KR20180079171A - 작물재배 자동화 시스템 및 그 구성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작물재배 자동화 시스템 및 그 구성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업자가 지정된 한 곳에서 파종에서부터 수확에 이르는 전 과정에 필요한 작업을 수행할 수 있게 하여 농업경영에 있어 최대의 애로점인 노동의 양과 강도를 극소화하고, 한편으로는 경작면적은 극대화하도록 한 편안하고 편리한 영농이 가능한 작물재배 자동화 시스템을 제공하기 위한 것이다.

Description

작물재배 자동화 시스템 및 그 구성방법{Automatic System for Plants Cultivation And The Composition Method}

본 발명은 작물재배 자동화 시스템 및 그 구성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업자가 지정된 한 곳에서 파종에서부터 수확에 이르는 전 과정에 필요한 작업을 수행할 수 있게 하여 농업경영에 있어 최대의 애로점인 노동의 양과 강도를 극소화하고, 한편으로는 경작면적은 극대화하도록 한 편안하고 편리한 영농이 가능한 작물재배 자동화 시스템을 제공하기 위한 것이다.

인류 생존에 필수불가결한 요소인 식량의 상당부분을 차지하는 작물의 재배는 많은 과학 기술의 발전에 힘입어 비약적인 발전을 해왔지만 여전히 힘들고 고된 작업임에 틀림없으며, 기후변화와 도시화는 물론 대기 및 토양을 비롯한 환경오염으로 인한 경작지의 감소 또한 작물 및 식량생산에 장애요소가 되고 있는 것이 사실이다.

세계적으로 식량은 전략물자에 해당할 만큼 큰 비중을 가지고 있으며, 지구 온난화와 사막화는 물론 식량부족국가와 인구 증가는 더욱 식량 및 작물재배의 중요성을 증대시키는 요인이 되고 있다.

동시에 생활수준이 향상된 현대생활에서는 보다 안전하고 오염되지 않은 작물에 대한 요구가 그 어느 때보다 높아지고 있는 만큼 작물의 재배 기술은 물론 시설 및 시스템의 구성 기술을 배제하고는 안전한 먹거리의 생산은 불가능한 실정이다.

게다가 중진국 이상의 거의 모든 국가에서는 과거와 같은 비약적인 경제발전이 불가능한 상황에 도달하여 노인인구와 실업률이 급등하고 있는 현실에서 실질적인 경제활동에서 배제된 수많은 사람들이 농업으로 이직하려는 시도와 각국 정부의 의도적인 농업장려정책에도 불구하고 농업은 여전히 고통스러운 직업군임에 틀림없는 것이 현실이라 다양한 사회적 문제점을 발생시키고 있다.

이미 오래전부터 농촌의 고령화는 당연한 현상이 되었고, 절대적으로 부족한 노동력 확보를 위하여 저개발국가의 노동자들을 정책적으로 유입하는 현상은 경제발전을 이룬 모든 나라의 현실이기도 하다.

이러한 모든 현상의 근본적인 문제점은 많은 양의 강도 높은 노동력을 끊임없이 제공해야만 한다는 것이다.

주지한 바와 같은 기존 영농기술의 문제점은 다음과 같다.

이미 일반화되어 있는 비닐하우스와 유리온실과 같은 시설재배방식은 물론 새로운 기술들이 도출되고 있는 식물공장과 관련된 기술들은 단지 온도, 습도, 채광 및 이산화탄소 등과 같은 가스의 농도를 조절하고 인터넷이나 스마트 폰으로 그 시스템을 원격에서 조정할 수 있는 제어관련 기술이 그 주류를 이루고 있을 뿐이다.

이것은 영농활동에 있어 편리함을 제공하는 것은 사실이지만, 실질적인 영농 과정에서 소모되는 노동력을 감소시켜주는 요소는 거의 없는 것이다.

예컨대 논밭을 갈아엎는 작업, 파종, 거름주기, 잡초제거, 농약살포, 급수, 비료주기, 솎아주기는 물론 수확에 이르는 전 과정에 대한 노동력은 재배시설내의 환경제어 자동화가 이루어지기 이전과 다를 바 없는 강도와 양의 노동력을 요구하는 것으로, 이것은 영농 및 작물재배기술에 있어 실질적이고 진보적인 기술적 발전을 이루지 못했다는 것을 방증하는 것이다.

또한 모든 식물공장 관련 기술들은 기존의 평면적인 경작형태를 베드(Bed)로 만들어 다층의 단순 선반형태로 구성하고, 그 생장 환경만을 제어하는 것에 국한되어 있는 것이 사실이다.

이러한 기존 식물공장 관련기술들은 열을 이루고 있는 선반과 선반 사이를 사람들이 통행하며 관리할 수 있어야 하는 구조로 투자비가 고가인 반면 경작면적의 활용도가 상당히 낮을 뿐만 아니라 노동력은 여전히 기존과 비슷하게 투입되어야 하며, 유지 관리비용 역시 상당한 고가임에 틀림없다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 기존 식물공장은 물론 유리온실과 비닐하우스와 같은 재배용 시설에도 공통적으로 적용할 수 있고, 경작면적은 극대화 시키고 노동력은 극소화시킬 수 있는 작물재배 자동화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 작물재배 자동화 시스템은 경작하려는 시설물 내부에 사람의 통행로가 필요치 않는 베드(Bed)를 구성하고, 그 위에 다수의 개별 작물재배용 용기를 설치하여 일정한 패턴으로 순환하며 이동할 수 있게 하고, 작업자는 지정된 위치에서 작물의 생육상태를 순차적으로 확인하거나 생장상태에 따른 필요한 작업을 가장 편안한 상태로 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 작업자가 작물을 대상으로 주된 영농작업을 수행하는 지점으로 작물재배용기가 지정된 순환경로를 따라 움직이기 시작하는 위치로, 경작자가 파종에서부터 수확에 이르는 전 과정을 특정한 지점에서 일괄적으로 처리할 수 있는 작물재배용기의 순환이동을 통하여 넓은 면적을 이동하지 않고, 허리를 구부리거나 쭈그려 앉는 등의 일체의 노동 없이 영농이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 작물재배 자동화 시스템은 기존 영농법과 전혀 다른 개념의 전자동 작물재배 시스템으로 영농법의 대전환을 할 수 있다.

영농 선진국은 물론 열대나 한대지방과 같은 기후가 나쁜 지역 국가로 수출 가능하여 국가적인 신성장 동력원의 역할이 가능하다.

본 발명은 작업자가 허리를 구부리거나 쪼그려 앉을 필요가 전혀 없고, 흙을 만지거나 밟을 필요가 없으며, 운반해야 할 일이 없다. 따라서 한 사람이 고된 노동 없이 엄청난 면적의 농사를 지을 수 있는 효과를 가진다.

농약을 사용하지 않는 식물공장을 조성하여 환경오염의 극소화화, 잡초의 발아를 방지하기 위해 이랑 위를 덮어주는 비닐을 사용하지 않아 비닐의 사용과 폐비닐의 양산이 거의 없다. 따라서 토양 오염에 의한 작물의 중금속 등의 함유를 원천적으로 차단할 수 있다.

본 발명은 수확과 동시에 파종이 가능하며, 파종을 위한 준비기간, 수확기간 및 수확 후 정리 작업과 땅을 갈아엎어야 하는 작업 전반을 생략할 수 있어 작물재배 기간을 대폭 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 전체도.
도 2는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 베드 및 작물배재용기 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 평면도 및 작물배재용기 순환도.
도 4는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기 순환 1 단계도.
도 5는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기 순환 2 단계도.
도 6은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기 순환 1 단계 작동원리도.
도 7은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기 순환 1 단계 작동원리도.
도 8은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기 순환 2 단계 작동원리도.
도 9는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기 순환 2 단계 작동원리도.
도 10은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기의 토양탈거장치.
도 11은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기의 토양탈거장치.
도 12는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 공기순환 시스템의 개략도.
도 13은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기의 하강기능 작동원리도.
도 14는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기의 하강기능 작동원리도.
도 15는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기의 좌우수평기능 작동원리도.
도 16은 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 작물재배용기의 좌우수평기능 작동원리도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또한 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 작물재배자동화 시스템의 전체도, 도 2는 본 발명에 따른 작물재배자동화 시스템의 베드 및 작물배재용기 구성도이다.

먼저 도 1 내지 도 16의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 작물재배 자동화 시스템을 설명한다.

도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 작물재배 자동화 시스템은 경작하려는 시설물 내부에 사람의 통행로가 필요치 않으며, 일정한 높이와 간격으로 배열하여 컨베이어와 같이 레일과 롤러(120)를 평탄하게 설치하여 특정한 경로를 따라 자동 및 수동으로 움직일 수 있도록 한 작물재배용 베드(Bed)(100)와, 상기 작물재배용 베드 위에 다수의 개별 작물재배용 작물재배용기(102)를 설치하여 일정한 패턴으로 순환하며 이동할 수 있도록 구성하여, 작업자가 지정된 위치에서 작물의 생육상태를 순차적으로 확인하거나 생장상태에 따른 필요한 작업을 가장 편안한 상태로 수행할 수 있도록 한다.

또한 작업자가 작물을 대상으로 주된 영농작업을 수행하는 작업지점으로 작물재배용기(102)가 지정된 순환경로를 따라 움직이기 시작하는 위치로, 경작자가 파종에서부터 수확에 이르는 전 과정을 특정한 지점에서 일괄적으로 처리할 수 있는 작물재배용기(102)의 순환이동을 통하여 넓은 면적을 이동하지 않고, 허리를 구부리거나 쭈그려 앉는 등의 일체의 노동 없이 영농이 가능하도록 하는 것이다.

작업자의 작업은 물론 제어용 컴퓨터에 의한 급수, 양액보충 등과 같은 시스템 제어도 작업지점에서 이루어지며, 필요에 따라 엽면시비나 기존 방식의 영농일 경우, 농약을 살포해야 할 경우, 작업지점에 별도로 분무장치를 설치하여 작물재배용기가 순차적으로 이동함에 따라 적정량을 살포하는 작업 역시 작업지점에서 이루어진다.

이것은 시설비 절감과 유지비용 및 중노동을 배제시킬 수 있는 기술로서, 양액과 급수를 위해 모든 작물의 뿌리에 호스를 연결하는 시설을 하지 않고, 농약이나 물을 뿌리기 위하여 긴 호스나 별도의 분무기를 이동시키며 고된 노동을 하지 않도록 하는 무 이동 영농을 위한 작업지점을 구성하는 방법이 가능한 것이다.

이를 통해 본 실시예에 따른 작물재배 자동화 시스템은 작물재배용기를 경로에 따라 순차적으로 자동 순환시켜 작업자가 한 곳에서 파종에서부터 수확에 이르기까지 작물을 가꾸는 전반적인 작업을 수행할 수 있도록 하는 것이 가능한 것이다.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 작물재배 자동화 시스템은 레일과 롤러(120)를 평탄하게 설치하여 특정한 경로를 따라 자동 및 수동으로 움직일 수 있도록 한 작물재배용 베드(Bed)(100)와, 상기 작물재배용 베드 위에 설치되는 다수의 개별 작물재배용 작물재배용기(102)와, 상기 작물재배용기의 수평이송과 상하이송 및 횡방향과 종방향 이송을 위한 이송장치를 더 포함하여 구성된다.

상기한 작물재배용기의 구성은 베드(100)에 설치된 레일과 롤러에 의하여 순차적으로 작물재배용기(102)가 이동되고, 이동되는 작물재배용기는 베드의 양쪽 전방으로 이송되고 기어(120)와 체인 또는 와이어케이블(140)로 구성된 횡방향 이송장치(122)와 유/공압 실린더로 구성된 종방향 이송장치(124)에 의하여 가로(횡)방향-세로(종)방향으로 2단계에 걸쳐서 순환 이동하도록 구성된 것이다.

본 발명은 작물을 수확하고 새롭게 파종 또는 모종을 옮겨 심을 때, 작물재배용기를 청소하거나 토양을 교체해야 할 때, 탈거 가능하며 작업지점의 작물재배용기 하단부에 설치되어 있는 작물재배용기 토양탈거장치를 이용하여 토양을 교체할 수 있다.

상기한 토양탈거장치는 베드의 전방 좌우로 설치되며 작물재배용기의 좌우측을 지지하기 위한 작물재배용기 고정부(126)와, 작물재배용기의 하단부에 끼워지며 회전 가능하도록 된 탈거암(128)으로 구성되어 작물재배용기의 하단부에 끼워져 회전에 의하여 작물재배용기를 회전시켜 토양을 교체할 수 있는 것이다.

본 발명은 베드 하부 공간에 지열을 이용한 공기순환시스템(130)을 설치하여 하절기에는 시원한 공기를 상부로 순환시키고, 동절기에는 지열에 난방설비를 병용하여 에너지를 절감하면서 따뜻한 공기를 하부에서 상부로 순환시켜 보다 효율 높은 냉난방 기능을 할 수 있게 하고, 동시에 필터를 이용한 공기정화와 함께 이산화탄소의 농도의 고른 분산 및 전체적인 환기에 있어서도 뛰어난 장점을 가질 수 있는 작물재배자동화시스템만의 독창적인 공기순환시스템이다.

또한 본 발명의 작물재배자동화시스템의 경우, 최적의 식물공장용 설비로 입체식 베드의 2단, 3단, 4단과 같이 1단 이상의 상위에 있는 베드 하단에는 방수막 처리를 한 LED 램프를 설치하여, 제어용 컴퓨터에 의해 작물에 일정한 파장과 세기의 빛을 조사할 수 있도록 하고, 최상단 층의 베드의 경우 식물공장 또는 시설재배용 건물의 천정에 LED를 설치하여 그 기능을 할 수 있도록 한다.

본 발명의 평면형 작물재배자동화시스템의 경우 기존 비닐하우스 재배방식으로 사용할 경우, 겨울철 난방에 대비하여 이중 비닐하우스를 설치할 수 있도록 작물재배용 배드(Bed)에 외부용 및 내부용 골격을 이루는 파이프를 설치할 수 있도록 구성하고, 특히 내부용 비닐하우스의 경우 측면을 롤(Roll) 형태로 말아 올리고 내릴 수 있게 하고, 상부에는 비닐과 함께 하절기의 강한 태양을 방지하기 위한 차양을 공통적으로 롤 형태로 감고 풀 수 있도록 구성한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 베드 102: 작물재배용기
104: 수평이송장치 106: 상하이송장치

Claims (4)

1. 경작하려는 시설물 내부에 사람의 통행로가 필요치 않으며, 일정한 높이와 간격으로 배열하여 컨베이어와 같이 레일과 롤러(120)를 평탄하게 설치하여 특정한 경로를 따라 자동 및 수동으로 움직일 수 있도록 한 작물재배용 베드(Bed)(100), 상기 작물재배용 베드 위에 다수의 개별 작물재배용 작물재배용기(102)를 설치하여 일정한 패턴으로 순환하며 이동할 수 있도록 구성하고, 상기 작물재배용기의 수평이송과 상하이송 및 횡방향과 종방향 이송을 위한 이송장치를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 작물재배 자동화 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 베드(100)에 설치된 레일과 롤러에 의하여 순차적으로 작물재배용기(102)가 이동되고, 이동되는 작물재배용기는 베드의 양쪽 전방으로 이송되고 기어(120)와 체인 또는 와이어케이블로 구성된 횡방향 이송장치(122)와 유/공압 실린더로 구성된 종방향 이송장치(124)에 의하여 가로(횡)방향-세로(종)방향으로 2단계에 걸쳐서 순환 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 작물재배 자동화 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기한 베드의 전방 좌우로 작물재배용기의 좌우측을 지지하기 위한 작물재배용기 고정부(126)와, 작물재배용기의 하단부에 끼워지며 회전 가능하도록 된 탈거암(128)으로 구성된 토양탈거장치가 설치되어, 탈거암의 회전에 의하여 작물재배용기를 회전시켜 토양을 교체할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 작물재배 자동화 시스템.
4. 경작하려는 시설물 내부에 사람의 통행로가 필요치 않으며, 일정한 높이와 간격으로 배열하여 컨베이어와 같이 레일과 롤러(120)를 평탄하게 설치하여 특정한 경로를 따라 자동 및 수동으로 움직일 수 있도록 한 작물재배용 베드(Bed)(100), 상기 작물재배용 베드 위에 다수의 개별 작물재배용 작물재배용기(102)를 설치하여 일정한 패턴으로 순환하며 이동할 수 있도록 구성하고, 상기한 작물재배용기를 순차적으로 가로(횡)방향-세로(종)방향으로 2단계에 걸쳐서 순환 이동되도록 구성하고, 작물재배용기를 상승 및 하강, 측면(좌우측, 평면이동)방향으로 2단계에 걸쳐서 순환 이동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 작물재배 자동화 시스템 구성방법.
   
   

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