KR20240045027A - 가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작물 재배 장치에 관한 것으로, 구체적으로 작물에 조명을 효율적으로 조사할 수 있는 작물 재배 장치에 관한 것이다.

Description

가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치{A CROP CULTIVATION DEVICE WITH VARIABLE LIGHTING MODULE}

본 발명은 작물 재배 장치에 관한 것으로, 구체적으로 작물에 조명을 효율적으로 조사할 수 있는 작물 재배 장치에 관한 것이다.

최근에는 농업과 정보통신기술이 결합된 지능화된 농장인 스마트팜 (smart farm)에 대한 기술이 활발하게 개발되고 있으며, 스마트팜의 개발에 따라 농산물의 생산량 증가는 물론, 노동시간이 감소될 수 있다.

더하여, 스마트팜은 최적화된 생육 환경을 제공하여 작물의 품질을 높일 뿐만 아니라 작물의 성장량을 예측함으로써, 수확 시기 및 수확량을 계산할 수도 있다는 장점도 존재할 수 있다.

스마트팜의 또 다른 장점으로는 실내에서도 운용이 가능하는 점이 존재할 수 있으며 구체적으로, 실내 또는 비닐 하우스 등과 같은 시설에서 작물을 재배하기 위해, 각종 조명을 이용하여 인공적으로 광원을 제공하는 것 또한 스마트 팜의 기술이라고 볼 수 있다.

그러나, 실외에서 태양광을 통해 작물에게 제공되는 만큼의 광량을 실내에서 제공하기 위해서는 많은 전력이 요구되기 때문에 전력소모를 최소화함과 동시에 효율적으로 작물에게 광원을 제공할 수 있는 작물 재배 장치에 대한 개발이 필요한 상황이다.

한편, 하기 선행기술문헌은 작물별 필요 광량을 조정할 수 있는 기능을 갖춘 식물재배용 조명 제어장치에 대한 내용을 개시하고 있을 뿐 본 발명의 기술적 요지를 개시하고 있지 않다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0041380호

본 발명의 일 실시예에 따른 작물 재배 장치는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

작물 배치부 이외의 영역에 빛이 조사되는 것을 방지함으로써 불필요한 전력소모를 방지할 수 있는 작물 재배 장치를 제공하는 것이다.

또한 필요에 따라 작물에 빛을 집중시키도록 구성함으로써 작물 성장에 필요한 광량을 효율적으로 제공할 수 있는 작물 재배 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 작물 재배 장치는, 작물이 배치되는 작물 배치부; 상기 작물 배치부의 상방에 위치하여 상기 작물 배치부에 조명을 조사하되 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 조명모듈; 상기 작물의 크기, 형상 및 상기 작물에 조사되는 조명의 상태 중 적어도 하나를 검출하는 센싱모듈; 및 상기 센싱모듈의 검출 결과에 기초하여 상기 조명모듈을 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 조명모듈은, 상기 작물에 조사하는 광원을 생성하는 적어도 하나의 조명수단; 상기 작물 배치부와 평행하도록 형성되되, 상기 조명수단을 수용하는 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 주변부에 형성되고 상기 조명수단을 수용하는 서브 프레임;을 포함한다.

상기 서브 프레임은 상기 메인 프레임의 단부로부터 미리 설정된 각도로 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 서브 프레임의 하부 중 상기 조명수단과 중첩되지 않은 영역에는 반사판이 마련되는 것이 바람직하다.

상기 서브 프레임은 상기 메인 프레임 단부와 회동 가능하도록 결합되는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은 상기 센싱모듈의 검출 결과에 기초하여 상기 서브 프레임의 회동 각도를 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치는, 작물이 배치되는 작물 배치부; 메인 프레임 및 상기 메인 프레임에 수용되어 광원을 생성하는 적어도 하나의 조명수단을 포함하고, 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되되, 상기 작물 배치부의 상방에 위치하여 상기 작물 배치부에 조명을 조사하는 조명모듈; 상기 작물 배치부 및 상기 조명모듈 사이에 배치되고, 상기 조명수단에서 발산되는 빛을 굴절하는 굴절모듈; 상기 작물의 크기, 형상 및 상기 작물에 조사되는 조명의 상태 중 적어도 하나를 검출하는 센싱모듈; 및 상기 센싱모듈의 검출 결과에 기초하여 상기 조명모듈 및 굴절모듈 중 적어도 하나를 제어하는 제어모듈;을 포함한다.

상기 굴절모듈은, 상기 조명수단을 감싸도록 형성되고 일측이 상기 메인 프레임에 고정 결합되는 지지부재; 상기 조명수단에서 발산되는 빛을 굴절하기 위한 적어도 하나의 렌즈를 포함하되, 상기 지지부재의 타측에 결합되는 렌즈 조립체;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 렌즈 조립체는 상기 지지부재의 길이방향을 따라 상하 이동 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은 상기 센싱모듈이 검출한 상기 작물의 크기, 형상, 상기 작물의 면적 및 상기 작물에 조사되는 조명의 상태 중 적어도 하나에 기초하여 상기 렌즈 조립체의 상하 이동을 제어하는 것이 바람직하다.

상기 굴절모듈은, 상기 작물 배치부 및 상기 조명모듈 사이에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 굴절모듈 프레임; 및 상기 굴절모듈 프레임에 형성되되 상기 조명수단과 대응되는 영역에 배치되는 복수 개의 렌즈를 포함하는 렌즈 조립체;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은 상기 센싱모듈이 검출한 상기 작물의 크기, 형상, 상기 작물의 면적 및 상기 작물에 조사되는 조명의 상태 중 적어도 하나에 기초하여 상기 굴절모듈 프레임의 상하 이동을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 작물 재배 장치는 가변식 조명모듈을 구비하여 조명모듈에서 조사되는 빛이 작물 배치부 이외의 영역으로 조사되지 않도록 함으로써 불필요한 전력소모를 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한 조명모듈에서 조사되는 빛을 작물의 성장에 따라 해당 작물에 집중시키기 위한 굴절모듈을 구비함으로써 작물 성장에 필요한 광량을 효율적으로 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

도 1은 작물 재배 장치의 기본적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 재배 장치의 여러 구현예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치의 제1 구현예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서의 굴절모듈의 구동에 대한 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치의 제2 구현예를 도시한 도면이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

본 발명에 따른 작물 재배 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 기본적으로 작물 배치부(100), 조명모듈(200), 센싱모듈(300) 및 제어모듈을 포함하도록 구성된다.

작물 배치부(100)는 작물(10)을 수용하는 구성이며, 조명모듈(200)은 작물 배치부(100)의 상방에 위치하여 작물 배치부(100)에 조명을 조사하는 기능을 수행하는 구성이다.

이러한 조명모듈(200)은 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 메인 프레임(220)과, 메인 프레임(220)에 배치되는 적어도 하나의 조명수단(210)을 포함하도록 구성된다.

특히 조명수단(210)은 펄스(pulse) 구동 방식의 LED(Light Emission Diode) 모듈일 수 있으며, 이를 통하여 조명수단(210)은 초당 100회에서 5,000회까지의 점등이 가능할 수 있으며, 소비 전력의 절감이 가능할 수 있다.

센싱모듈(300)은 작물(10)의 크기, 형상 및 작물(10)에 조사되는 조명의 상태 중 적어도 하나를 검출하는 기능을 수행하며, 조도 센서(illumination sensor), 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor), 카메라(camera), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등) 및 깊이 센서(Depth Sensor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제어모듈(400)은 센싱모듈(300)의 검출 결과에 기초하여 조명모듈(200)을 제어하는 기능을 수행하며, 구체적으로 조명모듈(200)의 상하 방향의 이동을 제어하거나 또는 후술할 서브 프레임(230)의 회동각도를 제어하기 위한 제어신호 등을 생성할 수 있다.

상술한 작물 재배 장치의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 외곽에 배치된 조명수단(210)으로부터 발산되는 빛이 작물 배치부(100) 뿐만 아니라 빛이 조사될 필요가 없는 작물 배치부(100) 외부 영역까지 도달하기 때문에 불필요한 전력이 소모된다는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 재배 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 조명모듈(200)이 조명수단(210), 메인 프레임(220) 및 서브 프레임(230)을 포함하도록 구성된다.

조명수단(210)은 상술한 바와 같이 작물(10)에 조사하는 광원을 생성하는 기능을 수행하고, 메인 프레임(220)은 작물 배치부(100)와 평행하도록 형성되되 조명수단(210)을 수용하는 구성이다.

서브 프레임(230)은 메인 프레임(220)의 주변부, 구체적으로 단부에 배치되고 메인 프레임(220)과 마찬가지로 조명수단(210)을 수용하며, 특히 서브 프레임(230)은 메인 프레임(220)의 단부로부터 미리 설정된 각도로 경사지도록 형성된다.

이때 서브 프레임(230)에 수용된 최외곽의 조명수단(210)에서 발산되는 빛은 도 2에 도시된 바와 같이 수직 방향이 아닌 작물 배치부(100)의 중심 방향을 향해 조사되므로 빛이 작물 배치부(100)의 외부 영역으로 조사되는 것을 방지할 수 있게 된다.

아울러 서브 프레임(230)의 하부 중 조명수단(210)과 중첩되지 않은 영역에는 도 3에 도시된 바와 같이 반사판(240)을 마련할 수도 있으며, 이를 통하여 메인 프레임(220)에 수용된 조명수단(210)에서 발산되는 빛 중 외부 방향으로 조사되는 빛이 반사판(240)을 통하여 반사되어 작물 배치부(100) 측으로 전달될 수 있게 된다.

한편, 서브 프레임(230)은 메인 프레임(220)과 미리 설정된 각도로 고정 결합될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 회전축 부재(250)를 마련하여 서브 프레임(230)이 메인 프레임(220)의 단부와 회동 가능하도록 결합될 수도 있다.

이때 제어모듈은 센서(300)가 검출한 작물(10)의 크기, 형상, 작물 배치부(100) 상에서의 빛의 조사영역 등의 정보에 기초하여 메인 프레임(220)의 이동방향, 이동량 및 서브 프레임(230)의 회동각도를 제어할 수 있다.

아울러 앞서 설명한 바와 같이 조명모듈(200)의 상하 이동을 통하여 작물(10)의 성장에 따른 적절한 빛을 제공할 수도 있으나, 조명모듈(200)에서 발산되는 빛을 굴절하여 좀 더 효율적인 방식으로 작물(10)을 재배하는 기술을 고려해 볼 수 있으며, 이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치는 상술한 작물 배치부(100), 조명모듈(200), 센싱모듈(300) 및 제어모듈을 구비하되, 추가적으로 작물 배치부(100) 및 조명모듈(200) 사이에 배치되고 조명수단(210)에서 발산되는 빛을 굴절하는 굴절모듈(500)을 더 포함한다.

굴절모듈(500)은 구체적으로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 지지부재(510) 및 렌즈 조립체(520)를 포함하도록 구성된다.

지지부재(510)는 조명수단(210)을 감싸도록 형성되고 일측이 메인 프레임(220)에 고정 결합되는 구성으로, 이러한 지지부재(510)의 내측면은 반사체로 형성되는 것이 바람직하며, 타측은 빛이 하부 방향으로 이동할 수 있도록 개방되어야 한다.

렌즈 조립체(520)는 지지부재(510)의 타측에 배치되어 조명수단(210)에서 발산되는 빛을 굴절하는 기능을 수행하며, 이를 위하여 렌즈 조립체(520)에는 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 복수 개의 렌즈를 포함할 수도 있다.

특히 이러한 렌즈 조립체(520)는 도 6에 지지부재(510)의 길이방향을 따라 상하 이동 가능하도록 구성되며, 이를 통하여 조명수단(210)으로부터 발산되는 빛의 조사영역을 조절할 수 있다.

도 6(a) 및 도 6(b)를 비교해보면, 도 6(a)와 같이 작물(10)의 수평방향 크기가 작을 경우, 즉 작물(10)의 면적이 작을 경우에는 렌즈 조립체(520)를 조명수단(210)과 멀어지는 방향으로 이동시켜서 빛의 조사영역을 좁게 할 수 있으며, 도 6(b)와 같이 작물(10)의 수평방향 크기가 클 경우, 즉 작물(10)의 면적이 넓을 경우에는 렌즈 조립체(520)를 조명수단(210)과 가까워지는 방향으로 이동시켜서 빛의 조사영역을 넓게 할 수도 있다.

아울러 도 6(c)와 같이 작물(10)이 수직방향으로 성장한 경우에는 작물(10)의 상부 및 하부를 모두 조사하기 위하여 렌즈 조립체(520)를 조명수단(210)과 가까워지는 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 지지부재(510) 내부에서 렌즈 조립체(520)를 상하 방향으로 이동시키기 위한 구조로 여러가지 방식을 고려해 볼 수 있는데, 지지부재(510)의 내주면에 길이 방향을 따라 가이드홈이 형성되고 렌즈 조립체(520)의 측면에는 가이드홈과 대응되는 돌기가 형성되어, 돌기가 가이드홈에 삽입된 채로 상하 방향으로 이동함으로써 렌즈 조립체(520)의 상하 방향으로의 이동을 담보할 수 있다.

또한 지지부재(510)의 내주면에 나사산이 형성되고, 렌즈 조립체(520)의 외주면에는 나사산과 대응되는 나사골이 형성되되, 렌즈 조립체(520)를 지지부재(510)에 나사결합함으로써, 렌즈 조립체(520)가 회전함에 따라 상하 방향으로 이동하는 구조 또한 고려해볼 수 있을 것이다.

한편, 이러한 사용자가 수동으로 렌즈 조립체(520)의 상하 방향으로 이동시킬 수 있으나, 센싱모듈(300)의 검출 결과에 기초하여 제어모듈이 렌즈 조립체(520)의 상하 방향의 이동을 제어하는 것도 가능하다.

예를 들어, 제어모듈은 센싱모듈(300)이 검출한 작물(10)의 면적에 기초하여 렌즈 조립체(520)의 상하 이동을 제어할 수 있는데, 도 6(a)과 같이 작물(10)의 면적이 좁을 경우 제어모듈은 렌즈 조립체(520)를 아래 방향으로 이동시키고, 반대로 도 6(b)와 같이 작물(10)의 면적이 넓을 경우 제어모듈은 렌즈 조립체(520)의 위 방향으로 이동시킬 수 있다.

나아가 제어모듈은 상술한 바와 같이 작물(10)의 면적 뿐만 아니라 작물(10)의 크기, 형상 및 작물(10)에 조사되는 조명의 상태 등을 종합적으로 고려하여 렌즈 조립체(520)의 상하 이동을 제어하는 것도 가능하다.

한편, 도 5에 도시된 굴절모듈(500)의 실시예에 대한 설명에서는 렌즈 조립체(520)가 상하로 이동하는 내용을 중점적으로 언급하였으나, 상황에 따라 렌즈 조립체(520)가 지지부재(510) 내부에서 고정될 수도 있으며, 이때 복수 개의 굴절모듈(500)은 지지부재(510) 내부에서의 렌즈 조립체(520)의 수직 위치를 각각 다르게 설정할 수 있다.

아울러 굴절모듈(500)을 도 7과 같이 굴절모듈 프레임(530) 및 렌즈 조립체(540)로 구성할 수도 있다.

굴절모듈 프레임(530)은 작물 배치부(100) 및 조명모듈(200) 사이에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 구성이고, 렌즈 조립체(540)는 굴절모듈 프레임(530)에 형성되되 조명수단(210)과 대응되는 영역에 배치되는 복수 개의 렌즈를 포함하는 구성이다.

도 7의 실시예 또한 센싱모듈(300)의 검출 결과에 기초하여 제어모듈이 렌즈 조립체(540)의 상하 방향의 이동을 제어할 수 있는데, 이때는 제어모듈은 굴절모듈 프레임(530)의 상하 이동을 제어하게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 재배 장치 및 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치의 기술적 특징들을 구분하여 설명하였으며, 상술한 실시예들은 작물 재배 장치에 각각 따로 적용될 수도 있으나, 함께 적용되는 것도 가능할 것이다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 작물 배치부
200: 조명모듈
300: 센싱모듈
500: 굴절모듈

Claims (5)

1. 작물이 배치되는 작물 배치부;
   상기 작물 배치부의 상방에 위치하여 상기 작물 배치부에 조명을 조사하되 상하 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 조명모듈;
   상기 작물의 크기, 형상 및 상기 작물에 조사되는 조명의 상태 중 적어도 하나를 검출하는 센싱모듈; 및
   상기 센싱모듈의 검출 결과에 기초하여 상기 조명모듈을 제어하는 제어모듈;
   을 포함하고, 상기 조명모듈은,
   상기 작물에 조사하는 광원을 생성하는 적어도 하나의 조명수단;
   상기 작물 배치부와 평행하도록 형성되되, 상기 조명수단을 수용하는 메인 프레임; 및
   상기 메인 프레임의 주변부에 형성되고 상기 조명수단을 수용하는 서브 프레임;
   을 포함하는 가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 서브 프레임은 상기 메인 프레임의 단부로부터 미리 설정된 각도로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 서브 프레임의 하부 중 상기 조명수단과 중첩되지 않은 영역에는 반사판이 마련되는 것을 특징으로 하는 가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 서브 프레임은 상기 메인 프레임 단부와 회동 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어모듈은 상기 센싱모듈의 검출 결과에 기초하여 상기 서브 프레임의 회동 각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 가변식 조명모듈을 구비한 작물 재배 장치.

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