KR20180062076A - 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템 - Google Patents
독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명의 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에 의하면, 개인 사용자나 특정 식물 종(種)/품종의 한정 수량 재배에 할당되는 단위 재배공간에서 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의해 무인 식물재배가 수행되도록 함으로써 시간/공간의 제약없는 식물재배를 위한 식물공장을 개인 단위에서 소규모로 운용할 수 있는 한편 개인의 다양한 욕구와 식물의 다품종 소량생산을 충족시킬 수 있으며, 이를 위한 개인화 식물재배기를 집적시킨 식물재배기 집적체가 식물공장에 배치되는 하나 이상의 식물재배 룸에 하나 이상 설치되도록 함으로써 식물재배의 개인화와 집중화, 식물재배의 다품종화와 식물 대량재배가 동시적으로 구현될 수 있다.
Description
본 발명은 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 개인 사용자나 특정 식물 종(種)/품종의 한정 수량 재배에 할당되는 단위 재배공간에서 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의해 무인 식물재배가 수행되도록 함으로써 시간/공간의 제약없는 식물재배를 위한 식물공장을 개인 단위에서 소규모로 운용할 수 있는 한편 개인의 다양한 욕구와 식물의 다품종 소량생산을 충족시킬 수 있으며, 이를 위한 개인화 식물재배기를 집적시킨 식물재배기 집적체가 식물공장에 배치되는 하나 이상의 식물재배 룸에 하나 이상 설치되도록 함으로써 식물재배의 개인화와 집중화, 식물재배의 다품종화와 식물 대량재배가 동시적으로 구현될 수 있는 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에 관한 것이다.
농업은 먹거리를 생산하는 것임에 따라 인류생존에 필수적인 산업이지만, 전통적인 농업기술이 유지되고 있어 혁신이 가장 느린 산업이기도 하다. 이와 더불어 현재 농업 생산인구의 감소와 고령화로 미래 먹거리 생산에 대한 불안이 증대되고 있기도 하다.
이에 대응하기 위한 농업의 혁신이 다양하게 시도되고 있는데, 정보통신기술을 농업의 생산/가공/유통/소비 등에 접목하여 원격에서 자동으로 작물의 생육환경을 관리하도록 하고 생산효율성을 높일 수 있도록 하는 스마트 팜(smart farm)이 현재 주목받고 있다. 그러나 현재까지 개발되고 있는 스마트 팜 기술은 일정크기 이상의 재배공간을 갖는 중대형 규모 스마트 팜에 관한 것이 대부분이어서 식물재배에 관심이 많은 개인들의 다양한 욕구나 농작물의 다품종 소량생산 추세를 충족시키기에는 한계가 있었다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 식물이 정식되는 재배 트레이가 착탈가능하게 배치되는 단위 재배공간을 갖는 식물재배기가 개인 사용자 단위, 특정 식물 종(種)/품종의 한정 수량 재배 단위로 할당되어 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의한 무인 식물재배 방식으로 운용되도록 함으로써 시간/공간의 제약없는 식물재배를 위한 식물공장을 개인 단위에서 소규모로 운용할 수 있게 되고, 개인의 다양한 욕구와 식물의 다품종 소량생산을 충족시킬 수 있는 새로운 형태의 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 독립모듈형 개인화 식물재배기를 집적시킨 식물재배기 집적체 유닛이 식물공장에 배치되는 하나 이상의 식물재배 룸에 하나 이상 설치되어 특정 식물 종의 대량 재배나 다수 종/품종의 식물재배에 적용되도록 함으로써 식물재배의 개인화와 집중화, 식물재배의 다품종화와 식물 대량재배가 동시적으로 구현될 수 있는 새로운 형태의 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 설정크기의 단위 재배공간(111)을 갖는 본체 케이스(110)와; 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되고, 식물이 심어지는 정식(定植) 홈(121)이 설정된 개수와 형상으로 형성되어 있는 재배 트레이(120)와; 본체 케이스(110)의 상부에 배치되고, 양액이 보관되는 양액 탱크(130a)와; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 양액 탱크(130a)로부터 양액을 전달받게 되고, 재배 트레이(120) 하부에 배치되는 식물재배용 배지(medium)(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배(NFT:nutrient film technique)용 베드(125) 군 중에서 선택된 어느 하나로 양액을 공급하게 되는 양액 공급유닛(130b)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 재배 트레이(120)에 위치한 식물에게 광을 조사시키는 조명유닛(140)과; 단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되고, 단위 재배공간(111)에서의 공기 강제대류를 유도하면서 단위 재배공간(111)의 기류형성 조절기능 및 온습도의 국부적 미세조절기능을 수행하게 되는 공기순환 팬(150)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 단위 재배공간(111)에 배치된 식물을 촬영하여 식물 영상이미지를 생성시키는 촬영유닛(160)과; 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되어 단위 재배공간(111)의 환경정보를 검출하게 되되, 환경정보에는 온습도 정보, 광량 정보, 이산화탄소 농도 정보가 포함되는 환경측정 센서유닛(170)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 외부 전원장치(1)와 연결되어 전원을 공급받게 되며, 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160)으로 전원을 공급하게 되는 전원공급유닛(180) 및; 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작을 제어하고, 촬영유닛(160)과 환경측정 센서유닛(170)으로부터 식물 영상이미지 정보와 환경정보를 입력받으며, 식물 영상이미지 정보와 환경정보의 수집, 저장, 외부 전송을 관리하는 제어유닛(190)을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기에서 양액 공급유닛(130b)은 양액공급용 펌프(131)를 포함하여, 양액공급용 펌프(131)에 의해 펌핑된 양액이 식물재배용 배지(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배용 베드(125) 군 중에서 선택된 어느 하나로 공급되도록 하고, 조명유닛(140)은 본체 케이스(110)의 좌우측 부위에 수직으로 배치되는 복수의 소형 스탠드 조명등(141)으로 이루어지되, 제어유닛(190)은, 양액 공급유닛(130b)에 구비된 양액공급용 펌프(131)의 펌핑동작을 제어하여 양액 공급주기와 양액 공급량을 조절하게 되는 펌프 컨트롤러(191)과; 조명유닛(140)의 광 출력시간, 광 출력주기, 광 출력강도를 제어하되, 복수의 소형 스탠드 조명등(141)의 온오프 동작을 개별제어하면서 광 출력강도를 제어하게 되는 조명 컨트롤러(192)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기는 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 전원공급유닛(180)과 연결되어 충전되고, 외부 전원장치(1)의 고장, 외부 전원장치(1)와 전원공급유닛(180)의 연결 차단, 전원공급유닛(180)의 고장이 발생할 시 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160)으로 전원을 공급하게 되는 보조 충전배터리(182)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기는 개인 사용자에 의해 조작되고, 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하여 제어유닛(190)으로 무선 전송하며, 제어유닛(190)으로부터 식물 영상이미지와 단위 재배공간 환경정보를 전송받는 개인 사용자 단말기(4000)를 포함하여, 무선통신에 의한 원격 제어에 의해 식물 재배가 관리되도록 하는 동시에 식물재배 영상 모니터링과 식물재배 환경 모니터링이 원격으로 수행되도록 할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 하나 이상의 식물재배기 집적공간(1110)을 포함하는 내부공간(1100)이 외부환경으로부터 차단되게 형성되고, 내부공간(1100)의 온습도를 조절하는 메인 온습도 조절장치(1200)가 구비되는 식물재배 룸(1000)과; 식물재배 룸(1000)의 식물재배기 집적공간(1110)에 배치되고, xz축 방향으로 M×N 행렬을 이루며 배열되는 복수의 개인화 식물재배기(100)를 포함하되, 각각의 개인화 식물재배기(100)는 독립적으로 개별 제어되거나, 하나 이상의 개인화 식물재배기(100)가 개인 사용자 별로 할당되어 독립적으로 개별 제어되는 식물재배기 집적체 유닛(2000)과; 식물재배 룸(1000)의 식물재배기 집적공간(1110)에 이동가능하게 설치되고, 개인화 식물재배기(100)를 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치로 인입시키는 개인화 식물재배기 인입동작, 식물재배기 집적체 유닛(2000)으로부터 개인화 식물재배기(100)를 인출시키는 개인화 식물재배기 인출동작, 종자나 종자나 모종이 정식된 재배 트레이(120)를 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치에 배치된 개인화 식물재배기(100) 내부로 투입시키는 재배 트레이 인입동작, 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치에 배치된 개인화 식물재배기(100)로부터 재배완료된 식물이 위치한 재배 트레이(120)를 인출시키는 재배 트레이 인출동작 군 중에서 선택된 어느 하나를 수행하는 이송로봇(3000) 및; 개인화 식물재배기(100)를 할당받은 개인 사용자에 의해 조작되고, 개인화 식물재배기(100)의 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하여 개인화 식물재배기(100)로 무선 전송하게 되며, 개인화 식물재배기(100)로부터 식물 영상이미지와 단위 재배공간 환경정보를 전송받아 모니터링하게 되는 개인 사용자 단말기(4000)를 포함하되,
개인화 식물재배기(100)는, 설정크기의 단위 재배공간(111)을 갖는 본체 케이스(110)와; 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되고, 식물이 심어지는 정식(定植) 홈(121)이 설정된 개수와 형상으로 형성되어 있는 재배 트레이(120)와; 본체 케이스(110)의 상부에 배치되고, 양액이 보관되는 양액 탱크(130a)와; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 양액 탱크(130a)로부터 양액을 전달받게 되고, 재배 트레이(120) 하부에 배치되는 식물재배용 배지(medium)(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배(NFT:nutrient film technique)용 베드(125) 군 중에서 선택된 어느 하나로 양액을 공급하게 되는 양액 공급유닛(130b)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 재배 트레이(120)에 위치한 식물에게 광을 조사시키는 조명유닛(140)과; 단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되고, 단위 재배공간(111)에서의 공기 강제대류를 유도하면서 단위 재배공간(111)의 기류형성 조절기능 및 온습도의 국부적 미세조절기능을 수행하게 되는 공기순환 팬(150)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 단위 재배공간(111)에 배치된 식물을 촬영하여 식물 영상이미지를 생성시키는 촬영유닛(160)과; 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되어 단위 재배공간(111)의 환경정보를 검출하게 되되, 환경정보에는 온습도 정보, 광량 정보, 이산화탄소 농도 정보가 포함되는 환경측정 센서유닛(170)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 외부 전원장치(1)와 연결되어 전원을 공급받게 되며, 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160)으로 전원을 공급하게 되는 전원공급유닛(180) 및; 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작을 제어하고, 촬영유닛(160)과 환경측정 센서유닛(170)으로부터 식물 영상이미지 정보와 환경정보를 입력받으며, 식물 영상이미지 정보와 환경정보의 수집, 저장, 외부 전송을 관리하는 제어유닛(190)을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에서 식물재배기 집적체 유닛(2000)은 xz축 방향으로 M×N 행렬의 격자 공간(2110)을 형성시키는 집적체 본체프레임(2100)을 구비하여 집적체 본체프레임(2100)의 격자 공간(2110)에 복수의 개인화 식물재배기(100)가 착탈가능하게 장착되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에서 식물재배 룸(1000)의 내부공간(1100)은 복수의 식물재배기 집적공간(1110)으로 분할 형성되어 각 식물재배기 집적공간(1110) 별로 재배되는 식물 종류가 달리 설정되도록 하되, 각 식물재배기 집적공간(1110)에서 재배되는 식물 종류에 맞추어 식물재배기 집적공간(1110)에 배치된 개인화 식물재배기(100)의 온도, 습도, 기압, 광량이 개별적으로 최적 제어되될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 복수의 식물재배기 집적공간(1110) 외측 영역에 배치되고, 개인화 식물재배기(100)와 재배 트레이(120) 중에서 선택된 어느 하나를 운반하여 이송로봇(3000)으로 전달하는 운반장치(5000)를 더 포함하되, 운반장치(5000)는 이송 컨베이어(5000a)와 자율주행 이동로봇(5000b) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에서 이송로봇(3000)은, 식물재배기 집적체 유닛(2000)을 구성하는 개인화 식물재배기(100)의 단위 재배공간(111)으로 투입되어 단위 재배공간 환경정보를 검출하는 환경정보 검출센서(3500)와; 개인화 식물재배기(100)와의 무선통신으로 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 단위 재배공간 환경정보를 전송받게 되는 통신유닛(3600)과; 환경정보 검출센서(3500)에 의해 자체적으로 검출된 단위 재배공간 환경정보와 통신유닛(3600)에서 전달되는 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 단위 재배공간 환경정보를 비교하여 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170) 오류 여부를 교차 확인하게 되는 개인화 식물재배기 센서오류 점검유닛(3700)을 구비하는 지능형 이송로봇일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에서 복수의 식물재배 룸(1000)이 구비되어 설정된 단일한 식물 종류의 생장단계 별로 각 식물재배 룸(1000)이 할당되어 해당 식물 종류의 대량 생산이 수행되도록 하되, 각 식물재배 룸(1000)의 메인 온습도 조절장치(1200)는 설정된 단일한 식물 종류의 생장단계에 맞추어 내부공간(1100)의 온습도를 조절하게 될 수 있다.
본 발명에 의한 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에 의하면, 시간/공간의 제약없는 식물재배를 위한 식물공장이 개인 단위에서 소규모로 운용되는 한편 개인의 다양한 욕구와 식물의 다품종 소량생산이 충족되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의한 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에 의하면, 식물재배의 개인화와 집중화, 식물재배의 다품종화와 식물 대량재배가 동시적으로 구현되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기의 구성블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기의 세부 구성을 보여주기 위한 도면;
도 3의 (a)와 (b)은 본 발명에 따른 재배 트레이의 구성 예시도;
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기에서 재배 트레이로 양액이 공급되는 구성의 예시도;
도 5는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기에 구비되는 내부공기 배출 팬과 외부공기 유입 팬을 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 촬영유닛과 환경측정 센서유닛의 구성블록도;
도 7은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 전원공급유닛의 구성블록도;
도 8은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 제어유닛의 구성블록도;
도 9의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 제어유닛과 개인 사용자 단말기 간 무선통신에 의한 정보 송수신 구성을 보여주기 위한 도면;
도 10은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템의 구성 블록도;
도 11은 본 발명에 따른 식물재배기 집적체 유닛을 보여주기 위한 도면;
도 12와 도 13은 본 발명에 따른 이송로봇의 구성과 동작을 보여주기 위한 도면;
도 14와 도 15는 복수의 식물재배기 집적공간이 형성된 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 보여주기 위한 도면;
도 16은 복수의 식물재배 룸이 형성된 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 보여주기 위한 도면;
도 17은 본 발명에 따른 지능형 이송로봇의 구성 블록도;
도 18은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에서의 통신네트워크 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기의 세부 구성을 보여주기 위한 도면;
도 3의 (a)와 (b)은 본 발명에 따른 재배 트레이의 구성 예시도;
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기에서 재배 트레이로 양액이 공급되는 구성의 예시도;
도 5는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기에 구비되는 내부공기 배출 팬과 외부공기 유입 팬을 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 촬영유닛과 환경측정 센서유닛의 구성블록도;
도 7은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 전원공급유닛의 구성블록도;
도 8은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 제어유닛의 구성블록도;
도 9의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기를 이루는 제어유닛과 개인 사용자 단말기 간 무선통신에 의한 정보 송수신 구성을 보여주기 위한 도면;
도 10은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템의 구성 블록도;
도 11은 본 발명에 따른 식물재배기 집적체 유닛을 보여주기 위한 도면;
도 12와 도 13은 본 발명에 따른 이송로봇의 구성과 동작을 보여주기 위한 도면;
도 14와 도 15는 복수의 식물재배기 집적공간이 형성된 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 보여주기 위한 도면;
도 16은 복수의 식물재배 룸이 형성된 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 보여주기 위한 도면;
도 17은 본 발명에 따른 지능형 이송로봇의 구성 블록도;
도 18은 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에서의 통신네트워크 구성을 보여주기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 18에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 식물재배기, 재배 트레이, 배지경, 분무경, 박막양액재배(NFT), 양액, 식물재배용 배지(medium), 분무경용 양액분무기, 박막양액재배용 베드, 공기순환 팬, 카메라, 환경측정 센서, 전원장치, 충전배터리, 식물공장, 이송로봇, 이송 컨베이어, 자율주행 이동로봇, 무선 중계기 허브, 관리서버 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 개인 사용자에게 할당되어 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의한 무인 식물재배 방식으로 운용되거나, 특정 식물 종(種)/품종의 한정 수량 재배를 위하여 한정수량 식물재배 단위로 할당되어 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의한 무인 식물재배 방식으로 운용되는 것으로, 도 1과 도 2에서와 같이 본체 케이스(110), 재배 트레이(120), 양액 탱크(130a), 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 환경측정 센서유닛(170), 전원공급유닛(180), 제어유닛(190)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본체 케이스(110)는 설정크기의 단위 재배공간(111)을 갖는 것으로, 이와 같은 본체 케이스(110)는 사각 단면 형상, 원형 단면 형상, 삼각형 단면 형상을 포함하는 설정된 단면 형상으로 이루어질 수 있다.
재배 트레이(120)는 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되는 것으로, 식물이 심어지는 정식(定植) 홈(121)이 설정된 개수와 형상으로 형성되어 있다. 여기서 재배 트레이(120)는 단위 재배공간(111) 하부에 배치되는 것이 바람직하며, 본체 케이스(110)의 좌우측 부위에 수직으로 배치되는 격벽(112) 내측면에 재배 트레이(120)의 좌우측 양단부가 밀착되면서 단위 재배공간(111) 하부에 배치될 수 있다. 이와 같은 재배 트레이(120)는 본체 케이스(110)의 단위 재배공간(111)에 착탈가능하게 장착될 수 있다. 여기서 재배 트레이(120)는 단위 재배공간(111)에 고정되는 트레이 본체(122)를 구비하게 된다.
한편 재배 트레이(120)는 도 3의 (a)에서와 같이 트레이 본체(122)의 수평한 상부표면에 복수의 정식 홈(121)이 설정패턴으로 배열된 바닥형 재배 트레이(120a)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 바닥형 재배 트레이(120a)는 키가 작은 엽채류(葉菜類:leaf vegetable)의 재배에 활용될 수 있다. 또한 재배 트레이는 도 3의 (b)에서와 같이 트레이 본체(122)의 상부표면 중앙부위에 돌출된 재배블록(123)에 정식 홈(121)이 형성된 화분형 재배 트레이(120b)로 이루어지는 있다. 이와 같은 화분형 재배 트레이(120b)는 토마토, 파프리카와 같은 대형 작물 재배에 활용될 수 있다.
그리고 재배 트레이(120)의 형상과 재질, 재배 트레이(120)에 형성되는 정식 홈(121)의 개수와 형상, 재배 트레이(120) 하부에 배치되는 식물재배용 배지(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배용 베드(125)의 선정은 재배 트레이(120)에서 재배되는 식물의 특성에 대응하여 표준화되도록 한다. 이에 따라 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 재배되는 식물의 특성에 맞추어진 표준 재배 트레이가 사용된다.
양액 탱크(130a)는 본체 케이스(110)의 상부에 배치되는 것으로, 양액이 보관된다.
양액 공급유닛(130b)은 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 양액 탱크(130a)로부터 양액을 전달받게 되는 것으로, 본체 케이스(110)의 하부에 배치될 수 있다. 여기서 양액 탱크(130a)와 양액 공급유닛(130b)을 연결시키는 양액 이동관(132)이 본체 케이스(110) 일측면의 내부 가장자리 부위나 외부 가장자리 부위에 설치될 수 있다.
이와 같은 양액 공급유닛(130b)은 양액공급용 펌프(131)를 구비하게 되는데, 양액공급용 펌프(131)에 의해 펌핑된 양액은 도 4의 (a) 내지 (c)에서와 같이 재배 트레이(120) 하부에 배치될 수 있는 식물재배용 배지(medium)(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배(NFT:nutrient film technique)용 베드(125)로 양액을 공급하게 된다. 여기서 식물재배용 배지(123)는 배지경에 사용되는 것이고, 분무경용 양액분무기(124)에 분무경에 사용되는 것이며, 박막양액재배용 베드(125)는 박막양액재배(NFT:nutrient film technique)에 사용되는 것이다.
한편 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 도 2에서와 같이 양액 회수유닛(130c), 양액 살균처리유닛(130d), 재활용양액 공급관(133)을 구비할 수 있다.
양액 회수유닛(130c)은 본체 케이스(110)의 하부에 배치되는 것으로, 단위 재배공간(111)으로부터 양액을 회수하여 보관하게 된다. 여기서 본 발명에 따른 양액 회수유닛(130c)은 양액 회수관(134)을 통해 재배 트레이(120) 내부에 위치한 양액을 회수하게 된다. 이를 위하여 양액 회수유닛(130c)은 양액 회수용 펌프(135)를 구비할 수 있다.
양액 살균처리유닛(130d)은 양액 회수유닛(130c)과 연결되게 설치되는 것으로, 회수된 양액에 대한 살균처리를 수행하여 재활용 양액을 생성시키게 된다. 이를 위하여 양액 살균처리유닛(130d)에는 살균처리기(136)이 구비될 수 있다.
재활용양액 공급관(133)은 양액 회수유닛(130c)이나 양액 살균처리유닛(130d)에 연결되어 재활용 양액을 전달받게 되는 것으로, 양액 탱크(130a)와 연결되어 재활용 양액을 공급하게 된다. 이를 위하재활용양액 공급관(133)에는 펌프가 설치될 수 있다.
조명유닛(140)은 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 재배 트레이(120)에 위치한 식물에게 광을 조사시키는 것으로, 본 발명에 따른 조명유닛(140)은 도 2에서와 같이 본체 케이스(110)의 좌우측 부위에 수직으로 배치되는 복수의 소형 스탠드 조명등(141)으로 이루어질 수 있다. 여기서 소형 스탠드 조명등(141)은 LED 조명등으로 이루어질 수 있다.
공기순환 팬(150)은 단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되는 것으로, 단위 재배공간(111)에서의 공기 강제대류를 유도하면서 단위 재배공간(111)의 기류형성 조절기능 및 온습도의 국부적 미세조절기능을 수행하게 된다. 이와 같은 공기순환 팬(150)은 도 2에서와 같이 단위 재배공간(111) 상측 부위 좌우측에 복수개로 설치될 수 있다.
한편 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 도 5에서와 같이 내부공기 배출 팬(151)과 외부공기 유입 팬(152)을 구비하여 단위 재배공간(111)의 내부 공기를 외부 공기로 교환하거나 단위 재배공간(111)의 이산화탄소 농도가 조절되도록 할 수 있다. 이산화탄소 농도는 광합성 효율과 상관관계를 가지므로, 이산화탄소 농도 조절을 통해 단위 재배공간(111)에서 재배중인 식물의 광합성을 조절할 수 있게 된다.
내부공기 배출 팬(151)은 본체 케이스(110)의 단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되는 것으로, 단위 재배공간(111)의 내부공기를 외부로 배출시키게 된다.
외부공기 유입 팬(152)도 본체 케이스(110)의 단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되는 것으로, 외부 공기나 이산화탄소 가스를 단위 재배공간(111)으로 유입시키게 된다. 여기서 외부공기 유입 팬(152)은 본체 케이스(110)의 외부 공간이나 본체 케이스(110) 외부에 별도로 설치되는 이산화탄소 보관용기(153)와 연통되어 외부 공기나 이산화탄소 가스를 유입시키게 된다.
촬영유닛(160)은 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되는 것으로, 단위 재배공간(111)에 배치된 식물을 촬영하여 식물 영상이미지를 생성시키게 된다. 촬영유닛(160)에 의해 생성된 식물 영상이미지는 도 6에서와 같이 제어유닛(190)으로 전달된다. 여기서 본 발명에 따른 촬영유닛(160)은 도 2에서와 같이 본체 케이스(110)의 상부면과 좌우 측면에 각각 설치되는 복수의 소형 카메라(161)로 이루어져 서로 다른 촬영각도의 식물 영상이미지를 생성하게 된다. 본체 케이스(110) 좌우 측면에 설치되는 소형 카메라(161)는 격벽(112)에 고정될 수 있다. 이와 같은 촬영유닛(160)은 설정 시간간격으로 식물을 촬영하게 되는데, 식물이 정식된 재배 트레이(120)의 본체 케이스(110)로의 인입 시점, 식물의 재배가 완료된 재배 트레이(120)의 본체 케이스(110)로부터의 인출 시점에서도 식물 촬영을 수행하게 된다.
환경측정 센서유닛(170)은 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되어 단위 재배공간(111)의 환경정보를 검출하게 되는 것으로, 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출되는 환경정보에는 온습도 정보, 광량 정보, 이산화탄소 농도 정보가 포함된다. 이를 위하여 환경측정 센서유닛(170)에는 도 6에서와 같이 온도 센서(171), 습도 센서(172), 광량 센서(173), 이산화탄소 농도센서(174) 등이 구비될 수 있다. 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 환경정보는 도 6에서와 같이 제어유닛(190)으로 전달된다.
여기서 환경측정 센서유닛(170)은 도 2에서와 같이 재배 트레이(120)와 단위 재배공간(111) 상부에 각각 설치될 수 있다.
전원공급유닛(180)은 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되는 것으로, 외부 전원장치(1)와 연결되어 전원을 공급받게 된다. 여기서 전원공급유닛(180)은 도 2에서와 같이 본체 케이스(110) 상측 외부표면에 형성되는 접속단자(181)와 연결되어 접속단자(181)에 접속되는 외부 전원장치(1)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 접속단자(181)는 전극형으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 물론 아니다. 이와 같은 전원공급유닛(180)은 도 7에서와 같이 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 양액 회수유닛(130c), 양액 살균처리유닛(130d)으로 전원을 공급하게 된다.
한편 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 도 2와 도 7에서와 같이 보조 충전배터리(182)를 구비할 수 있다.
보조 충전배터리(182)는 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되는 것으로, 전원공급유닛(180)과 연결되어 충전되고, 외부 전원장치(1)의 고장, 외부 전원장치(1)와 전원공급유닛(180)의 연결 차단, 전원공급유닛(180)의 고장이 발생할 시 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 양액 회수유닛(130c), 양액 살균처리유닛(130d)으로 전원을 공급하게 된다. 이를 통해 외부 전원장치(1)의 고장, 외부 전원장치(1)와 전원공급유닛(180)의 연결 차단, 전원공급유닛(180)의 고장이 발생하더라도, 고장 복귀작업이 진행되는 일정시간 동안 지속적으로 식물재배가 안정하게 진행될 수 있게 된다.
제어유닛(190)은 도 8에서와 같이 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180), 양액 회수유닛(130c)의 양액 회수용 펌프(135), 양액 살균처리유닛(130d)의 살균처리기(136)의 동작을 제어하고, 촬영유닛(160)과 환경측정 센서유닛(170)으로부터 식물 영상이미지 정보와 환경정보를 입력받으며, 식물 영상이미지 정보와 환경정보의 수집, 저장, 외부 전송을 관리하는 유닛이다.
이와 같은 제어유닛(190)은 도 8에서와 같이 펌프 컨트롤러(191), 조명 컨트롤러(192), 팬 컨트롤러(193)를 구비할 수 있다.
펌프 컨트롤러(191)는 양액 공급유닛(130b)에 구비된 양액공급용 펌프(131)의 펌핑동작을 제어하여 양액 공급주기와 양액 공급량을 조절하게 되는 것이다. 조명 컨트롤러(192)는 조명유닛(140)의 광 출력시간, 광 출력주기, 광 출력강도를 제어하게 되는 것으로, 복수의 소형 스탠드 조명등(141)의 온오프 동작을 개별제어하면서 광 출력강도를 제어할 수 있다. 팬 컨트롤러(193)는 공기순환 팬(150)의 동작시간과 회전수를 제어하는 것으로, 이를 통해 공기순환 팬(150)에 의한 기류형성 조절 및 온습도의 국부적 미세조절을 제어할 수 있게 된다.
한편 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 도 9에서와 같이 개인 사용자 단말기(200)와 연동되어 운용될 수 있다.
개인 사용자 단말기(200)는 개인 사용자에 의해 조작되는 것으로, 스마트 폰과 같은 이동통신 휴대단말기, 스마트 패드, 태블릿 PC, 일반 PC 등이 개인 사용자 단말기(200)로 사용될 수 있다. 이와 같은 개인 사용자 단말기(200)는 도 9의 (a)에서와 같이 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하여 제어유닛(190)으로 무선 전송할 수 있다. 이를 통해 무선통신에 의한 원격 제어에 의해 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)에서의 식물 재배가 관리되도록 할 수 있다. 또한 개인 사용자 단말기(200)는 도 9의 (b)에서와 같이 제어유닛(190)으로부터 식물 영상이미지와 단위 재배공간 환경정보를 전송받을 수 있다. 이를 통해 식물재배 영상 모니터링과 식물재배 환경 모니터링이 원격으로 수행되도록 할 수 있다.
여기서 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)와 개인 사용자 단말기(200)는 와이파이/블루투스와 같은 근거리 무선통신을 수행할 수도 있다. 이 경우 개인 사용자 단말기(200)를 소지한 개인 사용자가 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)에 근접한 상태로 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)와 개인 사용자 단말기(200) 간 근거리 무선통신이 수행된다. 개인 사용자가 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)로부터 일정거리 이상 떨어진 조건에서는 IoT 기술에 의한 인터넷망/이동통신망으로 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)와 개인 사용자 단말기(200) 간 무선통신이 수행될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)는 개인 사용자 단위, 특정 식물 종(種)/품종의 한정 수량 재배 단위로 할당되어 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의한 무인 식물재배 방식으로 운용되도록 함으로써 시간/공간의 제약없는 식물재배를 위한 식물공장을 개인 단위에서 소규모로 운용할 수 있게 되고, 개인의 다양한 욕구와 식물의 다품종 소량생산을 충족시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 도 10에서와 같이 식물재배 룸(1000), 식물재배기 집적체 유닛(2000), 이송로봇(3000), 개인 사용자 단말기(4000)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
식물재배 룸(1000)은 하나 이상의 식물재배기 집적공간(1110)을 포함하는 내부공간(1100)이 외부환경으로부터 차단되게 형성된 것으로, 식물재배 룸(1000)에는 메인 온습도 조절장치(1200)가 구비되어 내부공간(1100)의 온습도를 조절하게 된다.
식물재배기 집적체 유닛(2000)은 식물재배 룸(1000)의 식물재배기 집적공간(1110)에 배치되는 것으로, xz축 방향으로 M×N 행렬을 이루며 배열되는 복수의 개인화 식물재배기(100)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기서 식물재배기 집적체 유닛(2000)에 구비되는 각각의 개인화 식물재배기(100)는 독립적으로 개별 제어되거나, 하나 이상의 개인화 식물재배기(100)가 개인 사용자 별로 할당되어 독립적으로 개별 제어될 수 있다. 그리고 개인화 식물재배기(100)로는 전술(前述)되어 있는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)가 사용되므로, 이에 대한 상술(詳述)은 생략한다.
이와 같은 식물재배기 집적체 유닛(2000)은 도 11에서와 같이 xz축 방향으로 M×N 행렬의 격자 공간(2110)을 형성시키는 집적체 본체프레임(2100)을 구비하여 집적체 본체프레임(2100)의 격자 공간(2110)에 복수의 개인화 식물재배기(100)가 착탈가능하게 장착되도록 한다. 여기서 집적체 본체프레임(2100)의 각 격자 공간(2110)에는 외부 전원장치(1)와 연결된 전원단자(2120)가 형성될 수 있다. 이와 같은 전원단자(2120)는 집적체 본체프레임(2100)의 격자 공간(2110) 상부면에 형성될 수 있다. 이에 대응하여 개인화 식물재배기(100)는 본체 케이스(110) 외측 표면에 전원공급유닛(180)와 연결된 접속단자(181)를 형성하게 된다. 이에 따라 집적체 본체프레임(2100)의 격자 공간(2110)에 장착된 개인화 식물재배기(100)의 접속단자(181)와 전원단자(2120)가 서로 접속되면서 개인화 식물재배기(100)로 전원이 공급된다.
이송로봇(3000)은 식물재배 룸(1000)의 식물재배기 집적공간(1110)에 이동가능하게 설치되는 것으로, 개인화 식물재배기(100)나 개인화 식물재배기(100)에 장착되는 재배 트레이(120)를 적재하여 이동시키게 된다. 이를 위하여 이송로봇(3000)은 도 12에서와 같이 식물재배 룸(1000)의 바닥면과 천정면에 x축 방향으로 설치될 수 있는 x축 레일(3100), x축 레일(3100)을 따라 x축 방향으로 이동하게 되는 z축 레일(3200), z축 레일(3200)에 이동가능하게 고정되어 z축 레일(3200)을 따라 z축 방향으로 이동하게 되는 z축이동 적재대(3300), z축이동 적재대(3300)에 이동가능하게 고정되어 y축 방향으로 이동하게 되는 y축이동 서브적재대(3400)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다. 물론 이송로봇(3000)은 이에 한정되지 않고 다양한 형상/구성/구조로 이루어질 수 있다.
이와 같은 이송로봇(3000)은 도 13의 (a)에서와 같이 개인화 식물재배기(100)를 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치로 인입시키는 개인화 식물재배기 인입동작을 수행하거나, 도 13의 (b)에서와 같이 식물재배기 집적체 유닛(2000)으로부터 개인화 식물재배기(100)를 인출시키는 개인화 식물재배기 인출동작을 수행하게 된다. 또한 이송로봇(3000)은 도 13의 (c)에서와 같이 종자나 모종이 정식된 재배 트레이(120)를 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치에 배치된 개인화 식물재배기(100) 내부로 투입시키는 재배 트레이 인입동작을 수행하거나, 도 13의 (d)에서와 같이 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치에 배치된 개인화 식물재배기(100)로부터 재배완료된 식물이 위치한 재배 트레이(120)를 인출시키는 재배 트레이 인출동작을 수행하게 된다.
개인 사용자 단말기(4000)는 개인화 식물재배기(100)를 할당받은 개인 사용자에 의해 조작되는 것으로, 개인화 식물재배기(100)의 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하여 개인화 식물재배기(100)로 무선 전송하게 되며, 개인화 식물재배기(100)로부터 식물 영상이미지와 단위 재배공간 환경정보를 전송받아 모니터링하게 된다. 이와 같은 개인 사용자 단말기(4000)는 전술(前述)되어 있는 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)의 개인 사용자 단말기(200)와 동일하므로, 상술(詳述)을 생략한다.
한편 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 도 14와 도 15에서와 같이 식물재배 룸(1000)의 내부공간(1100)이 복수의 식물재배기 집적공간(1110)으로 분할 형성되도록 하고, 각 식물재배기 집적공간(1110) 별로 재배되는 식물 종류가 달리 설정되도록 할 수 있다. 여기서 각 식물재배기 집적공간(1110)에서 재배되는 식물 종류에 맞추어 식물재배기 집적공간(1110)에 배치된 개인화 식물재배기(100)의 온도, 습도, 기압, 광량이 개별적으로 최적 제어된다. 또한 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 도 14와 도 15에서와 같이 식물재배 룸(1000)의 내부공간(1100)에 분할 형성된 각각의 식물재배기 집적공간(1110)에 서로 이격 배치된 한쌍의 식물재배기 집적체 유닛(2000)과, 한쌍의 식물재배기 집적체 유닛(2000) 간 이격공간에 배치되어 xz축 방향의 위치탐색용 이동동작과 y축 방향의 입출용 이동동작을 수행하는 이송로봇(3000)이 설치되도록 할 수 있다.
여기서 본 발명의 실시예에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 복수의 식물재배기 집적공간(1110) 외측 영역에 배치되는 운반장치(5000)를 추가적으로 구비하게 되는데, 운반장치(5000)는 개인화 식물재배기(100)나 재배 트레이(120)를 운반하여 이송로봇(3000)으로 전달하게 된다. 이와 같은 운반장치(5000)는 도 14에서와 같이 이송 컨베이어(5000a)로 이루어질 수도 있고, 도 15에서와 같이 자율주행 이동로봇(5000b)으로 이루어질 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 도 16에서와 같이 복수의 식물재배 룸(1000)을 구비할 수 있는데, 설정된 단일한 식물 종류의 생장단계 별로 각 식물재배 룸(1000)이 할당되면서 해당 식물 종류의 대량 생산이 수행되도록 할 수 있다. 이때 각 식물재배 룸(1000)의 메인 온습도 조절장치(1200)는 설정된 단일한 식물 종류의 생장단계에 맞추어 내부공간(1100)의 온습도를 조절하게 된다.
한편 본 발명에 따른 이송로봇(3000)은 도 17에서와 같이 환경정보 검출센서(3500), 통신유닛(3600), 센서오류 점검유닛(3700)을 구비할 수 있는데, 이를 통해 이송로봇(3000)은 개인화 식물재배기(100)에 대한 자체적인 모니터링을 수행하는 동시에 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170) 오류 여부를 교차 확인하는 지능형 이송로봇으로 구현된다.
환경정보 검출센서(3500)는 식물재배기 집적체 유닛(2000)을 구성하는 개인화 식물재배기(100)의 단위 재배공간(111)으로 투입되어 단위 재배공간 환경정보를 검출하는 것이고, 통신유닛(3600)은 개인화 식물재배기(100)와의 무선통신으로 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 단위 재배공간 환경정보를 전송받게 되는 것이다. 센서오류 점검유닛(3700)은 환경정보 검출센서(3500)에 의해 자체적으로 검출된 단위 재배공간 환경정보와 통신유닛(3600)에서 전달되는 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 단위 재배공간 환경정보를 비교하여 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170) 오류 여부를 교차 확인하게 되는 것이다.
여기서 본 발명에 따른 이송로봇(3000)은 영상센서(미도시)를 추가적으로 구비하여 개인화 식물재배기(100)에 배치된 식물을 촬영하여 식물 영상이미지 정보를 생성하면서 자체적인 영상 모니터링을 수행할 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템에는 도 18에서와 같이 무선 중계기 허브(6000), 식물공장 관리서버(7000)가 포함될 수 있다.
무선 중계기 허브(6000)는 식물재배 룸(1000)의 하나 이상의 설정지점에 하나 이상 배치되는 것으로, 식물재배기 집적체 유닛(2000)을 구성하는 복수의 개인화 식물재배기(100)와의 무선통신으로 개인화 식물재배기 제어신호를 송신하고, 식물 영상이미지 정보와 단위 재배공간 환경정보를 수신하게 된다.
식물공장 관리서버(7000)는 무선 중계기 허브(6000)와의 유무선 통신으로 개인화 식물재배기 제어신호를 송신하는 한편 식물 영상이미지 정보와 단위 재배공간 환경정보를 수신하게 된다. 또한 개인 사용자 단말기(4000)와의 무선통신으로 개인화 식물재배기 제어신호를 수신하는 한편 식물 영상이미지 정보와 단위 재배공간 환경정보를 송신하게 된다.
이와 같은 무선 중계기 허브(6000)와 식물공장 관리서버(7000)를 통해 식물재배기 집적체 유닛(2000)을 구성하는 복수의 개인화 식물재배기(100)에 대한 원격제어나 식물재배 영상 모니터링/식물재배 환경 모니터링이 원활하고 안정되게 수행될 수 있게 된다. 물론 무선 중계기 허브(6000)나 식물공장 관리서버(7000)가 매개없이 개인 사용자 단말기(4000)와 식물재배기 집적체 유닛(2000)을 구성하는 복수의 개인화 식물재배기(100)가 직접 무선통신할 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 식물이 정식되는 재배 트레이(120)가 착탈가능하게 배치되는 단위 재배공간(111)을 갖는 개인화 식물재배기(100)가 개인 사용자 단위, 특정 식물 종(種)/품종의 한정 수량 재배 단위로 할당되어 원격제어나 재배프로세스 프로그래밍에 의한 무인 식물재배 방식으로 운용되도록 하므로, 시간/공간의 제약없는 식물재배를 위한 식물공장을 개인 단위에서 소규모로 운용할 수 있게 되고, 개인의 다양한 욕구와 식물의 다품종 소량생산을 충족시킬 수 있게 된다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템은 독립모듈형 개인화 식물재배기(100)를 집적시킨 식물재배기 집적체 유닛(2000)이 식물공장에 배치되는 하나 이상의 식물재배 룸(1000)에 하나 이상 설치되어 특정 식물 종의 대량 재배나 다수 종/품종의 식물재배에 적용되도록 하므로, 식물재배의 개인화와 집중화, 식물재배의 다품종화와 식물 대량재배가 동시적으로 구현될 수 있게 된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 독립모듈형 개인화 식물재배기 및 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1 : 외부 전원장치
100 : 독립모듈형 개인화 식물재배기
110 : 본체 케이스
111 : 단위 재배공간
112 : 격벽
120 : 재배 트레이
120a : 바닥형 재배 트레이
120b : 화분형 재배 트레이
121 : 정식 홈
122 : 트레이 본체
123 : 식물재배용 배지
124 : 분무경용 양액분무기
125 : 박막양액재배용 베드
130a : 양액 탱크
130b : 양액 공급유닛
130c : 양액 회수유닛
130d : 양액 살균처리유닛
131 : 양액공급용 펌프
132 : 양액 이동관
133 : 재활용양액 공급관
134 : 양액 회수관
135 : 양액 회수용 펌프
136 : 살균처리기
140 : 조명유닛
141 : 소형 스탠드 조명등
150 : 공기순환 팬
151 : 내부공기 배출 팬
152 : 외부공기 유입 팬
153 : 이산화탄소 보관용기
160 : 촬영유닛
161 : 소형 카메라
170 : 환경측정 센서유닛
171 : 온도 센서
172 : 습도 센서
173 : 광량 센서
174 : 이산화탄소 농도센서
180 : 전원공급유닛
181 : 접속단자
182 : 보조 충전배터리
190 : 제어유닛
191 : 펌프 컨트롤러
192 : 조명 컨트롤러
193 : 팬 컨트롤러
200 : 개인 사용자 단말기
1000 : 식물재배 룸
1100 : 내부공간
1110 : 식물재배기 집적공간
1200 : 메인 온습도 조절장치
2000 : 식물재배기 집적체 유닛
2100 : 집적체 본체프레임
2110 : 격자 공간
2120 : 전원단자
3000 : 이송로봇
3100 : x축 레일
3200 : z축 레일
3300 : z축이동 적재대
3400 : y축이동 서브적재대
3500 : 환경정보 검출센서
3600 : 통신유닛
3700 : 센서오류 점검유닛
4000 : 개인 사용자 단말기
5000 : 운반장치
5000a : 이송 컨베이어
5000b : 자율주행 이동로봇
6000 : 무선 중계기 허브
7000 : 식물공장 관리서버
100 : 독립모듈형 개인화 식물재배기
110 : 본체 케이스
111 : 단위 재배공간
112 : 격벽
120 : 재배 트레이
120a : 바닥형 재배 트레이
120b : 화분형 재배 트레이
121 : 정식 홈
122 : 트레이 본체
123 : 식물재배용 배지
124 : 분무경용 양액분무기
125 : 박막양액재배용 베드
130a : 양액 탱크
130b : 양액 공급유닛
130c : 양액 회수유닛
130d : 양액 살균처리유닛
131 : 양액공급용 펌프
132 : 양액 이동관
133 : 재활용양액 공급관
134 : 양액 회수관
135 : 양액 회수용 펌프
136 : 살균처리기
140 : 조명유닛
141 : 소형 스탠드 조명등
150 : 공기순환 팬
151 : 내부공기 배출 팬
152 : 외부공기 유입 팬
153 : 이산화탄소 보관용기
160 : 촬영유닛
161 : 소형 카메라
170 : 환경측정 센서유닛
171 : 온도 센서
172 : 습도 센서
173 : 광량 센서
174 : 이산화탄소 농도센서
180 : 전원공급유닛
181 : 접속단자
182 : 보조 충전배터리
190 : 제어유닛
191 : 펌프 컨트롤러
192 : 조명 컨트롤러
193 : 팬 컨트롤러
200 : 개인 사용자 단말기
1000 : 식물재배 룸
1100 : 내부공간
1110 : 식물재배기 집적공간
1200 : 메인 온습도 조절장치
2000 : 식물재배기 집적체 유닛
2100 : 집적체 본체프레임
2110 : 격자 공간
2120 : 전원단자
3000 : 이송로봇
3100 : x축 레일
3200 : z축 레일
3300 : z축이동 적재대
3400 : y축이동 서브적재대
3500 : 환경정보 검출센서
3600 : 통신유닛
3700 : 센서오류 점검유닛
4000 : 개인 사용자 단말기
5000 : 운반장치
5000a : 이송 컨베이어
5000b : 자율주행 이동로봇
6000 : 무선 중계기 허브
7000 : 식물공장 관리서버
Claims (10)
- 설정크기의 단위 재배공간(111)을 갖는 본체 케이스(110)와;
단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되고, 식물이 심어지는 정식(定植) 홈(121)이 설정된 개수와 형상으로 형성되어 있는 재배 트레이(120)와;
본체 케이스(110)의 상부에 배치되고, 양액이 보관되는 양액 탱크(130a)와;
본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 양액 탱크(130a)로부터 양액을 전달받게 되고, 재배 트레이(120) 하부에 배치되는 식물재배용 배지(medium)(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배(NFT:nutrient film technique)용 베드(125) 군 중에서 선택된 어느 하나로 양액을 공급하게 되는 양액 공급유닛(130b)과;
본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 재배 트레이(120)에 위치한 식물에게 광을 조사시키는 조명유닛(140)과;
단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되고, 단위 재배공간(111)에서의 공기 강제대류를 유도하면서 단위 재배공간(111)의 기류형성 조절기능 및 온습도의 국부적 미세조절기능을 수행하게 되는 공기순환 팬(150)과;
본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 단위 재배공간(111)에 배치된 식물을 촬영하여 식물 영상이미지를 생성시키는 촬영유닛(160)과;
단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되어 단위 재배공간(111)의 환경정보를 검출하게 되되, 환경정보에는 온습도 정보, 광량 정보, 이산화탄소 농도 정보가 포함되는 환경측정 센서유닛(170)과;
본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 외부 전원장치(1)와 연결되어 전원을 공급받게 되며, 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160)으로 전원을 공급하게 되는 전원공급유닛(180) 및;
양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작을 제어하고, 촬영유닛(160)과 환경측정 센서유닛(170)으로부터 식물 영상이미지 정보와 환경정보를 입력받으며, 식물 영상이미지 정보와 환경정보의 수집, 저장, 외부 전송을 관리하는 제어유닛(190)을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기. - 제 1항에 있어서,
양액 공급유닛(130b)은 양액공급용 펌프(131)를 포함하여, 양액공급용 펌프(131)에 의해 펌핑된 양액이 식물재배용 배지(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배용 베드(125) 군 중에서 선택된 어느 하나로 공급되도록 하고,
조명유닛(140)은 본체 케이스(110)의 좌우측 부위에 수직으로 배치되는 복수의 소형 스탠드 조명등(141)으로 이루어지되,
제어유닛(190)은,
양액 공급유닛(130b)에 구비된 양액공급용 펌프(131)의 펌핑동작을 제어하여 양액 공급주기와 양액 공급량을 조절하게 되는 펌프 컨트롤러(191)과;
조명유닛(140)의 광 출력시간, 광 출력주기, 광 출력강도를 제어하되, 복수의 소형 스탠드 조명등(141)의 온오프 동작을 개별제어하면서 광 출력강도를 제어하게 되는 조명 컨트롤러(192)를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기. - 제 1항에 있어서,
본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 전원공급유닛(180)과 연결되어 충전되고, 외부 전원장치(1)의 고장, 외부 전원장치(1)와 전원공급유닛(180)의 연결 차단, 전원공급유닛(180)의 고장이 발생할 시 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160)으로 전원을 공급하게 되는 보조 충전배터리(182)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기. - 제 1항에 있어서,
개인 사용자에 의해 조작되고, 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하여 제어유닛(190)으로 무선 전송하며, 제어유닛(190)으로부터 식물 영상이미지와 단위 재배공간 환경정보를 전송받는 개인 사용자 단말기(4000)를 포함하여,
무선통신에 의한 원격 제어에 의해 식물 재배가 관리되도록 하는 동시에 식물재배 영상 모니터링과 식물재배 환경 모니터링이 원격으로 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기. - 하나 이상의 식물재배기 집적공간(1110)을 포함하는 내부공간(1100)이 외부환경으로부터 차단되게 형성되고, 내부공간(1100)의 온습도를 조절하는 메인 온습도 조절장치(1200)가 구비되는 식물재배 룸(1000)과;
식물재배 룸(1000)의 식물재배기 집적공간(1110)에 배치되고, xz축 방향으로 M×N 행렬을 이루며 배열되는 복수의 개인화 식물재배기(100)를 포함하되, 각각의 개인화 식물재배기(100)는 독립적으로 개별 제어되거나, 하나 이상의 개인화 식물재배기(100)가 개인 사용자 별로 할당되어 독립적으로 개별 제어되는 식물재배기 집적체 유닛(2000)과;
식물재배 룸(1000)의 식물재배기 집적공간(1110)에 이동가능하게 설치되고, 개인화 식물재배기(100)를 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치로 인입시키는 개인화 식물재배기 인입동작, 식물재배기 집적체 유닛(2000)으로부터 개인화 식물재배기(100)를 인출시키는 개인화 식물재배기 인출동작, 종자나 종자나 모종이 정식된 재배 트레이(120)를 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치에 배치된 개인화 식물재배기(100) 내부로 투입시키는 재배 트레이 인입동작, 식물재배기 집적체 유닛(2000)의 설정위치에 배치된 개인화 식물재배기(100)로부터 재배완료된 식물이 위치한 재배 트레이(120)를 인출시키는 재배 트레이 인출동작 군 중에서 선택된 어느 하나를 수행하는 이송로봇(3000) 및;
개인화 식물재배기(100)를 할당받은 개인 사용자에 의해 조작되고, 개인화 식물재배기(100)의 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하여 개인화 식물재배기(100)로 무선 전송하게 되며, 개인화 식물재배기(100)로부터 식물 영상이미지와 단위 재배공간 환경정보를 전송받아 모니터링하게 되는 개인 사용자 단말기(4000)를 포함하되,
개인화 식물재배기(100)는,
설정크기의 단위 재배공간(111)을 갖는 본체 케이스(110)와; 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되고, 식물이 심어지는 정식(定植) 홈(121)이 설정된 개수와 형상으로 형성되어 있는 재배 트레이(120)와; 본체 케이스(110)의 상부에 배치되고, 양액이 보관되는 양액 탱크(130a)와; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 양액 탱크(130a)로부터 양액을 전달받게 되고, 재배 트레이(120) 하부에 배치되는 식물재배용 배지(medium)(123), 분무경용 양액분무기(124), 박막양액재배(NFT:nutrient film technique)용 베드(125) 군 중에서 선택된 어느 하나로 양액을 공급하게 되는 양액 공급유닛(130b)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되어 재배 트레이(120)에 위치한 식물에게 광을 조사시키는 조명유닛(140)과; 단위 재배공간(111)과 연통되게 설치되고, 단위 재배공간(111)에서의 공기 강제대류를 유도하면서 단위 재배공간(111)의 기류형성 조절기능 및 온습도의 국부적 미세조절기능을 수행하게 되는 공기순환 팬(150)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 단위 재배공간(111)에 배치된 식물을 촬영하여 식물 영상이미지를 생성시키는 촬영유닛(160)과; 단위 재배공간(111)의 설정 부위에 배치되어 단위 재배공간(111)의 환경정보를 검출하게 되되, 환경정보에는 온습도 정보, 광량 정보, 이산화탄소 농도 정보가 포함되는 환경측정 센서유닛(170)과; 본체 케이스(110)의 설정 부위에 배치되고, 외부 전원장치(1)와 연결되어 전원을 공급받게 되며, 전원을 필요로 하는 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160)으로 전원을 공급하게 되는 전원공급유닛(180) 및; 양액 공급유닛(130b), 조명유닛(140), 공기순환 팬(150), 촬영유닛(160), 전원공급유닛(180)의 동작을 제어하고, 촬영유닛(160)과 환경측정 센서유닛(170)으로부터 식물 영상이미지 정보와 환경정보를 입력받으며, 식물 영상이미지 정보와 환경정보의 수집, 저장, 외부 전송을 관리하는 제어유닛(190)을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템. - 제 5항에 있어서,
식물재배기 집적체 유닛(2000)은 xz축 방향으로 M×N 행렬의 격자 공간(2110)을 형성시키는 집적체 본체프레임(2100)을 구비하여 집적체 본체프레임(2100)의 격자 공간(2110)에 복수의 개인화 식물재배기(100)가 착탈가능하게 장착되도록 하는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템. - 제 5항에 있어서,
식물재배 룸(1000)의 내부공간(1100)은 복수의 식물재배기 집적공간(1110)으로 분할 형성되어 각 식물재배기 집적공간(1110) 별로 재배되는 식물 종류가 달리 설정되도록 하되,
각 식물재배기 집적공간(1110)에서 재배되는 식물 종류에 맞추어 식물재배기 집적공간(1110)에 배치된 개인화 식물재배기(100)의 온도, 습도, 기압, 광량이 개별적으로 최적 제어되는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템. - 제 7항에 있어서,
복수의 식물재배기 집적공간(1110) 외측 영역에 배치되고, 개인화 식물재배기(100)와 재배 트레이(120) 중에서 선택된 어느 하나를 운반하여 이송로봇(3000)으로 전달하는 운반장치(5000)를 더 포함하되,
운반장치(5000)는 이송 컨베이어(5000a)와 자율주행 이동로봇(5000b) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템. - 제 5항에 있어서,
이송로봇(3000)은,
식물재배기 집적체 유닛(2000)을 구성하는 개인화 식물재배기(100)의 단위 재배공간(111)으로 투입되어 단위 재배공간 환경정보를 검출하는 환경정보 검출센서(3500)와;
개인화 식물재배기(100)와의 무선통신으로 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 단위 재배공간 환경정보를 전송받게 되는 통신유닛(3600)과;
환경정보 검출센서(3500)에 의해 자체적으로 검출된 단위 재배공간 환경정보와 통신유닛(3600)에서 전달되는 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170)에 의해 검출된 단위 재배공간 환경정보를 비교하여 개인화 식물재배기(100)의 환경측정 센서유닛(170) 오류 여부를 교차 확인하게 되는 개인화 식물재배기 센서오류 점검유닛(3700)을 구비하는 지능형 이송로봇인 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템. - 제 5항에 있어서,
복수의 식물재배 룸(1000)이 구비되어 설정된 단일한 식물 종류의 생장단계 별로 각 식물재배 룸(1000)이 할당되어 해당 식물 종류의 대량 생산이 수행되도록 하되,
각 식물재배 룸(1000)의 메인 온습도 조절장치(1200)는 설정된 단일한 식물 종류의 생장단계에 맞추어 내부공간(1100)의 온습도를 조절하게 되는 것을 특징으로 하는 독립모듈형 개인화 식물재배기 기반 식물공장 시스템.
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