KR20200129790A - 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1) 및 그 제어방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 따라 반사 루프(Roof, 50)의 롤링각(α) 및 피치각(β)을 조절하여 과수 열매에 대한 일조량을 증가시킴과 동시에, 태양 반사 작업 과정 자동화를 구현함으로써 기존의 반사필름을 설치 및 회수하는 과정을 요하지 않으므로 인건비 등 비용을 절감하며, 활용의 편의성을 도모하고 폐기물을 줄임으로써 환경을 보호하도록 하는 모바일 로봇(1) 및 제어방법(S1)에 관한 것이다.

Description

과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법{SUNLIGHT REFLECTING MOBILE ROBOT FOR FARMING AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1) 및 그 제어방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 따라 반사 루프(Roof, 50)의 롤링각(α) 및 피치각(β)을 조절하여 과수 열매에 대한 일조량을 증가시킴과 동시에, 태양 반사 작업 과정 자동화를 구현함으로써 기존의 반사필름을 설치 및 회수하는 과정을 요하지 않으므로 인건비 등 비용을 절감하며, 활용의 편의성을 도모하고 폐기물을 줄임으로써 환경을 보호하도록 하는 모바일 로봇(1) 및 제어방법(S1)에 관한 것이다.
종래 과수원에서 성장하는 과일은 봄에 꽃을 피우면서 열매를 맺어 가을에 수확하게 된다. 이러한 과일은 나무 위의 특정한 위치에 있게 되고 태양광을 받아 성장하면서 과일 본 색채를 띠게 되나, 현실적으로 과일의 일부분에만 집중적으로 태양광을 받게 되므로 전체적으로 균일한 색채를 갖지 못하며, 특히 사과나 복숭아와 같은 경우에는 일부분만 붉은색을 띠고 나머지는 푸른색을 띠게 되므로 전체적으로 균일하게 익지 못하게 되어서 결국 좋은 맛과 향을 내지 못하고 당도가 저하되는 결점이 있다. 또한, 음지나 습지의 경우에는 과수에 병충해의 발생이 다른 곳보다 심해 수확량이 그만큼 떨어지는 결점을 갖게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 근래에는 다수의 과수가 심어져 있는 지면 상에 태양광의 반사가 용이한 플라스틱 필름 등을 깔아 과수열매에 골고루 태양광을 입사시킴으로서 전술한 문제점을 해결하는 방식을 취하는 것이 일반적이다.
도 1은 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 대한 표이다.
도 1을 참고하면, 일 중 태양 고도각은 일출 시점 대략 20˚ 각도로 시작하여 대략 12시 ~ 13시 경 가장 높은 값을 보이다가 점차 그 크기가 줄어들어 일몰 시점 다시 대략 20˚를 보인다.
또한, 하루 동안 태양의 방위각은 그 크기가 시간이 흐름에 따라 지속적으로 증가한다. 따라서, 반사판으로의 입사광을 과일 측으로 정교하게 반사시키기 위해서는, 일 중 변화하는 태양 고도각과 함께 방위각과 맞추어, 그와 대응되도록 반사판의 롤링각 및 피치각을 적절히 조절하는 것이 필요하다.
이하에서는 종래의 과수용 반사판 관리 장치의 문제점에 대하여 설명하도록 한다.
종래의 일반적인 과수용 반사판 관리 장치에 대하여 살펴보면, 반사판이 탑재된 이송용 로봇이 과수원 이동로를 따라 반사판이 설치될 위치까지 이동한다. 그 후, 지면 고정형 반사판을 기 설정된 위치에 설치 또는 제거하여야 하며, 이를 위해서 설치 또는 제거 작업을 위한 추가적인 로봇 또는 인력을 필요로 한다. 즉, 기존에 활용되는 로봇은 반사판의 이송용 로봇에 불과하며, 이송 후 설치 및 제거 작업을 수행하지는 않는다. 이는 결국 전체적인 비용 상승의 일 요인이 되며, 사용자의 입장에서 그 설치 또는 제거 작업 그 자체가 번거로울 수밖에 없다.
또한, 종래 과수용 반사판은 한 면으로만 태양광을 반사함으로써 과수원 이동로의 양 측에 길이방향으로 재식되어 있는 나무에 동시에 태양광을 반사시키는 것이 불가능한 또 다른 문제점이 있다. 즉, 일 측면에 재식되어 있는 나무에 태양광을 반사시킨 이후, 반사판의 각도를 재조절하여 다시 타 측면의 나무에 태양광을 반사시켜야 하므로, 그 활용이 지나치게 번거로우며 작업시간 역시 대략 두 배 연장될 수밖에 없다.
전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 지면 고정 타입이 아닌 이동식 반사판을 구비하고, 해당 반사판이 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 따라 2 방향 회전 가능하도록 함으로써, 입사광의 정교한 반사 및 적용의 편의성이 보장되도록 하는 신규의 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법에 대하여 제시하고자 한다.
등록실용신안 KR 제20-0419834호 '과수농원 반사필름 설치 회수장치'
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명은 이동 휠을 통하여 과수원 이동로의 길이 방향을 따라 이동하는 이동 몸체부의 상 측에 형성되어 해당 이동 몸체부와 함께 이동 가능한 반사 루프를 구비함으로써, 종래의 지면 고정 타입 반사판과 같이 별도의 설치 및 해제 작업을 요하지 않아 적용의 편의성 및 비용 절감을 도모 가능하도록 하는 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 나무 전체에 분포해 있는 열매에 효과적인 일조를 위해 반사 루프의 외면을 평탄하지 않도록 형성함으로써 과수 열매에 대한 난반사 일조를 도모하도록 하는 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반사 루프의 외면을 삼각형상으로 형성함으로써, 기존의 일 면 반사가 아닌 양 면 반사를 가능하도록 하여, 과수원 이동로의 양 측에 위치하는 과수 열매에 동시 일조를 도모 및 그에 따른 총 작업 시간의 단축을 가능하도록 하는 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반사 루프의 롤링각과 피치각을 동시에 조절함으로써, 해당 반사 루프가 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각과 매칭되어 과수 열매에 대해 정교하면서도 효과적인 일조를 가능하도록 하는 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 우천 시 모바일 로봇의 동작을 중지시키는 기상정보수집모듈을 구비하여, 날씨에 따라 효율적인 동작 수행을 도모하도록 하는 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇은 전체 바디를 형성하며, 외면 하측 기 설정된 위치에 이동 휠을 구비하는 이동 몸체부; 구동부의 일 측과 결합되며, 상부면에 반사 루프가 안착되도록 하는 프레임부; 상기 이동 몸체부의 상부면으로부터 상방 이격된 위치에 배치되며, 태양 고도각 및 방위각에 대응되어 롤 및 피치 방향 회전하고, 상기 이동 몸체부의 이동에 따라 함께 이동하는 반사 루프; 제어부의 제어 하에 동작하여 반사 루프의 롤링각 및/또는 피치각이 변경되도록 하는 구동부; 및 모바일 로봇의 전체 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 반사 루프는 태양광의 난반사를 위하여 외면이 평탄하지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 반사 루프는 길이 방향으로 연장되는 최상단부로부터 양 측면을 따라 하방 경사지도록 연장하는 제1 경사면; 및 제2 경사면;을 포함하여, 태양광의 양 면 반사를 위하여 그 외면이 삼각형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 반사 루프의 고정 경사각은 과일의 평균적인 높이를 고려하여 γ= (90˚ - θ)/2인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 구동부는 상승 또는 하강 동작에 의하여 상기 반사 루프가 제1 방향을 따라 경사지도록 하는 롤링각 조절부; 및 상승 또는 하강 동작에 의하여 상기 반사 루프가 제2 방향을 따라 경사지도록 하는 피치각 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 프레임부는 사각 테두리부 내측에 제1 방향의 중심축을 따라 연장되는 제1 연장부; 및 제2 방향의 중심축을 따라 연장되는 제2 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 롤링각 조절부는 상기 제1 연장부의 저면 중심부로부터 이격된 위치에서 상기 제1 연장부에 고정되며, 상기 피치각 조절부는 상기 제2 연장부의 저면 중심부로부터 이격된 위치에서 상기 제2 연장부에 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 제어부는 기상 정보를 수신하여 우천 시 모바일 로봇의 동작의 중지시키는 기상정보수집모듈; 및 상기 이동 휠의 회전 동작을 구동함으로써 모바일 로봇의 이동 및 정지 동작을 명령하는 이동명령모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 제어부는 상기 구동부에 의하여 제어될 반사 루프의 롤링각을 산출하는 롤링각 산출모듈; 및 상기 롤링각 산출모듈에 의하여 산출된 결과값에 따라 상기 반사 루프가 롤링각을 형성하도록 구동부에 동작 명령하는 반사 루프 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇의 상기 롤링각 산출모듈에 의하여 산출되는 롤링각은 α = {90˚ - tan-1(tan h / cos d)} / 2인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 구비되는 상기 제어부는 상기 구동부에 의하여 제어될 반사 루프의 피치각을 산출하는 피치각 산출모듈; 및 상기 피치각 산출모듈에 의하여 산출된 결과값에 따라 상기 반사 루프가 피치각을 형성하도록 구동부에 동작 명령하는 반사 루프 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇의 상기 피치각 산출모듈에 의하여 산출되는 피치각은 β = γ + {θ - tan-1(tan h / sin d)} / 2인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 이동 휠을 통하여 과수원 이동로의 길이 방향을 따라 이동하는 이동 몸체부의 상 측에 형성되어 해당 이동 몸체부와 함께 이동 가능한 반사 루프를 구비함으로써, 종래의 지면 고정 타입 반사판과 같이 별도의 설치 및 해제 작업을 요하지 않아 적용의 편의성 및 비용 절감을 도모 가능하도록 하는 효과가 도출될 수 있다.
또한, 본 발명은 나무 전체에 분포해 있는 열매에 효과적인 일조를 위해 반사 루프의 외면을 평탄하지 않도록 형성함으로써 열매의 평균적인 높이에 반사하여 전체에 일조하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반사 루프의 외면을 삼각형상으로 형성함으로써, 기존의 일 면 반사가 아닌 양 면 반사를 가능하도록 하여, 과수원 이동로의 양 측에 위치하는 과수 열매에 동시 일조를 도모 및 그에 따른 총 작업 시간의 단축을 가능하도록 하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 반사 루프의 롤링각과 피치각을 동시에 조절함으로써, 해당 반사 루프가 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각과 매칭되어 과수 열매에 대해 정교하면서도 효과적인 일조를 가능하도록 하는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 우천 시 모바일 로봇의 동작을 중지시키는 기상정보수집모듈을 구비하여, 날씨에 따라 효율적인 동작 수행을 도모하도록 하는 효과를 보인다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 대한 표이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 대한 사시도이고;
도 3은 도 2에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇의 평면도이고;
도 4는 도 2에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇의 단면도이고;
도 5는 도 2에 따른 제어부의 블럭도이고;
도 6은 도 2에 따른 반사 루프의 고정 경사각, 태양광 입사 고도각, 제1 및 제2 경사면의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매까지의 반사 고도각에 대한 관계를 설명하기 위한 참고도이고;
도 7은 도 2에 따른 반사 루프의 롤링각 및 피치각 변경에 따른 동작을 보여주는 참고도이고;
도 8은 일 중 태양 이동경로를 설명하기 위한 참고도이고;
도 9는 도 2에 따른 반사 루프의 롤 방향 회전 시 롤링각, 태양 고도각 및 방위각과의 관계를 설명하기 위한 참고도이고;
도 10은 도 2에 따른 반사 루프의 피치 방향 회전 시 피치각, 태양 고도각 및 방위각과의 관계를 설명하기 위한 참고도이고;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 제어방법에 대한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 대한 사시도이고; 도 3은 도 2에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇의 평면도이고; 도 4는 도 2에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇의 단면도이고; 도 5는 도 2에 따른 제어부 블럭도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명은 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1) 및 그 제어방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 따라 반사 루프(Roof, 50)의 롤링각(α) 및 피치각(β)을 조절하여 과수 열매에 대한 일조량을 증가시킴과 동시에, 태양 반사 작업 과정 자동화를 구현함으로써 기존의 반사필름을 설치 및 회수하는 과정을 요하지 않으므로 인건비 등 비용을 절감하며, 활용의 편의성을 도모하고 폐기물을 줄임으로써 환경을 보호하도록 하는 모바일 로봇(1)에 관한 것이다.
즉, 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇(1)은 지면 고정 타입 반사판을 활용하는 것이 아니므로, 상기 반사판을 설치 및 회수하는 과정을 필요로 하지 않는다.
이를 위하여, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1)은 이동 몸체부(10), 프레임부(30), 반사 루프(50), 구동부(70) 및 제어부(90)를 포함할 수 있다.
이동 몸체부(10)는 모바일 로봇(1)의 전체 바디를 형성하는 구성으로, 그 외면 하측 기설정된 위치에 이동 휠(110)을 구비한다. 이동 휠(110)은 예를 들어 이동 몸체부(10)의 좌우 측면에, 전후 방향으로 이격되어 각각 한 쌍씩 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이동 몸체부(10)는 제작의 편의를 위하여, 상부면이 부분 또는 전부 개방된 채 그 외면이 직육면체형으로 형성되는 것이 바람직하나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다. 그리고 이동 몸체부(10)는 내 측에 중공부가 형성되며, 그 내측에 후술할 구동부(70) 및/또는 제어부(90)가 배치되도록 하여, 전체 레이아웃의 단순화를 도모할 수 있다. 이동 몸체부(10)의 상 측에는 후술할 프레임부(30) 및 반사 루프(50)가 상기 이동 몸체부(10)의 상부면으로부터 상방 이격 형성되어, 상기 이동 몸체부(10)의 이동에 따라 상기 프레임부(30) 및 반사 루프(50)가 함께 이동되도록 할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 프레임부(30)는 후술할 구동부(70)의 일 측과 결합되며 그 상부면에 반사 루프(50)가 안착되도록 하는 구성이다. 예를 들어, 프레임부(30)의 저면 일 측은 구동부(70)의 상 측과 결합되고, 상기 프레임부(30)의 상부면에는 반사 루프(50)가 안착된다. 따라서, 구동부(70)의 구동에 따라 프레임부(30) 및 반사 루프(50)의 롤링각(α) 및/또는 피치각(β)을 동시에 제어할 수 있다. 이러한 프레임부(30)의 형상에 별도의 제한이 있는 것은 아니며, 예를 들어 그 평면형상이 사각 테두리형이고 그 내측 공간에 십자형으로 연결된 구조로 형성될 수 있다. 즉, 사각 테두리부 내측에 제1 방향의 중심축을 따라 대략 수평 연장되는 제1 연장부(310) 및 제2 방향의 중심축을 따라 대략 수평 연장되는 제2 연장부(330)를 포함할 수 있다.
여기에서 '제1 방향'이란 이동 몸체부(10)의 수평 길이방향을, '제2 방향'이란 제1 방향과 직교하는 이동 몸체부(10)의 수평 폭 방향을 의미하는 것으로 이해한다.
반사 루프(50)는 이동 몸체부(10)의 상부면과 소정 거리 상방 이격된 위치에 배치되며, 일 중 변화하는 태양 고도각 및/또는 방위각에 대응되어 롤 방향 및/또는 피치 방향 회전하는 구성이다. 상기 반사 루프(50)는 프레임부(30)의 상부면에 안착될 수 있다. 이러한 반사 루프(50)의 회전각은 후술하는 제어부(90)의 제어에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 반사 루프(50)는 예를 들어 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으며, 그 외면을 평탄하지 않게 구성함으로써 난반사 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
종래의 일반적인 과수용 반사판 관리 장치에 대하여 살펴보면, 반사판이 탑재된 이송용 로봇이 과수원 이동로를 따라 반사판이 설치될 위치까지 이동한다. 그 후, 지면 고정 타입 반사판을 기 설정된 위치에 설치 또는 제거하기 위하여 추가적인 로봇 또는 인력을 필요로 한다. 이는 결국 전체적인 비용 상승의 일 요인이 되며, 사용자 입장에서 그 활용 자체가 번거로운 문제점이 있다. 여기에서 과수원 이동로는 과수 열매에 대한 효과적인 일조를 위하여 일반적으로 남북 방향으로 연장 형성된다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 반사 루프(50)는 이동 몸체부(10)의 상 측에 배치되어 상기 이동 몸체부(10)의 이동에 따라 함께 과수원 이동로를 따라 이동 가능하다. 즉, 반사 루프(50)는 지면 고정 타입이 아니며, 그에 따라 설치 및 제거를 위한 추가적인 작업을 필요로 하지 않는다.
또한, 종래의 과수용 반사판은 한 면으로만 태양광을 반사함으로써 과수원 이동로의 양 측에 길이방향으로 재식되어 있는 나무에 동시에 태양광을 반사시키기 힘든 문제점이 있다. 즉, 일 측면에 재식되어 있는 나무에 태양광을 반사시킨 이후, 반사판의 각도를 재조절하여 다시 타 측면의 나무에 태양광을 반사시켜야 하므로, 그 활용이 지나치게 번거로울 수밖에 없다.
도 2 및 도 6을 참고하면, 전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 반사 루프(50)는 그 외면 형상을 삼각형으로 형성하여 태양광의 양 방향 반사를 가능하도록 하는 것에 그 특징이 있다. 즉, 반사 루프(50)의 길이 방향으로 연장되는 최상단부로부터 양 측면을 따라 소정 거리 하방 경사지도록 연장하는 제1 경사면(510) 및 제2 경사면(530)을 포함한다. 여기에서, 제1 및 제2 경사면(510, 530)은 하방 연장될수록 반사 루프(50)의 최상단부로부터 멀어지도록 형성된다. 즉, 그 외면이 역삼각형이 아닌 삼각형상을 가지도록 한다. 제1 경사면(510) 및 제2 경사면(530)의 저부는 프레임부(30)의 양 길이방향 테두리부 상에 상기 프레임부(30)와 일체로 또는 탈착 가능하도록 배치된다.
도 6은 도 2에 따른 반사 루프의 고정 경사각, 태양광 입사 고도각, 제1 및 제2 경사면의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매까지의 반사 고도각에 대한 관계를 설명하기 위한 참고도이다.
이하에서는 제1 경사면(510) 및 제2 경사면(530)의 고정 경사각(γ)의 설정에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 반사 루프(50)의 최상단부는 과수원 이동로의 길이 방향 수평중심축 상에 위치하는 것으로 가정한다.
도 6을 참고하면, 이동 몸체부(10) 상부면의 지면으로부터의 높이(a1), 반사 루프(50)의 최상단부로부터 태양광 조사가 필요한 과수용 열매까지의 대략적인 거리(a2), 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 저부로부터 이동몸체부(10)의 상부면까지의 이격 거리(a3), 반사 루프(50)의 저부로부터 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 중심까지의 높이(a4), 제1 또는 제2 경사면(510 or 530)의 폭 크기(a5) 및 과수용 열매의 지면으로부터 평균적인 높이(a6)와, 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매의 평균적인 위치까지의 반사 고도각(θ)의 관계를 설명하면,
(1) θ = tan-1 (a6 - a1 - a3 - a4)/(a2 - a5/2)
이다.
또한, 태양광이 반사판 상에 입사할 때, 입사각(i), 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 고정 경사각(γ) 및 반사 고도각(θ)과의 관계식은 다음과 같다.
(2) 2i + θ = 90˚
(3) i + θ + γ = 90˚
따라서 i = γ 이므로, 정리하면,
(4) γ = (90˚ - θ)/2
이다.
(4) 식에 의하여, 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 고정 경사각(γ)는 γ = (90˚ - θ)/2가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, a1 = 1m, a2 = 1.8m, a3 = 0.2m, a4 = 0.4m, a5 = 0.6m, b = 3m인 경우, 대략 θ= 43.03˚ 및 γ = 24˚가 된다.
도 7은 도 2에 따른 반사 루프의 롤링각 및 피치각 변경에 따른 동작을 보여주는 참고도이다.
도 2 내지 도 5, 도 7 및 도 9 내지 도 10을 참고하면, 구동부(70)는 제어부(90)의 제어 하에 동작하여 반사 루프(50)의 롤링각(α) 및/또는 피치각(β)이 변경되도록 하는 구성이다. 이러한 구동부(70)는 이동 몸체부(10)의 내측 중공부에 위치하며, 프레임부(30)의 저면 일 측과 연결되어 상기 프레임부(30)의 회전을 가능하도록 한다.
이를 위하여, 구동부(70)는 롤링각 조절부(710) 및 피치각 조절부(730)를 포함할 수 있다. 이와 같이 롤링각 조절부(710) 및 피치각 조절부(730)를 별도로 구비하는 이유하는 이유에 대하여 상세히 설명하면, 일 중 태양 고도각(h) 및 방위각(d)은 서로 다른 좌표 평면 상에서 함께 변화하므로, 입사광의 정교한 반사를 위해 태양 고도각(h)과 함께 방위각(d)을 별도로 추적하여 반사 루프(50)의 각도를 조절할 필요가 있기 때문이다.
롤링각 조절부(710)는 제1 연장부(310)의 저면과 연결되며 상승 또는 하강 동작에 의하여 반사 루프(50)가 제1 방향을 따라 경사지도록 하는 구성이다. 상세하게는, 상기 롤링각 조절부(710)는 제1 연장부(310)의 저면 길이방향 중심부로부터 이격된 위치에서 상기 제1 연장부(310) 측에 고정되는 것이 바람직하다. 이 때 롤링각 조절부(710)의 상승 또는 하강 동작으로, 반사 루프(50)의 롤링각(α) 조절이 가능하다.
피치각 조절부(730)는 제2 연장부(330)의 저면과 연결되어 상승 또는 하강 동작에 의하여 반사 루프(50)가 제2 방향을 따라 경사지도록 하는 구성이다. 이러한 피치각 조절부(730)는 제2 연장부(330)의 저면 길이방향 중심부로부터 이격된 위치에서 상기 제2 연장부(330)와 연결되는 것이 바람직하다. 따라서, 피치각 조절부(730)의 상승 또는 하강 동작에 의하여 반사 루프(50)의 피치각(β)을 용이하게 조절할 수 있다.
제어부(90)는 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1)의 전체 동작을 제어하는 구성이다. 이러한 제어부(90)의 제어를 통하여, 모바일 로봇(1)이 특정 시점에만 동작하도록 할 수 있다. 예를 들어 오전 9시부터 오후 17시까지 동작하도록 명령할 수 있으며, 또는 후술하는 바와 같이 일 별 일출 및 일몰 시점 데이터를 수신하여 해당 시간 내에서만 동작하도록 할 수 있고 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다. 이를 위하여, 제어부(90)는 기상정보수집모듈(910), 이동명령모듈(930), 롤링각 산출모듈(950), 피치각 산출모듈(970) 및 반사 루프 제어모듈(990)을 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 기상정보수집모듈(910)은 기 설정된 시간 간격으로 기상 정보를 수신하여 우천시 모바일 로봇(1)의 동작을 중지시키며, 일조량이 충분할 때 상기 로봇(1)의 동작을 구동시키는 모듈이다. 또한, 기상정보수집모듈(910)을 통하여, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1)이 활용될 위치/지역의 일 별 일출 및 일몰 시간 데이터를 수신함으로써, 해당 시간 내에서만 상기 모바일 로봇(1)이 구동되도록 하는 것이 바람직하다.
이동명령모듈(930)은 이동 휠(110)의 회전 동작을 구동함으로써 모바일 로봇(1)이 이동로를 따라 이동 및 정지 가능하도록 하는 모듈이다.
롤링각 산출모듈(950)은 일 중 시간이 지남에 따라 롤링각 조절부(710)에 의하여 제어될 반사 루프(50)의 롤링각(α)을 산출하는 모듈이다. 이러한 롤링각(α)의 산출은 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
도 8은 일 중 태양 이동경로를 설명하기 위한 참고도이고; 도 9는 도 2에 따른 반사 루프의 롤 방향 회전 시 롤링각, 태양 고도각 및 방위각과의 관계를 설명하기 위한 참고도이다.
이하에서는 롤링각 산출모듈(950)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 8 및 도 9를 참고하여 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 법선(N)과의 관계에서 태양 입사각(i), 반사 루프(50)의 롤링각(α) 및 태양광의 길이방향 입사각(b)과의 관계에 대하여 설명하면,
(5) b = tan-1(tan h / cos d)
이다(도 8 참고).
(6) i + b + α = 90˚
(7) 2i + b = 90˚
이다(도 9 참고).
정리하면,
(8) α = {90˚ - tan-1(tan h / cos d)} / 2
이다.
따라서, 롤링각 산출모듈(950)은 식 (8)에 따라 롤링각(α)을 산출할 수 있다.
피치각 산출모듈(970)은 일 중 시간이 지남에 따라 피치각 조절부(730)에 의하여 제어될 반사 루프(50)의 피치각(β)을 산출하는 모듈이다. 이러한 피치각(β)의 산출은 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
도 10은 도 2에 따른 반사 루프의 피치 방향 회전 시 피치각, 태양 고도각 및 방위각과의 관계를 설명하기 위한 참고도이다.
이하에서는 피치각 산출모듈(970)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 8 및 도 10을 참고하여 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 법선(N)과의 관계에서 태양 입사각(i), 반사 루프(50)의 롤링각(β), 제1 경사면(510) 및 제2 경사면(530)의 고정 경사각(γ), 태양광의 폭 방향 입사각(c) 및 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매까지의 반사 고도각(θ)과의 관계에 대하여 설명하면,
(9) c = tan-1(tan h / sin d)
이다(도 8 참고).
(10) i + θ + γ - β = 90˚
(11) 2i + θ + c = 180˚
이다(도 10 참고).
정리하면,
(12) β = γ + { θ - tan-1(tan h / sin d)} / 2
이다.
따라서, 피치각 산출모듈(970)은 식 (12)에 따라 피치각(β)을 산출할 수 있다.
반사 루프 제어모듈(990)은 롤링각 산출모듈(950) 및/또는 피치각 산출모듈(970)에 의하여 산출된 결과값에 따라 반사 루프(50)가 롤링각(α) 및/또는 피치각(β)을 형성하도록 구동부(70)에 동작을 명령하는 모듈이다. 즉, 반사 루프 제어모듈(990)이 구동부(70)을 동작을 명령하고, 구동부(70)는 롤링각 산출모듈(950) 및/또는 피치각 산출모듈(970)에 의해 산출된 롤링각(α) 및/또는 피치각(β)만큼 반사 루프(50)가 회전되도록 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 제어방법에 대한 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 제어방법(S1)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 11을 참고하면, 본 발명은 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 제어방법(S1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일 중 변화하는 태양 고도각 및 방위각에 따라 반사 루프(Roof, 50)의 롤링각(α) 및 피치각(β)을 조절하여 과수 열매에 대한 일조량을 증가시킴과 동시에, 태양 반사 작업 과정 자동화를 구현함으로써 기존의 반사필름을 설치 및 회수하는 과정을 요하지 않으므로 인건비 등 비용을 절감하며, 활용의 편의성을 도모하고 폐기물을 줄임으로써 환경을 보호하도록 하는 제어방법(S1)에 관한 것이다.
먼저, 기상정보수집모듈(910)을 통하여 기상 정보를 수집한다(S10). 이러한 기상정보수집모듈(910)은 기 설정된 시간 간격으로 기상 정보를 수신할 수도, 랜덤 시간별 기상 정보를 수집할 수도 있으며 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
그 후, 기상정보수집모듈(910)에 의하여 수집된 기상 정보를 기준으로, 모바일 로봇(1)의 작동 여부를 결정한다(S20). 예를 들어, 태양 일조량을 기준으로 모바일 로봇(1)의 작동 여부를 결정한다. 또 다른 예로, 우천 여부를 통하여 결정할 수도, 과수 지역의 실시간 강수량을 기준으로 결정할 수도 있으며 이에 별도의 제한이 있는 것은 아니다.
예를 들어 우천 시, 모바일 로봇(1)의 동작을 중단시키고(S210), 화창한 날씨인 경우 작동을 명령한다(S230).
그 후, 반사 루프(50)의 회전각을 산출한다(S30).
회전각 산출 시 롤링각 산출모듈(950)을 통하여 반사 루프(50)의 롤링각(α)을 산출한다. 전술한 바와 같이, 식 (7)(α = {90˚ - tan-1(tan h / cos d)} / 2) 에 따라 롤링각(α)을 산출한다(S310). 이와 더불어 또는 대체적으로, 반사각 산출모듈(970)을 통해 반사 루프(50)의 피치각(β)을 산출한다. 피치각(β)은, 식 (11)(β = γ + { θ - tan-1(tan h / sin d)} / 2)에 따라 산출된다(S330).
그 후 이동명령모듈(930)을 통하여 이동 휠(110)의 회전 동작을 명령함으로써, 반사된 태양광을 입사시킬 나무 측으로 모바일 로봇(1)이 과수원 이동로를 따라 이동 및 정지되도록 한다(S40). 여기에서 단계 S40은 단계 S30 수행 전 또는 동시에 수행될 수도 있음에 유의하여야 한다.
S30 단계를 통하여 산출된 회전각을 기준으로, 반사 루프 제어모듈(990)이 반사 루프(50)의 롤링각(α) 및/또는 피치각(β)을 형성하도록 구동부(70)에 동작을 명령한다(S50).
그 후, 구동부(70)는 단계 S50에 의하여 제공된 롤링각(α) 및/또는 반사각(β)에 대응되도록 롤링각 조절부(710) 및/또는 피치각 조절부(730)를 승하강 동작시켜, 반사 루프(50)의 특정 방향 회전을 가능하게 한다(S60).
본 발명의 일 실시예에 따른 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇(1) 및 그 제어방법(S1)을 활용하는 경우, 지면 고정형 반사판을 적용하지 않음으로써 반사판 설치 및 제거를 위한 별도의 이송 로봇 또는 작업자가 불필요하여 적용의 단순화 및 경제성을 도모할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 경사면(510, 530)을 가지는 반사 루프(50)를 통해 동시에 양 면 반사가 가능함으로써 작업 시간의 단축과 함께, 양 측 반사를 위한 별도의 반사 루프(50) 각도 조절이 불필요하여 적용의 편의성을 도모할 수 있다.
그리고, 반사 루프(50)의 롤링각(α) 및 반사각(β)을 함께 변경 가능함으로써 태양광 입사가 필요한 열매가 위치한 측에 정확하게 태양광을 반사시킬 수 있는 효과를 가진다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다.
1 : 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇
10 : 이동 몸체부
110 : 이동 휠
30 : 프레임부
310 : 제1 연장부 330 : 제2 연장부
50 : 반사 루프
510 : 제1 경사면 530 : 제2 경사면
70 : 구동부
710 : 롤링각 조절부 730 : 피치각 조절부
90 : 제어부
910 : 기상정보수집모듈 930 : 이동명령모듈
950 : 롤링각 산출모듈 970 : 피치각 산출모듈
990 : 반사 루프 제어모듈
S1 : 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇 제어방법
γ : 반사판의 고정 경사각
a1 : 이동 몸체부 상부면의 지면으로부터의 높이
a2 : 반사 루프의 최상단부로부터 양 측의 나무까지의 거리
a3 : 제1 및 제2 경사면의 저부와 이동 몸체부의 상부면까지의 이격 거리
a4 : 반사 루프(50)의 저부로부터 제1 및 제2 경사면(510, 530)의 중심까지의 높이
a5 : 제1 또는 제2 경사면의 폭 크기
a6 : 과수용 열매들의 지면으로부터 평균적인 높이
θ : 제1 및 제2 경사면의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매까지의 반사 고도각
α : 반사 루프의 롤링각 β : 반사 루프의 피치각
h : 태양 고도각 d : 태양 방위각
H : 수평면 N : 제1 및 제2 경사면의 법선

Claims (12)

  1. 전체 바디를 형성하며, 외면 하측 기 설정된 위치에 이동 휠을 구비하는 이동 몸체부;
    상기 이동 몸체부의 상부면으로부터 상방 이격된 위치에 배치되며, 태양 고도각 및 방위각에 대응되어 롤 및 피치 방향 회전하고, 상기 이동 몸체부의 이동에 따라 함께 이동하는 반사 루프;
    제어부의 제어 하에 동작하여 반사 루프의 롤링각 및/또는 피치각이 변경되도록 하는 구동부; 및
    모바일 로봇의 전체 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사 루프는
    태양광의 난반사를 위하여 외면이 평탄하지 않도록 형성되는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반사 루프는
    길이 방향으로 연장되는 최상단부로부터 양 측면을 따라 하방 경사지도록 연장하는 제1 경사면; 및 제2 경사면;을 포함하여, 태양광의 양 면 반사를 위하여 그 외면이 삼각형상으로 형성되는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사 루프는
    γ= (90˚ - θ)/2인, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.

    γ는 반사판의 고정 경사각, θ는 제1 및 제2 경사면의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매까지의 반사 고도각이다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동부는
    상승 또는 하강 동작에 의하여 상기 반사 루프가 제1 방향을 따라 경사지도록 하는 롤링각 조절부; 및
    상승 또는 하강 동작에 의하여 상기 반사 루프가 제2 방향을 따라 경사지도록 하는 피치각 조절부;를 포함하는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    구동부의 일 측과 결합되며, 상부면에 반사 루프가 안착되도록 하는 프레임부;를 추가로 포함하고,
    상기 프레임부는
    사각 테두리부 내측에 제1 방향의 중심축을 따라 연장되는 제1 연장부; 및
    제2 방향의 중심축을 따라 연장되는 제2 연장부;를 포함하는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  7. 제6항에 있어서, 상기 롤링각 조절부는
    상기 제1 연장부의 저면 중심부로부터 이격된 위치에서 상기 제1 연장부에 고정되며,
    상기 피치각 조절부는
    상기 제2 연장부의 저면 중심부로부터 이격된 위치에서 상기 제2 연장부에 고정되는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    기상 정보를 수신하여 우천 시 모바일 로봇의 동작의 중지시키는 기상정보수집모듈; 및
    상기 이동 휠의 회전 동작을 구동함으로써 모바일 로봇의 이동 및 정지 동작을 명령하는 이동명령모듈;을 포함하는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 구동부에 의하여 제어될 반사 루프의 롤링각을 산출하는 롤링각 산출모듈; 및
    상기 롤링각 산출모듈에 의하여 산출된 결과값에 따라 상기 반사 루프가 롤링각을 형성하도록 구동부에 동작 명령하는 반사 루프 제어모듈;을 포함하는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  10. 제9항에 있어서, 상기 롤링각 산출모듈에 의하여 산출되는 롤링각은
    α = {90˚ - tan-1(tan h / cos d)} / 2인, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.

    α는 반사 루프의 롤링각이고, h는 태양 고도각이고, d는 태양 방위각이다.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 구동부에 의하여 제어될 반사 루프의 피치각을 산출하는 피치각 산출모듈; 및
    상기 피치각 산출모듈에 의하여 산출된 결과값에 따라 상기 반사 루프가 피치각을 형성하도록 구동부에 동작 명령하는 반사 루프 제어모듈;을 포함하는, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피치각 산출모듈에 의하여 산출되는 피치각은
    β = γ + {θ - tan-1(tan h / sin d)} / 2인, 과수용 태양광 반사판 모바일 로봇.

    β는 반사 루프의 피치각이고, θ는 제1 및 제2 경사면의 중심 높이 위치로부터 과수용 열매까지의 반사 고도각이고, h는 태양 고도각이고, d는 태양 방위각이다.

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