KR101866506B1

KR101866506B1 - 자동화 식물재배 시스템

Info

Publication number: KR101866506B1
Application number: KR1020160053867A
Authority: KR
Inventors: 김정희
Original assignee: 김정희
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2018-06-12
Also published as: KR20170124230A

Abstract

본 발명은 자동화라인을 이용하여 각종 식물을 무인으로 토양재배할 수 있게 하는 토양재배 자동화 시스템에 관한 것이다. 그 구성은; 종횡으로 일정한 간격을 두고 다수 배치되며 수직 방향으로도 다층으로 적층되는 다수의 선반; 상기 선반에 놓이는 것으로서 식물을 재배하기 위한 토양을 담고 있는 다수의 화분; 상기 선반에 놓인 화분에 물을 공급하는 관수장치; 투입위치에 놓인 화분을 상기 선반 중 어느 한 곳에 올려놓거나 그로부터 화분을 취출하여 반출위치에 위치시키기 위한 캐리어장치; 외기와의 차단을 위하여 상기 선반을 에워싸는 온실; 상기 온실 내부의 온도 및 습도를 조절하기 위한 온습도조절장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동화 식물재배 시스템{Automatic System For Cultivation}

본 발명은 식물재배 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동화라인을 이용하여 각종 식물을 무인으로 토양재배할 수 있게 하는 토양재배 자동화 시스템에 관한 것이다.

경작지가 줄어들고 생태환경이 악화되고 있으며 기상이변 현상이 잦아지는 등의 문제로 인해 식물의 경작이 날로 어려워지고 있다. 비닐하우스 시스템에 의해 외부의 환경으로부터 영향을 적게 받는 경작 환경을 제공할 수 있기는 하지만 노동력의 소모가 많아 이익이 크진 못하며, 재배면적이 제한적이어서 생산량을 원하는 대로 신장시킬 수는 없다.

이러한 문제에 대하여 최적화된 식물 재배환경을 제공함으로써 재배효과를 향상시킬 수 있게 하는 기술이 제안되기도 하였다. 예를 들어, 대한민국 실용신안등록출원 제20-2014-0004682호가 그 예인데, 이에 의하면 그러나 선행기술은 대량생산을 위한 자동화 시스템은 아니어서 생산량을 극대화하는 것에는 한계가 있다. 그리고 많은 양의 식물을 재배할 경우 그 규모가 커짐에 따라 설비의 설치비용이 크게 상승하여 생산원가가 높아지는 문제가 생기게 된다.

대한민국 실용신안등록출원 제20-2014-0004682호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 자동화라인을 이용하여 쑥갓, 상추, 고추, 깻잎, 아욱 등 각종 식용 작물을 무인으로 토양재배할 수 있게 하는 자동화 식물재배 시스템을 제공함으로써, 생산성을 극대화시키고 노동력을 절감하며 외부의 나쁜 환경요인에 의한 영향을 최소화하여 건강에 더욱 유익한 친환경 농산물을 생산할 수 있게 하는 자동화 식물재배 시스템을 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 종횡으로 일정한 간격을 두고 다수 배치되며 수직 방향으로도 다층으로 적층되는 다수의 선반; 상기 선반에 놓이는 것으로서 식물을 재배하기 위한 토양을 담고 있는 다수의 화분; 상기 선반에 놓인 화분에 물을 공급하는 관수장치; 투입위치에 놓인 화분을 상기 선반 중 어느 한 곳에 올려놓거나 그로부터 화분을 취출하여 반출위치에 위치시키기 위한 캐리어장치; 외기와의 차단을 위하여 상기 선반을 에워싸는 온실; 상기 온실 내부의 온도 및 습도를 조절하기 위한 온습도조절장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 캐리어장치는 상기 선반 사이의 이격공간에 설치되는 수평레일; 상기 수평레일을 따라 기동하는 대차; 상기 대차에 탑재되어 그를 따라 수평이동하는 수직레일; 수직 방향으로 승하강 가능하게끔 상기 수직레일에 설치되는 베이스판; 상기 베이스판을 승하강 구동하기 위한 승강기구; 상기 베이스판에 설치되는 것으로서 상기 선반에 화분을 올려놓거나 그로부터 화분을 빼내기 위한 픽업기구를 포함할 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 픽업기구가 상기 선반에서 픽업한 화분을 상기 반출위치로 반출하기 위한 반출컨베이어;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 외부에서 공급되는 화분을 상기 투입위치로 공급하기 위한 투입컨베이어;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 관수장치는 상기 선반 외측에 설치되는 것으로서, 상기 선반으로부터 취출된 화분을 이송시키는 회수컨베이어; 상기 회수컨베이어를 따라 회수되는 화분에 물을 공급하는 분사노즐; 상기 분사노즐에 물을 공급하는 물공급부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 관수장치는 상기 선반 외측에 설치되는 것으로서, 상기 선반으로부터 취출된 화분을 이송시키는 회수컨베이어; 상기 회수컨베이어를 따라 회수되는 화분에 물을 공급하는 분사노즐; 상기 분사노즐에 물을 공급하는 물공급부;를 포함하되;

상기 회수컨베이어는 화분이 투입되는 투입컨베이어의 투입부로 상기 화분을 공급하며; 상기 분사노즐은 상기 투입 컨베이어 상에 설치되는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 화분은 화분본체; 상기 화분본체를 받치는 받침대 역할을 하는 파렛트로 구성되며; 상기 파렛트에는 상기 화분본체에 식재된 식물 정보를 담은 바코드가 부착될 수 있다.

발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 픽업기구에는 상기 바코드를 스캔할 수 있는 바코드 스캐너가 설치될 수 있으며, 이에 의해 상기 캐리어장치는 상기 바코드의 정보에 따라 화분을 취출하여 관수 또는 수확하도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 식물을 자동으로 토양재배할 수 있는 시스템이 구축된다. 본 발명에 의하면 식물을 토양에서 재배할 수 있는 공장형 시스템이 제공되며, 구성이 간단하고 설치비용이 크게 소요되지 아니하며 식물의 특성에 맞게끔 맞춤식 재배를 할 수 있어 생산성을 극대화시킬 수 있게 하는 식물을 위한 토양재배 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템의 평면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템의 측면 구성도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템의 승강부의 측면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템의 픽업부의 측면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템의 관수장치의 측부 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템의 재배부의 사시도이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4를 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 기타 도면은 필요한 곳에서 인용하기로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 토양재배 자동화 시스템은 다수의 화분(1)을 종횡 및 수직으로 적층 배열하기 위하여 다수의 선반(3)을 제공하는 선반장치(5)와, 선반(3)에 화분(1)을 올려놓거나 선반(3)에 놓인 화분(1)을 취출하기 위한 캐리어장치(7)와, 대기환경을 조절할 수 있도록 외기와 차단하기 위한 온실(9)을 포함한다. 온실은 햇빛이 통과될 수 있도록 비닐, 투명아크릴 또는 유리로 구성될 수 있다. 온실(9)은 필요에 따라 빛을 차단하기 위한 차양수단을 포함할 수 있다.

화분(1)에는 각종 농작물을 재배하기 위한 토양이 담겨 있다. 토양은 작물의 뿌리가 알맞게 뻗을 수 있는 정도의 분량으로 화분(1)에 담기게 된다. 화분(1)에는 작물의 크기에 따라 다르겠지만 2포기 이상의 식물(F)이 식재될 수 있다.

도시된 바에 의하면 선반장치(5)는 4개의 열을 구성하도록 하는 4개의 단위선반장치(11)로 구성되고 있다. 단위선반장치(11) 사이에는 캐리어장치(7) 및 관리자가 통행할 수 있는 통로(13)가 마련된다. 도시된 바에 따르면 각 단위선반장치(11)는 화분(1)을 9개 층으로 적재할 수 있는 규모로 제공된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니므로 더 높이 적재할 수도 있고 그 반대일 수도 있다.

도시된 바에 의하면 캐리어장치(7)는 2대가 마련되고 있다. 즉 하나의 캐리어장치(7)는 좌우 양쪽에 배치되어 있는 2개의 단위선반장치(11)를 담당하도록 되어 있다.

캐리어장치(7)는 수평이동을 위한 대차(15), 승강기구(17), 및 승강기구(17)에 의해 수직으로 상승 및 하강되는 픽업기구(19)를 포함한다. 대차(15)를 위하여 수평레일(21)이 선반장치의 통로(13)에 설치되며, 수평레일(21,21')은 지면(E) 및 온실 상층에 각각 마련될 수 있다. 대차(15)는 이 수평레일(21,21')을 따라 기동하게 되어 있으며, 수평이동모터(23)에 의해 기동될 수 있다. 대차(15)에는 수직레일(25)이 수직방향으로 설치되어 있다. 픽업기구(19)는 이 수직레일(25)을 따라 승하강하도록 되어 있다. 승강기구(17)는 캐리어장치(7)의 상단에 설치되는 종동시브(27, sheave), 와이어로프(29), 구동시브(31) 및 승강모터(33)를 포함한다.

본 발명에서 수평이동모터(23)와 승강모터(33)는 정밀한 위치제어를 위해 서보모터로 되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 픽업기구(19)는 화분(1)의 저면을 받치는 것으로서 베이스판(35)에서 좌측 또는 우측으로 수평 돌출되는 아암(37)과, 아암(37)을 수평이동시키기 위한 픽업구동부를 포함한다.

픽업구동부는 픽업모터(39) 및 픽업모터의 회전축에 치합되는 기어(41, 또는 스프로킷)와, 기어(41)에 연결되는 것으로서 아암에 설치되는 랙기어(43, 또는 체인)를 포함한다(도 4(a),(b) 참조). 픽업구동부는 아암(37)을 좌측(도 4(a)) 또는 우측(도 4(b) 참조)으로 돌출되도록 한다. 좌우 양측에 있는 단위선반장치(11)의 선반으로부터 화분(1)을 취출하거나 올려놓을 수 있도록 하기 위함이다. 특정 화분 정면에 픽업기구(19)가 위치되면 픽업모터가 구동하여 아암(37)이 화분(1)을 향해 돌출하여 화분 직하부에 위치되도록 하고, 이후 승강모터(33)가 구동하여 픽업기구가 들려지도록 한다. 이후 픽업모터(39)가 반대로 회전하면, 화분(1)은 베이스판(35)의 직상부에 위치되고, 이후 승강모터 및 수평이동모터의 구동에 의해 화분은 원하는 위치로 이동되게 된다.

아암(37)의 상면에는 판형상의 받침판(45)이 고정될 수 있다. 이 받침판(45)은 화분(1)의 저면에 직접 접촉되게 된다. 받침판(45)의 상면 또는 화분(1)의 저면은 미끄럼 방지를 위한 고무패드 등이 구비될 수 있다. 아암(37)은 2단 또는 3단으로 스코프식 안테나처럼 돌출되는 구성을 가질 수 있다. 아암(37)을 대신하여 랙기어가 직접 받침판(45) 저면에 설치될 수도 있다.

도시되지는 않았지만 본 발명의 캐리어장치(7)는 픽업구동부를 정해진 위치로 정확하게 위치시키기 위한 여러 가지 자동화장비를 포함하고 있어야 할 것이다. 대표적인 것이 위치감지센서일 것이다. 픽업기구(19)의 위치를 정확하게 제어할 수 있어야만 특정 선반(3)에 놓인 화분(1)을 이동시킬 수 있을 것이기 때문이다. 선반장치(5)는 화분(1)이 설치되어 있는지 여부를 감지하여 이를 제어부에 인가하도록 할 수도 있다.

이하, 평면도인 도 1을 주로 참조하여 설명한다.

선반장치(3)의 양측에는 화분투입부(47)와 화분반출부(49)가 설치된다. 화분의 투입과 반출은 각각 투입컨베이어(51)와 반출컨베이어(53)를 이용한다.

입고되는 화분(1)은 투입컨베이어(51)에 의해 투입 위치(P1)까지 공급된다. 화분(1)은 모종 형태의 식물이 식재된 상태로 투입컨베이어(51)에 투입된다. 그러면 캐리어장치(7)는 투입된 화분(1)을 리프팅하여 선반장치(3) 상의 정해진 선반에 옮겨놓는다.

그리고 재배가 완료된 화분(1)은 캐리어장치(7)에 의해 취출되어 반출위치(P2)까지 옮겨진다. 그러면 반출컨베이어(53)는 반출된 화분(1)을 수확위치(P3)까지 수평이송시킨다. 수확위치(P3)에는 작업자가 배치되어 공급되는 화분(1)으로부터 작물을 수확하고 빈 화분은 후속공정으로 배급한다. 물론 빈 화분은 그대로 재사용되거나 토양을 재생한 다음 재사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 화분에 물을 공급하기 위한 관수장치가 더 구비된다. 관수장치는 화분(1)에 식재된 작물에 수분을 공급하기 위한 장치이다. 본 실시예에 의하면, 관수장치는 선반장치(3)로부터 일일이 화분(1)을 취출하여 별도의 장소에서 물을 공급하는 방식을 취한다. 이는 관수시설을 간단하게 함으로써 전체적인 설비비용을 절감하는데 효과적이며, 온실(9) 내부의 습도를 조정하는데 유리하다. 선반장치(5)에는 다양한 종류의 작물이 혼합된 상태로 재배되는 경우가 많을 것이며, 작물의 종류에 따라 물의 선호도가 다를 것이다. 그러므로 본 발명은 작물의 재배특성에 따라 개별적으로 물을 공급하는 방식을 취한다. 이 결과로 관수용 배관을 설치할 필요가 없고, 배수시설을 구비할 필요가 없게 되고, 온실 전체의 습도를 콘트롤하기가 쉽게 된다.

관수장치(55)는 전술한 캐리어장치(7)와, 캐리어장치(7)에 의해 취출 공급되는 화분(1)을 관수장치(55)에 공급하는 회수컨베이어(57)를 포함한다. 관수장치(55)는 도 5에 도시된 바와 같이 회수컨베이어(57)가 통과하는 터널식으로 되어 있어 화분(1)이 연속적으로 통과되는 가운데 물을 공급받는다. 관수장치(55)는 터널(59)과 터널(59) 내부에 설치되는 분사노즐(61) 및 분사노즐(61)에 물을 공급하는 물공급부(63)를 포함할 수 있다. 작물에 따라 관수장치(55)로 공급되는 주기가 다르게 될 것이다.

관수장치(55)는 투입컨베이어(51) 상에 설치될 수 있다. 따라서 선반장치(5)에 투입되기 직전에 물을 공급받도록 할 수 있다. 그리고 회수컨베이어(57)는 투입컨베이어(51)의 인입부에 연결되어 있을 수 있다. 따라서 물공급을 위해 회수된 화분(1)은 투입컨베이어(51)로 공급됨으로써 새로 투입되는 화분(1)과 동일한 루트를 통해 선반장치(5)의 이미 마련되어 있는 자신의 위치로 다시 이동된다.

본 발명에 의하면, 온실(9) 내부 여러 곳에는 온도와 습도를 계측하기 위한 계측수단이 마련될 수 있다. 디지털식 계측수단을 이용함으로써 온도와 습도 정보를 제어부가 이용하도록 할 수 있다. 제어부는 인가받은 온,습도의 정보에 따라 히터, 냉방장치, 가습기 및 제습기를 선택적으로 구동하도록 자동제어할 수 있다. 제어반은 온실 내부에 설치될 수도 있고 그 밖에 원격으로 설치될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 선반장치를 구성하는 각 선반의 프레임(3a)에는 도 6에 도시된 것처럼 화분(1)을 향하여 빛을 조사할 수 있도록 조명장치(65)가 설치될 수 있다. 조명장치(65)는 각 화분에 개별적으로 빛을 공급하는데 에너지 절약과 자연광의 공급이라는 효과를 위해 엘이디 조명으로 설치되는 것이 바람직하다. 선반에 설치되는 각 조명장치는 개별적으로 제어가 가능하도록 함으로써 단일식물인지 또는 장일식물인지에 따라 조명시간을 달리하도록 제어될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 화분(1)은 도 6에 도시된 바와 같이 화분본체(1a)와 화분본체(1a)를 받치는 파렛트(1b)로 구성될 수 있다. 파렛트(1b)는 화분본체(1a)와 분리되어 있는 것으로서, 화분본체(1a)를 받치는 받침대 역할을 하는 것이다. 파렛트(1b)의 정면에는 바코드(67)가 부착되어 바코드스캐너가 화분본체(1a)를 식별하도록 할 수 있다. 바코드스캐너는 캐리어장치(7)에 설치됨으로써 특정 화분(1)에 대하여 물을 공급할 시점, 재배가 완성되어 반출할 시점을 판단하여 자동적으로 물을 공급하거나 반출하도록 할 수 있다. 한편 캐리어장치(7)에는 카메라(미도시됨)가 설치되어 작업자가 식물의 발육상태 등을 직접 눈으로 확인하도록 할 수도 있다. 캐리어장치(7)는 24시간 연속적으로 기동 가능하며, 배열된 선반을 따라 종횡으로 기동하면서 화분에 있는 바코드(67)를 스캔하여 취출여부 및 취출지점을 판단하여 자동으로 기동하게끔 구성될 수 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위의 실시예는 임의로 조합되어 실시될 수 있으며, 그 모든 조합은 본 발명의 권리범위에 있는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 화분 3 : 선반
5 : 선반장치 7 : 캐리어장치
9 : 온실 11 : 단위선반장치
17 : 승강기구 19 : 픽업기구
21,21' : 수평레일 23 : 수평이동모터
25 : 수직레일 29 : 와이어로프
31 : 구동시브 33 : 승강모터
35 : 베이스판 37 : 아암
39 : 픽업모터 41 : 기어
43 : 랙기어 45 : 받침판
47 : 화분투입부 49 : 화분반출부
51 : 투입컨베이어 53 : 반출컨베이어
55 : 관수장치 57 : 회수컨베이어
59 : 터널 61 : 분사노즐
63 : 물공급부 65 : 조명장치
67 : 바코드 F : 식물

Claims

종횡으로 일정한 간격을 두고 다수 배치되며 수직 방향으로도 다층으로 적층되는 다수의 선반; 상기 선반에 놓이는 것으로서 식물을 재배하기 위한 토양을 담고 있는 다수의 화분; 상기 선반에 놓인 화분에 물을 공급하는 관수장치; 투입위치에 놓인 화분을 상기 선반 중 어느 한 곳에 올려놓거나 그로부터 화분을 취출하여 반출위치에 위치시키기 위한 캐리어장치; 외기와의 차단을 위하여 상기 선반을 에워싸는 온실; 상기 온실 내부의 온도 및 습도를 조절하기 위한 온습도조절장치;를 포함하되;
상기 관수장치는 상기 선반 외측에 설치되는 것으로서, 상기 선반으로부터 취출된 화분을 이송시키는 회수컨베이어; 상기 회수컨베이어를 따라 회수되는 화분에 물을 공급하는 분사노즐; 상기 분사노즐에 물을 공급하는 물공급부;를 더 포함함으로써;
물공급시 상기 화분을 상기 선반으로부터 취출하여 별도의 장소에서 물을 공급하는 방식으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.
제1항에 있어서, 상기 캐리어장치는;
상기 선반 사이의 이격공간에 설치되는 수평레일; 상기 수평레일을 따라 기동하는 대차; 상기 대차에 탑재되어 그를 따라 수평이동하는 수직레일; 수직 방향으로 승하강 가능하게끔 상기 수직레일에 설치되는 베이스판; 상기 베이스판을 승하강 구동하기 위한 승강기구; 상기 베이스판에 설치되는 것으로서 투입위치에 놓인 화분을 특정 선반에 올려놓거나 그로부터 화분을 반출위치에 위치시키기 위한 픽업기구를 포함하되, 상기 픽업기구는;
화분의 저면을 받치는 것으로서 상기 베이스판에서 좌측 또는 우측으로 수평 돌출되는 아암(37)과, 상기 아암(37)을 수평이동시키기 위한 픽업구동부를 포함하며;
상기 픽업구동부는;
픽업모터(39); 상기 픽업모터의 회전축에 치합되는 기어(41); 상기 기어(41)에 연결되는 것으로서 상기 아암(37)에 설치되는 랙기어(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 각 선반의 프레임(3a)에는 상기 화분을 향하여 빛을 조사할 수 있도록 조명장치(65)가 설치되되;
상기 조명장치(65)는 엘이디 조명으로서 상기 각 화분에 식재된 식물의 특성에 따라 개별적으로 빛을 공급하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.
제1항에 있어서, 상기 관수장치는;
상기 회수컨베이어가 통과하는 터널식으로 되어 있음으로써, 상기 화분이 연속적으로 통과되는 가운데 물을 공급받도록 하는 것으로서;
터널(59); 상기 터널(59) 내부에 설치되는 분사노즐; 및 상기 분사노즐에 물을 공급하는 물공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회수컨베이어는 화분이 상기 선반으로 투입되도록 하는 투입컨베이어의 투입부로 상기 화분을 공급하며; 상기 분사노즐은 상기 투입컨베이어 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화분은;
토양이 담기는 화분본체; 상기 화분본체를 받치는 받침대 역할을 하는 파렛트로 구성되며;
상기 파렛트에는 상기 화분본체에 식재된 식물 정보를 담은 바코드가 부착되는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.
제1항에 있어서, 상기 화분은;
토양이 담기는 화분본체와, 상기 화분본체를 받치는 받침대 역할을 하며 정면에 바코드가 부착되는 파렛트로 구성되며;
상기 캐리어장치에는 상기 바코드를 스캔할 수 있는 바코드 스캐너가 설치됨으로써 상기 캐리어장치는 상기 바코드의 정보에 따라 상기 화분을 취출하여 관수 또는 수확하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동화 식물재배 시스템.