KR20210014330A

KR20210014330A - 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇

Info

Publication number: KR20210014330A
Application number: KR1020190092241A
Authority: KR
Inventors: 심상완
Original assignee: 서우엠에스 주식회사
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-02-09
Also published as: KR102283262B1

Abstract

본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇은, 고부가가치의 버섯을 재배하기 위해 스마트팜의 재배실에서 자율주행하면서 재배중인 버섯의 생장상태를 촬영하여 수집된 버섯의 상태정보를 스마트팜의 관리서버로 전송하고, 자율주행 중에 감지되는 장애물을 인지하여 주행경로를 자동으로 생성하고, 버섯의 생장생태를 정확하게 촬영하기 위해 촬영 각도 및 촬영 높이를 자동으로 다양하게 조절하고, 스마트팜 내부의 재배환경을 감지하고 감지된 환경정보를 주기적으로 스마트팜의 관리서버로 전송하는 발명에 관한 것이다.

Description

스마트팜용 버섯 생장관리 로봇{A mushroom management robot for smart-farm}

본 발명은 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게 본 발명은 고부가가치의 버섯을 재배하기 위해 스마트팜의 재배실에서 자율주행하면서 재배중인 버섯의 생장상태를 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보와 재배실내의 환경정보를 수집해 스마트팜의 관리서버로 전송하는 버섯생장관리로봇에 관한 발명이다.

즉, 본 발명의 로봇은 자율주행 중에 감지되는 장애물을 인지하여 주행경로를 자동으로 변경하고, 버섯의 생장생태를 정확하게 촬영하기 위해 촬영 각도 및 촬영 높이를 자동으로 다양하게 조절하며, 스마트팜 내부의 재배환경을 감지하고 감지된 환경정보를 주기적으로 스마트팜의 관리서버로 전송하는 버섯생장관리로봇에 관한 발명이다.

현대시대의 과학기술이 발전하면서 많은 산업분야의 변화가 시작되고 있으며, 농업분야도 많은 기술변화가 시작되고 있다.

예전부터 농업은 전통적인 1차 산업으로 식량 생산을 담당하고 있는 중요한 산업인데, 과거시대에는 현대시대와 달리 기계식 농기구, 영농법, 비료, 품종 개량이 없었던 관계로 인해 단위 면적당 농산물의 생산량이 매우 적었기 때문에 흉년이 들면 대량의 아사자가 발생했고 이로 인해 국가가 멸망하거나 전쟁도 발생하였다.

하지만, 현대시대는 산업혁명의 여파로 농업분야도 기계식 농기구, 영농법, 비료, 품종 개량으로 인해 단위 면적당 농산물의 생산량이 크게 증가하였고, 무역이 발달하여 다른 나라와 농산물을 활발하게 교역하기 때문에, 과거시대에 비해 식량부족으로 인한 갈등과 문제가 많이 해소된 편이다.

따라서 현대시대에서 요구되는 농업의 목적은 단순히 배고픔을 해결하기 위해 소품종 대량생산 방식으로 농산물을 공급하는 것이 아닌, 건강하고 풍족한 웰빙(well-being) 식단을 위해 다품종 소량생산으로 고급 식재료를 공급하는 것으로 변화하기 시작했다.

특히, 많은 농가에서는 쌀, 밀, 감자, 고구마, 옥수수 같은 곡물류부터, 과일류, 채소류까지 다양한 농산물을 경작하고 있는데, 최근에는 고부가가치의 농산물을 경작하기 위해 수경재배기, 스마트 팜 시스템과 같은 첨단기술방식의 경작법이 도입되고 있는 실정이다.

한편, 최근에 버섯은 맛, 향, 영양으로 인해 고부가가치 농산물로 부각되고 있는 농산물인데, 버섯과 같은 균류는 식물성 및 동물성 식품에서는 얻을 수 없는 고유의 맛과 향, 영양소를 함유하고 있는 우수한 식품이다.

특히, 자연 상태에서 생장한 천연 버섯이 농가에서 경작한 버섯에 비해 맛과 향이 우수한 편이기 때문에, 농가에서는 버섯이 재배되는 생장환경을 최대한 자연 상태에 가깝도록 조절해야 천연 버섯에 가까운 우수한 품질의 버섯을 생산할 수 있게 된다.

하지만, 국내 농가는 고령화와 일손부족으로 인한 노동력 감소, 흉작과 농산물 폭락으로 인한 농가수입 불안정, 화학비료에 의한 환경오염이라는 어려움을 겪고 있는 실정인데, 그 중에서도 일손부족이 가장 큰 어려움이다.

따라서 국내 농가의 어려운 실정을 극복하면서 고부가가치의 버섯을 재배하기 위한 기술개발이 필요하게 된 것이다.

다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0031391호 지능형 농업 로봇시스템 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1968759호 농사 작업용 케이블 로봇 3. 대한민국 등록특허공보 제10-2001517호 농업생산 무인자동화를 위한 주행 로봇

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명은 고부가가치의 버섯을 재배하기 위해 스마트팜의 재배실에서 자율주행하면서 재배중인 버섯의 생장상태를 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보와 재배실내의 환경정보를 수집해 스마트팜의 관리서버로 전송하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 로봇은 자율주행 중에 감지되는 장애물을 인지하여 주행경로를 자동으로 변경하는 것을 목적으로 한다.

또한, 버섯의 생장생태를 정확하게 촬영하기 위해 촬영 각도 및 촬영 높이를 자동으로 다양하게 조절하는 것을 목적으로 한다.

또한, 스마트팜 내부의 재배환경을 감지하고 감지된 환경정보를 주기적으로 스마트팜의 관리서버로 전송하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇은,

제어부(600)가 설치되는 내부공간을 갖는 몸체부(110)를 포함하도록 구성되며, 제어부(600)의 제어에 따라 재배실에서 자율주행하는 주행부(100)와;

몸체부(110)의 일측에 설치되어, 재배실 내부의 환경을 감지하고, 감지된 환경정보를 제어부(600)로 제공하는 환경감지부(200)와;

몸체부(110)의 전방 일측에 설치되어, 주행 경로상 전방에 존재하는 장애물을 감지하고, 장애물이 감지되면 감지정보를 제어부(600)로 제공하는 장애물감지부(300)와;

몸체부(100)의 상측에 설치되어 촬영 각도 및 촬영 높이를 다양하게 조절하면서 재배중인 버섯을 촬영하고, 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600)로 제공하는 버섯관찰부(400)와;

재배실내의 복수의 개소에 설치된 복수의 마커로부터 재배단 정보 또는 주행정보를 획득하고, 획득된 재배단 정보 또는 주행정보를 제어부(600)로 전송하는 정보획득부(500)와;

상기 환경감지부(200)가 전송한 환경정보와 상기 버섯관찰부(400)가 전송한 버섯의 생장상태 영상정보가 통신부(700)를 통해 외부의 관리서버로 전송되도록 제어하고, 장애물감지부(300)에서 제공하는 장애물 감지정보와 정보획득부(500)가 제공하는 주행정보를 이용하여 재배실에서 로봇이 자율주행하도록 주행부(100)를 제어하고, 정보획득부(500)로부터 재배단 정보 획득 시, 해당 재배단에서 재배되고 있는 버섯을 촬영하도록 버섯관찰부(400)를 제어하는 제어부(600)와;

환경정보와 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600) 제어에 따라 외부로 전송하는 통신부(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇은, 본 발명은 고부가가치의 버섯을 재배하기 위해 스마트팜의 재배실에서 자율주행하면서 재배중인 버섯의 생장상태를 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보와 재배실내의 환경정보를 수집해 스마트팜의 관리서버로 전송하기 때문에, 부가적 인력이 필요 없이 고부가가치의 버섯을 재배하고 수확할 수 있어 농가의 수입을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 버섯생장관리로봇은 자율주행 중에 감지되는 장애물을 인지하여 주행경로를 자동으로 변경하기 때문에, 주행중에 장애물 충돌로 발생되는 사고를 예방 할뿐만 아니라 정확한 주행경로를 통해 버섯의 생장상태를 촬영하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 버섯생장관리로봇은 버섯의 생장생태를 정확하게 촬영하기 위해 촬영 각도 및 촬영 높이를 자동으로 다양하게 조절하므로, 스마트팜의 관리서버가 촬영된 버섯의 생장상태 영상정보를 통해 버섯의 정확한 생장상태를 분석하여 버섯의 생장시기에 따라 적절하게 조치하도록 하여 최적의 수확시기를 놓치지 않고 버섯을 수확할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 버섯생장관리로봇은 스마트팜 내부의 재배환경을 감지하고 감지된 환경정보를 주기적으로 스마트팜의 관리서버로 전송하므로, 스마트팜 내부에서 재배중인 버섯에 적합한 재배환경을 유지할 수 있도록 하여 버섯의 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 상태도
도 2는 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 구성 블록도
도 3은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 주행부와 환경감지부의 세부도
도 4는 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 버섯관찰부 세부도
도 5는 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 기능 블록도
도 6은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 자율주행 경로 인식 예시도 1
도 7은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 자율주행 경로 인식 예시도 2
도 8은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 작동 상태도

본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 상태도이고, 도 2는 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 구성 블록도이고, 도 3은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 주행부와 환경감지부의 세부도이고, 도 4는 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 버섯관찰부 세부도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇(이하 '관리로봇')은, 스마트팜의 재배실에서 자율주행하면서 재배중인 버섯의 생장상태를 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보와 재배실내의 환경정보를 수집하여 스마트팜의 관리서버로 전송하는 버섯생장관리로봇이기 때문에, 부가적 인력 필요 없이 고부가가치의 버섯을 재배하고 수확할 수 있어 농가의 수입을 증대시킬 수 있는 발명이다.

또한, 본 발명의 관리로봇(10)은 자율주행 중에 감지되는 장애물을 인지하여 주행경로를 자동으로 변경하기 때문에, 주행중에 장애물 충돌로 발생되는 사고를 예방 할뿐만 아니라 다양한 높이와 각도로 버섯의 생장상태를 촬영하도록 할 수 있어 관리 인력이 필요 없이 고부가가치의 버섯을 재배할 수 있게 하므로 일손이 부족한 국내 농가의 어려운 실정을 극복할 수 있는 발명이다.

따라서 본 발명의 관리로봇(10)은, 도 1, 2와 같이, 주행부(100), 환경감지부(200), 장애물감지부(300), 버섯관찰부(400), 정보획득부(500), 제어부(600), 통신부(700)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇은,

도 2, 3을 참조하면, 상기 주행부(100)는 제어부(600)의 제어에 따라 재배실(20)에서 자율주행하는 일종의 대차로서, 몸체부(110), 복수의 바퀴(120), 구동력발생모듈(130), 보조바퀴(140)를 포함하여 구성된다.

상기 몸체부(110)는 제어부(600), 환경감지부(200), 장애물감지부(300), 버섯관찰부(400), 정보획득부(500), 통신부(700)들이 설치되는 설치공간을 제공하는 로봇의 몸체이다.

이때, 상기 몸체부(110)의 재질은 기계적 성질이 우수한 금속재질 또는 합성수지가 적용되어야, 각 구성들이 몸체부(110)에 설치된 상태에서 안정적으로 재배실(20)에서 자율주행 할 수 있게 된다.

상기 복수의 바퀴(120)는 몸체부(110)의 좌우 양측에 1개씩 설치되고, 몸체부(110)를 주행시키기 위해 구동력발생모듈(130)로부터 구동력을 제공받아 회전되는 바퀴이다.

또한, 상기 바퀴(120)의 직경은 몸체부(110)를 신속하게 이동시키기 위해, 후술하는 보조바퀴(140)의 직경 보다는 커야 한다.

한편, 상기 구동력발생모듈(130)은 제어부(600)의 제어에 따라, 제한된 공간에서 회전에 의해 직선주행, 역주행, 회전주행과 같은 다양한 운동이 가능하도록 상기 복수의 바퀴(210)에 각각 개별적으로 회전동력을 제공하는 구성으로서, 개별 차륜구동방식이 적용된다.

여기서, 상기 구동력발생모듈(130)은 BLDC 모터(Brushless Direct Current motor) 또는 스텝 모터(step motor)와 같이 정밀한 구동력을 발생시키는 동력발생장치가 적용되는데, 본 발명에서는 BLDC 모터를 적용하는 것이 바람직하다.

특히, BLDC 모터의 특징은 작은 크기에서 높은 토크밀도와 높은 출력밀도를 달성할 수 있어 크기에 민감하지만 높은 출력을 요구하는 경우에도 많이 이용되기 때문에, 전기자동차, RC 카(Radio Controled car), RC 비행기, RC 헬기 제품이나 다이렉트 드라이브 타입의 세탁기, CNC 공작기계에 널리 사용된다.

상기 보조바퀴(140)는 몸체부(110)의 하부 일측에 설치되어 재배실(20)의 바닥에 접하면서 복수의 바퀴(120)를 도와 몸체부(110)가 수평 상태를 유지하도록 지지하고, 보조바퀴(140)는 별도의 구동력을 제공받지 않고 단지 무동력으로 자유 회전되어 구동력발생모듈(130)로부터 구동력을 제공받아 회전되는 복수의 바퀴(120)의 회전운동을 보조하여 회전한다.

이때, 상기 보조바퀴(140)의 수량은 몸체부(100)의 크기에 비례해서 적어도 1개 이상이 설치되는 것이 바람직하다.

도 3의 상단 확대도를 참조하면, 상기 환경감지부(200)는 몸체부(110)의 일측에 설치되어 재배실 내부의 환경을 주기적으로 감지하고, 감지된 환경정보를 제어부(600)로 제공하는 환경모니터링 센서로서, 조도감지센서(210), 온습도감지센서(220), Co2감지센서(230), 풍량감지센서(240)를 기본적으로 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 환경감지부(200)가 측정하는 환경정보는 버섯에 필요한 최적의 생장조건인 온도, 조도, 습도, 이산화탄소, 풍량이고, 환경감지부(200)는 본 발명의 관리로봇(10)이 재배실(20) 내에서 자율주행하면서 재배실(20) 내의 환경정보를 감지하여 제어부(600)로 전송한다.

이때 제어부(600)는 통신부(700)를 통해 도 5와 같이 외부의 관리서버(30)로 환경정보를 전송하게 되고, 전송된 환경정보는 재배실(20)이 버섯생장에 최적한 환경이 되도록 하기 위한 기초 자료로 활용된다.

상기 조도감지센서(210)는 재배실(20) 내의 조도를 감지하는 센서로서, 좀 더 상세하게 설명하면, 재배실(20) 내에 설치된 복수의 조명들에서 조사하는 빛의 조도를 감지하는 센서(Photo Resistor)이다.

특히, 버섯은 빛의 조도에 따라 생장 상태가 결정되기 때문에, 재배실(20)은 버섯의 생장 상태에 따라 적절하게 조도가 조절되어야 할 필요성이 있고, 이를 위해 현재 재배실 내의 조도를 감지하는 것이다.

상기 온습도감지센서(220)는 재배실(20) 내의 온도와 습도를 감지하는 온도와 습도 센서로서, 재배실(20) 내의 온도와 습도를 감지한다.

버섯은 온도와 습도에 따라 생장 상태가 결정되기 때문에, 재배실(20)은 버섯의 생장 상태에 따라 적절하게 온도와 습도가 조절되어야 할 필요성이 있고, 이를 위해 현재 재배실 내의 온도와 습도를 감지하는 것이다.

상기 Co2감지센서(230)는 재배실(20) 내의 Co2 농도를 감지하는 센서로서, 버섯의 생장 중에 산소는 버섯의 갓과 대를 살찌우는 요소이고, 이산화탄소는 버섯의 갓과 대를 억제하는 인자이기 때문에, 버섯의 안정전인 생장을 위해 재배실(20) 내에는 과도하지 않게 적절한 Co2 양이 일정하게 유지되어야 한다.

따라서 재배실(20)은 버섯의 생장 상태에 따라 적절하게 Co2가 조절되어야 할 필요성이 있고, 이를 위해 현재 재배실 내의 Co2를 감지하는 것이다.

상기 풍량감지센서(240)는 재배실(20) 내의 풍량을 감지하는 센서로서, 상세하게는 재배실(20) 내에서 작동하는 환풍기에 의한 적절한 환기상태를 감지하기 위한 구성이다.

한편, 상기 환경감지부(200)는 버섯냄새감지센서(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

버섯은 수확 시기나 부패시 평상시와 다른 특유의 냄새를 발산한다. 상기 버섯냄새감지센서(250)는 재배실(20)에서 재배중인 버섯에서 발산되는 버섯 특유의 냄새 즉, 수확 시기에 발산되는 특유의 냄새 또는 부패 시 발산되는 특유의 냄새를 감지하고, 특유의 냄새 감지 시 감지정보를 제어부(600)로 제공하고, 제어부는 감지정보에 따른 감지신호를 통신부(700)을 통해 외부의 관리서버(30)로 전송되도록 한다.

구체적으로는, 특유의 냄새가 수확 적기에 발산하는 특유의 냄새이면 제1감지정보를 제어부(600)로 제공하고, 제어부는 제1감지정보에 따른 제1감지신호를 통신부(700)을 통해 외부의 관리서버(30)로 전송되도록 한다. 또한, 특유의 냄새가 부패 시 발산하는 특유의 냄새이면 제2감지정보를 제어부(600)로 제공하고, 제어부는 제2감지정보에 따른 제2감지신호를 통신부(700)을 통해 외부의 관리서버(30)로 전송되도록 한다.

이때, 상기 버섯냄새감지센서(250)를 환경감지부(200)에 더 포함시키는 목적은 버섯의 수확시기를 정확하게 판단하도록 하는 보조 자료로 활용하기 위함이다.

즉, 외부의 관리서버(30)는 후술할 버섯관찰부(400)가 촬영한 영상을 이용하여 버섯의 수확 시기나 부패를 판단하게 되는데 이때, 버섯냄새감지센서(250)가 특유의 향기를 감지하고 이에 따라 제어부(600)가 감지신호를 제공하게 되면 버섯관찰부(400)가 촬영한 영상만으로 버섯 수확 시기를 판단하는 것보다 더 정확한 버섯 수확 시기나 부패 판단이 가능해진다.

따라서 본 발명의 생장관리로봇(10)은 환경감지부(200)를 통해 재배실(20) 내부의 재배환경을 감지하고 감지된 환경정보를 주기적으로 관리서버(30)로 전송하므로, 재배실(20) 내부에서 재배중인 버섯에 적합한 재배환경을 유지할 수 있도록 하여 버섯의 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 장애물감지부(300)는 몸체부(110)의 전방 일측에 설치되어, 주행 경로상 전방에 존재하는 장애물을 감지하고, 장애물이 감지되면 감지정보를 제어부(600)로 제공하는 센서로서, 상기 제어부(600)는 장애물감지부(300)에 의해 장애물 감지 시, 장애물을 회피하거나 정지시키도록 주행부(100)의 주행을 적절하게 제어한다.

여기서, 상기 장애물감지부(300)에 적용되는 센서는 적외선센서와 초음파센서중 적어도 하나 이상이며, 상기 적외선센서는 전방에 존재하는 장애물을 적외선 방식으로 감지하는 방식으로 초음파 센서에 비해 직진성이 좋다는 장점이 있는 반면에 주변의 빛에 의해 노이즈가 발생된다는 단점도 있다.

또한, 상기 초음파센서는 적외선센서에 비해 비교적 먼 거리의 장애물도 감지하고 노이즈 발생이 적다는 단점이 있는데 비해, 적외선센서에 비해 직진성이 부족하다는 단점이 있다.

따라서 상기 장애물감지부(300)는 적외선센서와 초음파센서 중에 어느 한 가지만 단독으로 적용할 수 있고, 적외선센서와 초음파센서를 혼용하여 둘 다 적용할 수도 있다.

도 4를 참조하면, 상기 버섯관찰부(400)는 몸체부(100)의 상측에 설치되어 촬영 각도 및 촬영 높이를 다양하게 조절하면서 재배중인 버섯을 촬영하고, 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600)로 전송되도록 하는 구성으로서, 관찰카메라(410), 가이드레일(420), 이동회전부(430)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 관찰카메라(410)는 재배실(20)내에 배치된 복수의 재배단에서 재배중인 버섯을 촬영하는 카메라로서, 해상도와 화소가 우수한 카메라 제품을 사용해야 한다.

즉, 상기 관찰카메라(410)가 촬영한 사진의 해상도가 너무 낮거나 저화소일 경우에는, 관리서버(30)에서 촬영된 사진을 통해 버섯의 생장상태를 정확하게 분석하여 버섯의 수확시기를 판단하지 못하는 경우가 발생하기 때문이다.

따라서 본 발명의 관리로봇(10)에 사용되는 관찰카메라(410)의 성능은 적어도 해상도가 1280×960dpi 이상, 130만 화소 이상의 제품을 사용해야 버섯의 생장상태를 정확하게 확인할 수 있기 때문에 가급적 고해상도와 고화소의 카메라 성능을 갖춘 최신 카메라 제품을 사용하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 상기 가이드레일(420)은 관찰카메라(410)가 설치된 이동회전부(430)의 수직 방향 이동을 안내하는 구성으로서, 몸체부(110)의 상측에 일정 길이와 높이로 형성되어 이동회전부(430)가 상하 수직 방향으로 이동할 수 있는 운동구간을 제공한다.

따라서 상기 가이드레일(420)을 통해, 상기 관찰카메라(410)의 촬영 높이를 다양하게 조절하면서 재배중인 버섯을 촬영하게 한다.

도 4의 상단 확대도를 참조하면, 상기 이동회전부(430)의 일측에 관찰카메라(410)가 설치되고, 이동회전부(430)의 중앙은 중공이 형성되어 이동회전부(430)가 가이드레일(420)에 관통 결합될 수 있도록 한다.

즉, 상기 이동회전부(430)는 관찰카메라(410)가 가이드레일(420) 상에서 수직 이동하거나 수평 회전하도록 하는 카메라 설치용 브라켓이다.

따라서, 상기 이동회전부(430)는 촬영 각도 및 촬영 높이를 다양하게 조절하면서 재배중인 버섯을 촬영할 수 있도록, 가이드레일(420)상의 특정 높이까지 수직 이동하고, 관찰카메라(410)가 다양한 각도로 버섯을 촬영할 수 있도록 가이드레일(420) 상에서 수평 회전한다.

상기 관찰카메라(410)가 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보는 외부의 관리서버(30)로 전송되어져 관리서버(30)가 기준 영상과의 비교 분석을 통해 버섯의 수확시기를 판단하는 기초 자료로 활용된다.

도 5는 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 기능 블록도이고, 도 6은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 자율주행 경로 인식 예시도 1이고, 도 7은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 자율주행 경로 인식 예시도 2이고, 도 8은 본 발명의 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇의 작동 상태도이다.

본 발명인 로봇을 구성하는 정보획득부(500)는 재배실(20)내의 복수의 개소에 설치된 복수의 마커(21)로부터 재배단 정보와 주행정보를 획득하고, 획득된 재배단 정보와 주행정보를 제어부(600)로 전송하는 구성으로서, 마커 카메라(510)와 마커 판독기(520)를 포함하여 구성된다.

상기 복수의 마커(21)는 재배단(22) 및 재배실(20)내의 바닥에 각각 형성되며, 좀 더 상세하게 설명하면, 마커(21)는 일종의 코드 정보를 저장하고 있는 구성으로서, 바코드(Barcode), QR 코드(Quick Response code), NFC 코드(Near Field Communication code), RFID 코드(Radio Frequency IDentification code), MST 코드(Minimum Spanning Tree code) 중 어느 하나일 수 있다.

따라서 본 발명의 관리로봇(10)은 재배실(20) 내부 바닥에 설치된 마커(21)로부터 자율주행에 필요한 주행정보를 획득하고, 재배단(22)에 설치된 마커(21)로부터 재배단 정보를 획득하게 된다.

도 5, 6, 7과 같이, 재배실(20)내의 바닥에 각각 형성된 복수의 마커(21)는 주행 관련 정보가 저장되어 있다.

도 6, 7과 같이, 정보획득부(500)의 마커 카메라(510)가 재배실(20)내의 바닥에 형성된 마커(21)를 촬영하면, 마커 판독기(520)가 마커 카메라(510)가 촬영한 영상으로부터 주행정보를 판독하여 획득하는 것이다.

상기 마커 카메라(510)가 재배실(20)내의 바닥에 형성된 마커(21)로부터 획득하는 주행 정보는 좌회전(turn left), 우회전(trun right), 전진(charge), 사진촬영(snapshot)을 위한 정지 등일 수 있으며, 획득된 정보를 제어부(600)로 제공하면, 제어부(600)는 획득된 주행정보에 따라 주행부(100)를 제어한다.

또한, 도 8과 같이, 버섯이 재배되고 있는 재배단(22)마다 설치된 마커(21)는 재배단(22)에 관련된 정보인 재배단 정보가 저장되어 있으며, 상기 재배단 정보는 재배단을 식별할 수 있도록 하는 재배단 고유 식별 정보(예: #1, #2, #3...#N), 해당 재배단에서 생장하고 있는 버섯 정보, 버섯 재배를 위해 재배단에 위치한 최상위 배지 높이 및 최하위 배지 높이 등을 포함한다.

본 발명의 관리로봇(10)이 재배실(20) 내부에서 자율주행하면서, 상기 마커 카메라(510)가 재배단(22)에 형성된 마커(21)를 촬영하면, 마커 판독기(520)가 마커 카메라(510)가 촬영한 영상으로부터 재배단 정보를 판독하여 획득하는 것이다.

본 발명의 관리로봇(10)을 구성하는 버섯관찰부(400)를 통해 촬영된 버섯의 생장상태 영상정보는 관리서버(30)로 전송되고, 관리서버(30)는 버섯의 생장상태 영상정보를 이용해 버섯의 수확 시기나 부패를 판단하고, 버섯의 수확이나 부패 이벤트 발생시 관련 작업지시 정보를 관리자에게 제공하게 되는데, 복수의 재배단(22) 중에 어느 특정 재배단(22)에 대한 작업 지시인지를 판별할 수 있도록 작업지지 정보를 관리자에게 제공 시, 재배단 고유 식별 정보(예: #1, #2, #3...#N)를 이용한다.

도 5를 참조하면, 상기 제어부(600)는 환경감지부(200)가 전송한 환경정보와 버섯관찰부(400)가 전송한 버섯의 생장상태 영상정보를 통신부(700)를 통해 외부의 관리서버로 전송되도록 제어하고, 장애물감지부(300)에서 제공하는 장애물 감지정보와 정보획득부(500)가 제공하는 주행정보를 이용하여 재배실에서 로봇이 자율주행하도록 주행부(100)를 제어하고, 정보획득부(500)로부터 재배단(22) 정보를 획득하면 해당 재배단(22)에서 재배되고 있는 버섯을 촬영하도록 버섯관찰부(400)를 제어하는 구성으로, 정보송신제어모듈(610), 자율주행제어모듈(620), 촬영제어모듈(630)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 정보송신제어모듈(610)은 환경감지부(200)로부터 환경정보가 수신되거나 상기 버섯관찰부(400)로부터 버섯의 생장상태 영상정보가 수신되면, 통신부(700)를 통해 수신된 환경정보 또는 버섯의 생장상태 영상정보가 외부의 관리서버(30)로 전송되도록 제어한다.

특히, 상기 정보송신제어모듈(610)은 상기 환경정보 전송 시, 해당 재배실 고유 아이디 정보를 환경정보에 매칭 시켜 전송하고, 상기 버섯의 생장상태 영상정보 전송 시, 버섯의 생장상태 영상정보와 관련된 해당 재배단 고유 식별 정보를 버섯의 생장상태 영상정보에 매칭 시켜 전송한다.

이를 위해, 버섯관찰부(400)는 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600)로 제공 시, 버섯을 촬영한 해당 재배단(22)의 고유 식별정보를 함께 제공하여 정보송신제어모듈(610)이 버섯의 생장상태 영상정보 전송 시, 버섯의 생장상태 영상정보와 관련된 해당 재배단 고유 식별 정보를 버섯의 생장상태 영상정보에 매칭 시켜 전송할 수 있도록 한다.

이를 통해, 상기 관리서버(30)는 전송된 환경정보와 기준 환경정보와 비교하여 적절하게 재배실(20)의 재배환경 조건인 온도, 조도, 습도, 이산화탄소, 풍량이 조절되도록 제어하고, 버섯의 수확 시기나 부패 판단을 위해 버섯의 생장상태 영상정보를 분석한다.

도 5를 참조하면, 상기 자율주행제어모듈(620)는 장애물감지부(300)로부터 장애물 감지정보가 제공되면, 장애물을 회피해 자율주행 하도록 주행부(100)(구체적으로 구동력발생모듈(130))를 제어하고, 정보획득부(500)로부터 주행정보가 제공되면 제공된 주행정보에 따라 로봇이 자율주행 하도록 주행부(100)(구체적으로 구동력발생모듈(130))를 제어한다.

상기 자율주행제어모듈(620)은 정보획득부(500)가 제공한 재배실(20)내의 바닥에 형성된 마커(21)로부터 획득한 주행정보를 이용해 로봇이 자율 주행하도록 주행부(100)를 제어하는데, 예를 들어, 재배실(20)내의 바닥에 형성된 마커(21)에 저장된 정보는 도 6과 같이 설치 위치에 따라 좌회전(turn left), 우회전(trun right), 전진(charge), 사진촬영(snapshot)을 위한 정지 등일 수 있다.

즉, 도 6과 같이 좌회전(turn left), 우회전(trun right), 전진(charge), 사진촬영(snapshot)을 위한 정지 등의 정보가 저장된 마커(21)가 재배실(20)내의 바닥 곳곳에 설치되어 로봇의 자율 주행에 이용된다.

예를 들어, 재배실(20)내에 버섯 재배단(22)이 도 7과 같이 배치되어 있다면, 버섯 촬영을 위해 도 7과 같이 로봇이 자율 주행하여야 하며, 이를 위해 좌회전(turn left), 우회전(trun right), 전진(charge), 사진촬영(snapshot)을 위한 정지 등의 정보가 저장된 마커(21)가 재배실(20)내의 바닥 곳곳에 설치되는 것이다.

한편, 상기 자율주행제어모듈(620)는 재배실(20)내로 사용자가 진입하는 경우에는 관리로봇(10)이 사용자와의 충돌을 방지하기 위해, 도 7에 도시된 '관리로봇 대기장소'로 이동하여 대기하도록 주행부(100)를 제어한다.

도 5, 8을 참조하면, 상기 촬영제어모듈(630)은 재배단 정보가 정보획득부(500)로부터 제공되면, 재배단 정보속의 해당 재배단(22)에서 재배되고 있는 버섯을 촬영하도록 버섯관찰부(400)를 제어한다.

구체적으로, 상기 촬영제어모듈(630)은 재배단 정보로부터 버섯이 재배되고 있는 최상위 배지의 높이를 추출하고, 추출된 최상위 배지의 높이로 관찰카메라(410)가 이동하도록 버섯관찰부(400)의 이동회전부(430)를 수직 이동 시킨 후, 해당 배지에서 재배되고 있는 버섯을 다양한 각도에서 관찰카메라(410)가 촬영하도록 이동회전부(430)를 수평 회전시키는 제1 제어를 한다.

제1 제어 후, 최상위 배지 바로 아래에 있는 배지의 높이로 관찰카메라(410)가 이동하도록 버섯관찰부(400)의 이동회전부(430)를 수직 이동시킨 후, 해당 배지에서 재배되고 있는 버섯을 다양한 각도에서 관찰카메라(410)가 촬영하도록 이동회전부(430)를 수평 회전시키는 제2 제어한다.

제2 제어 후 상기 촬영제어모듈(630)은 상기와 같은 제어방식으로 그 다음 하위 배지들에서 재배되고 있는 버섯을 관찰카메라(410)가 촬영하도록 제N 제어하되, 제N 제어는 최하위 배지에서 재배되고 있는 버섯이 관찰카메라(410)에 의해 촬영될 때까지 진행된다.

도 2, 3을 참조하면, 상기 통신부(700)는 환경정보와 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600) 제어에 따라 외부의 관리서버(30)로 전송하는 통신장치로서, 본 발명의 관리로봇(10)이 재배실(20) 내에서 원활한 이동을 위해 무선통신(wireless communications) 방식이 적용된다.

이때, 본 발명의 관리로봇(10)은 기본적으로는 재배실(20)내에서 자율주행하면서 재배중인 버섯의 생장상태를 촬영하여 수집된 버섯의 상태정보를 관리서버(30)로 전송하지만, 사용자가 기능 점검, 충전 등과 같이 기타 필요에 따라 관리로봇(10)을 수동 원격조종 모드로 전환할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10 : 관리로봇
20 : 재배실
30 : 관리서버
100 : 주행부
200 : 환경감지부
300 : 장애물감지부
400 : 버섯관찰부
500 : 정보획득부
600 : 제어부
700 : 통신부

Claims

스마트팜의 재배실에서 자율주행하면서 버섯의 생장에 관련된 상태정보를 수집하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇에 있어서,
제어부(600)가 설치되는 내부공간을 갖는 몸체부(110)를 포함하도록 구성되며, 제어부(600)의 제어에 따라 재배실에서 자율주행하는 주행부(100)와;
몸체부(110)의 일측에 설치되어, 재배실 내부의 환경을 감지하고, 감지된 환경정보를 제어부(600)로 제공하는 환경감지부(200)와;
몸체부(110)의 전방 일측에 설치되어, 주행 경로상 전방에 존재하는 장애물을 감지하고, 장애물이 감지되면 감지정보를 제어부(600)로 제공하는 장애물감지부(300)와;
몸체부(100)의 상측에 설치되어 촬영 각도 및 촬영 높이를 다양하게 조절하면서 재배중인 버섯을 촬영하고, 촬영한 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600)로 제공하는 버섯관찰부(400)와;
재배실내의 복수의 개소에 설치된 복수의 마커로부터 재배단 정보와 주행정보를 획득하고, 획득된 재배단 정보와 주행정보를 제어부(600)로 전송하는 정보획득부(500)와;
상기 환경감지부(200)가 전송한 환경정보와 상기 버섯관찰부(400)가 전송한 버섯의 생장상태 영상정보가 통신부(700)를 통해 외부의 관리서버로 전송되도록 제어하고, 장애물감지부(300)에서 제공하는 장애물 감지정보와 정보획득부(500)가 제공하는 주행정보를 이용하여 재배실에서 로봇이 자율주행하도록 주행부(100)를 제어하고, 정보획득부(500)로부터 재배단 정보 획득 시, 해당 재배단에서 재배되고 있는 버섯을 촬영하도록 버섯관찰부(400)를 제어하는 제어부(600)와;
환경정보와 버섯의 생장상태 영상정보를 제어부(600) 제어에 따라 외부로 전송하는 통신부(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 주행부(100)는,
제어부(600)가 설치되는 내부공간과, 각종 구성들이 설치되는 설치공간을 제공하는 몸체부(110)와,
몸체부(110)의 좌우 양측에 1개씩 설치되고, 몸체부(110)를 주행시키기 위해 구동력발생모듈(130)로부터 구동력을 제공받아 회전되는 복수의 바퀴(120)와,
제어부(600)의 제어에 따라 직선주행, 역주행, 회전주행이 가능하도록 상기 복수의 바퀴(210)에 각각 개별적으로 회전동력을 제공하는 구동력발생모듈(130)과,
몸체부(110)의 하부 일측에 설치되어, 상기 몸체부(110)가 수평 상태를 유지하도록 지지하고, 무동력으로 자유 회전되는 적어도 1개 이상의 보조바퀴(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 환경감지부(200)는,
재배실내의 조도를 감지하는 조도감지센서(210)와,
재배실내의 온도와 습도를 감지하는 온습도감지센서(220)와,
재배실내의 Co2 농도를 감지하는 Co2감지센서(230)와,
재배실내의 풍량을 감지하는 풍량감지센서(240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 장애물감지부(300)는,
전방에 존재하는 장애물을 적외선 방식으로 감지하기 위한 적외선센서, 또는 전방에 존재하는 장애물을 초음파 방식으로 감지하기 위한 초음파센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 버섯관찰부(400)는,
재배단에서 재배중인 버섯을 촬영하는 관찰카메라(410)와,
이동회전부(430)의 수직 방향 이동을 안내하는 가이드레일(420)과,
관찰카메라(410)가 설치되고, 재배단의 특정 높이에서 재배중인 버섯을 관찰카메라(410)가 촬영할 수 있도록 가이드레일(420)상의 특정 높이까지 수직 이동하고, 관찰카메라(410)가 다양한 각도로 버섯을 촬영할 수 있도록 가이드레일(420)상에서 수평 회전하는 이동회전부(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 정보획득부(500)는,
마커를 촬영하는 마커 카메라(510)와,
마커 카메라(510)가 촬영한 영상으로부터 재배단 정보 또는 주행정보를 판독하여 획득하는 마커 판독기(520)를 포함하며,
상기 마커는 버섯이 재배되고 있는 재배단과 재배실내의 바닥에 복수로 형성되되, 재배단에 형성되는 마커에는 재배단에 관련된 정보인 재배단 정보가 저장되고, 바닥에 형성되는 마커에는 자율 주행을 위한 주행 정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(600)는,
상기 환경감지부(200)로부터 환경정보가 수신되거나 상기 버섯관찰부(400)로부터 버섯의 생장상태 영상정보가 수신되면, 통신부(700)를 통해 수신된 환경정보 또는 버섯의 생장상태 영상정보가 외부의 관리서버로 전송되도록 제어하는 정보송신제어모듈(610)과,
장애물감지부(300)로부터 장애물 감지정보가 제공되면, 장애물을 회피해 자율주행하도록 주행부(100)를 제어하고, 정보획득부(500)로부터 주행정보가 제공되면, 제공된 주행정보에 따라 로봇이 자율주행 하도록 주행부(100)를 제어하는 자율주행제어모듈(620)과,
정보획득부(500)로부터 재배단 정보가 제공되면, 해당 재배단에서 재배되고 있는 버섯을 촬영하도록 버섯관찰부(400)를 제어하는 촬영제어모듈(630)을 포함하도록 구성되고,
상기 자율주행제어모듈(620)가 제공받는 주행정보는 로봇이 직진 주행, 우측 회전 주행, 좌측 회전 주행, 역 주행 중 어느 하나를 하도록 하는 정보인 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 7에 있어서,
상기 촬영제어모듈(630)은,
재배단 정보로부터 버섯이 재배되고 있는 최상위 배지의 높이를 추출하고, 추출된 최상위 배지의 높이로 관찰카메라(410)가 이동하도록 버섯관찰부(400)의 이동회전부(430)를 수직 이동 시킨 후, 해당 배지에서 재배되고 있는 버섯을 다양한 각도에서 관찰카메라(410)가 촬영하도록 이동회전부(430)를 수평 회전시키는 제1 제어하고,
제1 제어 후, 최상위 배지 바로 아래에 있는 배지의 높이로 관찰카메라(410)가 이동하도록 버섯관찰부(400)의 이동회전부(430)를 수직 이동시킨 후, 해당 배지에서 재배되고 있는 버섯을 다양한 각도에서 관찰카메라(410)가 촬영하도록 이동회전부(430)를 수평 회전시키는 제2 제어하며,
제2 제어 후, 상기와 같은 제어방식으로 그 다음 하위 배지들에서 재배되고 있는 버섯을 관찰카메라(410)가 촬영하도록 제N 제어하되, 제N 제어는 최하위 배지에서 재배되고 있는 버섯이 관찰카메라(410)에 의해 촬영될 때까지 진행되는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.
청구항 7에 있어서,
상기 정보송신제어모듈(610)은,
상기 환경정보 전송 시, 해당 재배실 고유 아이디 정보를 환경정보에 매칭 시켜 전송하고,
상기 버섯의 생장상태 영상정보 전송 시, 버섯의 생장상태 영상정보와 관련된 해당 재배단 고유 식별 정보를 버섯의 생장상태 영상정보에 매칭 시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 스마트팜용 버섯 생장관리 로봇.