KR20220077631A - 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모종이 심겨진 재배 카트리지를 회전 구조체에 자동으로 장착하거나 수확 시기의 재배 카트리지를 회전 구조체로부터 자동으로 탈거하기 위한 제반 자동화 기술 요소를 구비하는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기에 관한 것으로서, 복수의 장착홀이 형성된 재배 카트리지 및 이격된 적어도 두 개의 환형 프레임과, 상기 환형 프레임들을 연결하는 복수의 지지 프레임 세트를 구비하는 회전 구조체를 포함할 수 있다.

Description

자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기{ROTARY TYPE PLANT GROWING DEVICE FOR AUTOMATED TRANSPOTATON}
본 발명은 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모종이 심겨진 재배 카트리지를 회전 구조체에 자동으로 장착하거나 수확 시기의 재배 카트리지를 회전 구조체로부터 자동으로 탈거하기 위한 제반 자동화 기술 요소를 구비하는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기에 관한 것이다.
종래의 식물 재배는 비닐하우스, 유리온실, 노지 등 국한된 공간에서만 가능하였다. 즉, 종래의 식물 재배는 정해진 구역에 식물을 심게 되면 특히 비닐하우스의 경우 내부의 상, 하부 온도차에 의해 일정한 온도가 유지되지 못하거나, 햇빛이나, 수분 및 바람 등의 재배 환경이 일정하지 않으므로 식물이 균일하게 성장하지 못하고 발육 또한 늦어진다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 수직의 다단형 재배판을 가지는 식물공장형 재배장치가 등장하기도 하였다. 그러나 다단형 재배판을 가지는 재배장치는 재배되는 식물에 고른 빛을 제공하기 위해 다단형 재배판마다 다량의 인공 조명시설이 필요하여 시설 설치 투자비가 과다하고 및 그 운영비가 많이 소요된다.
또한, 종래의 문제점을 개선하기 위해 대한민국 등록특허 제10-10639626호에서는 드럼회전식 재배기에 대한 기술이 개시되어 있다.
그러나 드럼회전식 재배기는 드럼내에서 종자가 정기적으로 움직이므로 환기량, 살수냉각 등의 방법으로 부패를 방지할 수 있는 장점이 있지만, 종자의 크기, 새싹의 생장단계에 따른 적정 광량 공급장치 및 습도 유지를 위한 장치가 결여되어 있는 상황이며, 착색을 요하는 품목의 경우 최종 생육단계에서 투과되는 광량의 미흡, 광량 및 광질 조절의 곤란 등으로 인하여 고품질의 새싹을 생산하는데 제한 요인이 되고 재배기 내부에 온도를 일정 온도로 유지하기가 어렵다는 단점이 있다.
또한, 재배 카트리지의 장착 및 탈거를 위한 자동화 생산시스템이 결여되어 재배 카트리지의 장착 및 탈거에 필요한 인건비가 상승하고 이에 따른 생산 단가가 증가될 수 있는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-10639626호
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 회전 구조체를 이용하여 중력의 이동(저중력 상태)이 가능한 구조로 재배 카트리지를 회전시킴으로써 작물 내에 존재하는 중력센서세포(Gravisensor)가 중력 이동에 따라 직립하려고 발생시키는 성장물질(옥신 Auxin)을 인위적으로 촉진시키고 이에 따라 작물의 성장 속도를 촉진할 수 있는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 협소한 공간에서도 다량의 작물을 재배할 수 있고, 재배 인력을 최소화하여 인건비 등의 생산 단가를 낮출 수 있는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기는 복수의 장착홀이 형성된 재배 카트리지; 및 이격된 적어도 두 개의 환형 프레임과, 상기 환형 프레임들을 연결하는 복수의 지지 프레임 세트를 구비하는 회전 구조체를 포함하고, 상기 지지 프레임 세트는, 상기 환형 프레임에 회동 가능하게 결합되고 상기 재배 카트리지의 장착홀에 삽입되기 위한 적어도 두 개의 장착봉이 형성되는 제1 지지 프레임과, 상기 제1 지지 프레임의 인근에 배치되는 제2 지지 프레임을 포함하며, 상기 환형 프레임에는, 상기 제1 지지 프레임의 적어도 일 끝단 부위에 형성된 기어에 회전력을 인가하는 컨트롤 모터가 장착되고, 상기 컨트롤 모터에 의해 상기 제1 지지 프레임이 회동함에 따라 상기 장착봉의 끝단 부위가 상기 제2 지지 프레임에 탈착 결합될 수 있다.
상기 두 개의 장착봉 중 적어도 하나에는, 상기 재배 카트리지가 상기 장착봉에 장착되었는지 또는 상기 장착봉에서 탈거되었는지를 감지하는 컨테이너 센서가 더 장착될 수 있다.
상기 제2 지지 프레임의 적어도 일 부위에는, 상기 제1 지지 프레임의 장착봉 끝단 부위가 상기 제2 지지 프레임에 체결 또는 체결 해제되었는지를 감지하는 장착봉 센서가 더 장착될 수 있다.
상기 적어도 하나의 환형 프레임에는, 상기 제1 지지 프레임의 회동을 소정 각도에서 고정하기 위한 회동 멈춤부가 더 구비될 수 있다.
상기 제2 지지프레임에는, 상기 장착봉의 회전 반경 상에 형성되고, 상기 장착봉의 끝단 부위가 삽입되는 결합홈과, 상기 결합홈의 일측에 슬라이딩 가능하게 구비되고 모터에 의해 슬라이딩 이동되어 선택적으로 상기 장착복과 상기 결합홈의 체결 상태를 유지시키는 샤프트를 포함할 수 있다.
상기 식물 재배기는, 상기 환형 프레임을 회전 시키기 위한 제1 속도로 회전하는 제1 모터 및 상기 제1 모터의 속도보다 느린 속도로 회전하는 제2 모터를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 카트리징 모드에서, 제2 모터를 구동하여 상기 회동 멈춤부에 의해 상기 재배 카트리지가 수평을 이루는 위치에 오도록 상기 회전 구조체의 회전을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기는 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 회전 구조체를 이용하여 중력의 이동(저중력 상태)이 가능한 구조로 재배 카트리지를 회전시킴으로써 작물 내에 존재하는 중력센서세포(Gravisensor)가 중력 이동에 따라 직립하려고 발생시키는 성장물질(옥신 Auxin)을 인위적으로 촉진시키고 이에 따라 작물의 성장 속도를 촉진할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 본 발명은 협소한 공간에서도 다량의 작물을 재배할 수 있고, 재배 카트리지의 장착 및 탈거를 자동화를 통해 수행할 수 있기 때문에 재배 인력을 최소화하여 인건비 등의 생산 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기를 예시한 모식도.
도 2는 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기를 예시한 사시도.
도 3은 도 1에 예시된 장착봉에 재배 카트리지가 장착된 상태를 예시한 사시도.
도 4는 도 1에 예시된 식물 재배기의 회동 멈춤부를 예시한 단면도.
도 5의 (A), (B)는 도 1에 예시된 식물 재배기의 장착봉이 제2 지지 프레임에 결합되는 방식을 예시한 단면.
도 6은 본 발명의 식물 재배기, 컨트롤러 및 로더의 구성을 예시한 블록도
도 7 및 도 8은 도 1에 예시된 로더의 동작을 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기의 동작을 설명하기 위한 플로우차트.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 모듈(MODULE)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미할 수 있다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)를 예시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)는 모종이 심겨진 재배 카트리지(100)를 회전 구조체(200)에 자동으로 장착하거나 수확 시기의 재배 카트리지(100)를 회전 구조체(200)로부터 자동으로 탈거하기 위한 제반 자동화 기술 요소를 구비한다. 여기서 제반 자동화 기술 요소는 장착봉(221)의 장착 및 탈거를 감지하는 컨테이너 센서(11), 장착봉(221)이 제2 지지 프레임(230)에 결합 및 해제되었는지를 감지하는 장착봉 센서(12), 회전 구조체(200)를 회전시키기 위한 구동부(300) 및 제1 지지 프레임(220)을 회전시키는 컨트롤 모터(도 6의 13) 및 샤프트(도 5의 232)를 이동시키기 위한 구동모터에 연결된 구동기어(도 5의 233) 등을 포함할 수 있다.
그리고 로더(20)는 자동화된 시스템을 통해 회전 구조체(200)에 재배 카트리지(100)를 장착하거나 회전 구조체(200)에 장착된 재배 카트리지(100)를 탈거 시키기 위한 장치이다. 본 실시예에서 로더(20)는 컨트롤러(30)의 제어에 의해 완전 자동화되어 동작하거나 또는 반자동화 동작할 수 있다.
컨트롤러(30)는 중앙 제어반(미도시)에 구비되는 것으로서, 식물 재배기(10)로부터 센싱신호를 수신하고 이를 기초로 로더(20) 및 식물 재배기(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 회전 구조체(200)에 재배 카트리지(100)를 자동으로 장착시키거나 또는 탈거 시킬 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(30)는 중앙 제어반에 구비되는 것을 예로 들어 설명하지만, 컨트롤러(30)가 구비된 위치는 어느 하나로 한정하지 않는다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는 식물 재배기(10)마다 구비될 수도 있다.
또한, 컨트롤러(30)가 중앙 제어반에 구비될 경우, 재배 시설 내 복수의 식물 재배기(100)를 상대로 하나의 독립된 컨트롤러(30)가 구비되어 모든 식물 재배기(100)를 제어할 수도 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 식물 재배기(10)를 먼저 설명하고, 이후에 로더(20)를 설명하기로 한다.
도 2는 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)를 예시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배기(10)는 컵 형상의 재배포트(미도시)들을 장착하기 위한 재배 카트리지(100)와, 재배 카트리지(100)를 장착하기 위한 회전 구조체(200)와, 회전 구조체(200)에 회전을 위한 구동력을 제공하는 구동부(300)와, 회전 구조체(200)의 내부에 인공광을 조사하는 광원발생부(400)를 포함하여 이루어진다.
재배 카트리지(100)는 회전 구조체(200)의 사이에서 환형 프레임(210)의 둘레에 해당하는 위치에서 환형 프레임(210)의 이격 방향으로 연속 배치될 수 있다. 그리고 재배 카트리지(100)는 환형 프레임(210)의 둘레 원주 방향을 따라 복수개가 배치될 수 있다.
재배 카트리지(100)에 장착된 재배포트는 회전 구조체(200)에 의해 회전할 때 수평 방향을 유지하지 않고, 회전하는 동안 상부(즉, 재배 포트의 장착 방향)가 항상 광원발생부(400)를 향한 상태를 유지하면서 회전한다.
본 발명의 회전형 식물 재배기(10)는 회전 구조체(200)를 이용하여 재배 카트리지(100)를 소정 속도로 회전시킴으로써 재배 카트리지(100)가 1 회전하는 동안 주기적으로 중력이 이동되기 때문에 재배 카트리지(100)는 가변되는 중력의 영향을 받는다.
예컨대, 회전 구조체(200)에 의해 회전할 때, 재배 카트리지(100)는 회전 구조체(200)의 하부에 위치되면 재배포트가 바로 서 있고, 재배 카트리지(100)가 회전 구조체(200)의 상부에 위치될 때 재배포트는 거꾸로 매달리게 되면서 재배포트에 심어진 작물을 회전 구조체(200)에 의해 회전하는 동안 계속해서 가변된 중력의 영향을 받는다.
자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)는 회전체를 시간당 1RPH(시간당 1회전 내외) 이내 저속으로 회전시킴으로써, 일반적으로 식물이 평면 재배 시에 받는 1중력(1 Gravity)대신에 그 저속회전에 의하여 중력이 거의 없어지는 저중력 상태로 이동하게 된다.
자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)는 작물 내에 존재하는 중력센서세포(Gravisensor)에 의해 감지되는 중력이동(평면 1중력 상태에서 저속 회전에 의한 거의 중력을 받지 못하는 거꾸로 매달리는 상태의 저중력 상태의 중력이동)으로 작물 내에 존재하는 중력센서세포(Gravisensor)가 중력 이동에 따라 직립하려고 발생시키는 성장물질(옥신 Auxin)을 인위적으로 촉진시키게 됨에 따라, 그 성장물질의 지속적 발생의 결과로 재배포트에 심어진 작물의 성장 속도를 촉진할 수 있다.
또한, 재배 카트리지(100)에 장착된 재배포트는 회전 구조체(200)의 중심에 구비된 광원발생부(400)를 중심으로 회전하고, 회전 구조체(200)에 의해 회전하는 동안 재배포트의 상부는 항상 광원발생부(400)를 향하기 때문에 재배 카트리지(100)가 회전하는 동안에 인공 광원을 계속해서 공급받는 것이 가능하며, 이에 따라 작물이 생장하기 위한 최적화된 환경의 조성이 가능하다. 즉, 재배포트에 심어진 작물은 일정한 온도 및 습도가 유지되는 외부 환경에 의해 균일한 성장이 가능하다.
도 3은 도 1에 예시된 장착봉(221)에 재배 카트리지(100)가 장착된 상태를 예시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 재배 카트리지(100)는 컨테이너(120)와 트레이(110)를 포함하여 이루어진다. 예컨대, 인삼과 같은 작물을 재배할 경우, 재배 카트리지(100)는 묘삼이 심어진 재배포트(미도시)가 장착되는 트레이(110)와, 트레이(110)를 안착시키기 위한 컨테이너(120)을 포함하여 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 컵 형상의 재배포트는 적어도 하나가 트레이(110) 상에 형성된 장착 홀(111)에 안착 및 결합된다.
다른 예로, 채소와 같은 작물을 재배할 경우, 재배 카트리지(100)는 어린 채소 또는 채소 종자가 심어진 배지(미도시)와, 배지의 채소 배치 위치에 상응하여 작물 성장 홀이 복수로 형성된 트레이(110)와, 트레이(110)와 배지를 안착시키기 위한 컨테이너(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.
트레이(110) 및/또는 컨테이너(120)의 일부에는 적어도 2개의 장착홀(121)이 형성될 수 있다. 도 2의 예에서, 트레이(110) 및/또는 컨테이너(120)의 상부 양단 부위에 2개의 장착홀이 관통 형성된다. 복수의 장착홀(121)은 장착봉(221)의 연장선 상에서 장착봉(221)이 끼워지는 방향으로 형성된다. 장착홀(121)을 관통하는 장착봉(221)에 끼워진 컨테이너(120)는 전체가 장착봉(221) 상에서 매달리도록 위치될 수 있다.
설명의 편의를 위해 컨테이너(120) 및 트레이(110)의 가로 방향을 제1 지지 프레임(220)의 연장 방향과 평행한 방향으로 정의하고, 컨테이너(120) 및 트레이(110)의 세로 방향을 장착봉(221)의 연장 방향과 평행한 방향으로 정의하여 설명한다. 컨테이너(120) 및 트레이(110)에 형성된 복수의 장착홀(121, 112)은 컨테이너(120) 및 트레이(110)의 가로 방향의 외측 상부에 형성될 수 있다. 그리고 컨테이너(120) 및 트레이(110)에 형성된 복수의 장착홀(121, 112)은 장착봉(221)이 삽입 관통되는 방향(즉, 컨테이너(120) 및 트레이(110)의 세로 방향으로 마주하는 면)에 모두(즉, 총 4개) 형성될 수 있다. 만약, 장착봉(221)의 개수가 늘어나면 복수의 장착홀(121, 112)의 개수는 장착봉(221)의 개수에 비례해서 늘어날 수 있다.
회전 구조체(200)는 환형 프레임(210)과, 복수의 지지 프레임 세트(220, 230)로 이루어진다.
환형 프레임(210)은 환형의 형상으로 형성되고, 적어도 두개로 이루어져 상호 이격되게 배치된다. 도면에는 환형 프레임(210)이 2 개로 구성된 것으로 도시되었지만, 환형 프레임(210)이 동일 선상에서 이격되어 배치된다면 환형 프레임(210)의 개수는 3개 이상으로 이루어져도 무방하다. 또한, 환형 프레임(210)의 단면은 원형으로 형성된 것으로 도시되었지만 다각의 형태로 형성될 수도 있다.
지지 프레임 세트(220, 230)는 환형 프레임(210)들을 연결하는 프레임들로 제1 지지 프레임(220)과 제2 지지 프레임(230)을 포함한다.
제1 지지 프레임(220)은 환형 프레임(210)들의 사이를 연결하고, 환형 프레임(210)으로부터 회동 가능하게 결합된다. 제1 지지 프레임(220)에는 적어도 두 개의 장착봉(221)이 형성된다. 예컨대, 장착봉(221)은 컨테이너(120) 및 트레이(110)의 크기 또는 무게에 따라 세 개 이상으로 구비될 수 있다.
장착봉(221)은 일단이 제1 지지 프레임(220)의 특정 위치에 일체로 연결되고, 타단이 제1 지지 프레임(220)의 연장 방향(즉, 환형 프레임(210)들의 이격 방향)과 직교하는 방향으로 연장되어 형성된다.
장착봉(221)은 제1 지지 프레임(220) 상에서 컨테이너(120) 및 트레이(110)에 형성된 복수의 장착홀(121) 간격에 대응하는 간격으로 상호 이격된다.
장착봉(221)은 컨테이너(120) 및 트레이(110)에 형성된 복수의 장착홀(121) 모두를 관통하여 삽입된다. 장착봉(221)은 제1 지지 프레임(220)을 축으로 회전한다. 장착봉(221)의 단부는 제1 지지 프레임(220)의 회동에 따라 제2 지지 프레임(230)에 탈착 가능하게 결합된다.
장착봉(221)에는 재배 카트리지(100)의 장착 또는 탈거 유무를 감지하기 위한 컨테이너 센서(도 6의 11)가 구비된다.
제2 지지 프레임(230)은 환형 프레임(210)들의 사이를 연결한다. 제2 지지 프레임(230)은 환형 프레임(210)의 둘레에서 제1 지지 프레임(220)의 인근에 배치된다. 제2 지지 프레임(230)은 환형 프레임(210)으로부터 회전하지 않기 때문에 환형 프레임(210)과 일체로 연결되거나 또는 단면이 다각으로 형성될 수 있다. 제2 지지 프레임(230)에는 결합홈(231)이 형성되고, 그 결합홈(231)에 의해 장착봉(221)의 단부와 탈착되게 결합된다.
제2 지지 프레임(230)의 일부에는 제1 지지 프레임(220)의 장착봉(221)의 끝단 부위가 결합홈(도 4의 231)에 체결되었는지를 감지하는 장착봉 센서(12)가 구비된다.
환형 프레임(210)에는 제1 지지 프레임(220)의 적어도 일 끝단 부위에 형성되고 중앙 제어반의 컨트롤러(30)에 의해 제어되는 컨트롤 모터(13)가 장착된다. 참고로, 도면에서 컨트롤 모터(13)는 기어의 형태로 도시한다.
컨트롤 모터(13)는 제1 지지 프레임(220)의 단부에 형성된 기어치(13-1)에 회전력을 인가하여 제1 지지 프레임(220)을 회전시킬 수 있다.
예컨대, 컨트롤 모터(도 6의 13)는 제1 지지 프레임(220)의 장착봉(221)을 제2 지지 프레임(230)에 체결시킬 때 제1 지지 프레임(220)과 연결된 기어를 일 방향으로 회전시키고, 제1 지지 프레임(220)의 장착봉(221)을 제2 지지 프레임(230)으로부터 체결 해제 시킬 때 기어를 역 방향으로 회전시킨다.
본 발명의 회전형 식물 재배기(10)는 회전 구조체(200)를 소정 속도로 회전시키는 구동부(300)를 포함한다.
구동부(300)는 제1 모터(도 6의 14) 및 제2 모터(도 6의 15)에 의해 구동되는 구동기어(310)를 포함한다.
구동기어(310)는 환형 프레임(210)의 하부에 위치되고, 환형 프레임(210)의 외부 둘레에 형성된 기어(미도시)와 맞물린다. 구동기어(310)는 중앙 제어반에 구비된 컨트롤러(30)에 의해 제어되는 제1 모터(도 6의 14) 및 제2 모터(도 6의 15)로부터 동력을 제공 받아 회전한다.
환형 프레임(210)은 구동기어(310)가 회전하면 구동기어(310)에 맞물려 회전한다. 구동기어(310)가 제1 모터(도 6의 14) 및 제2 모터(도 6의 15)에 의해 회전하는 방식은 이하에서 도 6을 통해 다시 설명하기로 한다.
도 4는 도 1에 예시된 식물 재배기(10)의 회동 멈춤부(202, 222)를 예시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 환형 프레임(210)에는 제1 지지 프레임(220)의 회동을 소정 각도에서 고정하기 위한 회동 멈춤부(201, 202, 222)가 구비된다.
회동 멈춤부(201, 202, 222)는 환형 프레임(210)에 형성되어 제1 지지 프레임(220)의 단부가 관통되는 관통홀(201), 관통홀(201)에 형성된 회전 구역(202) 및 제1 지지 프레임(220)으로부터 돌출된 범위 제한 돌기(222)를 포함한다.
회전구역(202)은 관통홀(201)로부터 더 확장된 구역으로서, 제1 지지 프레임(220)의 회동 반경 범위를 결정하는 구역이다.
여기서 제1 지지 프레임(220)의 회동 반경 범위는 장착봉(221)이 제2 지지 프레임(230)에 결합되는 각도부터 재배 카트리지(100) 및 장착봉(221)이 환형 프레임(210)의 특정 위치(예를 들면, 환형 프레임(210)의 좌측(9시 방향과 인접) 또는 우측(3시 방향과 인접) 방향 중 어느 하나)에서 펼쳐 졌을 때 지면과 수평 방향을 이루는 위치까지에 대한 각도다.
범위 제한 돌기(222)는 관통홀(201)에 끼워진 제1 지지 프레임(220)의 외주면에서 회전 구역(202)을 향해 돌출되어 형성된다. 범위 제한 돌기(222)는 회전 구역(202) 내에서만 회동 가능하고, 이로서 제1 지지 프레임(220)은 범위 제한 돌기(222)에 의해 회동 반경 범위가 결정된다.
도 5의 (A), (B)는 도 1에 예시된 식물 재배기(10)의 장착봉(221)이 제2 지지 프레임(230)에 결합되는 방식을 예시한 단면도이다.
도 3및 도 5를 참조하면, 결합홈(231)은 장착봉(221)의 회전 반경 상에서 제2 지지 프레임(230)의 일측에 형성된다. 결합홈(231)에는 장착봉(221)의 끝단 부위가 삽입된다.
샤프트(232)는 결합홈(231)의 개방된 부위에서 결합홈(231)의 개방된 부위를 폐쇄시키는 방향(가로지르는 방향)으로 슬라이딩 가능한 축 형태로 형성된다.
샤프트(232)는 외주면에 나사산 또는 기어치와 같은 치차가 형성될 수 있다. 샤프트(232)는 외주면에 형성된 치차에 맞물리는 구동모터에 연결된 구동기어(233)의 회전에 의해 슬라이딩되어 결합홈(231)의 개방된 부위를 선택적으로 폐쇄할 수 있다.
예컨대, 샤프트(232)는 장착봉(221)이 결합홈(231)에 체결되거나 체결 해제될 때 결합홈(231)을 개방시키기 위해 일 방향으로 슬라이딩 이동되어 개방하고(도 5의 A참조),
장착봉(221)이 결합홈(231)에 체결된 상태에서 장착봉(221)과 결합홈(231)과의 체결 상태를 유지시키기 위해 반대 방향으로 슬라이딩 이동되어 폐쇄할 수 있다(도 5의 B참조).
본 실시예에서 샤프트(232)는 웜과 웜기어 형태로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 샤프트(232)는 랙과 피니언 기어 방식으로 형성될 수 있다. 랙과 피니언 기어일 때 샤프트(232)는 랙기어로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 식물 재배기(10), 컨트롤러(30) 및 로더(20)의 구성을 예시한 블록도이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 식물 재배기(10)는 컨테이너 센서(11), 장착봉 센서(12), 제1 모터(14), 제2 모터(15) 및 컨트롤 모터(13)를 포함한다.
컨테이너 센서(11)는 제1 지지 프레임(220) 하나 당 구비된 두 개의 장착봉(221) 중 적어도 하나에 구비된다. 컨테이너 센서(11)는 재배 카트리지(100)가 장착봉(221)에 장착되었는지 또는 장착봉(221)에서 탈거되었는지를 감지할 수 있다.
장착봉 센서(12)는 제2 지지 프레임(230)의 적어도 일 부위에 구비되고(예를 들면 도 5의 32), 제1 지지 프레임(220)의 장착봉(221) 끝단 부위가 제2 지지 프레임(230)의 결합홈(231)(도 5의 231)에 체결 또는 체결 해제되었는지 감지할 수 있다.
컨트롤 모터(13)는 도 3을 통해 설명한 컨트롤 모터(13)와 동일하므로 중복된 설명을 생략한다.
제1 모터(14)는 구동기어(310)를 제1 속도에 대응하는 속도로 회전시키는 모터이고, 제2 모터(15)는 구동기어(310)를 제2 속도에 대응하는 속도로 회전시키는 모터이다. 제1 모터(14)는 회전 구조체(200)를 정상 운행할 때 제1 속도로 회전시키는 모터이고, 제2 모터(15)는 회전 구조체(200)를 미세하게 회전시킬 때 사용되는 모터이다.
컨트롤러(30)는 중앙 제어반(미도시) 구비되어 식물 재배기(10) 를 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 전송하고, 로더(20)가 자동화되어 동작할 수 있도록 식물 재배기(10)에서 측정된 센싱 값들을 로더(20)로 전송하기 위한 것으로서, 모터제어부(31) 및 제1 통신부(32)를 포함한다.
모터제어부(31)는 식물 재배기(10)에 구비된 식물 재배기(10)는 컨테이너 센서(11), 장착봉 센서(12)의 센싱값을 기초로 식물 재배기(10)의 구동을 제어한다.
모터제어부(31)는 운전 모드, 카트리징 모드에 따라 제1 모터(14), 제2 모터(15) 또는 컨트롤 모터(13)의 동작을 제어하여 식물 재배기(10)를 동작 시킬 수 있다.
운전 모드는 재배 카트리지(100)가 회전 구조체(200)에 장착된 후 식물의 생장을 위해 회전 구조체(200)가 정상적으로 회전하는 모드이다. 모터제어부(31)는 제1 모터(14)를 이용해 식물의 생장에 맞게 설정된 속도로 구동기어(310)를 제1 속도에 대응하는 속도로 회전시킬 수 있다.
카트리징 모드는 회전 구조체(200)에 재배 카트리지(100)를 장착 또는 탈착하기 위한 모드이다.
모터제어부(31)는 제2 모터(15)를 이용해 장착 또는 탈착 대상 재배 카트리지(100)가 로더(20)를 마주하도록 회전 구조체(200)의 회전을 제어하는 역할을 한다. 제2 모터(15)는 제1 모터(14)보다 낮은 속도를 가지는 제2 속도로 구동기어(310)를 회전시킬 수 있다. 제2 모터(15)는 회전 구조체(200)의 회전을 미세하게 조절해야 하기 때문에 스테핑 모터가 적용될 수 있다.
카트리징 모드에서 모터제어부(31)는 컨트롤 모터(13)를 제어하여 제1 지지 프레임(220)을 회전시킨다.
모터제어부(31)는 카트리징 모드에서 재배 카트리지(100)가 로더(20)와 마주하도록 위치되면 로더(20)가 재배 카트리지(100)를 장착봉(221)에 장착시키거나 또는 탈거시킬 수 있도록 재배 카트리지(100)가 지면으로부터 수평을 이루는 위치에 오도록 제1 지지 프레임(220)을 회전시켜 회전 구조체(200)로부터 펼칠 수 있다. 이때, 모터제어부(31)는 제1 지지 프레임(220)의 끝단에 연결된 컨트롤 모터(13)를 이용해 제1 지지 프레임(220)을 회전시킬 수 있다.
제1 통신부(32)는 식물 재배기(10)에 구비된 컨테이너 센서(11) 및 장착봉 센서(12)의 센싱 결과를 수신받을 수 있다. 그리고 모터제어부(31)가 센싱 결과를 기초로 제1 모터(14), 제2 모터(15) 및 컨트롤 모터(13)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하면, 제1 통신부(32)는 그 제어 신호를 식물 재배기(10)에 구비된 제1 모터(14), 제2 모터(15) 및 컨트롤 모터(13)로 전송할 수 있다.
또한, 컨트롤러(30)가 센싱 결과를 기초로 로더(20)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하면 제1 통신부(32)는 그 제어신호를 로더(20)의 암 제어부(22) 및 구동 제어부(23)로 전송할 수 있다. 컨트롤러(30)는 로더(20)의 동작 상황, 예를 들면, 로더(20)의 현재 위치, 이동 예정 목적지 복수의 암(도 7의 24)의 동작 상태 등을 제1 통신부(34)를 통해 수신할 수 있다.
로더(20)는 회전 구조체(200)에 재배 카트리지(100)를 장착하거나 회전 구조체(200)에 장착된 재배 카트리지(100)를 탈거 시키기 위한 것으로서, 자동화 수송 수단 또는 반자동화된 수송 수단 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
로더(20)는 컨트롤러(30)의 제1 통신부(32)와 송신하기 위한 제2 통신부(21), 로더(20)를 이동시키기 위한 구동 제어부(23) 및 로더(20)에 구비되 복수의 암(24)(도 7의 24)을 제어하기 위한 암 제어부(22)를 포함한다.
제2 통신부(21)는 제1 통신부(32)로부터 로더(20)를 제어하기 위한 제어신호를 수신한다. 그리고 로더(20)는 수신된 제어신호를 기초로 암 제어부(22) 및 구동 제어부(23)를 컨트롤할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 1에 예시된 로더(20)의 동작을 예시한 도면이다.
설명의 편의를 위해 로더(20)를 먼저 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 로더(20)는 원하는 목적지로 이동하기 위한 구동 수단(25)과, 재배 카트리지(100)를 싣기 위한 복수의 암(24)을 포함한다.
구동 수단(25)은 바퀴를 포함할 수 있으며, 구동 제어부(23)는 완전 자동화인 경우 구동 수단(25)을 동작시켜 식물 재배 시설의 바닥면 또는 천장면에 미리 설치된 트래킹 라인을 따라서 목적하는 식물 재배기(10)로 로더(20)를 이동시키거나, 반자동화인 경우 리모트 컨트롤러(30)의 제어에 의해 구동 수단(25)을 동작시켜 식물 재배기(10)로 로더(20)를 이동시키거나, 수동인 경우 사람의 운전에 의해 동작되어 식물 재배기(10)로 로더(20)를 이동시킬 수 있다.
예컨대, 로더(20)가 완전 자동화로 동작될 경우에 로더(20)는 바닥 또는 천장에 미리 배치한(부착해 놓은) 이동선 마그네틱 라인을 인지하여 주행하거나, 해당 시설의 미리 작성된 내부 배치도에 좌표를 설정하고 시설 천정에 3개 이상 설치된 좌표 송신기의 신호를 교합하여 삼각측량 원리로 현재좌표 실시간 계산해 가며 배치도 좌표와 매칭시켜 이동할 수 있다. 만약, 식물 재배기(10)가 복수개 구비될 경우 각각의 식물 재배기(10)마다 재배기 식별자(gardener_ID)가 배정될 수 있다.
복수의 암(24)은 로더(20)의 일측에 설치되고 암(24)에 장착된 재배 카트리지(100)를 장착봉(221)에 장착시키거나, 장착봉(221)에 장착된 재배 카트리지(100)를 탈거 시키기 위한 것이다.
복수의 암(24)은 재배 카트리지(100)의 이동을 용이하게 하기 위해 승강/하강, 전진/후진이 가능할 수 있으며, 암 제어부(22)의 제어 의해 정해진 위치에서 승강/하강, 전진/후진하여 재배 카트리지(100)를 장착봉(221)에 장착 및 탈거 시킬 수 있다.
로더(20)의 암 제어부(22) 및 구동 제어부(23)는 중앙 제어반의 컨트롤러(30)에 의해 수신된 제어신호에 따라 구동 수단(25) 및 복수의 암(24)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 로더(20)의 구동 제어부(23)는 중앙 제어반의 컨트롤러(30)의 출발 지시에 따라 구동 수단(25)을 기동시키고, 중앙 제어반의 컨트롤러(30)가 제공하는 특정 식물 재배기(10)의 좌표(또는 식별ID)에 따라 구동 수단(25)을 제어하여 해당 식물 재배기(10) 근처로 이동시킨다. 그리고 암 제어부(22)에 의해 복수의 암(24)을 이용하여 재배 카트리지(100)를 장착봉(221)에 장착시킨다.
또한, 로더(20)가 재배 카트리지(100)를 식물 재배기(10)에 장착 완료하거나, 재배 카트리지(100)의 탈거를 완료하면, 로더(20)의 구동 제어부(23)는 중앙 제어반 컨트롤러(30)의 이동 지시에 따라 로더(20)를 원래 지점으로 복귀시키거나 특정 지점으로 이동시킨다.
도 7은 도 1에 예시된 로더(20)가 재배 카트리지(100)를 식물 재배기(10)에 장착하는 모습을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 재배 카트리지(100)를 장착하는 경우에 로더(20)는 구동 제어부(23)에 의해 식물 재배기(10) 앞으로 이동할 수 있다. 로더(20)가 식물 재배기(10) 앞으로 이동하면 중앙 제어반의 컨트롤러(30)는 모터제어부(33)를 통해 식물 재배기(10)를 카트리징 모드(장착모드)로 동작시킨다.
로더(20)는 카트리징 모드에 의해 수평 상태에 있는 식물 재배기(10)의 장착봉(221) 높이로 로더(20)의 복수의 암(24)을 승강 시키고, 로더(20)의 구동 수단(25)을 제어하여 로더(20)를 전방 이동시키거나 로더(20)의 복수의 암(24)을 제어하여 전방으로 슬라이딩시킴으로써, 복수의 암(24)에 장착된 재배 카트리지(100)를 식물 재배기(10)의 장착봉(221)에 장착시킨다.
도 8은 도 1에 예시된 로더(20)가 재배 카트리지(100)를 식물 재배기(10)로부터 탈거하는 모습을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 로더(20)는 구동 제어부(23)에 의해 식물 재배기(10) 앞으로 이동할 수 있다. 로더(20)가 식물 재배기(10) 앞으로 이동하면 중앙 제어반의 컨트롤러(30)는 모터제어부(33)를 이용해 식물 재배기(10)를 카트리징 모드(탈거모드)로 동작시킨다.
로더(20)는 카트리징 모드에 의해 수평 상태에 있는 식물 재배기(10)의 장착봉(221) 높이로 로더(20)의 복수의 암(24)을 승강 시키고, 로더(20)의 구동 수단(25)을 제어하여 로더(20)를 전방 이동시키거나 로더(20)의 암(24)을 제어하여 전방으로 슬라이딩시킴으로써, 장착봉(221)에 거치된 재배 카트리지(100)를 복수의 암(24)에 거치시킨다.
이어서 로더(20)는 후방 이동하거나 또는 복수의 암(24)을 후방으로 슬라이딩 시킴으로써 재배 카트리지(100)를 식물 재배기(10)로부터 탈거한다.
도 9는 본 발명의 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기(10)의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 9를 참조하면, 재배 카트리지(100)를 식물 재배기(10)에 장착할 때, 로더(20)는 중앙 제어반의 컨트롤러(30)에게 컨테이너 장착/탈거 프로세스 개시를 요청(install/remove_REQ)하고, 컨트롤러(30)는 이에 응답하여 식물 재배기(10)에 카트리징 모드로 변경할 것을 요청한다.
식물 재배기(10)는 컨트롤러(30)를 통해 로더(20)에 신호정상수신을 알리고(install/remove_ACK), 장착모드/탈거모드로 전환한 후, 장착모드/탈거모드를 실행한다.
이때, 식물 재배기(10)는 제1 모터(14) 및 제2 모터(15)를 이용해 회전 구조체(200)를 미리 설정된 각도로 일부 회전시키고, 컨트롤 모터(13)를 이용해 재배 카트리지(100) 장착봉(221)을 회전시켜 수평 상태를 유지시킨다. 그리고 식물 재배기(10)는 컨트롤러(30)에 장착 준비 완료/탈거 준비 완료를 알린다(install_ready_REQ).
컨트롤러(30)는 식물 재배기(10)의 장착 준비 완료/탈거 준비 완료를 로더(20)로 알리고, 이를 수신한 로더(20)는 복수의 암(24)을 제어하여 재배 카트리지(100)를 장착봉(221)에 장착/탈거한 후 장착/탈거 완료(install_over_REQ)를 컨트롤러(30)에 알린다.
식물 재배기(10)는 장착봉 센서(12)로부터 소정 시간 내 장착신호(install_OK)가 감지되면 재배 카트리지(100)가 정상적으로 장착/탈거됨을 판단하고, 컨트롤러(30)에 정상 장착/탈거 되었음을 알린 후(install_over_ACK), 장착봉(221)을 회전시켜 결합홈(231)에 고정시킨다.
이때, 식물 재배기(10)는 장착봉 센서(12)로부터 소정 시간 내 장착신호(install_OK)가 감지되지 않으면 비정상 장착으로 판단하고, 로더(20)에 재장착을 요청(install_error_REQ)할 수 있다.
이어서 식물 재배기(10)는 환형 프레임(210)을 회전시켜 다음 지지 프레임을 위치시키고 장착봉(221)을 수평상태로 이동시킨 상태에서 로더(20)에 다음 재배 카트리지(100)의 장착/탈거준비 완료를 알림(install_ready_REQ)한다.
로더(20)는 재장착/재탈거 요청이 도착하면, 로더(20)의 암(24)을 다시 동작시켜 재배 카트리지(100)를 장착/탈거의 동작을 수행한 후, 로더(20)의 암(24)을 회수하고 식물 재배기(10)에 장착/탈거 완료를 알림(install_over_REQ)한다.
컨트롤러(30)는 모든 재배 카트리지(100)의 장착이 완료되면 식물 재배기(10)에 운전 모드로 변경할 것을 요청하고, 모든 재배 카트리지(100)의 탈거가 완료되면 식물 재배기(10)에 정지 모드로 변경할 것을 요청한다.
이상에서는 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 식물 재배기
20: 로더
30: 컨트롤러
100: 재배 카트리지
110: 트레이
120: 컨테이너
200: 회전 구조체
210: 환형 프레임
220: 제1 지지 프레임
221: 장착봉
230: 제2 지지 프레임

Claims (7)

  1. 복수의 장착홀이 형성된 재배 카트리지; 및
    이격된 적어도 두 개의 환형 프레임과, 상기 환형 프레임들을 연결하는 복수의 지지 프레임 세트를 구비하는 회전 구조체를 포함하고,
    상기 지지 프레임 세트는, 상기 환형 프레임에 회동 가능하게 결합되고 상기 재배 카트리지의 장착홀에 삽입되기 위한 적어도 두 개의 장착봉이 형성되는 제1 지지 프레임과, 상기 제1 지지 프레임의 인근에 배치되는 제2 지지 프레임을 포함하며,
    상기 환형 프레임에는, 상기 제1 지지 프레임의 적어도 일 끝단 부위에 형성된 기어에 회전력을 인가하는 컨트롤 모터가 장착되고,
    상기 컨트롤 모터에 의해 상기 제1 지지 프레임이 회동함에 따라 상기 장착봉의 끝단 부위가 상기 제2 지지 프레임에 탈착 결합되는
    자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두 개의 장착봉 중 적어도 하나에는, 상기 재배 카트리지가 상기 장착봉에 장착되었는지 또는 상기 장착봉에서 탈거되었는지를 감지하는 컨테이너 센서가 더 장착되는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 지지 프레임의 적어도 일 부위에는, 상기 제1 지지 프레임의 장착봉 끝단 부위가 상기 제2 지지 프레임에 체결 또는 체결 해제되었는지를 감지하는 장착봉 센서가 더 장착되는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 환형 프레임에는, 상기 제1 지지 프레임의 회동을 소정 각도에서 고정하기 위한 회동 멈춤부가 더 구비되는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 지지프레임에는,
    상기 장착봉의 회전 반경 상에 형성되고, 상기 장착봉의 끝단 부위가 삽입되는 결합홈과, 상기 결합홈의 일측에 슬라이딩 가능하게 구비되고 구동모터에 의해 슬라이딩 이동되어 선택적으로 상기 장착복과 상기 결합홈의 체결 상태를 유지시키는 샤프트를 포함하는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 식물 재배기는, 상기 환형 프레임을 회전 시키기 위한 제1 속도로 회전하는 제1 모터 및 상기 제1 모터의 속도보다 느린 속도로 회전하는 제2 모터를 더 포함하며,
    컨트롤러는, 카트리징 모드에서, 제2 모터를 구동하여 상기 회동 멈춤부에 의해 상기 재배 카트리지가 수평을 이루는 위치에 오도록 상기 회전 구조체의 회전을 제어하는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
  7. 제1항에 있어서,
    목적지로 이동하기 위한 구동 수단을 제어하는 구동제어부와, 상기 재배 카트리지를 상기 장착봉에 장착 또는 탈거 시키기 위한 복수의 암을 제어하는 암 제어부가 구비되는 로더를 더 포함하는 자동화된 가변 중력의 회전형 식물 재배기.
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