KR20220068020A

KR20220068020A - 농작물 수확로봇

Info

Publication number: KR20220068020A
Application number: KR1020200154903A
Authority: KR
Inventors: 박선호
Original assignee: 박선호
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-25
Also published as: KR102542825B1

Abstract

본 발명은 농작물 수확로봇에 관한 것으로, 지면을 주행하는 구동부가 구비되고, 절첩 작동되는 다수의 연결바로 된 아암을 구비한 본체; 상기 아암의 단부에 장착되어 열매를 절단하여 수확하는 채집수단;을 포함하고, 상기 채집수단은, 상기 아암에 연결되는 제1바디와, 상기 제1바디의 전단에 형성되는 그립퍼와, 상기 그립퍼의 협지작동을 유발하는 제1구동부로 이루어진 협지부; 상기 협지부의 제1바디의 상부에 힌지결합되어 상하 회전되는 제2바디와, 상기 제2바디에 결합되어 인출 또는 인입 작동되고, 선단 양측에 대칭되게 힌지결합되는 양측 후크가 형성되어 작물의 꼭지를 구속할 수 있고, 상승하면서 작물의 꼭지 주변의 가지를 들어올리도록 하는 가지정리부; 상기 가지정리부를 상하로 회전시키는 제3구동부; 상기 가지정리부의 제2바디에 형성되며, 인출작동되면서 작물의 꼭지를 절단하는 커터부와, 상기 커터부의 인출 또는 인입작동을 유발하는 제2구동부를 구비한 절단부;를 포함하여 구성된다.

Description

농작물 수확로봇{Crop Harvesting Robot Apparat}

본 발명은 농작물 수확로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고추와 같은 가지에 달리는 열매를 채취하여 수확하는 농작물 수확로봇에 관한 것이다.

과일, 채소 등의 농작물을 수확하는 경우, 작업자가 직접 농작물을 수확해야 하기 때문에, 인건비가 과다하게 소요되었다.

이에 인력을 이용하지 않고 농작물을 자동으로 수확할 수 있는 자동 수확 시스템이 연구되었으며, 근래에는 영상처리기술 및 로봇기술이 크게 발달하여 상술한 자동 수확 시스템이 보다 정교화되고 있다.

농작물을 자동으로 수확하기 위한 기술은 수확 대상물에 대응되는 정확한 영상처리기술 및 수확 대상물의 구조에 맞추어 절단부분을 정확하게 절단할 수 있는 로봇시스템이 요구된다.

한국공개특허공보 특2002-0037209호는 수박을 수확하는 원격 작업시스템을 개시하고 있으며, 한국등록특허공보 제10-0784830호는 딸기를 수확할 수 있는 로봇 시스템을 개시하고 있다.

우리나라의 주된 식재료 중 하나인 고추에 대한 수요가 급증하고 있는데, 인구 고령화와 농촌인구 감소 추세에 따라 농가의 노동력이 부족해지면서 기계의 의한 노동력 절감이 필요하다.

고추 외에도 가지, 오이, 파프리카와 같이 한번에 수확하지 않고 수확기 동안 반복적으로 작업해야 하는 작물은 수확의 노동 강도가 매우 크다.

이들 농작물을 하나씩 수확하는 장치 및 수확 작업의 자동화는 드물며, 종래 기술은 이론상으로만 구상되어 있고 실물은 없거나 특정 종자를 요구하므로 오히려 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.

일부 고추 이외의 다른 작물을 수확하는 경우는 있으나 통제된 실험조건 속에서 테스트한 것이 대부분이고 상용화 단계에 도달하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 고추 수확시의 노동력을 절감할 수 있고, 고추 이외의 다른 작물까지 범용적으로 수확 가능하며, 주행장치와 비전 카메라가 구비되어 자율적으로 수확할 수 있는 농작물 수확로봇를 제공하고자 한다.

상기한 본 발명의 목적은, 지면을 주행하는 구동부가 구비되고, 절첩 작동되는 다수의 연결바로 된 아암을 구비한 본체; 상기 아암의 단부에 장착되어 열매를 절단하여 수확하는 채집수단;을 포함하고, 상기 채집수단은, 상기 아암에 연결되는 제1바디와, 상기 제1바디의 전단에 형성되는 그립퍼와, 상기 그립퍼의 협지작동을 유발하는 제1구동부로 이루어진 협지부; 상기 협지부의 제1바디의 상부에 힌지결합되어 상하 회전되는 제2바디와, 상기 제2바디에 결합되어 인출 또는 인입 작동되고, 선단 양측에 대칭되게 힌지결합되는 양측 후크가 형성되어 작물의 꼭지를 구속할 수 있고, 상승하면서 작물의 꼭지 주변의 가지를 들어올리도록 하는 가지정리부; 상기 가지정리부를 상하로 회전시키는 제3구동부; 상기 가지정리부의 제2바디에 형성되며, 인출작동되면서 작물의 꼭지를 절단하는 커터부와, 상기 커터부의 인출 또는 인입작동을 유발하는 제2구동부를 구비한 절단부;를 포함하는 농작물 수확로봇에 의해 달성될 수 있다.

상기 본체는, 전면을 촬영하여 영상을 획득하는 카메라와, 영상을 전송하는 데이터 전송부가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 전송부에 연결되어 영상자료를 저장하는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1구동부는 모터, 상기 모터에 연결된 주동기어, 상기 주동기어에 치합되며 일측 그립퍼에 형성된 제1종동기어와, 상기 제1종동기어와 치합되며 타측 그립퍼에 형성된 제2종동기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제3구동부는 모터, 상기 모터에 연결되며 협지부의 제1바디에 형성된 제1부채기어, 상기 가지정리부의 제2바디에 형성되며 제1부채기어에 치합되는 제2부채기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 커터부는 상부에 길이방향으로 제1랙기어가 형성된 중간프레임과, 상기 중간프레임의 상부에 결합되며 전단에 커터날이 형성되는 커터프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2구동부는 커터프레임에 장착되는 모터와, 상기 모터에 형성되며 상기 제1랙기어에 치합되는 제1피니언기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가지정리부를 인출 또는 인입시키는 제4구동부를 포함하고, 상기 제4구동부는, 제2바디의 측면에 형성되는 제2랙기어와, 중간프레임에 장착된 모터와, 모터에 연결되며 제2랙기어와 치차 결합되는 제2피니언기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 커터부는 커터날을 진동시키는 진동수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 진동수단은 커터프레임에 결합되며 축이 하방으로 수직하게 형성되는 진동모터와, 상기 진동모터의 축에 편심 결합된 캠과, 상기 캠을 수용하며 캠이 회전할 때 충돌되는 가이드단턱이 형성되며 커터날에 지지되는 톱날 받침;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 농작물 수확시의 노동력을 절감할 수 있고, 고추 외에도 가지, 오이, 파프리카와 같이 반복적으로 수확하는 다른 작물까지 범용적으로 수확 가능하며, 주행장치와 비전 카메라가 구비되어 자율적으로 수확할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 농작물 수확로봇를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 농작물 수확로봇에서 '채집수단'을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 농작물 수확로봇에서 '채집수단'에 대한 분해사시도,
도 4는 상기 도 3의 채집수단에서 '가지정리부'에 대한 분해사시도,
도 5는 상기 도 3의 채집수단에서 '가지정리부'에 대한 저면 사시도,
도 6은 상기 도 5의 '가지정리부'에 대한 저면 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 농작물 수확로봇의 작동을 순차적으로 나타낸 사시도,
도 8은 상기 도 7에 대한 정면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 농작물 수확로봇를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 농작물 수확로봇에서 '채집수단'을 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 농작물 수확로봇에서 '채집수단'에 대한 분해사시도, 도 4는 상기 도 3의 채집수단에서 '가지정리부'에 대한 분해사시도, 도 5는 상기 도 3의 채집수단에서 '가지정리부'에 대한 저면 사시도, 도 6은 상기 도 5의 '가지정리부'에 대한 저면 분해사시도, 도 7은 본 발명에 따른 농작물 수확로봇의 작동을 순차적으로 나타낸 사시도, 도 8은 상기 도 7에 대한 정면도이다.

본 발명에 따른 농작물 수확로봇은, 지면을 주행하는 구동부(22)가 구비되고, 절첩 작동되는 다수의 연결바로 된 아암(28)을 구비한 본체(2); 상기 아암(28)의 단부에 장착되어 열매를 절단하여 수확하는 채집수단(A);을 포함하여 구성된다.

상기 채집수단(A)은, 상기 아암(28)에 연결되는 제1바디(230)와, 상기 제1바디(230)의 전단에 형성되는 그립퍼(G1,G2)와, 상기 그립퍼(G1,G2)의 협지작동을 유발하는 제1구동부(200)로 이루어진 협지부(3); 상기 협지부(3)의 제1바디(230)의 상부에 힌지결합되어 상하 회전되는 제2바디(42)와, 상기 제2바디(42)에 결합되어 인출 또는 인입 작동되고, 선단 양측에 대칭되게 힌지결합되는 양측 후크(44)가 형성되어 작물의 꼭지(P)를 구속할 수 있고, 상승하면서 작물의 꼭지(P) 주변의 가지를 들어올리도록 하는 가지정리부(4); 상기 가지정리부(4)를 상하로 회전시키는 제3구동부(500); 상기 가지정리부(4)의 제2바디(42)에 형성되며, 인출작동되면서 작물의 꼭지(P)를 절단하는 커터부(5)와, 상기 커터부(5)의 인출 또는 인입작동을 유발하는 제2구동부(400)를 구비한 절단부(6);를 포함하여 구성된다.

상기 본체(2)는, 차체부(20)와 이 차체부(20)에 장착된 구동부(22)로 구성되며, 구동부는 전동모터와 이에 연결되는 전륜과 후륜을 포함하고, 차체부(20)의 상부에 수직하게 승강대(24)가 부착되고, 아암(28)의 일단부가 승강대(24)에 결합되고, 승강대(24)에는 모터와 기어로 구성되는 승강동력부(26)가 구비된다.

따라서 승강동력부(26)가 구동되면 승강대(24)와 이에 연결된 아암(28)이 동반하여 승,하강 구동됨으로써 높이 조절이 가능해진다.

채집수단(A)은 아암(28)의 타단부에 힌지 결합되며, 전면을 촬영하여 영상을 획득하는 카메라(100)와, 영상을 전송하는 데이터 전송부가 포함된다.

또한 상기 데이터 전송부에 연결되어 영상자료를 저장하는 서버(미도시);를 포함할 수 있다. 서버는 본체(2) 내에 구비되거나 또는 외부의 특정 장소에 구비될 수 있다.

협지부(3)는 제1구동부(200)에 의해 오므려지거나 벌어지는 작동을 하는 그립퍼(G1,G2)가 구비되고, 그립퍼(G1,G2)의 내면에 스펀지(33)가 부착되어 작물을 협지했을때 미끄러지지 않도록 한다.

제1구동부(200)는 모터(M1), 상기 모터(M1)에 연결된 주동기어(210), 상기 주동기어(210)에 치합되며 일측 그립퍼(G1)에 형성된 제1종동기어(221)와, 상기 제1종동기어(221)와 치합되며 타측 그립퍼(G2)에 형성된 제2종동기어(222)를 포함하여 구성된다.

제3구동부(300)는, 가지정리부(4)를 상하로 회전시키는 것으로, 모터(M2), 상기 모터(M2)에 연결되며 협지부(3)의 제1바디(230)에 형성된 제1부채기어(310), 상기 가지정리부(4)의 제2바디(42)에 형성되며 제1부채기어(310)에 치합되는 제2부채기어(320)를 포함하여 구성된다.

부채기어는 부채꼴 형상으로 이루어지고, 원호부에 치차가 형성된 것으로 제1부채기어(310)와 제2부채기어(320)가 치차 결합되어 상호 회전력이 전달될 수 있도록 한 것이다.

따라서 제1바디(230)에 구비된 모터(M)가 구동되어 협지부(3)를 하방으로 일정 각도 회전시키면 제1부채기어(310)에 연동되어 제2부채기어(320)가 회전되므로 가지정리부(4)가 상방으로 일정 각도 회전된다.

상기 커터부(5)는 상부에 길이방향으로 제1랙기어(521)가 형성된 중간프레임(52)과, 상기 중간프레임(52)의 상부에 결합되며 전단에 커터날(55)이 형성되는 커터프레임(54)을 포함하여 구성된다.

상기 제2구동부(400)는 커터프레임(54)에 장착되는 모터(M3)와, 상기 모터(M3)에 형성되며 상기 중간프레임(52)의 제1랙기어(521)에 치합되는 제1피니언기어(410)를 포함하여 구성된다.

따라서 모터(M3)가 구동되어 제1피니언기어(410)가 회전되면, 제1랙기어(521) 및 제1랙기어(521)가 형성된 중간프레임(52)이 전후방향으로 이동될 수 있다.

상기 가지정리부(4)는, 직사각 판상으로 된 제2바디(42)와, 상기 제2바디(42)의 전단에 대칭 형성되는 양측 후크암(43)과, 양측 후크암(43) 각각의 전단에 힌지 결합되며 서로 맞대어지도록 결합되는 후크(44)를 포함하여 구성되며, 제2바디(42)의 측면에 길이방향으로 제2랙기어(46)가 형성된다.

양측 후크(44)는 힌지 결합되어 있으므로 절첩이 자유롭고, 회전축에 토션스프링(미도시)이 결합되어 있어 서로 마주보는 상태로 대기하다가 식물 줄기(P)에 대해 미는 과정에서 양측 후크(44)가 안쪽으로 회전됨으로써 식물 줄기(P)가 내부에 삽입될 수 있고, 식물줄기가 양측 후크(44)를 통과하면 후크(44)는 토션스프링의 복원력에 의해 원래 상태로 복귀하게 된다.

상기 가지정리부(4)를 인출 또는 인입시키는 제4구동부(22)를 포함한다.

상기 제4구동부(22)는 제2바디(42)의 측면에 형성되는 제2랙기어(46)와, 중간프레임(52)에 장착된 모터(M4)와, 모터(M4)에 연결되며 제2랙기어(46)와 치차 결합되는 제2피니언기어(48)를 포함하여 구성된다.

한편 상기 커터부(5)는 커터날(55)을 진동시키는 진동수단;을 포함한다.

커터날(55)이 상하좌우로 미세하게 고속 진동함으로써 절단 작동이 단번에 실시될 수 있고, 절단된 가지가 커터날(55)에 달라붙지 않도록 하여 청결한 상태가 유지될 수 있다.

상기 진동수단은, 커터프레임(54)에 결합되며 축이 하방으로 수직하게 형성되는 진동모터(RM)와, 진동모터(RM)의 축에 편심 결합된 캠(610)과, 캠(610)을 수용하며 캠(610)이 회전할 때 충돌되는 가이드단턱(630)이 형성되며 커터날(55)에 지지되는 톱날 받침(650)을 포함하여 구성된다.

진동모터(RM)가 온(ON) 작동되면 캠(610)이 편심 회전되고, 캠(610)의 회전 충격에 의해 가이드단턱(630)을 좌우로 떨리게 되므로 톱날 받침(650)에 진동이 발생되고, 톱날 받침(650)에 결합된 커터날(55)이 고속 진동을 하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

제2구동부(400)의 모터(M)가 온(on) 작동되면 제1랙기어(521)와 중간프레임(52) 및 제2바디(42)가 전진하게 되고, 가지정리부(4)의 양 후크(44)가 작물 꼭지(P)를 밀면서 전진한 후 양 후크(44)가 작물 꼭지(P)를 구속하게 된다(도 7의 (b), 도 8의 (b)참조).

이후 제3구동부(300)가 온(on) 작동된다. 즉, 모터(M2)가 온 작동되면 제1바디(230)의 제1부채기어(310)가 회전하게 되고, 이에 치차결합된 제2부채기어(320)가 형성된 제2바디(42)가 회전되므로 가지정리부(4)와 커터부(5)는 상방으로 회전되고, 협지부(3)는 하방으로 회전되므로 양측 간격이 벌어지게 된다(도 7의 (c), 도 8의 (c)참조).

따라서 가지정리부(4)의 양 후크(44)가 상승하여 작물 꼭지(P)의 상부 잎을 들어올려 작물 꼭지(P)가 길게 드러나서 남도록 하는 것이다.

이후 진동수단의 진동모터(RM)가 작동되어 커터날(55)이 진동하고, 제1피니언기어(410)가 회전되고, 제1랙기어(521) 및 중간프레임(52), 그에 결합된 커터프레임(54)이 전진하면서 커터날(55)이 작물 꼭지(P)를 절단하게 된다(도 7의 (d), 도 8의 (d)참조).

본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타실시 예로 변경할 수 있으므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 : 본체 3 ; 아암
A ; 채집수단 P : 꼭지, 줄기
5 : 커터부 6 : 절단부
20 : 차체부 22 : 구동부
22 : 구동부 24 : 승강대
28 : 아암 26 : 승강동력부
42 : 제2바디 43 : 후크암
44 : 후크 46 : 제2랙기어
48 : 제2피니언기어 52 : 중간프레임
54 : 커터프레임 55 : 커터날
200 : 제1구동부 210 : 주동기어
221, 222 : 종동기어 300 : 제3구동부
310 : 제1부채기어 320 : 제2부채기어
400 : 제2구동부 410 : 제1피니언기어
521 : 제1랙기어 610 : 캠
630 : 가이드단턱 650 : 톱날 받침
RM : 진동기어

Claims

지면을 주행하는 구동부가 구비되고, 절첩 작동되는 다수의 연결바로 된 아암을 구비한 본체;
상기 아암의 단부에 장착되어 열매를 절단하여 수확하는 채집수단;을 포함하고,
상기 채집수단은,
상기 아암에 연결되는 제1바디와, 상기 제1바디의 전단에 형성되는 그립퍼와, 상기 그립퍼의 협지작동을 유발하는 제1구동부로 이루어진 협지부;
상기 협지부의 제1바디의 상부에 힌지결합되어 상하 회전되는 제2바디와, 상기 제2바디에 결합되어 인출 또는 인입 작동되고, 선단 양측에 대칭되게 힌지결합되는 양측 후크가 형성되어 작물의 꼭지를 구속할 수 있고, 상승하면서 작물의 꼭지 주변의 가지를 들어올리도록 하는 가지정리부;
상기 가지정리부를 상하로 회전시키는 제3구동부;
상기 가지정리부의 제2바디에 형성되며, 인출작동되면서 작물의 꼭지를 절단하는 커터부와, 상기 커터부의 인출 또는 인입작동을 유발하는 제2구동부를 구비한 절단부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 농작물 수확로봇.
제 1항에 있어서,
상기 커터부는 커터날을 진동시키는 진동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 농작물 수확로봇.
제 2항에 있어서,
상기 진동수단은
커터프레임에 결합되며 축이 하방으로 수직하게 형성되는 진동모터와,
상기 진동모터의 축에 편심 결합된 캠과,
상기 캠을 수용하며 캠이 회전할 때 충돌되는 가이드단턱이 형성되며 커터날에 지지되는 톱날 받침;을 포함하는 것을 특징으로 하는 농작물 수확로봇.
제 1항에 있어서,
상기 커터부는
상부에 길이방향으로 제1랙기어가 형성된 중간프레임과,
상기 중간프레임의 상부에 결합되며 전단에 커터날이 형성되는 커터프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 농작물 수확로봇.
제 1항에 있어서,
상기 제2구동부는
커터프레임에 장착되는 모터와, 상기 모터에 형성되며 상기 제1랙기어에 치합되는 제1피니언기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 농작물 수확로봇.
제 1항에 있어서,
상기 가지정리부를 인출 또는 인입시키는 제4구동부를 포함하고,
상기 제4구동부는,
제2바디의 측면에 형성되는 제2랙기어와, 중간프레임에 장착된 모터와, 모터에 연결되며 제2랙기어와 치차 결합되는 제2피니언기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 농작물 수확로봇.