KR20110057544A - 어린모 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무논에서 어린모를 검출하는 어린모 검출 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 레이저 센서를 이용하여 무논에서 어린모에 대한 인식률을 높여, 잡초 제거를 위한 경로 수정을 용이하게 할 수 있는, 어린모 검출 장치를 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은, 제초용 로봇에 적용되는 어린모 검출 장치에 있어서, 레이저를 이용하여 무논을 스캐닝하기 위한 레이저 센싱기; GPS 정보를 이용하여 상기 제초용 로봇의 위치를 판단하기 위한 항법기; 상기 제초용 로봇의 진행 방향에 심어져 있는 어린모를 접촉에 의해 감지하기 위한 더듬이 센싱기; 및 상기 레이저 센싱기, 항법기, 더듬이 센싱기의 기능을 제어하며, 상기 구성요소들에서 전송된 정보들을 이용하여 무논에서의 상기 제초용 로봇의 이동 경로를 산출하기 위한 제어기를 포함한다.

자율주행, 무논, 어린모, 로봇

Description

어린모 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING A YOUNG RICE PALNT}

본 발명은 로봇에 관한 것으로서, 특히, 무논에서 어린모를 검출하는 어린모 검출 장치에 관한 것이다.

무논에서 농사를 짓기 위해서는 수많은 과정을 거쳐야 하며, 특히, 무논(물이 괴어있는 논)에서 잡초를 제거하는 일은 가장 손이 많이 가는 일로서, 파종 이후 시작되어, 지속적으로 수행되어지는 일의 하나이다.

따라서, 농가에서는 무논의 제초용으로 중경 제초기를 이용함으로써, 일손을 덜고 있다. 즉, 중경 제초기란 파종 또는 이식 후 이랑 사이의 잡초를 제거하고 흙을 갈아 간접적으로 발육을 돕기 위하여 작물의 포기부분에 흙을 넣어 주는 농기구를 말한다.

그러나, 종래의 중경 제초기는, 이앙상태 불량에 의한 묘 손상, 선회에 의한 묘 손상, 기계의 과 중량에 의한 경량화 요구, 선회시 작업기 승강에 의한 묘 손상, 조간 로터에 의한 인접한 열의 묘 손상, 주간 레이크에 걸린 수초가 끌려가면서 묘를 매몰시키는 현상 및 심전에서의 자체 경사 등 전륜의 토양 밀림으로 인한 묘를 매몰시키는 현상 등 다양한 문제점들을 내포하고 있다.

한편, 과학 기술의 발달에 따라, 최근에는 다양한 종류의 로봇이 개발되고 있으며, 최근에는 상기한 바와 같은 중경 제초기를 대신할 수 있는 제초용 로봇이 개발되고 있다.

그러나, 종래의 제초용 로봇은 자율 주행을 수행함에 있어서, 어린모에 대한 인식률이 떨어졌기 때문에, 특히, 이앙후 10일 경부터 시작되는 잡초 제거에 이용되는 경우, 제초용 로봇의 이동경로를 잘못 설정하여, 어린모를 짓밟고 나가는 경우가 발생되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 레이저 센서를 이용하여 무논에서 어린모에 대한 인식률을 높여, 잡초 제거를 위한 경로 수정을 용이하게 할 수 있는, 어린모 검출 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제초용 로봇에 적용되는 어린모 검출 장치에 있어서, 레이저를 이용하여 무논을 스캐닝하기 위한 레이저 센싱기; GPS 정보를 이용하여 상기 제초용 로봇의 위치를 판단하기 위한 항법기; 상기 제초용 로봇의 진행 방향에 심어져 있는 어린모를 접촉에 의해 감지하기 위한 더듬이 센싱기; 및 상기 레이저 센싱기, 항법기, 더듬이 센싱기의 기능을 제어하며, 상기 구성요소들에서 전송된 정보들을 이용하여 무논에서의 상기 제초용 로봇의 이동 경로를 산출하기 위한 제어기를 포함한다.

본 발명은 레이저 센서를 이용하여 무논에서 어린모에 대한 인식률을 높여, 잡초 제거를 위한 경로 수정을 용이하게 함으로써, 잡초제거 효과를 극대화시킬 수 있다는 우수한 효과를 가지고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 어린모 검출장치가 적용되는 제초용 로봇의 일실시예 외부 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 제초용 로봇의 일실시예 내부 구성도이다.

본 발명에 따른 어린모 검출장치가 적용되는 제초용 로봇은, 이앙 초기에 무인 제초 가능한 로봇으로서, 이동기능을 담당하는 이동부(10), 무논의 모열을 인식하여 제초용 로봇의 작업 경로 계획 수립에 필요한 정보를 수집하기 위한 어린모 검출 장치(20), 각 부에 필요한 동력원을 제공하기 위한 전원공급부(40), 무논의 잡초를 제초하기 위한 제초부(50), 외부와 무선으로 통신을 수행하기 위한 송수신부(60), 각종 정보를 입력받기 위한 입력부(70), 각종 정보를 출력하기 위한 출력부(90), 제초용 로봇의 구동에 필용한 정보를 저장하기 위한 저장부(80) 및 상기 구성요소들의 기능을 제어하기 위한 제어부(100)를 포함한다.

이동부(10)는 제초용 로봇의 이동기능을 담당하는 것으로서, 일반적인 원통형의 바퀴로 구성될 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같은 궤도형(벨트형태)으로 구성될 수도 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같은 궤도형 바퀴는 안정적 직진성을 확보하고, 소요동력을 적게 하며, 바퀴 자체로 제초효과를 주기 위해 레일(벨트)의 표면에 러그(요철)를 적당한 간격과 높이로 구비함으로써 제초 효과를 살릴 수 있다.

어린모 검출 장치(20)는 무논의 어린모를 인식하여, 제초용 로봇의 이동경로를 계획에 필요한 정보를 수집하기 위한 것으로서, 제어부는 어린모 검출 장치에서 인식된 정보를 이용하여 이동부의 이동 경로 계획을 수립할 수 있다. 이에 대하여는 도 3을 참조하여 상세히 설명된다.

송수신부(60)는 제초용 로봇의 각종 정보를 무선을 통해 관리자의 모니터링 단말기로 전송하거나 또는 모니터링 단말기로부터 각종 정보를 수신하기 위한 것으로서, 본 발명이 적용되는 제초용 로봇은 자율 주행이 가능하나, 경우에 따라서는 모니터링 단말기에 의해 원격에서 제어될 수도 있다.

전원공급부(40)는 본 발명이 적용되는 제초용 로봇에 필요한 모든 전원을 공급하기 위한 것으로서, 일반적인 배터리로 구성되거나, 엔진으로 구성될 수도 있으며, 충전기용 배터리와 수소를 이용한 수소연료전지가 구비된 하이브리드형으로 구성될 수도 있다.

제초부(50)는 무논의 주간 또는 조간을 제초하는 기능을 수행하는 것으로서, 본 발명에 적용되는 제초부는 무논의 주간을 제초하기 위한 주간 제초기들과, 조간을 제초하기 위한 조간 제초기들이 하나로 연결되어 구성될 수 있다. 여기서, 조간이란 제초용 로봇이 이동하는 방향의 좌우 양쪽을 말하는 것이며, 주간이란 제초용 로봇이 이동하는 방향의 앞단과 뒷단 사이를 말하는 것이다. 제초부의 구성 및 기능은 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.

제어부(100)는 상기 구성요소들의 기능을 전체적으로 제어하는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명에 따른 어린모 검출 장치에 적용되는 적용되는 인식부의 레이저 센서를 나타낸 예시도로서, 도 1 및 도 3을 참조하여 어린모 검출 장치의 구성이 설명된다.

본 발명에 따른 어린모 검출 장치(20)는, 레이저를 이용하여 무논을 스캐닝하기 위한 도 3에 도시된 바와 같은 레이저 센싱기(21), GPS 정보와 국토지리정보원의 VRS(Virtual Reference Station) 정보를 이용하여 제초용 로봇의 정확한 위치를 판단하기 위한 도 1에 도시된 바와 같은 항법기(23), 제초용 로봇의 진행 방향에 심어져 있는 어린모를 접촉에 의해 감지하기 위한 도 1에 도시된 바와 같은 더듬이 센싱기(22) 및 상기 구성요소들의 기능을 제어하기 위한 제어기(미도시)를 포함하여 구성된다.

제어기(미도시)는 레이저 센싱기, 항법기 및 더듬이 센싱기로부터 전송된 정보들을 이용하여 무논에서의 제초용 로봇의 이동경로를 산출하는 기능을 수행한다. 이러한, 제어기의 기능은 제초용 로봇의 제어부를 통해서도 구현이 가능하나, 이하의 설명에서는 어린모 검출 장치에 별도의 제어기가 구비되어 있는 것으로 하여 본 발명이 설명된다. 이 경우, 제어기는 이동부(10) 또는 제초부(50)의 기능을 제어할 수도 있다.

레이저 센싱기(21)는 레이저를 출력하여 수신하기 위한 레이저 센서(21b), 제초용 로봇의 하우징에 장착되며 레이저 센서를 지지하기 위한 짐벌기구(21a) 및 레이전 센서의 X, Y, Z 축의 방위를 감지하기 위한 방위 센서(미도시)를 포함하여 구성된다. 즉, 레이저 센서가 지구중력에 대해 평형을 유지하지 않으면 벼열 검출 계산이 복잡해지며 알고리즘 계산소요시간도 많이 소요되는데, 무논(물이 차 있는 논)은 노지이며 지면이 고르지 않기 때문에 일반적인 경우 레이저 센서가 평형을 유지하지 못할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 레이저 센서(21b)의 위치가 제초용 로봇의 진행방향에 상관없이 일정각도로 유지될 수 있도록 하기 위하여 짐벌기구를 이용하여 레이저 센서를 고정시키고 있다. 부연하여 설명하면, 본 발명은 제초용 로봇의 진행방향에 상관없이 레이저 센서를 지면에 대해 일정각도로 유지하기 위해, 방위 센서 또는 항법기로부터 감지되어 분석된 정보를 이용하여, 짐벌기구의 3축(X,Y,Z 축)의 각도를 설정값에 따라 제어기가 자체제어(Yaw, Roll, Pitch)하거나 또는 모니터링 단말기로부터 전송되어온 제어 신호에 따라 제어기가 제어할 수 있도록 하고 있다. 이를 위해 짐벌기구(21a)는 레이저 센서(21b)를 X,Y,Z 축으로 변경시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 이러한 X,Y,Z 축의 위치 변경은 제어기에 의해 이루어진다. 즉, 제어기는 짐벌기구의 z축 수직위치를 설정값에 따라 변경(포센쇼미터로 현재 위치 인식)할 수 있다. 또한, 제어기는 레이저 센싱기의 짐벌기구(21a)에 부착된 방위 센서(미도시)를 이용해 방위 값을 피드백 받아, 이동부의 이동 경로 계획 수립에 이용할 수 있다. 또한, 레이저 센싱기는 제어기와 RS-232 통신을 이용해 3축 방위, z축 위치 값을 설정하고 전송받을 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 어린모 검출 장치는 레이저 센서(21b)를 일정각도로 유지하기 위해 레이저 센서가 x, y, z축 중심으로 각각 회전가능하도록 구성될 수 있으며, 짐벌기구 자체 의 위치이동이 가능한 구조로 구성될 수 있다. 상기 내용을 다시 한번 설명하면 다음과 같다. 즉, 어린모를 검출하기 위해 종래에는 카메라 영상 처리 방법이 이용되었으나, 이러한 카메라영상 처리 방법은 이물질이 없는 실내공간에서는 적합하지만, 노지와 같이, 날씨에 의한 영향, 진흙, 물방울이 존재하는 무논의 경우에는 적용이 힘들다는 문제점이 있었다. 또한, 일반적인 레이저 스캐너는 레이저 스캐너의 각도, 거리조정, 자체 평형제어가 실시간적으로 되지 않고서는 적용되기 어렵다는 문제점이 있었다. 즉, 종래의 레이저 스캐너 장치는 보통, 평지, 도로 또는 노면용으로 사용되는 것으로서, 무논과 같은 자세변화가 심한 곳에서는 경사각 및 레이저의 일정높이를 유지하기가 곤란하다는 문제점을 가지고 있으며, 결과적으로 주행을 위한 대상검출이 불가하거나 많은 오차를 발생시키게 된다는 문제점을 가지고 있다. 이에 반하여 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 레이저 센서(21b)의 자세를 제어할 수 있는 짐벌기구와 이를 이용한 레이저 신호 검출 알고리즘을 개발 하였다. 한편, 레이저 센서의 자세를 제어할 수 밖에 없는 또 다른 이유는 다음과 같다. 즉, 어린모는 모의 두께가 3mm 내외, 모의 높이가 100mm 내외이며 형태와 크기가 불규칙하여 위치, 자세에 따라 검출이 안 될 수도 있다. 따라서, 일반 카메라로는 특징점이 불특정한 어린모를 검출하기가 어렵다. 이러한 문제를 해별하기 위해서는 레이저 센서가 일정 높이, 일정각도를 유지해야 하며 또한 제어명령에 의해 높이와 각도가 실시간적으로 제어되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 기능이 수행되도록 짐벌기구(21a)를 구성하였으며, 짐벌기구의 현재 자세와 위치에서, 레이저 센서로부터 전송된 신호를 이용하여 어린모를 검출할 수 있는 알고 리즘으로 구성된다.

더듬이 센싱기(22)는 레이저 센싱부(21)와 함께 로봇의 전방 아래쪽에 부착되어 조간의 양측 모열 검출에 이용된다. 즉, 더듬이 센싱기는 마찰 또는 접촉을 감지할 수 있는 더듬이 형태의 접촉 센서(이하, 간단히 '더듬이 센서'라 함)로 구성된 것으로서, 더듬이 센서는 선회시를 제외한 작업구간에서 단독 또는 레이저 센서에 의해 인식된 이동 위치로 제초용 로봇이 이동할 때 바퀴의 슬립에 의한 오차를 보정해 줄 수 있다. 즉, 더듬이 센서는 양쪽으로 45도 만큼 기울어진 배치를 가지며 이는 긴 더듬이가 모열의 한쪽으로 치우칠 때 더듬이가 모와 잘 접촉하도록 하기 위함이다. 여기서, 더듬이의 길이는 10 ~20cm 정도로 구성되는 것이 바람직한데, 이는 조간폭이 30cm 인 것을 기준한 길이이다. 또한, 더듬이의 끝 4cm 정도는 벼와 접촉시 일정한 마찰을 주어 더듬이가 적절하게 휘어지도록 고무재질(풍선재질)이 덧붙여져 있어 접촉시 미끌림을 방지할 수 있다. 또한, 좌, 우 더듬이 양측은 각각 모열과 다을 때 휨 정도에 비례적인 전압이 출력 시그널로 전달되며, 또한 더듬이의 부착지점에는 on/off 스위치가 부작되어 벼열과의 접촉유무를 판별할 수 있게 되어있다. 따라서, 더듬이 센서는 제초용 로봇의 진행방향으로 제초용 로봇과 근접위치에서 벼열인식, 벼열과 어느 정도 접근되어 있는지를 인식하는데 이용될 수 있다. 또한, 더듬이 센서는 제초용 로봇의 진행방향으로 간격과, 지면으로부터의 더듬이 까지의 높이가 조절가능한 구조로 구성될 수 있다. 즉, 더듬이 센서는 더듬이의 길이와 각도를 조절함으로써, 논에 심겨진 벼의 조간 변화에 대처 가능하도록 구성되어 있다. 더듬이 센싱기(22)의 필요성을 다시 한번 설명하면 다음 과 같다. 즉, 정밀 자세 제어 가능한 레이저 스캐너 또는 센서를 이용하여, 어린모를 인식하더라도, 제초용 로봇의 주행시 알고리즘 계산시간, 알고리즘 계산에러, 명령지연시간, 바퀴 슬립 등이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 실시간 적인 오차를 해결하는 것이 필요하며, 이때, 접촉 유무를 비롯해 접촉시 접촉간격을 검출하여 실시간적으로 적절한 간격을 유지토록 제어할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명은 더듬이 센싱기를 이용하여 상기한 바와 같은 실시간 적인 오차를 해결하고 있다.

항법기(23)는 제초용 로봇의 작업 경로 계획을 수립하여, 제초용 로봇의 진행 방향을 결정하기 위한 것으로서, 특히, 본 발명은 제초용 로봇의 위치를 정밀하게 측정하기 위하여 국토리지정보원에서 제공되는 VRS 시스템을 이용하고 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 제초용 로봇이 작업 경로 계획을 수립하기 위해서는 정밀한 자기위치(self-localization) 인식이 필요하다. 그러나, 현재 제공되고 있는 GPS 수신기는 1m 이상의 고정밀도를 가지나 정밀 작업을 위한 측위 데이터로는 부정확하기 때문에 본 발명은 고정밀 측위 데이터를 얻기 위해서, 국토지리정보원의 VRS(Virtual Reference Station, 가상기준국) 망에 네트워크로 접속하여 보정 데이터를 얻도록 하고 있다. 이를 위해 항법기는 GPS 정보를 수신할 수 있는 GPS 수신기 및 VRS 망에 접속하여 VRS 시스템으로부터 VRS 정보를 수신하기 위한 모뎀을 포함하고 있다. 즉, 제어기는 레이저 센싱기(21) 및 더듬이 센싱기(22)를 이용하여 모열의 위치 등을 분석함으로써, 이동부(10)의 이동 방향을 제어할 수 있으나, 항법기에서의 GPS 정보 및 VRS 정보를 이용하여 제초용 로봇의 위치를 정확히 분석함 으로써, 논의 크기 또는 형태 등을 고려하여 체계적으로 이동부의 작업 경로 계획을 수립할 수 있다. 또한, 제어기는 입력부(70)를 통해 로봇의 좌표 정보를 직접 입력받음으로써, 보다 정밀한 위치 제어 기능을 수행할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 어린모 검출 장치에 의해 구동되는 제초부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명에 적용되는 제초부(50)는 무동력으로 주간 또는 조간 제초기능을 갖는 것으로서, 이를 위해 적어도 하나 이상의 조간 제초기(51) 또는 적어도 하나 이상의 주간 제초기(52)로 구성될 수 있으며, 다수의 조간 제초기와 다수의 주간 제초기가 복합적으로 구성될 수도 있다. 도 1 및 도 4에서는 다수의 조간 제초기와 다수의 주간 제초기들이 복합적으로 구성되어 있는 제초부가 도시되어 있다. 여기서, 조간 제초기 및 주간 제초기는 현재 일반적으로 이용되는 제초기들이 이용될 수 있다.

한편, 조간 제초기 또는 주간 제초기들은 중심축(55)에 연결되어 있고, 중심축(55)은 서보 실린더(56)에 의해 들어올려질 수 있도록 구성되어 있으며, 서보 실린더는 어린모 검출장치의 제어기에 의해 제어기에 의해 구동될 수 있다. 또한, 서보 실린더를 포함하는 지지대(57)는 제초용 로봇의 회전축(90)과 연결되어 있다. 회전축(90)은 제어부 또는 제어기에 의해 회전하는 것으로서, 회전축의 회전에 의해 제초부는 제초용 로봇의 앞쪽 또는 뒷쪽으로 자유롭게 이송될 수 있다. 또한, 어린모 검출 장치(20) 역시 지지축(24)을 통해 회전축과 연결되어 있으며, 지지대(57)와 지지축(24)은 회전축을 중심으로 180°를 이루고 있기 때문에, 회전축이 180°회전될 때마다, 어린모 검출장치와 제초부의 위치가 정반대로 변경된다. 즉, 어린모 검출 장치(20) 및 제초부(50)는 제초용 로봇의 회전축(90)을 중심으로 앞뒤로 180° 회전가능한 구조이다. 또한, 제초부는 서보 실린더로 구성되어, 모터와 기어를 이용해 리프팅 가능한 구조이며, 조간 제초기 또는 주간 제초기는 완충구조(쇼바구조)(오토바이 또는 자전거에 달린 것으로 진동흡수 또는 지면에 대해 일정압력유지)로 구성될 수 있다. 여기서, 지지축(24)의 길이는 제어부에 의해 조정이 가능하다. 즉, 제어부는 지지축을 회전시킬 경우에는 지지축의 길이를 길게 할 수 있으며, 회전후 전진할 경우에는 지지축의 길이를 짧게 함으로써, 레이저 센싱기와 더듬이 센싱기가 제초용 로봇의 몸체에 밀착된 상태로 유지되도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명이 적용되는 제초용 로봇이 무논 말단에서 선회하는 상태를 나타낸 예시도로서, 본 발명이 적용되는 제초용 로봇이 무논의 말단에서 선회하는 방법을 나타낸 것이다. 도 6은 본 발명이 적용되는 제초용 로봇이 모열을 인식하는 방법을 나타낸 예시도이다.

먼저, 도 5를 참조하여 선회방법을 설명하면 다음과 같다.

종래의 제초용 로봇에 적용되었던 방향성을 가진 제자리 선회 방법은, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1조간을 거친 후, 무논 모서리에서 제자리 회전하여, 다음 조간, 즉, 제2조간으로 이동하는 것으로서, 이때, 제초용 로봇의 앞부분이 먼저 조간에 entry 된다. 즉, 제1조간을 거친 제초용 로봇이 두 번의 90° 회전을 함으로써, 총 180° 회전을 하여, 앞과 뒤의 변경없이 제2조간으로 투입되어 제 초과정을 수행하게 된다.

그러나, 본 발명에 적용되는 선회방법은, 무논 모서리에서 제자리 회전하며, 제2조간으로 이동시, 제1조간을 통과한 제초용 로봇의 뒷부분, 즉, 제1조간을 거치는 동안 제초부(50)가 놓여져 있던 뒷 부분이, 먼저 제2조간으로 entry 될 수 있다. 즉, 본 발명이 적용되는 제초용 로봇은 앞뒤 구분이 없으며, 제초부(50) 및 어린모 검출장치(20)가 회전축(90)을 따라 180°회전가능한 구조로 구성되어 있어서, 조간 이동시 제초부와 어린모 검출장치(적외선 센싱기 및 더듬이 센싱기)는 180° 회전할 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 선회 방법은 turning 각도가 줄어들게 됨으로, 방향성에 비해 에너지가 적게 소모되고, 말단에서 turning 없이 바로 모열 검출이 가능하며, 선회길이가 적어 제초시간이 줄어든다는 특징을 가지고 있다.

부연하여 설명하면, 본 발명이 적용되는 제초용 로봇은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1조간에서의 과정을 마치고 무논말단에 도착한 후, 좌방향으로 90°보다 작은 각도로 회전하고, 제2조간 방향으로 이동하여, 다시 오른쪽 방향으로 상기 각도만큼 회전한 후 제2조간으로 들어 갈 수 있다. 한편, 상기와 같은 과정에 따라, 제1조간 이동시 제초용 로봇의 뒷부분을 이루었던 부분이 제2조간 이동시에는 앞부분을 이루게 된다. 따라서, 어린모 검출장치의 제어기는 회전축을 180°회전시켜, 제초부(50)와 어린모 검출 장치(20)의 위치를 변경한다.

상기한 바와 같은 기능은, 어린모 검출 장치의 제어기가, 적외선 센싱기, 더듬이 센싱기 및 항법기로부터 제공받은 정보들을 이용하여, 이동부의 이동 경로를 계획하는 것에 의해 이루어지는 것이다.

다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명이 적용되는 제초용 로봇이 모열을 인식하는 방법이 다음과 같은 조건하에서 설명된다. 즉, 제초용 로봇이 제초를 위해 조간 시작 지점에서 모열를 바라보고 있는 처음 상태라고 가정되고, 레이저 센서의 스캔 범위는 좌우로 -30~+30도로 제한하고, 모열 검출을 위해 짐벌기구의 heading initial angle(지면에 대한 기울기)이 9도, heading final angle이 30도 이며, 레이저 센서의 1회 스캔 값은 event driven 방식에 의해 획득된다고 가정한다. 여기서, heading angle은 지면에 평행인 한 라인과 레이저 센서의 원점으로부터 나오는 빔의 라인과 이루는 각도이다. 또한, 레이저 센서는 지면과 600mm 높이에서 제초용 로봇에 부착되고, 레이저 센서가 600mm의 위치에서 스캔될 경우 대략 1.2 m에서 4m 까지의 검출 범위를 갖는다. 또한, 주행선(traveling line)은 레이저센서의 로봇의 현재 방위를 기준으로 검출된 비주행 인접 모열라인(모선)과의 관계로부터 결정된다. 기 작업영역은 정밀 GPS에 의해 측정된다.

상기와 같은 조건 하에서, 제초용 로봇의 초기위치(방향, 좌표)가 결정되면, 레이저 센서가 모열을 향하여 좌우 -30도에서 +30도까지 스캔한다. 헤딩앵글 9도로부터(특정각도) heading final angle의 2/3 지점인 20도까지는 레이저 센서를 0.5도로, 이후에는 1도 간격으로 레이저를 회전시킨다.

회전하면서 측정된 값을 메모리(2차원 배열)로 저장한다.

라인을 검출하며 이외의 성분은 필터링한다.

제초영 로봇의 진입기준인 주행성(traveling line)을 결정한다.

레이저 센서를 일정각으로 유지하며, 주라인을 따라 제초용 로봇을 이동시킨 다.

새로운 모열의 좌표를 스캔한다.

스캔된 새로운 모열의 좌표와 기 스캔된 최종 모열의 좌표를 비교하여, 좌표간 거리, 그 좌표가 속한 모선이 몇 번째 컬럼(col)인지, 진행방향의 기울기를 판단한다. 또한, 최단거리이며 같은 컬럼내에 있는 주라인이면 다음 이동할 좌표로 결정한다. 일치되는 주라인 후보가 없으면 레이저 센서의 기울기를 +-0.5도 이동하면서 다시 스캔하고, 다시 좌표를 비교하는 과정을 수행하며, 인식된 모선이 말단 선회영역에 속하면 선회지점으로 인식하여, 선회알고리즘을 수행한다.

즉, 본 발명은 어린모 검출 장치의 레이저 센서(21b)가 짐벌장치(21a)에 의해 무논의 표면과 평행을 이룬 상태로 유지되며, 이러한 상태에서 획득된 어린모의 위치에 따라 제어기가 이동부를 제어하고 있으며, 이때, 제어기는 이동부의 이동 경로를 보다 정확하게 파악하기 위하여, 더듬이 센싱기(22) 및 항법기(23)로부터 수신된 정보들을 추가적으로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은 제초용 로봇이 조간을 이동할 때, 어린모 검출 장치가 제초용 로봇의 위치를 확인한 후, 제초용 로봇의 회전 각도를 최소로 유지하는 한편, 회전축을 회전시켜 제초부와 어린모 검출 장치의 위치를 바꿈으로써, 이동 속도 및 전력소모를 줄일 수 있다는 특징을 가지고 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니 라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 어린모 검출장치가 적용되는 제초용 로봇의 일실시예 외부 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 제초용 로봇의 일실시예 내부 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 어린모 검출 장치에 적용되는 적용되는 인식부의 레이저 센서를 나타낸 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 어린모 검출 장치에 의해 구동되는 제초부의 동작을 설명하기 위한 예시도다.

도 5는 본 발명이 적용되는 제초용 로봇이 무논 말단에서 선회하는 상태를 나타낸 예시도.

도 6은 본 발명이 적용되는 제초용 로봇이 모열을 인식하는 방법을 나타낸 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 이동부 20 : 어린모 검출 장치

50 : 제초부 60 : 송수신부

70 : 입력부 80 : 저장부

90 : 출력부 100 : 제어부

40 : 전원공급부

Claims (6)

1. 제초용 로봇에 적용되는 어린모 검출 장치에 있어서,

   레이저를 이용하여 무논을 스캐닝하기 위한 레이저 센싱기;

   GPS 정보를 이용하여 상기 제초용 로봇의 위치를 판단하기 위한 항법기;

   상기 제초용 로봇의 진행 방향에 심어져 있는 어린모를 접촉에 의해 감지하기 위한 더듬이 센싱기; 및

   상기 레이저 센싱기, 항법기, 더듬이 센싱기의 기능을 제어하며, 상기 구성요소들에서 전송된 정보들을 이용하여 무논에서의 상기 제초용 로봇의 이동 경로를 산출하기 위한 제어기를 포함하는 어린모 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 센싱기는,

   레이저를 출력하여 수신하기 위한 레이저 센서;

   상기 제초용 로봇의 하우징에 장착되며 레이저 센서를 지지하기 위한 짐벌기구; 및

   상기 짐벌기구에 장착되어 상기 레이전 센서의 X, Y, Z 축의 방위를 감지하기 위한 방위 센서를 포함하는 어린모 검출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제어기는,

   상기 방위 센서로부터 전송된 방위 정보에 따라, 상기 레이저 센서를 지지하고 있는 상기 짐벌기구의 X, Y, Z 축을 변경하여, 상기 레이저 센서가 상기 무논의 표면에 대하여 수평을 이룰 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 어린모 검출 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 더듬이 센싱기는,

   상기 제초용 로봇의 진행 방향의 좌우 양쪽으로 뻗어 있는 더듬이 형태로 구성되어 있으며, 상기 더듬이 끝부분에는 고무재질이 덧붙여져 있는 것을 특징으로 하는 어린모 검출 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어기는,

   무논 말단에서 90°보다 작은 각도로 상기 제초용 로봇을 회전시켜, 상기 제초용 로봇이, 앞과 뒤가 바뀐 상태로 또 다른 조간으로 투입되도록 하는 것을 특징으로 하는 어린모 검출 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어기는,

   상기 제초용 로봇이 상기 또 다른 조간으로 투입될 때, 상기 제초용 로봇의 제초부가 연결되어 있는 지지대 및 상기 레이저 센싱기와 상기 더듬이 센싱기가 연결되어 있는 지지축을 180°회전시키는 것을 특징으로 하는 어린모 검출 장치.

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