KR20230045332A - Tmr 사료급이기의 무인 급이 시스템 - Google Patents

Tmr 사료급이기의 무인 급이 시스템 Download PDF

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KR20230045332A
KR20230045332A KR1020210128048A KR20210128048A KR20230045332A KR 20230045332 A KR20230045332 A KR 20230045332A KR 1020210128048 A KR1020210128048 A KR 1020210128048A KR 20210128048 A KR20210128048 A KR 20210128048A KR 20230045332 A KR20230045332 A KR 20230045332A
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오헌식
유연수
최중해
이종무
김상민
여창섭
안재용
이행석
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오헌식
재단법인 경북자동차임베디드연구원
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Abstract

사료적재지로부터 공급받은 사료를 수용하는 사료적재부재; 상기 사료적재부재의 하부에 구비되어 적재된 사료를 이송하는 사료이송부재; 상기 사료이송부재의 일단부 하측에 위치하여 이송된 사료를 배출하되, 외부로 돌출되는 급이부를 포함하고, 상기 급이부의 길이 또는 사료의 배출 각도가 가변되는 사료배출부재; 및 상기 사료적재지부터 축사 내부까지 이동 경로를 따라 무인주행하는 주행부재;를 포함하는 무인 사료급이기와, 상기 무인 사료급이기의 사료의 적재, 이송, 배합, 정량배출과 무인주행을 제어하는 메인제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템를 제공한다.

Description

TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템{Unmanned feeding system of TMR feeder}
본 발명은 사람과 외부의 접촉을 최소화하여 축산 전염병으로부터 축우를 보호하고 축산농가의 노동력을 절약할 수 있는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템에 관한 것이다.
지난 2010년 대형 구제역이 발생하여 가축 살처분 사태로 한국 경제ㆍ사회에 엄청난 피해와 충격을 준 바가 있다. 현재까지는 축우의 유전자 차이로 인해 사실상 예방백신 제조는 힘들다고 볼 수 있으며, 가축의 전염병 발생 시 살처분하거나, 가축과 사람의 접촉을 피하는 것만이 축산농가에서는 최선의 방법이라 할 수 있다. 또한, 매년 구제역과 유사한 고전염성 질병이 일부 지역에서 빈번하게 발병하고 있으며, 이는 국내 축산업 성장에 장애물이 될 수도 있다.
따라서, 사람과의 접촉을 최소한으로 줄이고, 투입 노동력 개선을 위하여 축우 자동 사료급이기가 개발되고 있다. 상기 축우 자동 사료급이기는 TMR(Total Mixed Ratio, 완전혼합)형, 전동형, 트럭 차량 탑재형, 트랙터 견인형, 자주형 등으로 개발되었으며, 주로 사람과 엔진이 필요한 환경에서 사용되고 있다. 따라서, 여전히 가축은 사람과의 접촉으로 인한 전염성에 노출되어 있다고 볼 수 있다.
최근 유럽의 낙농 선진국에서는 무인 급이 로봇을 이용하여 무인 자동 사료 공급 시스템을 시도하고 있으나, 이는 경사지가 없는 넓은 평지의 지형 조건을 가져야 하므로, 상대적으로 좁은 면적의 축사를 운영하고 경사지가 많은 국내에 도입하기에는 어려운 문제가 있다.
또한, 국내의 축산업은 IT 적용 기술이 다른 산업분야에 비하여 활용도가 낮다고 볼 수 있다. 이를 해결하기 위하여 본 출원인은 복수의 비전 인식수단, 비전영상처리부, IoT송수신부 및 배합기 제어부를 포함하는 TMR 사료배합기의 ICT 제어 시스템을 개시하여 원격지에서 TMR 사료배합기의 상태를 모니터링할 수 있고, 필요에 따라 TMR 사료배합기의 동작을 제어하는 기능을 제공할 수 있고, 결과적으로 오프라인 작업자의 TMR 사료배합기의 투입시간을 줄여 생산성을 높이고, 작업자의 배합기 관련 사고 위험성을 낮출 수 있는 기술인 한국등록특허 제10-2202538호(등록일: 2021년01월07일) 'TMR 사료배합기의 ICT 제어 및 모니터링 시스템' 및 한국등록특허 제10-2202511호(등록일: 2021년01월07일) 'TMR 사료배합기의 ICT 제어 및 모니터링 방법'을 공지한 바 있다.
그러나, 사람과 가축의 접촉을 최소한으로 감소시키고, 국내 지형과 축산 환경에 적합한 무인 자동 급이기에 대한 기술 개발은 더 필요하다.
한국등록특허 제10-2202538호(등록일: 2021년01월07일) 한국등록특허 제10-2202511호(등록일: 2021년01월07일)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 자동화된 무인 사료 공급방식을 제공하여 외부 오염으로부터 축우를 보호하고 인건비를 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 사료적재지부터 축사까지 무인주행하고, 지정된 위치에 축우 종류별, 월령별로 별도의 사료 공급을 할 수 있는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
나아가서, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 무선의 자동 충전방식을 적용하여 스파크로 인한 화재 발생을 방지할 수 있는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 사료적재지로부터 공급받은 사료를 수용하는 사료적재부재; 상기 사료적재부재의 하부에 구비되어 적재된 사료를 이송하는 사료이송부재; 상기 사료이송부재의 일단부 하측에 위치하여 이송된 사료를 배출하되, 외부로 돌출되는 급이부를 포함하고, 상기 급이부의 길이 또는 사료의 배출 각도가 가변되는 사료배출부재; 및 상기 사료적재지부터 축사 내부까지 이동 경로를 따라 무인주행하는 주행부재;를 포함하는 무인 사료급이기와, 상기 무인 사료급이기의 사료의 적재, 이송, 배합, 정량배출과 무인주행을 제어하는 메인제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 제공할 수 있다.
상기 사료적재부재는, 상기 사료이송부재의 일단부 상측에 위치하는 사료 과배출 방지모듈을 포함할 수 있다.
상기 사료 과배출 방지모듈은, 상기 사료적재부재의 일단부에 회전가능하도록 결합되고 복수 개의 회전날을 구비하는 과배출 방지 브라켓을 포함하는 것일 수 있다.
상기 사료이송부재는, 일단부가 타단부보다 높은 경사를 가지는 것일 수 있다.
상기 사료이송부재는, 타단부에서 일단부 방향으로 회전하는 이송벨트와, 상기 이송벨트의 일단부 내측에 구비되고 이송구동모터와 결합되어 구동력을 제공받는 이송구동롤러와, 타단부에 구비되며 상기 이송벨트의 장력을 조절하는 이송피동롤러를 포함하는 것일 수 있다.
상기 이동 경로의 바닥에는 주행 유도선이 설치되고, 상기 주행부재는, 상기 주행 유도선을 인식하는 유도선 인식모듈과, 상기 이동 경로 주변의 장애물을 감지하는 센서를 포함하는 장애물 인지모듈을 구비하는 것일 수 있다.
상기 메인제어기는, 상기 장애물 인지모듈과 상기 유도선 인식모듈의 정보를 제공받고, 정속으로 이동하도록 주행부재의 구동모듈을 조정하는 것일 수 있다.
상기 무인 사료급이기는, 하측부에 장착되는 복수 개의 로드셀을 포함하고, 상기 메인제어기는, 상기 로드셀을 통하여 측정된 사료의 중량을 제공받고 사료의 배출량을 조절하는 것일 수 있다.
축우는 종류 또는 월령에 따른 RFID를 장착하고, 상기 메인제어기는, 상기 RFID의 인식에 따라 축우의 종류 또는 월령에 대한 정보를 제공받고, 사료의 배출량과 급이 빈도를 조절하는 것일 수 있다.
상기 무인 사료급이기는, 상기 메인제어기와 연결되는 무선충전식의 배터리를 구비하는 것일 수 있다.
상기 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템은, 상기 사료적재부재, 사료이송부재, 사료배출부재 및 주행부재 각각을 개별 제어하는 개별제어기를 포함하고, 상기 메인제어기는, 상기 개별제어기를 통합 제어하는 것일 수 있다.
상기 메인제어기는, 사용자의 명령을 수신하거나 상기 무인 사료급이기의 상태를 송신하도록 사용자의 스마트폰에 설치되는 제어 어플리케이션과 연동되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템은 무인 사료급이기와, 상기 무인 사료급이기와 무인주행을 제어하는 메인제어기를 구비함으로써 자동화된 무인 사료 공급방식을 제공하여 외부 오염으로부터 축우를 보호하고 인건비를 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 사료적재지부터 축사까지 무인주행하고, 지정된 위치에 축우 종류별, 월령별로 사료 공급을 할 수 있는 장점이 있다. 나아가서, 무선의 자동 충전방식을 적용하여 기존의 충전방식에서 발생할 수 있는 고압의 스파크를 방지함으로써, 스파크와 주변에 적재된 사료들로 인해 발생할 수 있는 화재를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 나타낸 일측면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 나타낸 타측면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 일부를 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 사료 과배출 방지모듈을 나타낸 측면도와 회전날을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 하부지지프레임의 상면도(상)와 측면도(하)를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 무인주행 이동경로를 나타낸 상면도,
도 8은 축우의 사료급여 횟수와 제1위 내 PH변화를 나타낸 그래프,
도 9는 축우의 사료급여 횟수와 급이량 조정을 나타낸 블록 다이어그램이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 나타낸 블록도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 나타낸 일측면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템을 나타낸 타측면도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 일부를 나타낸 정면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 사료 과배출 방지모듈을 나타낸 측면도와 회전날을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 하부지지프레임의 상면도(상)와 측면도(하)를 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템의 무인주행 이동경로를 나타낸 상면도, 도 8은 축우의 사료급여 횟수와 제1위 내 PH변화를 나타낸 그래프, 도 9는 축우의 사료급여 횟수와 급이량 조정을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)은 무인 사료급이기(10)와 메인제어기(20)를 구비할 수 있다. 상기 무인 사료급이기(10)는 사료적재지(A)로부터 공급받은 사료를 수용하는 사료적재부재(100); 상기 사료적재부재(100)의 하부에 구비되어 적재된 사료를 이송하는 사료이송부재(200); 상기 사료이송부재(200)의 일단부 하측에 위치하여 이송된 사료를 배출하되, 외부로 돌출되는 급이부(350)를 포함하고, 상기 급이부(350)의 길이 또는 사료의 배출 각도가 가변되는 사료배출부재(300); 및 상기 사료적재지(A)부터 축사(3) 내부까지 이동 경로를 따라 무인주행하는 주행부재(400);를 포함하고, 메인제어기(20)는 상기 무인 사료급이기(10)의 사료의 적재, 이송, 배합, 정량배출과 무인주행을 제어할 수 있다. 나아가서, 상기 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)은 무인사료급이기(10)에 약물살포부재를 구비하여 전염성 병원균으로부터 가축을 보호하기 위한 예방을 목적으로, 무인주행을 하며 제균 약물을 살포하는 무인 방역을 수행할 수 있다. 또한, 상기 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)은 무인 사료급이기(10)와 그와 연결된 메인제어기(20)를 구비함으로써, 사료적재지(A)에서 출발하여 축사(3)까지 무인으로 동작할 수 있으며, 사료 급이 완료 후에도 스스로 사료적재지(A)까지 복귀할 수 있다.
상세히 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)의 무인사료급이기(10)는 사료적재부재(100), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300), 주행부재(400)를 포함할 수 있다. 예로써 사료적재지(A)로부터 공급받은 사료의 종류는 TMR, TMF 이외에 후레이크나 펠렛과 같은 형태일 수 있다. 볏짚과 같은 섬유질 사료의 경우에는 주기적인 세척과 같은 위생 관리가 필요하므로, 사료적재부재(100), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300), 주행부재(400)는 해체 용이하도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 무인 사료급이기(10)는 상부캐빈(F1), 하부캐빈(F2), 하부 지지프레임(F3), 정면부 지지프레임(F4), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300), 주행부재(400)의 결합으로 구비될 수 있으며, 이 경우 상부캐빈(F1)은 사료적재부재(100)로, 하부캐빈(F2)은 이후 설명되는 구동모터들과 무선충전식 배터리(600)의 수용공간으로, 정면부 지지프레임(F4)은 메인제어기(20)의 지지영역으로, 하부 지지프레임(F3)은 주행부재(400)의 결합과 로드셀(500)의 장착을 위한 공간을 마련하고 사료배출부재(300)의 지지영역(F32)과, 무선충전식 배터리(600)의 지지영역(F31)을 포함할 수 있다.
나아가서, 상기 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)은, 상기 사료적재부재(100), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300) 및 주행부재(400) 각각을 개별 제어하는 개별제어기를 포함하고, 상기 메인제어기(20)는, 상기 개별제어기를 통합 제어하여 상기 무인 사료급이기(10)의 사료의 적재, 이송, 배합, 정량배출과 무인주행을 제어할 수 있다. 개별제어기와 메인제어기(20)의 제어는 무인 사료급이기(10)의 세부 구성과 함께 하기에 설명한다.
사료적재부재(100)는 사료적재지(A)로부터 공급받은 섬유질(볏짚) 혼합사료 또는 축우의 특정 시기에 따라 선정된 농후사료와 같은 보조사료를 각각 수용하는 별도의 공간(호퍼)을 마련할 수 있다. 나아가서, 사료적재부재(100)는 축우의 종류와 월령에 따라 사료를 선택하여 혼합 교반하는 혼합부가 구비될 수 있다, 예로써 상기 혼합부는 포크형, 고무 벨트형, 나선형 등으로부터 선택되어 구비될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 사료를 선택하여 혼합하는 것은, 메인제어기(20)로부터 축우의 종류와 월령에 따른 사료 배합비를 사료적재부재(100)의 개별제어부가 수신하고, 사료적재부재(100)의 개별제어부는 선택된 사료를 혼합 교반하도록 혼합부를 구동할 수 있다.
또한, 사료이송부재(200)의 중량 부하를 경감시키고 안정적인 사료 이송을 위하여 메인제어기(20)는 급이 후 잔여 사료가 최소가 될 수 있도록 사료적재부재(100)에 투입되는 사료의 양을 제어할 수 있다.
상기 사료적재부재(100)는, 상기 사료이송부재(200)의 일단부 상측, 즉 사료이송부재(200)로부터 사료배출부재(300)로 사료가 공급되는 영역에 위치하는 사료 과배출 방지모듈(110)을 포함할 수 있다.
상기 사료 과배출 방지모듈(110)은, 상기 사료적재부재(100)의 일단부에 회전가능하도록 결합되고 복수 개의 회전날(1131)을 구비하는 과배출 방지 브라켓(113)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 과배출 방지 브라켓(113)은 복수개의 회전날(1131)이 등간격으로 결합된 회전축(1135)과 상기 회전축(1135)을 회전구동하는 회전모터(1137)를 포함할 수 있다. 따라서 사료의 이송 중 밀림으로 인해 정량 이상이 이송될지라도 회전날(1131)이 회전을 하며 사료의 상부를 일정하게 걷어낼 수 있으므로 과배출이 방지되어 사료의 정량배출을 유지할 수 있다. 나아가서, 상기 사료 과배출 방지모듈(110)은, 상기 과배출 방지 브라켓(113)과 이격되어 상측에 위치하고 상기 사료이송부재(200)의 폭방향으로 나란히 배열되는 복수 개의 돌출구(115)를 포함하는 것일 수 있다. 따라서, 상기 돌출구(115)가 이송된 사료의 상부를 과배출 방지 브라켓(113)과 함께 걷어냄으로써 사료의 정량배출에 더욱 도움을 줄 수 있다.
사료이송부재(200)는 사료적재부재(100)의 하부에 구비되어 적재된 사료를 사료배출부재(300)로 이송할 수 있으며, 사료의 과배출이 이루어지지 않도록 배출영역이 위치하는 일단부가 타단부보다 높은 경사를 가지는 것일 수 있다.
예로써, 상기 사료이송부재(200)는, 타단부에서 일단부 방향으로 회전하는 이송벨트(210)와, 상기 이송벨트(210)의 일단부 내측에 구비되고 이송구동모터(240)와 결합되어 구동력을 제공받는 이송구동롤러(230)와, 타단부에 구비되며 상기 이송벨트(210)의 장력을 조절하는 이송피동롤러(220)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 이송구동모터(240)는 사료배출부재(300)가 위치하는 방향으로 이송구동롤러(230)를 회전시키고, 이송구동롤러(230)의 회전에 의해 이송벨트(210) 또한 사료배출부재(300)가 위치하는 방향으로 회전됨으로써, 사료는 사료이송부재(200)로부터 사료배출부재(300)로 이동될 수 있다.
사료배출부재(300)는 상기 사료이송부재(200)의 일단부 하측에 위치하여 이송된 사료를 배출하되, 외부로 돌출되는 급이부(350)를 포함하고, 상기 급이부(350)의 길이 또는 사료의 배출 각도는 가변될 수 있다. 상기 사료배출부재(300)는, 상기 사료이송부재(200)와 수직인 방향으로 이동하고 일단부 또는 타단부가 상기 급이부(350)으로 구비되는 사료배출벨트(310)와, 링크작동으로 상기 급이부(350)의 길이를 조절하는 수동레버(미도시)를 포함하는 것일 수 있다. 사료배출부재(300) 또한 사료배출벨트(310)의 양단부에 배출구동롤러(320)와 배출피동롤러(330)를 구비하며, 배출구동롤러(320)는 구동모터(340)와 결합되어 구동력을 제공받을 수 있다.
축우가 위치하는 축사의 방향에 따라 상기 급이부(350)는 사료배출벨트(310)의 일단부 또는 타단부로 제공될 수 있다. 즉, 사료배출부재(300)의 개별제어기는 축우가 위치하는 장소(사료가 급이되는 장소(5, 6))에 따라 배출구동롤러(340)의 회전방향을 제어하여 사료배출벨트(300)의 일단부 또는 타단부가 급이부(350)가 되도록 제어할 수 있다. 또한, 무인 사료급이기(10)가 이동하는 경로의 폭, 즉 축사 사조의 길이, 축사 사이의 간격에 따라 사료배출벨트(310)의 조정이 가능하도록 사료배출부재(300)가 결합될 수 있다. 나아가서, 사료배출벨트(310)가 위치하는 영역에는 사기 사료배출벨트(310)와 링크 결합된 링크구동부가 외부로 돌출되어 연결된 수동레버를 통하여 구동함으로써 사료배출벨트(310)는 좌우로 이동할 수 있으며, 그로 인해 급이부(350)의 길이가 조절될 수 있다. 또한, 링크구동부에 의해 사료배출벨트(310)의 수평각도를 조절하여 바닥으로부터 급이부(350)의 각도를 조정할 수 있으며, 사료의 배출각도가 조절되어 축우에 더욱 인접한 위치에 사료를 공급할 수 있게 되어 사료의 낭비를 방지할 수 있다.
무인 사료급이기(10)의 주행부재(400)는 상기 사료적재지(A)부터 축사(3) 내부까지 이동 경로를 따라 무인주행하도록 구비될 수 있다. 무인주행의 경로인식은 시스템 구성 가격이 상대적으로 저렴한 초음파 센서, 정밀한 거리를 측정할 수 있는 레이저, 3D 맵을 작성할 수 있는 LIDAR, 야간 및 안개에 상관없이 사용이 가능한 RADAR, 경로 인식률이 상대적으로 높은 VISON, 정해진 경로만 이동하는 마그네틱선 등에서 하나 이상을 선택하여 인식될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 무인 사료급이기(10)는 상기 이동 경로의 바닥에는 주행 유도선(7)이 설치되고, 상기 주행부재(400)는, 상기 주행 유도선(7)을 인식하는 유도선 인식모듈과, 상기 이동 경로 주변의 장애물을 감지하는 센서를 포함하는 장애물 인지모듈을 구비하는 것일 수 있다.
이 경우, 상기 메인제어기(20)는, 상기 장애물 인지모듈과 상기 유도선 인식모듈의 정보를 주행부재(400)의 개별제어기로부터 제공받고, 정속으로 이동하도록 주행부재(400)의 개별제어기를 조정하는 것일 수 있다. 상기 주행부재(400)는 감속기, 주행모터, 모터 드라이버 및 타이어를 포함하는 구동모듈을 포함할 수 있으며, 모터 드라이버는 주행부재(400)의 개별제어기를 통하여 제어될 수 있다. 예로써 상기 타이어는 축사 내 이동 시 접지력 향상과 유지보수의 용이함을 위해 1톤 트럭에서 사용되는 타이어 또는 이에 준하는 사양의 타이어를 적용할 수 있다. 또한, 주행부재(400)의 개별제어기는 장애물 인지모듈과 상기 유도선 인식모듈로부터 정보를 제공받으며, 메인제어기(20)와 실시간으로 정보를 송수신하고. 송수신된 정보에 따라 주행을 제어할 수 있다.
본 발명의 예로써 주행부재(400)는 상기에서 설명한 바와 같이 유도선 인식모듈을 구비하고, 이동 경로의 바닥에 설치된 마그네틱 주행 유도선(7)을 따라 정해진 경로만 이동하는 방식을 채택할 수 있다. LIDAR, Radar, Vision을 선택하여 무인주행하는 방식은 안개, 주변 온도 등에 의해 오작동이 발생하는 경우가 있으며, 이로 인해 정해진 경로를 벗어나거나 축우 또는 축사와 충돌의 위험이 있으므로, 추가적인 장치가 더 필요할 수 있다. 그러나, 본 발명의 주행부재(400)는 유도선 인식모듈을 구비하고 주행 유도선(7)을 따라서만 무인주행으로 이동함으로써 정해진 경로만 이동하여 주행의 안정성이 높으며, 주행선 이탈 시 즉시 정지할 수 있으므로 안전을 최우선으로 하는 축사 내 환경에 적합한 주행방식이라 할 수 있다.
또한, 상기 주행부재(400)는 초음파센서 또는 PSD를 포함하는 장애물 인지모듈을 구비함으로써 이동경로 주변의 장애물을 감지하고 비상 시 즉시 정지하여 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)의 무인주행 이동경로를 나타낸 상면도인 도 7을 참조하면, 사료적재지(A)는 무인 사료급이기(10)의 출발 또는 도착지라고 할 수 있으며, 무인 사료급이기(10)는 축우가 생활하는 축사(3) 사이의 바닥에 구비된 주행 유도선(7)을 따라 정해진 경로로 이동하고, 사료배출영역(5, 6)에 정량배출을 수행할 수 있다. 일방향 전진하며 일측의 사료배출영역(5)에 사료를 배출하고 일방향 사료 급이가 종료되면, 사료배출벨트(310)의 회전방향을 반대로 변경하고, 급이부(350)의 길이를 조정한 후 후진하며 타측의 사료배출영역(6)에 사료를 배출할 수 있다. 또는, 일방향 전진하며 일측의 사료배출영역(5)에 사료배출이 종료되면, 사료배출부재(300)의 변동없이 유턴하여 타측의 사료배출영역(6)에 사료를 배출할 수 있다.
주행부재(400)의 개별제어기는 유도선 인식모듈에서 인식한 장애물, 주행 유도선 정보 등을 이용하여 구동모듈에 속도 명령을 내려 정속으로 무인 사료급이기가 이동할 수 있도록 제어할 수 있으며, 메인제어기(20)로부터 송신받은 급이조절 명령에 따라 지정된 위치에서 정량을 공급하기 위해 속도를 제어할 수 있다. 또한, 주행부재(400)의 개별제어기는 농장(축사) 진입 후 직진 주행 및 급이를 수행하고 농장 끝 지점 도달 시 유턴 및 후진 등을 수행하도록 주행부재(400)를 제어함으로써, 농장의 끝단 우방까지 사료를 정량 투입할 수 있다. 따라서 중소형의 규모를 가지는 한국의 축산농가에 맞춤형의 주행이 가능한 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)이 제공된다고 할 수 있다.
주행 유도선(7)은 소정의 간격으로 복수 개의 위치감지장치(9)를 구비할 수 있다. 따라서, 급이 중 사료가 부족한 경우, 또는 축우에 따라 보충사료가 변경되는 경우, 급이를 중단하고 메인제어기(20) 또는 주행부재(400)의 개별제어기는 급이가 중단된 지점의 위치감지장치(9)를 감지하여 위치정보를 전달받을 수 있다. 그리고, 무인 사료급이기(10)는 주행유도선(7)을 따라 다시 사료적재지(A)로 이동하여 사료를 재공급받을 수 있으며, 상기 위치감지장치(9)로부터 급이가 중단된 지점을 인식하여 정확한 위치에 사료를 재공급할 수 있다. 상기와 같이 사료량이 부족할 경우 사료적재지(A)까지 자동 복귀하고, 지속적인 급이가 이루어질 수 있도록 직전에 급이했던 지점으로 자동 회귀하며, 급이를 재시작할 수 있으므로 정량배출을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.
축사(3) 내에 위치하는 축우는 종류 또는 월령에 따른 RFID를 장착하고, 상기 메인제어기(20)는, 상기 RFID의 인식에 따라 축우의 종류 또는 월령에 대한 정보를 제공받고, 사료의 배출량과 급이 빈도를 조절하는 것일 수 있다. 축우와 같은 가축들은 개체별로 그룹이 형성되어 개체별로 특정한 활동 구역이 정해져 있는 것이 일반적이다. 따라서, 개체의 종류별로 RFID를 장착하여 무인 사료급이기(10)가 특정 개체의 위치에 도착하면, RFID로부터 개체의 종류를 인식하고, 메인제어기(20)에 기설정된 양만큼 사료배출부재(300) 및 주행부재(400)의 개별제어기는 급이속도, 급이량, 또는 급이 빈도(횟수)를 조절하며 사료를 배출할 수 있으므로, 개체별 맞춤형 급이가 가능하다.
하기의 표1은 평균 5×10㎡의 크기를 가지는 우방에 우방당 사육두수 평균 5마리, 1일 2회 사료를 공급하는 경우 급이량을 나타낸 것이다. 따라서 하기의 표를 참조하여 메인제어기(20)에 입력하게 되면, 무인 사료급이기(10)는 입력된 급이량에 따라 개체별로 급이를 수행할 수 있다.
축종 연령 1일 공급량(kg)
/ 마리		 1회 공급량(kg)
/ m당 & 회당
한우 번식우 3개월 이하 - 어린 송아지 1(농후사료) 0.5(농후사료)
3~8개월 - 중기 송아지 3~8(평균5.5) 2.75
9~15개월 이상 - 육성우 6~10(평균8) 4
임신 포유 10~13(평균11.5) 5.75
거세/비육 어린송아지(3개월령 이하) 1~2(농후사료) 0.75(농후사료)
3~5개월령 3~8(평균5.5) 2.75
6~13개월령(육성기) 8~10(평균9) 4.5
13~22개월령(비육전기) 13~15(평균14) 7
23~출하(비육후기) 15~16(자유채식) 7.75
젖소 3개월 이하 - 어린송아지 1~3(평균2) 1
3~5개월령 4~9(평균6.5) 3.25
6~13개월령 9~12(평균10.5) 5.25
건유기 14 (평균7) 3.5
착유우 18~20 (평균19) 9.5
도 8은 축우의 사료급여 횟수와 제1위 내 pH 변화를 나타낸 그래프로, 사료급여 횟수와 반추위 발효와의 관계를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면 사료급여 후 30분 이내에 반추위 내 산도(pH)는 급감하게 된다. 그러나 2회 급여, 3회 급여를 보면, 급이 빈도가 증가하면 반추위 내 pH의 떨어지는 폭이 많이 줄어드는 것을 알 수 있다. 반추위 내의 산도가 빠르게 회복되면, 미생물의 활력이 증가하게 되고, 이로 인하여 소화 효율이 증가하여 사료 섭취량이 또한 증가하므로, 축우의 성장을 촉진시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한. 개체별 사료의 배출량과 급이 빈도의 조절로 개체별 정량급이가 더욱 세밀하게 조절될 수 있으며, 농후사료 과다급여에 의한 축우의 대사성 질병 발생을 감소시킬 수 있다.
상기 무인 사료급이기(10)는, 하측부에 장착되는 복수 개의 로드셀(500)을 포함하고, 상기 메인제어기(20)는, 상기 로드셀(500)을 통하여 측정된 사료의 중량을 제공받고 사료의 배출량을 조절하는 것일 수 있다. 축우의 사료급이 횟수와 급이량 조정을 나타낸 블록 다이어그램인 도 9를 참조하면, 먼저 메인제어기(20)는 기입력된 데이터 중 축우별 목표 사료 중량을 인식할 수 있다(S110). 그리고, 축우의 종류와 월령에 따라 사료적재부제(100)로부터 사료의 혼합비율을 조정하고, 비율이 조정된 사료는 사료이송부재(200) 및 사료배출부재(300)를 거치며 이동하고, 주행부재(400)의 속도를 조절하며 무인급이를 제어할 수 있다(S120). 주행부재(400)의 구동으로 축사로 이동된 무인 사료급이기(10)는 축사 내부를 이동하며 급이부(350)를 통하여 사료를 공급할 수 있다(S130). 그리고, 사료를 공급하는 동안 로드셀(500)을 통하여 실제 급이량을 실시간 측정할 수 있다(S140). 급이를 해야 할 목표 중량과 실시간 측정된 실제 급이량을 비교(S150)한 후, 실제 급이량이 적은 경우 급이량을 조정(S160)하고, 이미 사료가 급이된 곳으로 회귀하여 부족량만큼 다시 급이하거나, 급이량이 부족한 곳의 위치를 저장하고, 다시 경로를 반복하며 부족한 곳에만 사료를 보충하는 방식으로 다시 무인급이를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(10)은 축사 내의 구획별로 급이량 조절을 수행하는 데 있어서, 관리할 작업자가 없으므로, 정량 배출기능이 더욱 필요하다고 볼 수 있다. 따라서, 고감도 로드셀(500)을 사용하여 사료의 중량을 검출하고 상기와 같은 보정의 과정을 거치며 정량 배출을 할 수 있으므로 축우별, 구획별 급이량 조절은 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 메인제어기(20)의 급이량 제어와 함께 주행부재(400)의 이동속도를 제어하며 구획별 배출되는 사료의 양을 더욱 정확하게 조절할 수 있다.
예로써, 메인제어기(20)의 로드셀(500)을 이용한 급이량 측정 회로는 로드셀, 아날로그 신호 입력 및 필터, A/D Converter, Micro processor 장치 등으로 구성할 수 있다. 아날로그 신호 입력 및 필터 부분은 로드셀(500)에서 출력되는 신호 중 잡음을 제거하고, 원하는 신호만 입력 받을 수 있도록 설계할 수 있으며, A/D Converter는 로드셀(500)에서 측정한 무게에 비례하여 출력되는 아날로그 신호(전압)를 디지털 신호로 변환하고 이를 SPI, I2C 등의 직렬통신을 이용하여 Micro Processor와 연결할 수 있다. Micro Processor는 직렬통신으로 제공된 디지털 신호로부터 중량값 계산, 영점 조절 등 연산을 하도록 설계될 수 있다.
상기 무인 사료급이기(10)는, 상기 메인제어기(20)와 연결되는 무선충전식의 배터리(600)를 구비하는 것일 수 있다. 유선충전 방식의 경우 충전 시작 또는 충전 중 스파크가 발생하여 화재의 위험이 있을 수 있다. 따라서 이를 해결하기 위하여 본 발명은 무선충전식의 배터리(600)를 구비하고 충전 시 발생할 수 있는 화재를 예방하여 농가의 재산을 보존할 수 있다. 메인제어기(20)는 급이 중 배터리 잔량을 지속적으로 점검하고, 충전이 필요한 경우 메인제어기(20)에 기입력된 정보에 의해 자동으로 충전 스테이션(40)으로 복귀하여 재충전할 수 있다. 예로써, 무선충전 방식은 접촉식 또는 비접촉식일 수 있으며, 무선충전의 경우 시간당 최대 30A 충전이 가능하고, IP54 등급의 방진, 방수 보호 기능을 가질 수 있다.
상기에 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)은 상기 사료적재부재(100), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300) 및 주행부재(400) 각각을 개별 제어하는 개별제어기를 포함하고, 상기 메인제어기(20)는, 상기 개별제어기를 통합 제어하는 것일 수 있다. 나아가서, 상기 메인제어기(20)는 상기 무선충전 스테이션(40)과 연결되어 배터리(600)의 충전상태 정보와 배터리 충전에 대한 정보를 송수신할 수 있으며, 사료 급이에 필요한 별도의 외부 기기의 제어기(50)와 연결되어 송수신된 정보에 따라 서로 연동하며 무인 급이를 수행할 수 있다.
나아가서, 상기 메인제어기(20)는, 무선통신부를 구비하여 사용자의 명령을 수신하거나 상기 무인 사료급이기(10)의 상태를 송신하도록 사용자의 스마트폰에 설치되는 제어 어플리케이션과 연동되는 것일 수 있으며, 메인제어기(20)와 제어 어플리케이션 사이에는 ROS 시스템(Robot Operating System;30)이 연결되어 서로의 데이터를 송신할 수 있다.
즉, 메인제어기(20)는 무인 사료급이기(10)의 사료적재부재(100), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300), 주행부재(400) 각각의 개별제어기와 연결된 전체적인 제어, 상태 표시, 주행 명령, ROS(Robot Operating System) 연동 등을 수행할 수 있다. 예를 들면, 무선충전식 배터리(600)의 현재 전압 측정 및 측정된 전압을 바탕으로 하는 배터리 잔량 추정, 충전 스테이션(40)으로 복귀 명령, 충전 스테이션(40)과 도킹 등 배터리 관리 및 제어를 수행할 수 있다. 또한, 사료적재부재(100), 사료이송부재(200), 사료배출부재(300), 주행부재(400)에 구비된 모터드라이버를 제어할 수 있으며, 각각의 개별제어기와 연결되어 무인 사료급이기(10) 이동, 사료이송벨트(210) 및 사료배출벨트(310)의 구동과 정/역 회전, 사료적재부재(100)의 보조 사료 배출, 주행과 배터리(600)에 대한 상태 표시, ROS 시스템(30)으로 데이터 송신, 로드셀(500)의 사료 중량 측정 등을 명령할 수 있다. 즉, 메인제어기(20)는 로드셀(500)을 통해 측정된 중량을 이용하여 사료의 투입, 배출량을 조절하는 Input/Output 회로와, 사료의 공급, 이송, 배합을 위한 릴레이를 이용한 신호 출력 회로와, 시작, 정지, 정회전, 역회전 등 버튼 입력을 위한 외부 입력 회로와, 주행부재(400)와 통신을 위한 직렬통신 회로와, 설정된 중량과 지정된 위치에 사료를 급이하기 위한 시스템 회로 등이 설계되어 구비될 수 있으며, 각각의 개별제어기와의 통신을 위한 직렬통신 사양 및 프로토콜을 채택하여 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템(1)은 무인 사료급이기(10)와, 상기 무인 사료급이기(10)와 무인주행을 제어하는 메인제어기(20)를 구비함으로써 자동화된 무인 사료 공급방식을 제공하여 외부 오염으로부터 축우를 보호하고 인건비를 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 사료적재지(A)부터 축사(3)까지 무인주행하고, 지정된 위치에 축우 종류별, 월령별로 사료 공급을 할 수 있는 장점이 있다. 나아가서, 무선의 자동 충전방식을 적용하여 기존의 충전방식에서 발생할 수 있는 고압의 스파크를 방지함으로써, 스파크와 주변에 적재된 사료들로 인해 발생할 수 있는 화재를 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
1; TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템
10; 무인 사료급이기
100; 사료적재부재
110; 사료 과배출 방지모듈
200; 사료이송부재
210; 이송벨트
220; 이송피동롤러
230; 이송구동롤러
240; 이송구동모터
300; 사료배출부재
310; 사료배출벨트
320; 배출구동롤러
330; 배출피동롤러
340; 배출구동모터
400; 주행부재
500; 로드셀
600; 무선충전식 배터리
20; 메인제어기
30; ROS시스템
40; 충전 스테이션
50; 외부 기기 제어기
F1; 상부캐빈
F2; 하부캐빈
F3; 하부 지지프레임
F4; 정면부 지지프레임

Claims (12)

  1. 사료적재지로부터 공급받은 사료를 수용하는 사료적재부재;
    상기 사료적재부재의 하부에 구비되어 적재된 사료를 이송하는 사료이송부재;
    상기 사료이송부재의 일단부 하측에 위치하여 이송된 사료를 배출하되, 외부로 돌출되는 급이부를 포함하고, 상기 급이부의 길이 또는 사료의 배출 각도가 가변되는 사료배출부재; 및
    상기 사료적재지부터 축사 내부까지 이동 경로를 따라 무인주행하는 주행부재;를 포함하는 무인 사료급이기와,
    상기 무인 사료급이기의 사료의 적재, 이송, 배합, 정량배출과 무인주행을 제어하는 메인제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사료적재부재는, 상기 사료이송부재의 일단부 상측에 위치하는 사료 과배출 방지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사료 과배출 방지모듈은, 상기 사료적재부재의 일단부에 회전가능하도록 결합되고 복수 개의 회전날을 구비하는 과배출 방지 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사료이송부재는, 일단부가 타단부보다 높은 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 사료이송부재는, 타단부에서 일단부 방향으로 회전하는 이송벨트와, 상기 이송벨트의 일단부 내측에 구비되고 이송구동모터와 결합되어 구동력을 제공받는 이송구동롤러와, 타단부에 구비되며 상기 이송벨트의 장력을 조절하는 이송피동롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 경로의 바닥에는 주행 유도선이 설치되고,
    상기 주행부재는, 상기 주행 유도선을 인식하는 유도선 인식모듈과, 상기 이동 경로 주변의 장애물을 감지하는 센서를 포함하는 장애물 인지모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 메인제어기는, 상기 장애물 인지모듈과 상기 유도선 인식모듈의 정보를 제공받고, 정속으로 이동하도록 주행부재의 구동모듈을 조정하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인 사료급이기는, 하측부에 장착되는 복수 개의 로드셀을 포함하고,
    상기 메인제어기는, 상기 로드셀을 통하여 측정된 사료의 중량을 제공받고 사료의 배출량을 조절하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    축우는 종류 또는 월령에 따른 RFID를 장착하고,
    상기 메인제어기는, 상기 RFID의 인식에 따라 축우의 종류 또는 월령에 대한 정보를 제공받고, 사료의 배출량과 급이 빈도를 조절하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인 사료급이기는, 상기 메인제어기와 연결되는 무선충전식의 배터리를 구비하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템은, 상기 사료적재부재, 사료이송부재, 사료배출부재 및 주행부재 각각을 개별 제어하는 개별제어기를 포함하고,
    상기 메인제어기는, 상기 개별제어기를 통합 제어하는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인제어기는, 사용자의 명령을 수신하거나 상기 무인 사료급이기의 상태를 송신하도록 사용자의 스마트폰에 설치되는 제어 어플리케이션과 연동되는 것을 특징으로 하는 TMR 사료급이기의 무인 급이 시스템.
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KR102202538B1 (ko) 2018-11-21 2021-01-12 오헌식 Tmr 사료배합기의 ict 제어 및 모니터링 시스템
KR102202511B1 (ko) 2018-11-21 2021-01-12 오헌식 Tmr 사료배합기의 ict 제어 및 모니터링 방법

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