KR20210102568A - 대차와 ict 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치. - Google Patents

대차와 ict 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치. Download PDF

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Abstract

본 발명은 공장 건물 내부에 일정 간격으로 정렬 배치되어, 인삼을 재배하는 셀모듈;상기 셀모듈에 구비된 인삼의 성장을 분석하고, 약액 살포 작업의 자동화를 수행하는 자동화 모듈;상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 측정하는 센서모듈;상기 센서모듈의 측정결과에 근거하여, 상기 셀모듈에서 재배되는 인삼의 생육환경을 자동으로 조절하는 생육환경조절모듈;상기 센서모듈, 생육환경조절모듈 및 상기 자동화 모듈과 무선으로 정보를 송수신하는 ICT 단말기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 관한 것이다.

Description

대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.{Hydroponics Growth Device Advancing Cart and ICT Smart Farm Technology}
본 발명은 인삼 재배를 위한 공장건물 내부에 설치되며, 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 관한 것으로, 인삼이 적재되어 생육되는 셀 모듈이 다단 적층 구조로 구성되고, 상기 셀 모듈 사이에 이송대차를 구비하여, 인삼의 수경재배가 집약적으로 수행될 수 있고, 작업자가 원격으로 인삼의 생육 환경을 모니터링 할 수 있는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 관한 것이다.
일반적으로 인삼은 생육이 느리고 성숙기간이 길어 보통 3년이 되어야 개화된다. 번식에 필요한 종자를 얻기 위해서는 보통 4년근에서 채취하는 것이 원칙이고, 가장 선호하는 것은 6년근이며, 새로운 품종의 육종에는 2~30년의 장기간이 소요되는 것으로 알려져 있다.
인삼은 자연 상태에서 4월에 새로운 싹이 발아하고 6~7개월 정도 생육을 한 다음, 10~11월에 잎이 황변하고 지제부에 새로운 뇌두가 발달되면서 다음 세대 준비를 위한 휴면에 들어간다. 일단, 휴면에 들어간 인삼은 월동기간에 접어들면 저온 상태로 3~5개월이 경과한 후에 다시 생육하는 특성을 갖는다.
밭에서 인삼을 대량으로 재배하는 노지 재배는 준비기와 묘포기 및 본포기로 구분하여 각 기마다 특색 있는 재배관리가 요구된다. 예정지 선정에서부터 수확까지 많은 시간과 노력 및 시설 인건비가 투입됨에도 불구하고 생산성이 낮고 새로운 품종의 육성에는 장기간이 소요된다.
이러한 노지 재배의 문제점을 해결하기 위해 인삼을 보다 쉽게 재배할 수 있고, 수확률을 높일 수 있는 기술로서 수경 재배 방법이 개발되고 있다.
종래에는 인삼은 주변 환경에 매우 민감한 작물로서, 농장의 하우스 등의 환경 하에서 온도, 습도, 일사량 등을 일정하게 하는 기기가 사용되고 있으나, 관리자가 직접 현장에서 작동해야 하는 단점이 있었다.
이를 해결하기 위해, 인삼의 재배를 자동화 기술이 도입되었으나, 상기 자동화에 사용되는 인삼 수경재배장치는 통상 실내 가정용으로 개발되어 있는 구성이기 때문에 대량으로 생산하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 종래기술에 의한 인삼 수경재배장치는 가정용으로 개발되었기 때문에 공간 절약과 소량 생산을 목적으로 하고 있는 구조이기 때문에 구조가 복잡하여 대량 생산 장치로는 부적합한 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제 10-1081103호는 다단으로 방식으로 셀모듈을 구성하여, 공간을 절약하고, 로봇을 이용해 셀모듈 내부의 식물을 수확하여, 무인화 시스템을 구현하였다. 그러나, 이는 무인로봇을 이용하게 되므로, 지역 농가와 같은 작은 규모의 시설에서 사용하기에 어렵고, 상기 로봇에 의해 스마트팜 제조의 생산비용이 늘어나게 되어, 다수의 농업인들에게 적용되기에는 현실적으로 어려운 문제가 있었다.
[선행기술1] 한국공개특허공보 제 10-2013-0110692호(2013.10.10) [선행기술2] 한국등록특허공보 제 10-1801103호(2017.11.20) [선행기술3] 한국등록특허공보 제 10-1424058호(2014.07.22)
본 발명은 인삼의 생육이 이루어지는 단위셀을 적층시켜 복수개의 층을 이루도록 함으로써, 인삼의 수경재배에 따른 장소적 제한을 개선하고, 단위 면적 당 수경 재배되는 인삼의 수가 증가됨으로써, 인삼의 집약적 수확에 따른 경제적인 파급효과를 증진 시킬 수 있는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인삼의 생육환경을 자동적으로 조절하여, 최적의 생육 환경을 제공 할 수 있는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 공장 건물 내부에 일정 간격으로 정렬 배치되어, 인삼을 재배하는 셀모듈(100); 상기 셀모듈(100)에 구비된 인삼의 성장을 분석하고, 약액 살포 작업의 자동화를 수행하는 자동화 모듈(200); 상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 측정하는 센서모듈(300); 상기 센서모듈(300)의 측정결과에 근거하여, 상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 자동으로 조절하는 생육환경조절모듈(500); 상기 센서모듈(300), 생육환경조절모듈(500) 및 상기 자동화 모듈(200)과 무선으로 정보를 송수신하는 ICT 단말기(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 셀모듈(100)은 수직방향으로 일정간격을 두고 구비되는 수평 프레임(400)에 의해 구획되어, 복수개의 층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 수평 프레임(400)은 상기 셀모듈(100)의 사이에 구비되는 복수개의 가이드 프레임(420)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 자동화 모듈(200)은 상기 셀모듈(100) 사이를 수평방향으로 이동하고, 수직방향으로 승하강 하는 이송대차(210)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 이송대차(210)는 수평방향으로 이동가능하도도록 하부에 휠이 구비된 하부 프레임(211); 상기 하부 프레임(211)의 상측에서 수직방향으로 승하강되는 상부프레임(212); 및 상기 상부 프레임(212)과 상기 하부 프레임(211) 사이에서 접히거나 펼쳐짐 가능한 링크부(213);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부프레임(212)의 내부에는 약액 저장부(212a)와 상기 약액 저장부(212a)의 약액을 외부에 살포하는 약액 분사부(212b)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 약액 분사부(212b)는 길이방향으로 신축 가능도록 형성되되, 슬라이딩 이동에 의해 약액 분사 위치가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 프레임(211)의 일측에는 도킹충전단자(211b)가 더 형성되어, 상기 이송대차(210)에 구비되는 배터리에 전원을 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 자동화 모듈(200)은 상기 ICT 단말기로부터 입력된 데이터베이스(220); 상기 이송대차(210)가 이동될 목표 위치를 산출하는 분석부(230); 상기 ICT 단말기(600)와 통신하는 통신부(240); 상기 이송대차(210)의 상태정보와 상기 센서모듈(300)의 측정결과를 수집하는 수집부(250);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상태정보는 상기 이송 대차의 위치 정보, 이송 대차의 배터리 잔량 정보, 및 이송 대차의 약액 잔량 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터베이스(220)는 성장 모델 데이터 베이스를 포함하며, 상기 분석부(230)는 상기 성장 모델 데이터 베이스와 상기 센서모듈(300)의 측정결과를 비교 분석하는 성장 분석부(233)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 인삼의 생육이 이루어지는 셀 모듈을 적층시켜 복수개의 층을 이루도록 함으로써, 인삼의 수경재배에 따른 장소적 제한을 개선하고, 인삼이 집약적으로 재배된 후 수확됨으로써, 생산성 증진에 따른 경제적인 파급효과를 개선 할 수 있는 ICT 스마트팜 기술을 이용한 수경 재배 시스템을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 셀모듈은 복수개의 단위셀이 가로와 세로로 적층된 형태를 취함으로써, 일부의 인삼이 외부적 또는 내부적 요인에 의해 병원균에 감염되더라도, 작업자는 상기 병원균에 감염된 인삼을 포함하는 단위셀만 부분적으로 교체해 막대한 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 작업자가 재배공장 내부에 근접해있지 않더라도, 셀모듈에서 생육되는 인삼의 생육환경을 ICT 단말기를 통해 실시간으로 모니터링하거나 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 복수개의 셀모듈 사이에 이송대차를 배치함으로써, 공간이동의 효율을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비교적 높은 위치에 있는 수경 재배 인삼에 대해서 작업하고자 할 경우, 사용자가 이송대차를 승강시켜 작업을 행함으로써, 작업의 고소 작업에 따른 피로도 누적을 현저하게 개선 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기계학습에 의해 인삼의 성장 시기를 산출할 수 있는 인삼 성장 모델을 생성하고, 성장이 완료된 인삼을 포함하는 단위셀의 위치를 사용자에게 경보함으로써, 인삼의 재배관리를 엄격하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 특정 인삼의 성장이 정상인삼에 비하여 기준치 미만 즉, 비정상적 행해질 경우, 이송대차가 상기 비정상적인 양상을 보이는 인삼이 포함된 단위셀로 이동해 성장에 유용한 약액을 살포함으로써, 우수한 품질을 갖는 수경재배 인삼을 다량으로 수확할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치의 작동을 나타내는 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 공장 건물 내부에 구비되고, 적층된 형태로 구성될 수 있는 셀모듈의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2b는 도 2a를 상면에서 바라본 모습을 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 복수개의 셀모듈 그룹이 연속적으로 배치 구성되고, 상기 복수개의 셀모듈 그룹 사이에 승강 스테이션이 구비된 모습을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 셀모듈 내부의 생육 환경을 조절하는 생육 환경 조절 모듈을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 이송 대차의 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 커버가 더 형성된 이송 대차의 측면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 이송대차가 인삼을 향해 약액을 살포하는 모습을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 약액 저장부, 약액 분사부 및 도킹 충전 단자를 포함하는 이송대차를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 자동화 모듈의 구성과 작동을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 분석부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치에 있어서, 성장 분석부의 구성을 나타내는 블록도이다.
다음으로 본 발명에 따른 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
더욱 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 공장 건물 내부에 일정 간격으로 정렬 배치되어, 인삼을 재배하는 셀모듈(100); 상기 셀모듈(100)에 구비된 인삼의 성장을 분석하고, 일부의 인삼에 대해 약액 살포 작업의 자동화를 수행하는 자동화 모듈(200); 상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 측정하는 센서모듈(300); 상기 센서모듈(300)의 측정결과에 근거하여, 상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 자동으로 조절하는 생육환경조절모듈(500); 상기 센서모듈(300), 생육환경조절모듈(500) 및 상기 자동화 모듈(200)과 무선으로 정보를 송수신하는 ICT 단말기(600);를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 공장 건물은 적어도 하나의 도어를 갖고 에어 샤워룸(900)에 의해 분할 구획되도록 구성하여, 작업자의 출입 시 외부환경의 유해물질이 차단되는 것을 방지하도록 할 수 있다.
도 2a 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 셀모듈(100)은 복수개의 단위셀들이 가로 세로로 적층된 형태이며, 상기 단위셀은 도 3에 도시된 바와 같이, 적재 대상인 트레이(110)가 수용되며, 트레이가 수용됨으로써, 단위셀에는 재배부(120)가 형성되게 된고, 상기 트레이에는 다수개의 구멍이 형성을 하여 인삼을 고정시키되, 인삼의 뿌리가 상하지 않도록 상기 구멍 내부에 고리 형태에 스펀지를 삽입함으로써, 상기 인삼이 트레이에 안정적으로 고정되도록 구성할 수 있다. 또한, 셀모듈(100)이 복수개의 단위셀에 의해 구성됨으로써, 인삼이 외부적 또는 내부적 요인에 의해 병원균에 감염되더라도, 작업자는 상기 병원균에 감염된 인삼을 포함하는 단위셀만 부분적으로 교체해 막대한 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 2a, 도 3 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 셀모듈(100)은 자체적으로 적층가능하며, 상기 셀모듈(100)은 수직방향으로 일정 간격을 두고 구비되는 수평 프레임(400)에 의해 구획되어, 복수개의 층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀모듈(100)이 적층 가능한 구조를 취함으로써, 인삼 재배를 위한 공장건물의 수평방향으로 위치면적이 작아지더라도, 수경 재배 인삼의 생산효율이 저감되는 것을 방지하고, 복수개의 층으로, 구성됨으로써, 여러명의 작업자가 복수개의 층에 각각 배치되어, 작업을 행할 수 있으므로, 작업의 효율을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 수평 프레임(400)에 의해 셀모듈(100)이 복수개의 층을 형성할 경우, 상기 수평프레임(400)의 일단부는 승하강 스테이션(700)에 연결되어, 작업자가 상기 복수개의 층을 용이하게 오르내릴 수 있다. 여기서, 승하강 스테이션(700)은 셀모듈(100)에서 수확한 인삼이 하역될 수 있도록 데크플레이트(710)를 포함하도록 구성함이 바람직하다. 또한, 승하강 스테이션(700)이 구비될 경우, 최하층에는 셀모듈(100) 내부의 온도, 습도, 이산화탄소, 산소를 제어할 수 있는 공조기가 구비될 수 있다.
도 2b 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 수평 프레임(400)은 상기 셀모듈(100)의 사이에 구비되는 복수개의 가이드 프레임(420)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 가이드 프레임(420)이 형성됨으로써, 이송대차(210)가 복수개의 층 각각에 구비되어 수평 방향으로 이동할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 일반적인 규격을 갖는 인삼의 재배공장 내부에 셀모듈(100)이 위치할 경우, 4 개의 셀모듈(100)을 일정간격으로 이격배치하여, 하나의 셀모듈 그룹(G)을 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 공장건물의 면적이 넓을 경우, 복수개의 셀모듈 그룹(G)을 연속적으로 배치하도록 구성할 수 있고, 복수개의 셀모듈 그룹(G) 사이 각각에 승하강 스테이션(700)을 구비하여, 복수개의 셀모듈 그룹(G) 사이를 이동하는 작업자의 동선을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
센서모듈(300)은 셀모듈(100)을 구성하는 각각의 단위셀에 마련되어, 인삼이 재배되는 현재의 생육 환경을 실시간으로 검출한다.
여기서, 셀모듈(100)은 복수개의 단위셀에 의해 구성되므로, 센서모듈(300)은 단위셀 별로 구별되어야 함은 자명하다. 방법에 따라서, 센서모듈(300)에 식별 코드를 부여하되, 상기 식별 코드는 중복되지 않도록 부여되며, 중복이 발생하는 경우 관리자의 지정에 의하여 다른 식별 코드로 변경될 수도 있다.
센서모듈(300)은 단위셀의 생육환경을 측정 한 후, 생육환경조절모듈(500), 자동화모듈(200)에 통신함으로써, 상기 생육환경조절모듈(500)과 자동화 모듈(200)이 센서모듈(300)에 의해 수집된 결과를 취합하여 ICT 단말기(600)에 의해 전송할 수 있다. 또는, 상기 센서모듈(300)이 ICT 단말기(600)와 직접 통신하도록 구성하여, 생육환경의 측정결과를 송신할 수 있다.
이때, 센서모듈(300)에 의해 측정된 생육환경은 생육 조건으로 정의된다. 상기 센서모듈(300)은 단위셀의 온도, 습도, 조도, 이산화탄소 농도, 토양의 산성도, 토양의 양분 상태 등을 측정하여, 인삼의 성장에 영향을 미치는 환경 조건을 검출할 수 있다. 센서모듈(300)의 환경조건은 실시간으로 이루어지거나, 미리 설정된 주기마다 이루어 질 수 있다.
센서모듈(300)은 토양환경 센서모듈, 수질 환경 센서모듈, 대기환경 센서모듈, 생체 센서모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 토양환경 센서모듈은 셀모듈(100) 또는 단위셀의 지온을 측정하는 온도센서, 토양수분을 측정하는 수분측정센서가 포함될 수 있다.
상기 수질환경 센서모듈은 셀모듈(100) 또는 단위셀에 공급되는 양액의 PH 및 토양의 전기전도도(EC), 수온 또는 용존산소량을 측정하는 센서 장치로 구성될 수 있다.
상기 대기환경 센서모듈은 셀모듈(100) 또는 단위셀의 대기온도, 대기습도 및 이산화탄소(CO2)농도를 측정하는 센서 장치로 구성될 수 있다.
상기 생체 센서모듈은 셀모듈(100) 또는 단위셀에서 재배되는 인삼의 엽온과 엽습을 측정하는 센서 장치로 구성될 수 있다.
그러나, 상기 센서모듈(300)은 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을
이외에, 상기 센서모듈(300)은 조도 또는 일조량을 검출하는 조도 센서, 토양의 양분을 검출하는 양분 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것이 아니고, 공장 내부에 마련되어, 적어도 하나의 환경 조건을 검출할 수 있는 장치라면 모두 센서모듈(300)에 해당될 수 있다.
생육환경조절모듈(500)은 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 성장 및 재배가 적절이 이루어지도록 공장건물의 내부에 구비되거나 단위셀 각각에 구비되도록 하여 적어도 하나의 생육환경을 조절한다. 더욱 구체적으로, 상기 생육환경조절모듈(500)은 도 3에 도시된 바와 같이, 셀모듈(100)의 조도를 조절하는 광원부(510)를 포함한다. 상기 광원부(510)는 녹생광을 제외한 백색광, 청색광, 적생광을 발광하는 엘이디의 조합으로 구성될 수 있다.
인삼은 녹색광에 의해서만 성장에 악영향을 받으며, 적색광과 청색광은 성장에 유용하다. 따라서, 수경 재배 환경에서 생육되는 인삼은 줄기나 잎이 충분한 발육이 일어나지 못하게 되며, 이로 인해 어린 삼의 줄기나 잎에는 소량의 사포닌만 존재하게 되고, 2주 이상의 장시간이 소요되는 유통과정에서 시들게 된다. 결과적으로, 녹색광을 제거하고, 백색광, 적색광 및 청색광을 어린 삼에 조사하여 생육시킴으로써, 잎과 줄기의 발육 상태가 우수하고, 사포닌 함량이 강화된 인삼을 얻을 수 있게 된다. 상기 적색광은 650nm의 단파장 적색광과 720nm 이상의 장파장 적색광을 포함하는 적생광으로 의미하며, 에머슨 상승효과를 통해서 적은 에너지로 광합성 활성을 높이기 위해서 사용된다.같은 방법으로, 상기 청색광은 440~460nm 파장의 광을 사용하여, 광합성 활성을 높일 수 있도록 함이 바람직하다. 또한, 백색광은 인삼의 광포화점에 근접하는 광을 강도를 유지할 수 있도록, 태양광에 포함된수준의 광량으로 조사하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 백색광은은 ppfd 기준으로 300 마이크로몰 이상, 보다 바람지하게는 450 마이크로몰 이상, 가장 바람직하게는 500 마이크로몰 이상으로 조사되는 것이 바람직하다.
상기 생육환경조절모듈(500)은 도 3에 도시된 바와 같이, 안개분사부(520)를 더 포함한다.
상기 안개 분사부(510)는 수경 재배 환경에서 재배되는 인삼의 잎은 온습도의 영향으로 건조되기 쉽다. 이는 인삼의 품질을 저하시키는 문제를 야기하므로, 상기 안개 분사부(510)는 재배부(120)의 상부에 설치되도록 함으로써, 상기 단위셀에 적절한 수분 양액 또는 수분이 공급되도록 함이 바람직하다. 또한, 안개 분사부는 양액 또는 수분이 작은 알갱이로 미립 분사 되므로, 인삼이 과도한 수분공급에 의해 뿌리 ››음병과 같은 병해에 영향 받지 않게 되는 효과가 있다.
상기 생육환경조절모듈(500)은 도 3에 도시된 바와 같이, 순환 공급 장치(530)을 더 포함한다. 더욱 구체적으로, 순환 공급 장치은 입수라인(531), 출수라인(532), 상기 입수라인(531)에 설치되는 펌프(536), 상기 입수라인(531)과 출수라인(532)의 개폐를 조절하는 솔레노이드 밸브(355)를 포함하여 구성되고, 순환 공급 장치(530)에 의해 양액 또는 수분이 셀모듈(100)에 정체되지 않고, 순환 공급되는 구조를 취함으로써, 셀모듈(100)의 수질을 균일하게 유지하여, 인삼 재배 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
방법에 따라서, 상기 생육환경조절모듈(500)은 도 3에 도시된 바와 같이, 순환 공급 장치 온도 조절부(550)를 더 포함한다. 상기 순환 공급 장치 온도 조절부(550)에 의해, 상기 순환 공급 장치(530)의 양액 또는 수분은 펌프와 밸브를 포함하는 입수관(531)의해 순환 공급 장치 온도 조절부(550)에 공급되며, 사전에 설정된 온도로 가열 또는 냉각 된 후, 출수관(532)에 의해 순환 공급 장치(530)로 반환된다. 이에 따라, 순환 공급 장치(532)의 양액 또는 수분은 인삼의 생장에 도움을 주는 온도로 유지될 수 있는 효과가 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 생육환경조절모듈(500)은 공기를 순환시키기 위한 환기부, 셀모듈(100)의 온도를 조절하는 온도 조절부, 셀모듈(100)의 습도를 조절하기 위한 습도조절부, PH조절기, 비료조절기, 에어폭기를 더 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것이 아니고, 공장 내부에 마련되어, 적어도 하나의 생육 환경을 변경할 수 있는 장치라면 모두 생육환경조절모듈(500)이 될 수 있다.
상기 생육환경조절모듈(500)은 상기 ICT 단말기(600)과 직접 통신하여 ICT 단말기(600)의 제어 명령에 따라 동작할 수 있으며, ICT 단말기(600)에 의해 저장된 생육환경조건데이터베이스와 상기 센서모듈(300)에 의해 측정된 생육환경을 비교하여, 생육환경이 자동적으로 조절되도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 생육환경조절모듈(500)은 상기 ICT 단말기(600)와 유무선 통신 방법으로 연결될 수 있으며, 필요한 경우 블루투스(bluetooth), 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy), 적외선 통신(IrDA, infrared data association), 지그비(Zigbee), 와이파이(Wi-Fi), 와이파이 다이렉트(Wi-Fi direct), UWB(Ultra Wideband), 또는 근접장 통신(NFC, near field communication) 등과 같은 근거리 통신 방법을 통해 연결될 수도 있다.
상기 ICT 단말기(600)는 GSM/3GPP 계열의 통신 방식(GSM, HSDPA, LTE 어드밴스드), 3GPP2 계열의 통신 방식(CDMA 등) 또는 와이맥스 등의 무선 통신 프로토콜을 통해 생육환경조절모듈(500) 및 자동화 모듈(200)과 통신할 수 있다. 또한, ICT 단말기(600)는 데스크 탑 또는 노트북 등과 같이 통신망(N)에 연결되어 있는 정보 처리 장치 일 수 있으나, PMP(Portable Media Player), PDA(Personal Digital Assistant), 타블렛 PC(Tablet PC)등과 같이 휴대가 용이한 정보 처리 장치일 수도 있다.
이하에서는 자동화 모듈에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 자동화 모듈(200)은 상기 ICT 단말기(600)로부터 인삼의 성장 모델과 사이를 수평방향으로 이동하고, 수직방향으로 승하강 하는 이송대차(210)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이송대차(210)는 수평방향으로 이동 가능하도도록 하부에 휠이 구비된 하부 프레임(211); 상기 하부 프레임(211)의 상측에서 수직방향으로 승하강되는 상부프레임(212); 및 상기 상부 프레임(212)과 상기 하부 프레임(211) 사이에서 접히거나 펼쳐짐 가능한 링크부(213);를 포함하며, 상기 링크부(213)에 동력을 제공하는 구동원은 환경 및 목적에 따라 공지된 유압발생장치를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기의 구성으로 인해, 도 6에 도시된 바와 같이, 이송대차(210)에 탑승한 작업자가 비교적 높은 위치의 단위셀에 적재된 인삼을 수확하고자 할 경우, 작업자는 제어장치를 이용하여 링크부(213)를 기립시킴으로써, 상기 상부 프레임(212)을 수직방향으로 상승시킨 후, 작업자가 상승된 상부 프레임 위에서 인삼을 수확 할 수 있다. 즉, 이송대차가 높낮이 조절 가능한 구조를 취하게 되므로, 키가 작은 작업자도 용이하게 사용할 수 있고, 고소 작업에 따른 피로도 누적을 현저하게 개선할 수 있는 효과가 있다.
방법에 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이송대차(210)의 링크부(213)가 외부 간섭물의 불시 투입에 의하여 파손되거나, 작업자의 소매나 바지 단이 끼여 사고가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 하부 프레임(211)과 상부 프레임(212) 사이에 커버(218)가 더 구비되어, 상기 링크부(213)가 외부로 노출되지 않도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 커버(218)는 다수개의 주름이 형성되어, 상부 프레임(212)의 승강 또는 하강 시에 접혀질 수 있도록 구성 하는 것이 바람직하다.
또한, 이송대차(210)의 상부에는 슬라이드바(214)와 컨트롤박스(215)를 더 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이드바(214)는 이송대차(210)의 양측에 구비되되, 이송대차(210)에 하역되는 인삼과 접촉되지 않도록, 승강 스테이션(700) 방향으로 접철 가능하도록 구성한다. 상기 컨트롤 박스(215)는 상기 이송대차(210)의 상부에 구비되되, 작업자의 통행에 방해되지 않도록, 셀모듈(100)에 평행하도록 배치한다.
또한. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 이송대차(210)에는 하부 프레임(211)의 휠, 링크부(213) 및 약액 분사부(212b)를 구동하기 위한 각각의 구동 모터, 상기 이송대차(210)에 구동전력을 공급하기 위한 배터리, 위치센서, 배터리 잔량 측정 센서, 통신모듈을 포함할 수 있음은 자명하다. 방법에 따라서, 상기 이송대차(210)에는 이미지 촬상부를 구비하여, 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 작물 상태를 실시간으로 확인 할 수 있도록 구성할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상부프레임(212)의 내부에는 약액 저장부(212a)와 상기 약액 저장부(212a)의 약액을 외부에 살포하는 약액 분사부(212b)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 더욱 구체적으로, 상기 이송대차(210)는 상기 상부 프레임(212)의 내부에 약액 분사부(212b)를 수납할 수 있으므로, 생육 상태가 좋지 못한 인삼을 포함하는 단위셀이 감지될 경우, 상부 프레임(212)의 내부에 수납된 약액이 단위셀의 향해 돌출되도록 한 후, 상기 인삼을 향해 약액이 살포되도록 함으로써, 상기 인삼의 생육 상태를 개선시키도록 할 수 있다. 작업자는 약액 저장부(212a)에 저장되는 약액을 중량센서를 포함하는 잔량측정장치를 통해 용이하게 확인 할 수 있다.
상기 약액은 인삼의 성장에 필요한 성장 촉진제 및 병충해 방제제를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 약액 저장부(212a)에 저장되는 약액은 상부프레임(212)의 상부와 하부에 각각 구비되는 약액 주입부(212c)와 약액 배출부(212d)와 연통되며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 약액 주입부(212c)와 약액 배출부(212d)는 각각에는 패킹 처리된 밀폐 덮개가 결합된 구조로 형성되도록 함이 바람직하다.
상기 이송대차(210)가 생육상태가 좋지 못한 인삼을 포함하는 단위셀로 이동하고자 하는 경우, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 약액 분사부(212b)를 상부 프레임(212) 내부에 수납한 상태로 셀모듈(100) 사이에서 수평방향 또는 수직방향으로 이동한다. 이후, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 이송대차(210)는 약액 분사부(212b)를 작동시켜, 목표로 하는 단위셀에 약액을 분사할 수 있다.
여기서, 상기 약액 분사부(212b)는 길이방향으로 신축 가능도록 형성되되, 슬라이딩 이동에 의해 약액 분사 위치가 조절되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 상기 이송대차(300)로부터 원거리에 위치하는 인삼이 존재할지라도, 약액이 인삼에 효율적으로 접촉되도록 하는 효과가 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하부 프레임(211)의 일측에는 도킹충전단자(211b)가 더 형성되어, 상기 이송대차(210)에 구비되는 배터리에 전원을 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 수평 프레임(400)의 일측에는 충전전원공급장치(430)가 돌출 형성되고, 상기 도킹 충전단자(211b)는 충전전원공급장치(430)와 대응하여 전기적으로 접촉되는 위치인 하부 프레임(211)의 하부 일측에 구성되고, 배터리(미도시)와 연결된다, 상기 충전전원공급장치(430)와 도킹충전단자(211b)가 서로 도킹됨으로써, 이송대차(210)에 구비되는 배터리에 충전 전원을 공급하고, 상기 배터리(미도시)에 의해 이송대차가(210)에 구비된 컨트롤 박스(215) 및 구동모터(미도시)가 전력을 공급받아 수평 또는 수직방향으로 이동되거나, 약액 분사 작업을 행할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 자동화 모듈(200)은 상기 ICT 단말기로부터 입력된 데이터베이스(220); 상기 이송대차(210)의 상태정보를 상기 데이터베이스(220)와 비교 분석하여, 상기 이송대차(210)가 이동될 목표 위치를 산출하는 분석부(230); 상기 ICT 단말기(600)와 통신하는 통신부(240); 상기 이송대차(210)의 상태정보와 상기 센서모듈(300)의 측정결과를 수집하는 수집부(250);를 더 포함하여 구성하되, 상기 수집부(250)는 각 단위셀 마다 구비되는 센서모듈(300)의 고장 여부를 판단하고, 고장이 발생한 것으로 판단되면 ICT 단말기(600)로 센서모듈(300) 고장 정보를 전송할 수 있다. 더욱 구체적으로, 센서모듈(300)의 고장 여부는 등록된 센서 정보에 기초하여 수행될 수 있다. 센서모듈(300)로부터 전송된 생육 환경 데이터를 식별 및 선정하여 미리 설정된 주기에 따라 데이터가 전송되지 않은 센서를 고장 센서로 판단하여 ICT 단말기(600)에 정보를 전송하여, 고장 발생에 대한 로그(Log)를 기록한다.
상기 상태정보는 상기 이송 대차의 위치 정보, 이송 대차의 배터리 잔량 정보, 및 이송 대차의 약액 잔량 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 상태정보는 이송대차에 센서를 구비하여 정보를 획득 할 수 있다.
상기 분석부(230)는 상기 ICT 단말기(600)로부터 입력된 데이터베이스(220)의 정보와 상기 수집부(250)의 정보를 비교 분석하여, 이송대차(210)가 이동할 위치를 산출한다.
상기 분석부(230)는 약액잔량분석부(231), 배터리잔량분석부(232) 및 성장 분석부(233)를 포함한다.
더욱 구체적으로, 상기 약액잔량분석부(231)는 상기 ICT 단말기(600)로부터 약액 잔량과 배터리 잔량의 기준치가 저장된 데이터베이스(220)와 상기 수집부(250)에서 획득한 이송대차의 상태정보를 비교하여, 상기 기준치의 임계 범위 내에 존재하는 지의 여부를 판단하며, 상기 수집된 상태정보가 기준치의 임계 범위 밖으로 존재하는 경우, 충전이 필요한 상태로 판단하여, 상기 이송대차(210)에 약액 충전신호를 출력시킴으로써, 상기 이송대차(210)가 상기 수평프레임(400)의 일측으로 이동되어, 약액이 충전될 수 있다.
이와 유사하게, 상기 배터리잔량분석부(232)는 상기 ICT 단말기(600)로부터 약액 잔량과 배터리 잔량의 기준치가 저장된 데이터베이스(220)와 상기 수집부(250)에서 획득한 이송대차의 상태정보를 비교하여, 상기 기준치의 임계 범위 내에 존재하는 지의 여부를 판단하며, 상기 수집된 상태정보가 기준치의 임계 범위 밖으로 존재하는 경우, 충전이 필요한 상태로 판단하여, 상기 이송대차(210)에 약액 충전신호를 출력시킴으로써, 상기 이송대차(210)가 상기 수평프레임(400)의 일측으로 이동되어 배터리를 충전할 수 있도록 한다. 이때, 상기 충전신호는 이송대차(210)의 제어부에 전달되며, 상기 제어부는 상기 이송대차(210)가 수평 프레임(400)의 일측에 구비된 충전전원공급장치(430)를 향하여 스스로 이동하도록 구동모터의 작동을 제어함으로써, 상기 도킹충전단자(211b)와 상기 충전전원공급장치(430)가 서로 결합함으로써, 배터리가 충전되도록 한다.
상기 데이터베이스(220)는 성장 모델 데이터 베이스를 포함하며, 상기 성장 분석부(233)는 수집부(240)에서 획득한 센서모듈(300)의 측정결과와 상기 데이터베이스에 저장된 성장 모델 데이터 베이스를 비교하여, 인삼의 성장이 완료된 것을 판단되는 경우, 상기 성장이 완료된 인삼을 포함하는 단위셀을 ICT 단말기(600)에 제공한다. 또한, 상기 성장 분석부(233)는 수집부(240)에서 획득한 센서모듈(300)의 측정결과와 상기 데이터베이스에 저장된 생육환경 모델을 비교하여, 성장이 불량한 인삼을 포함하는 단위셀의 위치로 상기 이송대차(210)를 이동시킴으로써, 이송대차(210)에 저장된 약액이 상기 단위셀에 살포되어, 인삼의 성장이 촉진되도록 구성할 수 있다.
또 다른 실시예에 의하면, 상기 성장 분석부(233)는 빅데이터 분석을 통해, 인삼 성장 모델을 생성해 성장이 완료된 인삼을 포함하는 단위셀을 ICT 단말기(600)에 제공하고, 인삼 성장 모델을 토대로, 성장이 불량한 인삼을 포함하는 단위셀의 위치로 상기 이송대차(210)를 이동시킴으로써, 이송대차(210)에 저장된 약액이 상기 단위셀에 살포되어, 인삼의 성장이 촉진하도록 구성할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 성장 분석부(233)는 데이터 전처리부(233a), 인삼 성장 모델 생성부(233b), 품질 분석부(233c)를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 데이터 전처리부(233a)는 수집부(240)에서 획득한 센서모듈(300)의 측정 결과를 시간 순서에 맞게 수집하고, 인자별로 분류 한다.
상기 데이터 전처리부(233a)에 의해 전처리된 데이터는 빅데이터 분석 방법에 따라 인삼 성장 모델 생성부(233b)에 의해 인삼 성장 모델을 생성한다. 더욱 구체적으로, 인삼 성장 모델 생성부(233b)는 데이터 전처리부(233a)에 의해 전처리된 데이터 중 서로 다른 인자들을 조합하여 복수의 패턴을 생성하고, 상기 생성된 복수의 패턴 중 특정 작물 및 종에 대한 특정패턴을 반복적인 상기 상관관계 분석 및 상기 회귀분석으로 추출하며, 상기 추출된 특정패턴을 이용하여 상기 인삼 성장 모델을 생성함으로써, 상기 성장 분석부(233)가 데이터 전처리부(233a)의 데이터를 상기 인삼 성장 모델과 비교하여, 인삼의 성장완료여부를 판단한 후, 성장이 완료된 인삼을 포함하는 단위셀을 ICT 단말기(600)에 제공 할 수 있다.
상기 인삼 성장 모델 생성부(233b)는 기계학습에 의해 시간이 지날수록 학습된 경험에 대한 데이터가 축적되어, 인삼의 성장을 정확하게 예측하는 인삼 성장 모델을 생성할 수 있다.
상기 성장분석부(233)는 데이터 전처리부(233a)의 데이터를 상기 인삼 성장 모델과 비교하여, 현재의 인삼생육상태를 분석한 후, 동일 시간대에서 인삼의 성장이 기준치 미만인 단위셀의 위치를 산출하고, 이송대차(210)가 상기 단위셀에 약액을 살포하여 인삼의 성장이 촉진되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 품질 분석부(223c)는 데이터 전처리부(233a)의 데이터를 이용해, 현재의 생육상태를 분석한다. 품질 분석부(223c)는 분석된 생육상태를 이용해 가장 높은 품질의 인삼이 재배되는 생육환경 또는 단위셀의 위치를 예측한다.
방법에 따라서, 인삼 성장 모델 생성부(233b)는 품질 분석부(233c)에서 예측된 생육환경을 이용하여, 전처리된 데이터 중 품질이 가장 높은 데이터의 집합을 산출한 후, 산출된 데이터 집합을 학습함으로써, 상기 인삼 성장 모델이 업데이트 되도록 할 수 있다.
상기 성장 분석부(430)의 동작 초기에는 전처리 데이터가 부족하기 때문에 인삼 성장 모델에 대한 신뢰도가 떨어질 수 있다. 이에 따라서, 상기 ICT 단말기(600)를 통하여 입력된 데이터베이스를 이용하여, 성장 시기를 예측하고, 추후 기계학습에 의해서 신뢰성 있는 인삼 성장 모델이 업데이트 되면, 상기 업데이트된 인삼 성장 모델를 이용하여, 인삼의 성장 시기를 예측할 수 있다.
100: 셀모듈 110: 트레이
120: 재배부 200: 자동화 모듈
210: 이송대차 211: 하부프레임
211b: 도킹충전단자 212: 상부프레임
212a: 약액저장부 212b: 약액분사부
212c: 약액주입부 212d: 약액 배출부
220: 데이터베이스 230: 분석부
240: 통신부 250: 수집부
300: 센서모듈 400: 수평프레임
500: 생육환경조절모듈 510: 광원부
520: 안개분사부 530: 순환 공급 장치
540: 입수라인 550: 출수라인
551: 입수관 552: 출수관
700: 승하강스테이션 900: 에어샤워룸

Claims (11)

  1. 공장 건물 내부에 일정 간격으로 정렬 배치되어, 인삼을 재배하는 셀모듈(100);
    상기 셀모듈(100)에 구비된 인삼의 성장을 분석하고, 약액 살포 작업의 자동화를 수행하는 자동화 모듈(200);
    상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 측정하는 센서모듈(300);
    상기 센서모듈(300)의 측정결과에 근거하여, 상기 셀모듈(100)에서 재배되는 인삼의 생육환경을 자동으로 조절하는 생육환경조절모듈(500);
    상기 센서모듈(300), 생육환경조절모듈(500) 및 상기 자동화 모듈(200)과 무선으로 정보를 송수신하는 ICT 단말기(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀모듈(100)은 수직방향으로 일정간격을 두고 구비되는 수평 프레임(400)에 의해 구획되어, 복수개의 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수평 프레임(400)은 상기 셀모듈(100)의 사이에 구비되는 복수개의 가이드 프레임(420)을 포함하는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동화 모듈(200)은 상기 셀모듈(100) 사이를 수평방향으로 이동하고, 수직방향으로 승하강 하는 이송대차(210)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이송대차(210)는 수평방향으로 이동가능하도도록 하부에 휠이 구비된 하부 프레임(211); 상기 하부 프레임(211)의 상측에서 수직방향으로 승하강되는 상부프레임(212); 및 상기 상부 프레임(212)과 상기 하부 프레임(211) 사이에서 접히거나 펼쳐짐 가능한 링크부(213);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부프레임(212)의 내부에는 약액 저장부(212a)와 상기 약액 저장부(212a)의 약액을 외부에 살포하는 약액 분사부(212b)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 약액 분사부(212b)는 길이방향으로 신축 가능도록 형성되되, 슬라이딩 이동에 의해 약액 분사 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 프레임(211)의 일측에는 도킹충전단자(211b)가 더 형성되어, 상기 이송대차(210)에 구비되는 배터리에 전원을 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 자동화 모듈(200)은 상기 ICT 단말기로부터 입력된 데이터베이스(220); 상기 이송대차(210)가 이동될 목표 위치를 산출하는 분석부(230); 상기 ICT 단말기(600)와 통신하는 통신부(240); 상기 이송대차(210)의 상태정보와 상기 센서모듈(300)의 측정결과를 수집하는 수집부(250);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상태정보는 상기 이송 대차의 위치 정보, 이송 대차의 배터리 잔량 정보, 및 이송 대차의 약액 잔량 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 데이터베이스(220)는 성장 모델 데이터 베이스를 포함하며, 상기 분석부(230)는 상기 성장 모델 데이터 베이스와 상기 센서모듈(300)의 측정결과를 비교 분석하는 성장 분석부(233)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대차와 ICT 스마트팜 기술을 이용한 인삼 수경 재배 장치.
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