KR20210010617A

KR20210010617A - 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템

Info

Publication number: KR20210010617A
Application number: KR1020210008222A
Authority: KR
Inventors: 이의정
Original assignee: 이의정
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2021-01-27
Also published as: KR102265860B1

Abstract

본 발명의 실시예는 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 카메라로 농작물을 촬영하여 화상을 인식한 후, 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및 병해충 예방 등을 자동적으로 수행할 수 있는 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및 병해충을 촬영하는 카메라; 상기 카메라로 촬영된 화상을 인식하여, 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및 병해충을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하고, 상기 비교의 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어 장치; 상기 제어 장치의 제어 신호에 따라 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및 약제살포를 수행하는 구동부; 및 상기 카메라, 제어 장치 및 구동부가 탑재되어 미리 결정된 경로를 따라 상기 제어 장치의 제어 신호에 따라 이동하는 이동부를 포함하는, 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템을 개시한다.

Description

무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템{Artificial Intelligence Robot System for Unmanned Crop Cultivation and Harvesting}

본 발명의 실시예는 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템에 관한 것이다.

종래에는 딸기, 포도, 토마토 또는 체리 등의 농작물에 대한 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 열매솎기, 열매수확 및 병해충 예방/방제 등의 작업을 주로 수작업에 의존해왔다. 최근에는 양액재배와 같이 발전된 재배기술로 인해 부분적으로 기계화가 진행되었지만 추가적으로 작업효율을 높이고 노동력을 절감하며 신속하고 위생적인 기계화에 대한 요구가 더욱 커지고 있다. 이러한 요구로, 정보처리기술과 로봇제어기술 발전에 힘입어 화상처리(image processing) 기술이나 모션컨트롤(motion control) 기술 등을 융합한 로봇제어기술을 이용하여 과실을 수확하는 장치가 개발, 실용화되고 있다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 카메라로 농작물을 촬영하여 화상을 인식한 후, 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및 병해충 예방/방제 등을 자동적으로 수행할 수 있는 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템은 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및 병해충을 촬영하는 카메라; 상기 카메라로 촬영된 화상을 인식하여, 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및 병해충을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하고, 상기 비교의 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어 장치; 상기 제어 장치의 제어 신호에 따라 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및 약제살포를 수행하는 구동부; 및 상기 카메라, 제어 장치 및 구동부가 탑재되어 미리 결정된 경로를 따라 상기 제어 장치의 제어 신호에 따라 이동하는 이동부를 포함할 수 있다.

상기 구동부는 절단 대상을 절단하는 절단부; 상기 절단부의 위치를 조정하는 위치 조절부; 꽃의 수정을 수행하는 수정부 및 약제를 살포하는 살포부를 포함할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 꽃눈 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 구동부의 절단부가 해당 꽃눈을 솎기하도록 제어할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 꽃봉오리 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 구동부의 절단부가 해당 꽃봉오리를 솎기하도록 제어할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 꽃 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 구동부의 절단부가 해당 꽃을 솎기하도록 제어할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 꽃이 수분되지 않은 경우 상기 구동부의 수정부가 해당 꽃을 수정하도록 제어할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 열매 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 구동부의 절단부가 해당 열매를 솎기하도록 제어할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 열매 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 수확 가능 형태를 만족할 경우 상기 구동부의 절단부가 해당 열매를 수확하도록 제어할 수 있다.

상기 구동부는 수확 대상을 잡아 캐치(채취)하는 캐치부; 상기 캐치부의 위치를 조정하는 위치 조절부; 꽃의 수정을 수행하는 수정부 및 약제를 살포하는 살포부를 포함할 수 있다.

상기 제어 장치는 촬영된 병해충이 미리 저장된 병해충을 만족할 경우 상기 구동부의 살포부가 해당 병해충에 약제를 살포하도록 제어할 수 있다.

상기 구동부의 캐치부에 위해 캐치된 열매를 보관하는 보관부; 및 상기 보관부의 무게 및 레벨을 센싱하는 무게 및 레벨 센서를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 보관부에 보관된 열매의 무게 및 레벨이 미리 저장된 기준 무게 및 레벨보다 높을 경우 상기 이동부가 원래의 위치로 복귀하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예는 카메라로 농작물을 촬영하여 화상을 인식한 후, 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및 병해충 예방/방제 등을 자동적으로 수행할 수 있는 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템을 제공한다.

일례로, 본 발명은 열매 수확 전에 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 열매솎기 등을 수행함으로써, 작물의 영양분이 온전히 수확할 열매에만 집중되도록 하여 수확할 열매의 품질이 향상되도록 함은 물론, 농업인 또는 관리자의 많은 노동력을 절감할 수 있도록 한다.

*또한, 본 발명은 작물의 병해충을 사전에 또는 발생 시에 자동적으로 해당 약제를 살포하도록 함으로써, 농업인의 건강을 유지할 수 있고 병해충을 실시간으로 방제할 수 있도록 한다.

더욱이, 본 발명은 작물의 수정 또는 수분을 벌이나 기타 곤충의 도움없이 로봇을 통해 수행하도록 함으로써, 일례로, 겨울철 비닐 하우스에서 농작물 재배 시 벌을 별도로 관리하지 않아도 되어, 농작물 생산비를 절감할 수 있도록 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 동작을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 한 동작을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 한 동작을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 한 동작을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 한 동작을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 한 동작을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템의 한 동작을 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "또는", "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.

일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)을 도시한 도면이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)은 입출력부(110)와, 입출력부(110)로부터 다양한 입력 신호를 받거나 입출력부(110)에 제어 신호를 출력하는 제어 장치(120)와, 제어 장치(120)의 제어 신호에 의해 다양한 동작이 제어되는 구동부(130A,130B)를 포함할 수 있다.

또한, 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)은 이동부(140), 데이터베이스(150), 무게 및 레벨 센서(160) 등을 더 포함할 수 있다.

여기서, 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)은 사용자 원격 제어부(170)에 의해 모니터링되고 원격으로 제어될 수 있다.

입출력부(110)는 카메라(111), 입력부(112) 및 위치 조절부(113)를 포함할 수 있다. 카메라(111)는 해당 작물의 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및/또는 병해충 상태를 촬영하고 이를 제어 장치(120)에 전송할 수 있다. 입력부(112)는 사용자에 의한 각종 설정값을 입력받을 수 있다. 입력부(112)는 일례로 작업 시간, 작업 경로(작업 좌표), 꽃눈솎기 기준값, 꽃봉오리 기준값, 꽃 기준값, 수정 상태 기준값, 열매솎기 기준값, 열매수확 기준값 및/또는 병해충 기준값을 입력받을 수 있다. 물론, 이러한 입력부(112)에 의한 입력 대신 상기 데이터는 데이터베이스(150)에 미리 저장될 수도 있다. 더불어, 입력부(112)는 표시부와 일체로 형성된 터치스크린을 포함할 수 있다.

여기서, 카메라(111)로 촬영된 해당 작물의 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및/또는 병해충 상태는 입력부(112)의 표시부를 통해 그대로 표시될 수도 있고, 제어 장치(120)를 통해 사용자 원격 제어부(170)에 전송될 수도 있다. 위치 조절부(113)는 카메라(111) 및/또는 입력부(112)의 위치를 전,후,좌,우 방향/위치 및 상,하 방향/위치로 자유롭게 조절할 수 있다. 이러한 위치 조절부(113)는 통상의 다관절 로봇을 포함할 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다. 물론, 이러한 위치 조절부(113)의 동작은 제어 장치(120)의 제어 신호에 의해 수행되며, 이에 따라 다양한 위치 및 각도에서 작물이 촬영되어 분석될 수 있다.

제어 장치(120)는 화상 취득부(121), 화상 인식부(122), 대상 영역 검출부(123) 및 제어부(124)를 포함할 수 있다. 또한, 제어 장치(120)는 GPS 모듈부(125), 타이머(126) 및 통신부(127)를 더 포함할 수 있다.

화상 취득부(121)는 카메라(111)로 촬영된 화상(예를 들면, 작물의 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및/또는 병해충 상태)을 취득하여 각종 노이즈를 제거하고 화상 인식부(122)로 전송할 수 있다. 화상 인식부(122)는 취득된 화상으로부터 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및/또는 병해충 상태를 인공지능으로 인식하고, 이를 대상 영역 검출부(123)로 전송한다. 대상 영역 검출부(123)는 인식된 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및/또는 병해충별로 작업을 수행할 대상 영역을 인공지능을 이용하여 검출하고, 이를 제어부(124)에 전송할 수 있다.

여기서, 인공지능은 대량의 데이터와 반복적인 작업을 빠르게 처리할 수 있는 알고리즘을 결합한 소프트웨어가 데이터에 존재하는 패턴이나 특징을 분석하고 스스로 자동 학습하도록 지원하는 것으로서, 상술한 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및/또는 병해충 상태를 인공지능으로 인식하고 검출할 뿐만 아니라 각 단계에서 솎기 작업을 수행할 것인지, 열매 수확 작업을 수행할 것인지 아니면 병해충 약제를 살포할 것인지를 결정하는데 도움을 줄 수 있다.

GPS 모듈부(125)는 현재 로봇 시스템(100)의 위치 정보(위도, 경도 및 높이 등)를 제어부(124)에 전송할 수 있다. 타이머(126)는 현재 로봇 시스템(100)에 시간 정보를 제어부(124)에 전송할 수 있다. 통신부(127)는 제어부(124)로부터 제어 신호를 외부의 사용자 원격 제어부(170)에 전송하거나, 또는 사용자 원격 제어부(170)로부터 제어 신호를 제어부(124)에 전송할 수 있다. 여기서 사용자 원격 제어부(170)는 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 개인용 컴퓨터와 같은 통신 가능한 디바이스를 포함할 수 있다. 더불어, 비록, 사용자 원격 제어부(170)가 제어 장치(120)와 통신하는 것으로 설명되어 있으나, 사용자 원격 제어부(170)는 입출력부(110)와 통신할 수도 있다. 즉, 사용자 원격 제어부(170)에 의해 입출력부(110)의 카메라(111), 입력부(112) 및 위치 조절부(113)가 직접 제어될 수도 있다.

한편, 제어부(124)는 화상 취득부(121), 화상 인식부(122), 대상 영역 검출부(123), GPS 모듈부(125), 타이머(126) 및/또는 통신부(127)로부터 다양한 신호를 입력받고, 미리 정해진 인공 지능 로직으로 연산한 후 소정 제어 신호를 입출력부(110), 구동부(130A,130B) 및/또는 이동부(140)에 전송할 수 있다. 이러한 제어부(124)의 다양한 인공 지능 로직 동작은 아래에서 다시 설명하기로 한다.

구동부(130A,130B)는 크게 절단부(131)를 포함하는 제1구동부(130A)와, 캐치부(135)를 포함하는 제2구동부(130B)를 포함할 수 있다.

제1구동부(130A)는 절단부(131), 위치 조절부(132), 수정부(133) 및 살포부(134)를 포함할 수 있다. 절단부(131)는 제어 장치(120)의 제어 신호에 따라 하기할 다양한 솎기 작업을 수행하거나 또는 열매를 수확하는 작업을 수행할 수 있다. 이러한 절단부(131)는 컷터, 가위 또는 레이저 구조를 포함할 수 있다. 위치 조절부(132)는 제어 장치(120)의 제어 신호에 따라 절단부(131), 수정부(133) 및 살포부(134)의 전,우,좌,우 방향/위치 및 상,하 방향/위치를 조절할 수 있다. 이러한 위치 조절부(132)는 공지된 다관절 로봇팔 구조를 포함할 수 있다. 수정부(133)는 제어 장치(120)의 제어 신호에 따라 꽃들 사이의 자가 또는 타가 수분을 수행할 수 있다. 이러한 수정부(133)는 꽃을 터치할 수 있는 통상의 미세한 붓 구조 또는 통상의 송풍기(바람 발생) 구조를 포함할 수 있다. 살포부(134)는 제어 장치(120)의 제어 신호에 따라 꽃이나 열매 등에 물, 영양제 및/또는 병충해 억제 또는 예방을 위한 살충 약제 등을 살포할 수 있다. 이러한 살포부(134)는 통상의 약제 디스펜서 또는 분사 노즐을 포함할 수 있다.

또한, 제2구동부(130B) 역시 캐치부(135), 위치 조절부(136), 수정부(137) 및 살포부(138)를 포함할 수 있다. 캐치부(135)는 제어 장치(120)의 제어 신호에 따라 하기할 열매를 수확하는 작업을 수행할 수 있다. 이러한 캐치부(135)는 통상의 집게 구조 또는 그물망 구조를 포함할 수 있다. 일례로, 제1구동부(130A)의 절단부(131)가 수확을 위해 열매의 줄기를 절단할 경우 제2구동부(130B)의 캐치부(135)가 열매의 하단부를 잡거나 또는 열매의 하단부에 위치되어 열매를 캐치(채취)할 수 있다. 이와 같이 캐치된 열매는 제2구동부(130B)의 동작에 의해 열매 보관부(141)에 수용될 수 있다. 여기서, 열매 보관부(141)는 이동부(140)의 일측에 박스 형태로 설치될 수 있다.

더불어, 제2구동부(130B)중 캐치부(135)는 무게 센서를 더 포함할 수 있다. 따라서, 캐치부(135)는 제1구동부(130A)의 절단부(131)가 열매의 줄기를 절단하기 전에 열매의 무게를 측정할 수 있고, 측정된 열매의 무게가 미리 저장된 무게보다 작을 경우, 상기 제1구동부(130A)의 절단부(131)에 의한 열매의 줄기 절단을 정지하고, 다음 열매의 수확을 준비하도록 한다. 예를 들어, 카메라(111)을 통한 열매의 색상이 미리 지정된 색상 조건을 만족한다고 하여도, 열매의 무게가 미리 지정된 무게보다 작을 경우, 해당 열매의 수확은 다음번으로 연기되고, 이에 따라 본 발명은 열매의 색상 및 무게가 미리 저장된 색상 및 무게를 만족할 경우에만 수확이 이루어져 양질의 열매만을 수확할 수 있게 된다.

이동부(140)는 제어 장치(120)의 제어 신호에 따라 로봇 시스템(100)을 미리 결정된 소정 경로를 따라 움직이게 할 수 있다. 이러한 이동부(140)는 통상의 무한궤도 방식이거나 다수의 바퀴 방식일 수 있다. 일례로, 제어 장치(120)는 GPS 모듈부(125)로부터 위치 정보를 전달받아 미리 결정된 경로로 이동부(140)를 동작시킬 수 있다. 또한, 이러한 이동부(140)는 배터리 또는 전기에 의해 동작할 수 있다. 물론, 이동부(140) 외에 입출력부(110), 제어 장치(120), 제1,2구동부(130A,130B) 등도 배터리 또는 전기에 의해 동작할 수 있다.

데이터베이스(150)는 상술한 바와 같이 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정 상태, 열매솎기, 열매수확상태, 병해충의 다양한 기준 데이터를 포함할 수 있다. 물론, 농작물(예를 들면, 딸기, 포도, 토마토 또는 체리 등)의 종류별로 기준이 되는 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매, 열매수확 가능 상태, 병해충의 데이터가 데이터베이스(150)에 저장될 수 있다.

더불어, 데이터베이스(150)는 카메라(111)에 의해 촬영된 현재의 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정, 열매 갯수, 수확된 열매 갯수 및/또는 병해충 상태 등을 저장하여, 제어부(124)가 이들을 인공지능 알고리즘을 이용하여 상호간 비교 판단할 수 있도록 한다. 물론, 이를 위해 데이터베이스(150)는 제어 장치(120)와 통신 가능하게 연결되고, 이러한 데이터베이스(150)의 내용은 통신부(127)를 통해 사용자 원격 제어부(170)와 공유되거나 또는 업데이트될 수 있다.

무게 및 레벨 센서(160)는 상술한 보관부(141)에 수납된 수확한 열매의 무게 및/또는 높이 레벨을 센싱하고, 이를 제어 장치(120)에 전송할 수 있다. 제어 장치(120)는 무게 및 레벨이 미리 저장된 기준 무게 및 레벨(입출력부(110)에 의해 설정되거나 데이터베이스(150)에 저장되어 있음)을 초과하게 되면, 이동부(140)를 제어하여 원래의 위치로 복귀되도록 한다. 그러면, 작업자는 보관함으로부터 수확한 열매를 꺼내어 후속 작업을 수행할 수 있다.

한편, 상술한 보관부(141)에는 약제 탱크가 더 장착될 수도 있다. 특히, 병해충을 제거하거나 예방할 수 있는 약제 탱크가 장착될 수 있으며, 이로부터 제1,2구동부(130A,130B)의 살포부(134,138)를 통하여 해당 작물에 약제가 살포될 수 있다. 더불어, 약제 탱크또는 병해충의 종류별로 구비될 수 있다.

일례로, 딸기의 경우, 카메라(111) 및 화상 인식부(122) 등을 통해 인식된 병해충이 눈마름병일 경우 사파이어, 세균모무늬병일 경우 새빈나, 역병일 경우 래버스, 잿빛곰팡이병일 경우 사파이어, 탄저병일 경우 보가드 및/또는 오티바, 흰가루병일 경우 보가드, 새나리 및/또는 아미스타탑과 같은 병해방제를 수행할 수 있도록 약제 탱크가 각각 구비될 수 있다. 또한, 꽃노랑총채벌레일 경우 볼리암타고, 목화진딧물일 경우 테라피 및/또는 플래넘, 작은뿌리파리일 경우 매치 및/또는 아타라, 점박이응애일 경우 버티맥 및/또는 볼리암타고, 파밤나방일 경우 매치 및/또는 에이팜과 같은 해충방제를 수행할 수 있도록 약제 탱크가 각각 구비될 수 있다.

다른예로, 고추의 경우, 카메라(111) 및 화상 인식부(122) 등을 통해 인식된 병해충이 갈색점무늬병일 경우 오티바옵티, 세균점무늬병일 경우 아로빈, 한우물, 역병일 경우 래버스, 래버스옵티, 오티바, 오티바옵티, 폴리오골드, 잿빛곰팡이병일 경우 사파이어, 탄저병일 경우 래버스옵티, 비온엠, 아로빈, 아리미소진, 오티바, 오티바옵티, 폴리오골드, 흰가루병일 경우 새나리, 오티바, 오티바옵티, 흰비단병일 경우 사파이어, 플레이와 같은 병해방제를 수행할 수 있도록 약제 탱크가 구비되고, 거세미나방일 경우 테라피, 포스, 꽃노랑총채벌레일 경우 미네토듀오, 볼리암타고, 볼리암후레쉬, 에이팜, 담배나방일 경우 매치, 미네토듀오, 미네토스타, 볼리암타고, 볼리암후레쉬, 스토네트, 앰풀리고, 에이팜, 주렁, 목화진딧물일 경우 미네토듀오, 미네토스타, 볼리암후레쉬, 스토네트, 아타라, 주렁, 체스, 테라피, 플래넘, 복숭아혹진딧물일 경우 오이총채벌레 아타라, 작은뿌리파리일 경우 디밀린, 차먼지응애일 경우 볼리암타고, 피라니카와 같은 해충방제 약제 탱크가 구비될 수 있다.

이러한 병해방제, 해충방제와 같은 약제 탱크는 작물에 따라, 예를 들면, 배추, 수박, 참외, 오이, 파, 토마토, 파프리카, 사과, 배, 감, 감귤, 복숭아, 포도 등에 따라 구비될 수 있다.

더불어, 제어 장치(120)는 파워 소스로서 배터리를 이용할 경우, 배터리의 용량이 거의 방전되면, 이동부(140)를 제어하여 충전 스테이션으로 로봇 시스템(100)이 자동 복귀하도록 할 수 있다. 더불어, 이러한 자동 복귀 대신, 로봇 시스템(100)의 이동 경로 중간 중간에 충전 스테이션을 설치함으로써, 로봇 시스템(100)의 배터리 충전 시간을 단축함은 물론 작업 효율을 증가시킬 수도 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 카메라(111)로 농작물을 촬영하여 화상을 인식한 후, 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및/또는 병해충 예방 등을 자동적으로 수행할 수 있는 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)을 제공할 수 있다.

일례로 비닐 하우스나 노지에 작물을 심으면, 태양빛이나 온도에 따라 편차가 있으나 대체로 기간 경과에 따라 꽃눈 형성, 꽃봉오리 형성, 꽃 개화, 수정 및 열매가 열리고, 경우에 따라 병해충이 발생하기도 한다. 본 발명에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공 지능 로봇 시스템(100)은 기간 경과에 따른 상기 단계별로 인간이 해야 할 일을 자동적으로 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 제어의 주체는 제어 장치(120) 또는 제어부(124)일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 동작은 입출력부(110)의 카메라(111)를 이용하여 작물을 촬영하고(S21), 촬영된 화상에서 화상 인식부(122)를 이용하여 꽃이나 열매 및/또는 병해충을 인식한다(S22). 더불어, 이때 대상 영역 검출부(123)를 통해 작업할 대상 영역을 검출 및 확정한다. 한편, 제어부(124)는 일정 기간 내에(예를 들면, 대체로 꽃눈이 형성되는 시기) 촬영 및 인식된 꽃눈 형태가 데이터베이스(150)에 미리 저장된 기준 형태를 만족하는지 판단한다(S23). 일례로, 촬영 및 인식된 꽃눈 형태가 정상적인 대칭 구조인 동시에 일정 크기 이상인지 판단한다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 꽃눈 형태가 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못하는 경우, 제어 장치(120)는 제1구동부(130A)에 제어 신호를 출력하여, 절단부(131)가 기준 형태를 만족하지 못하는 꽃눈을 절단하여 솎아주도록 한다(S24).

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 한 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 단계 S21 및 S22는 앞에서 설명한 바와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(124)는 일정 기간 내에(예를 들면, 대체로 꽃봉오리가 형성되는 시기) 촬영 및 인식된 꽃봉오리 형태가 데이터베이스(150)에 미리 저장된 기준 형태를 만족하는지 판단한다(S33). 일례로, 촬영 및 인식된 꽃봉오리 형태가 정상적으로 대칭 구조인 동시에 일정 크기 이상인지 판단한다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 꽃봉오리 형태가 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못하는 경우, 제어 장치(120)는 제1구동부(130A)에 제어 신호를 출력하여, 절단부(131)가 기준 형태를 만족하지 못하는 꽃봉오리를 절단하여 솎아주도록 한다(S34).

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 한 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 단계 S21 및 S22는 앞에서 설명한 바와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(124)는 일정 기간 내에(예를 들면, 대체로 꽃이 개화되는 시기) 촬영 및 인식된 꽃 형태가 데이터베이스(150)에 저장된 기준 형태를 만족하는지 판단한다(S43). 일례로, 촬영 및 인식된 꽃 형태가 정상적으로 대칭 구조인 동시에 일정 크기 이상인지 판단한다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 꽃 형태가 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못하는 경우, 제어 장치(120)는 제1구동부(130A)에 제어 신호를 출력하여, 절단부(131)가 기준 형태를 만족하지 못하는 꽃을 절단하여 솎아주도록 한다(S44).

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 한 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 단계 S21 및 S22는 앞에서 설명한 바와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(124)는 일정 기간 내에(예를 들면, 대체로 수분이 이루어지는 시기로서, 이는 상술한 바와 같이 본 발명의 로봇 시스템(100)에 의해 수행됨) 촬영 및 인식된 수분 형태가 데이터베이스(150)에 미리 저장된 기준 형태를 만족하는지 판단한다(S53). 일례로, 촬영 및 인식된 수분 형태가 데이터베이스(150)에 저장된 기준 형태와 일치하는지 판단한다. 여기서, 본 발명은 제1,2구동부(130A,130B)가 동시에 수분 동작을 수행할 수 있음으로써, 이러한 수분 작업 속도가 2배가 될 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 제1,2구동부(130A,130B)의 수정부(133,137)가 상기 수분 동작을 동시에 수행함으로써, 예를 들면, 겨울철 비닐 하우스에서 딸기 등을 재배할 경우, 수정이나 수분을 위한 벌을 기르거나 관리할 필요가 없다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 수분 형태가 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못하는 경우, 제어 장치(120)는 제1구동부(130A)에 제어 신호를 출력하여, 절단부(131)가 기준 형태를 만족하지 못하는 미수분 꽃을 절단하여 솎아주도록 한다(S54). 여기서 제2구동부(130B)에도 별도의 절단부(도면에는 도시되지 않음)를 구비하도록 함으로써, 상술한 제1구동부(130A)와 동일하거나 유사한 동작을 수행하도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 한 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 단계 S21 및 S22는 앞에서 설명한 바와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(124)는 일정 기간 내에(예를 들면, 대체로 열매가 맺히는 시기) 촬영 및 인식된 열매 형태가 데이터베이스(150)에 저장된 기준 형태를 만족하는지 판단한다(S63). 일례로, 촬영 및 인식된 열매 형태가 정상적으로 대칭 구조인 동시에 일정 크기 이상인지 판단한다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 열매 형태가 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못하는 경우, 제어 장치(120)는 제1구동부(130A)에 제어 신호를 출력하여, 절단부(131)가 기준 형태를 만족하지 못하는 열매를 절단하여 솎아주도록 한다(S64).

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 한 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 단계 S21 및 S22는 앞에서 설명한 바와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(124)는 일정 기간 내에(예를 들면, 대체로 열매가 수확되는 시기) 촬영 및 인식된 열매 형태가 데이터베이스(150)에 미리 저장된 기준 형태를 만족하는지 판단한다(S73). 일례로, 촬영 및 인식된 열매 형태가 상품으로서 가치가 있는 색상을 갖고 또한 일정 크기 이상인지 판단한다. 일례로, 딸기의 경우 전체 색상중 60% 이상이 적색이고, 직경이 대략 5cm 내지 10cm 이상인지 판단한다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 열매가 미리 저장된 기준 형태를 만족하는 경우, 제어 장치(120)는 제1,2구동부(130A,130B)에 각각 제어 신호를 출력하여, 절단부(131)가 수확 가능한 열매의 줄기를 절단하고, 캐치부(135)가 절단된 열매를 캐치하여 보관부(141)에 수납하도록 한다(S74).

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템(100)의 한 동작을 도시한 순서도이다. 여기서, 단계 S21 및 S22는 앞에서 설명한 바와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(124)는 일정 기간 중 촬영 및 인식된 꽃이나 열매 또는 줄기에 병해충이 존재하는지 판단한다(S83). 일례로, 촬영 및 인식된 작물의 전체 형태가 미리 저장된 기준 형태와 상이하거나 또는 해충이 있는지 판단한다.

상기 판단 결과 촬영 및 인식된 이미지로부터 병해충이 있다고 판단된 경우, 제어 장치(120)는 제1,2구동부(130A,130B)에 각각 제어 신호를 출력하여, 약제 살포부(134,138)가 해당 작물에 약제를 살포하도록 한다(S84).

물론, 본 발명에서는 이러한 카메라(111)를 통한 촬영이나 화상 인식 단계없이, 일정 시기마다 정해진 약제를 제1,2구동부(130A,130B)에 구비된 약제 살포부(134,138)를 통해 자동적으로 살포함으로써, 병해충을 미연에 적극적으로 방지할 수 있다. 더욱이, 약제 살포부(134,138)를 통해서는 병해충 약제뿐만 아니라 농작물의 성장에 도움이되는 영상제 등도 분사될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 하여, 한정하는 것은 아니지만, 일례로, 복숭아 성목 1그루당 꽃 수는 보통 20,000~25,000개 정도이지만 최종 수확과실은 800~1,000개로 개화수의 대략 4~5% 정도 밖에 되지 않는다. 따라서, 실질적으로 90% 이상은 꽃눈, 꽃봉오리솎기, 꽃, 열매솎기 등으로 제거해야 한다. 또한, 수정되지 않은 꽃은 낙화하지만 불필요한 꽃이나 과실은 가능한 한 이른 시기에 솎아내어 불필요한 양분의 소모를 줄여 결실량 조절에 드는 에너지/노동력을 분산시킬 수 있다. 따라서, 농업에 종사하는 농업인이나 관리자의 수고를 크게 덜 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템
110; 입출력부 111; 카메라
112; 입력부 113; 위치 조절부
120; 제어 장치 121; 화상 취득부
122; 화상 인식부 123; 대상 영역 검출부
124; 제어부 125; GPS 모듈부
126; 타이머 127; 통신부
130A; 제1구동부 131; 절단부
132; 위치 조절부 133; 수정부
134; 살포부 130B: 제2구동부
135; 캐치부 136; 위치 조절부
137; 수정부 138; 살포부
140; 이동부 141; 보관부
150; 데이터베이스 160; 무게 및 레벨 센서
170; 원격 제어부

Claims

꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및 병해충을 촬영하는 카메라;
상기 카메라로 촬영된 화상을 인식하여, 꽃눈, 꽃봉오리, 꽃, 수정 상태, 열매 및 병해충을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하고, 상기 비교의 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어 장치;
상기 제어 장치의 제어 신호에 따라 꽃눈솎기, 꽃봉오리솎기, 꽃솎기, 수정, 열매솎기, 열매수확 및 약제살포를 수행하는 제1,2구동부; 및
상기 카메라, 제어 장치 및 제1,2구동부가 탑재되어 미리 결정된 경로를 따라 상기 제어 장치의 제어 신호에 따라 이동하는 이동부를 포함하되,
상기 제1구동부는 절단 대상을 절단하는 절단부; 상기 절단부의 위치를 조정하는 위치 조절부; 꽃의 수정을 수행하는 수정부 및 약제를 살포하는 살포부를 포함하고,
상기 제어 장치는 촬영된 꽃눈 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 제1구동부의 절단부가 해당 꽃눈을 솎기하도록 제어하고,
상기 제어 장치는 촬영된 꽃봉오리 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 제1구동부의 절단부가 해당 꽃봉오리를 솎기하도록 제어하고,
상기 제어 장치는 촬영된 꽃 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 제1구동부의 절단부가 해당 꽃을 솎기하도록 제어하고,
상기 제어 장치는 촬영된 꽃이 수분되지 않은 경우 상기 제1구동부의 수정부가 해당 꽃을 수정하도록 제어하고,
상기 제어 장치는 촬영된 열매 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 기준 형태를 만족하지 못할 경우 상기 제1구동부의 절단부가 해당 열매를 솎기하도록 제어하고,
상기 제어 장치는 촬영된 병해충이 미리 저장된 병해충을 만족할 경우 상기 제1구동부의 살포부가 해당 병해충에 약제를 살포하도록 제어하고,
상기 제어 장치는 촬영된 열매 형태가 미리 지정된 기간 내에 미리 저장된 수확 가능 형태를 만족할 경우 상기 제1구동부의 절단부가 해당 열매를 수확하도록 제어하고,
상기 제2구동부는 수확 대상을 잡아 캐치하는 캐치부; 상기 캐치부의 위치를 조정하는 위치 조절부; 꽃의 수정을 수행하는 수정부 및 약제를 살포하는 살포부를 포함하고,
상기 제2구동부의 캐치부에 위해 캐치된 열매를 보관하는 보관부; 및 상기 보관부의 무게 및 레벨을 센싱하는 무게 및 레벨 센서를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 보관부에 보관된 열매의 무게 및 레벨이 미리 저장된 기준 무게 및 레벨보다 높을 경우 상기 이동부가 원래의 위치로 복귀하도록 제어하고,
상기 제2구동부의 상기 캐치부는 무게 센서를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 제1구동부의 상기 절단부가 열매의 줄기를 절단하기 전에 상기 캐치부의 상기 무게 센서를 이용하여 열매의 무게를 측정하도록 하고, 측정된 열매의 무게가 미리 지정된 무게보다 작을 경우, 상기 카메라를 통한 열매의 색상과 크기를 포함하는 열매 형태가 미리 지정된 수확 가능한 형태를 만족한다고 하여도, 상기 제1구동부의 상기 절단부에 의한 열매의 줄기 절단을 정지하는, 무인 농작물 재배 및 수확을 위한 인공지능 로봇 시스템.