 어류의 어종 분류, 물의 탁도, 물의 색상, 어류의 활동력 등을 모니터링할 수 있다. 비전센서 모듈(160)은 데이터 분석 모듈(180)과 연결되어 있어, 비전센서 모듈(160)에서 촬영한 영상 데이터는 실시간으로 데이터 분석 모듈(180)로 전송된다.
본 발명의 조명 모듈(170)는 센싱 헤드(141)의 일면에 돌출되게 위치하고, 백색광 LED(171)와 적외선 LED(172)를 구비하여 양식 수조(10) 내에 빛을 조사한다. 백색광 LED(171)와 적외선 LED(172)는 조명 하우징(173)의 내부에 내장된다. 백색광 LED(171)는 100W 이상의 밝기의 빛을 조사할 수 있고 RGB 카메라(161)와 연계하여 RGB 카메라(161)가 충분한 광량으로 어류를 모니터링할 수 있게 한다. 또한, 적외선 LED(172)는 적외선 카메라(162)와 연계하여 적외선 카메라(162)가 충분한 적외선으로 어류를 모니터링할 수 있게 한다. 적외선 LED(172)는 적외선 카메라(162)가 사용하는 파장인 8~15μm의 장파장 적외선을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 데이터 분석 모듈(180)은 센싱 헤드(141)의 내부에 위치하여, 상기 수질센서 모듈(150)의 측정 데이터 및 비전센서 모듈(160)의 영상 데이터를 분석한다. 본 발명의 데이터 분석 모듈(180)은 인공지능에 의해 작동되는데, 센싱 데이터 저장부, 센싱 데이터 학습부, 센싱 데이터 분석부 및 센싱 통신부를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에서 데이터 분석 모듈(180)을 센싱 헤드(141) 내부에 두는 이유는 엣지 컴퓨팅(edge computing)에 의해 데이터 소스의 물리적인 위치나 그 근처에서 컴퓨팅을 수행하기 위해서이다. 수질센서 모듈(150)과 비전센서 모듈(160)에서 실시간으로 들어오는 측정 데이터와 영상 데이터를 따로 전송하게 되면 데이터 용량 때문에 전송에 시간이 많이 걸리기 때문에 데이터 분석 모듈(180)을 수질센서 모듈(150) 및 비전센서 모듈(160)과 바로 인접한 곳에 위치시켜 데이터를 바로 분석할 수 있게 한다. 본 발명의 센싱 데이터 저장부는 pH 센서부(151), DO 센서부(152), RTD 센서부(153), ORP 센서부(154) 및 전도도 센서부(155)에서 측정한 측정 데이터, 비전센서 모듈(160)에서 촬영한 영상 데이터를 저장한다. 본 발명의 센싱 데이터 학습부는 pH 센서부(151), DO 센서부(152), RTD 센서부(153), ORP 센서부(154) 및 전도도 센서부(155)에서 측정한 측정 데이터, 비전센서 모듈(160)에서 촬영한 영상 데이터에 대해 이미 많은 시간 머신러닝에 의해 학습된 상태를 유지하고 있다. 관리자는 센싱 데이터 학습부에서 학습할 수 있도록 라벨링된 데이터를 지속적으로 공급하여 데이터 학습부가 상기의 측정 데이터 및 영상 데이터에 대해 충분한 머신러닝을 할 수 있게 한다. 구체적으로, 데이터 학습부는 pH 센서부(151)에서 측정한 산도를 학습할 수 있고, DO 센서부(152)에서 측정한 용존산소를 학습할 수 있고, RTD 센서부(153)에서 측정한 온도를 학습할 수 있고, ORP 센서부(154)에서 측정한 산화환원전위차를 학습할 수 있고, 전도도 센서부(155)에서 측정한 염도를 학습할 수 있다. 또한, 데이터 학습부는 비전센서 모듈(160)의 적외선 카메라(162) 및 RGB 카메라(161)에서 촬영된 영상 속의 어류를 인식하고 구분하는 것을 학습할 수 있다. 본 발명의 센싱 데이터 분석부는 센싱 데이터 저장부에 저장된 측정 데이터와 영상 데이터를 센싱 데이터 학습부에서 학습한 내용에 의해 분석한다. 센싱 데이터 분석부는 pH 센서부(151)에서 측정한 산도를 분석할 수 있고, RTD 센서부(153)에서 측정한 온도를 분석할 수 있고, DO 센서부(152)에서 측정한 용존산소를 분석할 수 있고, RTD 센서부(153)에서 측정한 온도를 분석할 수 있고, ORP 센서부(154)에서 측정한 산화환원전위차를 분석할 수 있고, 전도도 센서부(155)에서 측정한 염도를 분석할 수 있다. 또한, 센싱 데이터 분석부는 적외선 카메라(162) 및 RGB 카메라(161)에서 촬영된 영상 속의 어류, 물체, 물의 탁도를 인식하여 분석할 수 있다. 본 발명의 센싱 통신부는 센싱 데이터 분석부에서 분석한 내용을 실시간으로 무선통신을 통해 중계 서버로(300)로 전송한다. 데이터 분석 모듈(180)은 별도의 제어부를 두어 수질센서 모듈(150), 비전센서 모듈(160) 및 조명 모듈(170)의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 모바일 디바이스(200)는 관리자가 수조관리 로봇(100)을 원격으로 제어하거나 설정 변경을 할 수 있게 하고, 본 발명의 중계 서버(300)는 수조관리 로봇(100) 및 모바일 디바이스(200)를 중계한다. 본 발명의 중계 서버(300)는 인터넷이 연결되고 수조관리 로봇(100)을 관리할 수 있는 전용 프로그램이 설치된 컴퓨터 장치일 수 있고, 본 발명의 모바일 디바이스(200)는 수조관리 로봇(100)을 관리할 수 있는 전용앱이 설치된 관리자의 스마트폰, 태블릿 PC일 수 있다. 수조관리 로봇(100)에서 전송하는 작동 상황, 수질 측정 데이터 및 영상 데이터는 실시간으로 중계 서버(300)로 무선통신을 통해 전송되고, 상기 데이터는 중계 서버(300)에서 실시간으로 무선통신을 통해 모바일 디바이스(200)로 전송된다. 관리자는 본인이 소지하는 모바일 디바이스(200)를 통해 수조관리 로봇(100)의 작동 상황, 양식 수조(10)의 수질 및 어류의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 필요하다면 모바일 디바이스(200)를 통해 수조관리 로봇(100)을 제어하거나, 수조관리 로봇(100)의 설정을 변경할 수 있다. 수조관리 로봇(100)은 인공지능에 의해 자율적으로 작동을 하지만, 관리자는 수조관리 로봇(100)의 운행 상태를 실시간으로 모니터링할 필요가 있다. 그리고, 관리자는 로봇 헤드부(140)에 설치된 수질센서 모듈(150)로부터 들어오는 수질 악화 상황이나 비전센서 모듈(160)로부터 들어오는 어류의 폐사 상황 등에 대처할 필요가 있다. 관리자는 중계 서버(300)를 통해 전송되는 수조관리 로봇(100)의 상황을 지속적으로 모니터링할 수 있고, 미리 수조관리 로봇(100)의 작동 및 수질과 관련된 설정값을 입력하여 놓고, 수조관리 로봇(100)이 작동이 설정값을 벗어나거나 수질이 설정값을 벗어나거나, 어류의 이상 행동이 관찰될 경우 모바일 디바이스(200)에 경고창이 뜨거나 경고음이 울릴 수 있게 설정할 수 있다.
본 발명의 수조관리 로봇(100)의 소재는 금속을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 탄소섬유를 사용할 수 있다. 탄소섬유를 사용하게 되면 금속 재질에 비하여 무겁지 않고 경량화가 가능하기 때문에 로봇 이동부(110)가 이동할 때나 로봇 암부(130)의 작동할 때 무게가 줄어들어 장치에 하중이 적게 들어가 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 순서도이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법은 하기의 5 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 단계(S10) : 로봇 이동부를 작동시켜 수조관리 로봇(100)을 양식 수조(10)로 이동시키는 단계
제2 단계(S20) : 로봇 헤드부(140)를 양식 수조(10) 내로 투입하여 양식 수조(10) 내의 수질을 측정하고, 어류의 상태를 모니터링하는 단계
제3 단계(S30) : 제2 단계(S20)의 측정 데이터 및 영상 데이터가 데이터 분석 모듈(180)에 의해 분석되고, 중계 서버를 통해 관리자의 모바일 디바이스로 전송되는 단계
제4 단계(S40) : 수조관리 로봇(100)에 의한 수질 측정 및 어류의 상태에 대한 모니터링이 끝나고 수조관리 로봇(100)을 다른 양식 수조(10)로 이동시키는 단계
제5 단계(S50) : 수조관리 로봇(100)에 의한 수조관리 작업이 종료되고, 로봇 암부(130)에 연결된 상태로 수질센서 모듈(150)이 센서 보관부(125)에 놓이고, 보관 용액을 흘려보내 센서 보관부(125)가 반 정도 잠긴 상태로 수질센서 모듈(150)이 보관되는 단계
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 제1 단계(S10)는 로봇 이동부를 작동시켜 수조관리 로봇(100)을 양식 수조(10)로 이동시키는 단계이다. 초음파 센서부(114)와 비전 카메라부(115)가 작동하고 관련 데이터는 로봇 제어부(113)로 전송되어 처리되고 바퀴부(112)가 자율주행할 수 있도록 제어 명령을 전송한다. 이렇게 수조관리 로봇(100)은 장애물의 피해 양식 수조(10)에 도착할 수 있다.
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 제2 단계(S20)는 로봇 헤드부(140)를 양식 수조(10) 내로 투입하여 양식 수조(10) 내의 수질을 측정하고, 어류의 상태를 모니터링하는 단계이다. 로봇 암부(130)에 의해 로봇 헤드부(140)를 양식 수조(10) 내로 투입하고, 센싱 헤드(141)에 부착된 pH 센서부(151), DO 센서부(152), RTD 센서부(153), ORP 센서부(154), 전도도 센서부(155), 비전센서 모듈(160) 및 조명 모듈(170)을 작동시켜 수질을 측정하고 어류의 상태, 물의 탁도를 촬영한다.
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 제3 단계(S30)는 제2 단계(S20)의 측정 데이터 및 영상 데이터가 데이터 분석 모듈(180)에 의해 분석되고, 중계 서버(300)를 통해 관리자의 모바일 디바이스(200)로 전송되는 단계이다. 제2 단계(S20)의 수질 측정 데이터와 영상 데이터는 데이터 분석 모듈(180)로 전송하여 인공지능에 의해 수질과 어류의 상태가 분석된다. 그리고 분석된 내용은 중계 서버(300)로 전송되고, 중계 서버(300)는 분석된 내용을 관리자의 모바일 디바이스(200)로 전송한다. 관리자는 분석된 내용을 통해 양식 수조(10)의 수질과 어류의 상태를 확인할 수 있다.
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 제4 단계(S40)는 수조관리 로봇(100)에 의한 수질 측정 및 어류의 상태에 대한 모니터링이 끝나고 수조관리 로봇(100)을 다른 양식 수조(10)로 이동시키는 단계이다. 수조관리 로봇(100)은 양식 수조(10)의 수질 측정과 어류의 상태에 대한 모니터링이 끝나면, 로봇 이동부(110)를 작동시켜 다른 양식 수조(10)로 수질 측정과 어류의 상태에 모니터링을 위해 이동한다.
본 발명의 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법의 제5 단계(S50)는 수조관리 로봇(100)에 의한 수조관리 작업이 종료되고, 로봇 암부(130)에 연결된 상태로 수질센서 모듈(150)이 센서 보관부(125)에 놓이고, 보관 용액을 흘려보내 센서 보관부(125)가 반 정도 잠긴 상태로 수질센서 모듈(150)이 보관되는 단계이다. 양식장 내의 모든 수조에 대한 수질 측정과 어류의 상태에 모니터링이 종료되면, 수조관리 로봇(100)은 충전과 수질센서 모듈(150)의 세척을 위해 수조관리 로봇(100)이 대기할 수 있는 장소로 이동한다. 로봇 암부(130)를 이용하여 수질센서 모듈(150)을 세척 모듈(120)로 이동시키고 센서 보관부(125)에 거치시키고 센서 세척부(124)에 의해 세척 모듈(120)을 세척한다. 세척이 끝난 후 용액 분출부(123)를 통해 보관 용액을 센서 보관부(125)에 반쯤 채우고 수질센서 모듈(150)을 보관 용액에 담궈 보관한다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f : 양식 수조
100 : 수조관리 로봇
110 : 로봇 이동부
111 : 배터리부
112 : 바퀴부
113 : 로봇 제어부
114 : 초음파 센서부
115 : 비전 카메라부
120 : 세척 모듈
121 : 용액 보관부
122 : 세척수 저장부
123 : 용액 분출부
124 : 센서 세척부
125 : 센서 보관부
126 : 개폐부
127 : 세척수 배출부
128 : 커버부
130 : 로봇 암부
131 : 로봇암 접합부
132A : 제1 암부
132B : 제2 암부
132C : 제3 암부
132D : 제4 암부
133A : 제1 관절부
133B : 제2 관절부
133C : 제3 관절부
140 : 로봇 헤드부
141 : 센싱 헤드
142 : 모듈 하우징
143 : 헤드 커버부
150 : 수질센서 모듈
151 : pH 센서부
152 : DO 센서부
153 : RTD 센서부
154 : ORP 센서부
155 : 전도도 센서부
156 : 수질센서 하우징
160 : 비전센서 모듈
161 : RGB 카메라
162 : 적외선 카메라
163 : 비전센서 하우징
170 : 조명 모듈
171 : 백색광 LED
172 : 적외선 LED
173 : 조명 하우징
180 : 데이터 분석 모듈
200 : 모바일 디바이스
300 : 중계 서버
100 : 수조관리 로봇
110 : 로봇 이동부
111 : 배터리부
112 : 바퀴부
113 : 로봇 제어부
114 : 초음파 센서부
115 : 비전 카메라부
120 : 세척 모듈
121 : 용액 보관부
122 : 세척수 저장부
123 : 용액 분출부
124 : 센서 세척부
125 : 센서 보관부
126 : 개폐부
127 : 세척수 배출부
128 : 커버부
130 : 로봇 암부
131 : 로봇암 접합부
132A : 제1 암부
132B : 제2 암부
132C : 제3 암부
132D : 제4 암부
133A : 제1 관절부
133B : 제2 관절부
133C : 제3 관절부
140 : 로봇 헤드부
141 : 센싱 헤드
142 : 모듈 하우징
143 : 헤드 커버부
150 : 수질센서 모듈
151 : pH 센서부
152 : DO 센서부
153 : RTD 센서부
154 : ORP 센서부
155 : 전도도 센서부
156 : 수질센서 하우징
160 : 비전센서 모듈
161 : RGB 카메라
162 : 적외선 카메라
163 : 비전센서 하우징
170 : 조명 모듈
171 : 백색광 LED
172 : 적외선 LED
173 : 조명 하우징
180 : 데이터 분석 모듈
200 : 모바일 디바이스
300 : 중계 서버
Claims (8)
- 지상에서 자율 운행하여 수질 측정 센서에 의해 양식 수조내의 수질을 측정하고, 카메라에 의해 양식 중인 어류를 모니터링하는 수조관리 로봇;
관리자가 상기 수조관리 로봇을 원격으로 제어하거나 설정 변경을 할 수 있는 모바일 디바이스; 및
상기 수조관리 로봇 및 모바일 디바이스를 중계하는 중계 서버;를 포함하며,
상기 수조관리 로봇은, 바퀴를 구비하고 비전 카메라와 초음파 센서에 의해 자율주행이 가능한 로봇 이동부, 상기 로봇 이동부에 연결되는 로봇 암부 및 상기 로봇 암부와 연결되며 양식 수조 내의 수질을 측정하는 수질 측정 센서 및 수중의 어류를 모니터링하는 카메라를 구비하는 로봇 헤드부를 포함하며,
상기 로봇 이동부는, 상기 로봇 이동부의 하부에 위치하는 배터리부, 상기 배터리부의 양측에 두 쌍의 바퀴를 구비하여 모터에 의해 구동되는 바퀴부, 상기 배터리부 상부에 위치하여 상기 로봇 암부 및 상기 로봇 이동부의 동작을 제어하는 로봇 제어부, 상기 로봇 제어부의 전면에 위치하여 초음파를 발사하여 거리를 측정하는 초음파 센서부, 상기 초음파 센서부 상부에 위치하여 비전 카메라에 의해 물체를 인식하는 비전 카메라부 및 상기 로봇 제어부의 후면에 위치하여 상기 로봇 헤드부의 센서를 세척할 수 있는 세척 모듈을 포함하며,
상기 세척 모듈은, 상기 로봇 제어부 후면에 위치하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서의 보관 용액이 보관되는 용액 보관부, 상기 용액 보관부의 상부에 위치하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서의 세척에 필요한 세척수가 저장되는 세척수 저장부, 상기 용액 보관부의 후면에 위치하여 펌프를 구비하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서의 보관 용액을 분출하는 용액 분출부, 상기 용액 보관부의 상부에 위치하여 펌프를 구비하여 상기 로봇 헤드부의 수질 측정 센서를 세척할 수 있도록 세척수를 분출하는 센서 세척부, 상기 센서 세척부 후면에 위치하여 세척이 끝난 수질 측정 센서를 보관 용액에 보관할 수 있는 센서 보관부, 상기 센서 보관부의 하부에 위치하여 세척수 또는 보관 용액이 배출될 수 있도록 개폐가 가능한 개폐부, 상기 개폐부와 연결되며 상기 개폐부를 통과한 세척수 또는 보관 용액이 배출되는 관로인 세척수 배출부 및 상기 센서 보관부 상부에 위치하여 상기 센서 보관부가 밀폐될 수 있게 개폐가 가능한 커버부를 포함하며,
상기 로봇 암부는, 상기 로봇 이동부의 상부에 위치하는 로봇암 접합부, 상기 로봇암와 연결되는 제1 암부, 상기 제1 암부와 연결되는 제2 암부, 상기 제1 암부 및 제2 암부를 연결시키며 상기 제2 암부가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제1 관절부, 상기 제2 암부와 연결되는 제3 암부, 상기 제2 암부 및 제3 암부를 연결시키며 상기 제3 암부가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제2 관절부, 상기 제3 암부와 연결되는 제4 암부 및 상기 제3 암부 및 제4 암부를 연결시키며 제4 암부가 관절 운동을 할 수 있게 하는 제3 관절부를 포함하며,
상기 로봇 헤드부는, 원형의 센싱 헤드를 구비하며, 상기 센싱 헤드의 일면에 돌출되게 위치하고, 수질 측정 센서를 구비하여 양식 수조 내의 수질을 측정하는 수질센서 모듈, 상기 센싱 헤드의 일면에 돌출되게 위치하고, 적외선 카메라와 RGB 카메라를 구비하여 양식 수조 내의 어류를 모니터링하는 비전센서 모듈, 상기 센싱 헤드의 일면에 돌출되게 위치하고, 백색광 LED와 적외선 LED를 구비하여 양식 수조 내에 빛을 조사하는 조명 모듈 및 상기 센싱 헤드의 내부에 위치하여, 상기 수질센서 모듈의 측정 데이터 및 비전센서 모듈의 영상 데이터를 분석하는 데이터 분석 모듈을 포함하며,
상기 수질센서 모듈은, 양식 수조 내의 pH를 측정하는 pH 센서부, 양식 수조 내의 용존산소를 측정하는 DO 센서부, 양식 수조 내의 수온을 측정하는 RTD 센서부, 양식 수조 내의 산화환원전위차를 측정하는 ORP 센서부, 양식 수조 내의 전도도를 측정하는 전도도 센서부를 포함하며, 상기 수질센서 모듈은 상기 세척 모듈에 의해 세척이 가능하고, 세척 후 상기 센서 보관부의 보관 용액 속에 상기 수질센서 모듈을 잠기게 하여 보관을 할 수 있으며,
상기 센서 세척부는 서로 독립적으로 연결된 제1 노즐부 및 제2 노즐부를 구비하고, 상기 제1 노즐부에는 히터부가 구비되어 가열된 증류수가 분사된 후, 상기 제2 노즐부에서 실온의 증류수가 분사되며, 상기 세척 모듈의 측면에 회전가능한 브러쉬부를 구비하며, 상기 수질센서 모듈은 상기 로봇 암부를 통해 상기 세척 모듈로 근접하게 이동하고, 상기 브러쉬부의 회전에 의하여 수질센서 모듈의 표면의 오염을 제거하며, 상기 수질 센서 모듈은 상기 센싱 헤드의 중심축을 기준으로 회전하며, 상기 수질 센서 모듈은 상기 센싱 헤드의 중심축을 기준으로 회전할 때, 상기 수질 센서 모듈의 일부가 상기 센싱 헤드의 내부에 들어가거나 나오게 하면서 상기 브러쉬부의 세척은 진행되는, 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법에 있어서,
상기 로봇 이동부를 작동시켜 상기 수조관리 로봇을 양식 수조로 이동시키는 제1 단계;
상기 로봇 헤드부를 양식 수조 내로 투입하여 양식 수조 내의 수질을 측정하고, 어류의 상태를 모니터링하는 제2 단계;
상기 제2 단계의 측정 데이터 및 영상 데이터가 데이터 분석 모듈에 의해 분석되고, 상기 중계 서버를 통해 관리자의 상기 모바일 디바이스로 전송되는 제3 단계;
상기 수조관리 로봇에 의한 수질 측정 및 어류의 상태에 대한 모니터링이 끝나고 상기 수조관리 로봇을 다른 양식 수조로 이동시키는 제4 단계; 및
상기 수조관리 로봇에 의한 수조관리 작업이 종료되고, 상기 로봇 암부에 연결된 상태로 상기 수질센서 모듈이 상기 센서 보관부에 놓이고, 보관 용액을 흘려보내 상기 센서 보관부가 반 정도 잠긴 상태로 상기 수질센서 모듈이 보관되는 제5 단계;를 포함하는 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템을 이용한 수조관리 방법. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220106652A KR102581803B1 (ko) | 2022-08-25 | 2022-08-25 | 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220106652A KR102581803B1 (ko) | 2022-08-25 | 2022-08-25 | 지상자율주행 수조관리 모바일 로봇 시스템 및 이를 이용한 수조관리 방법 |
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| KR (1) | KR102581803B1 (ko) |
Citations (7)
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2022
- 2022-08-25 KR KR1020220106652A patent/KR102581803B1/ko active IP Right Grant
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