KR20180066527A - 고추 자동 수확 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고추 자동 수확 장치에 관한 것으로, 지면상에 설치되는 레일과, 상기 레일을 따라 이동되며, 상부에 수확된 고추가 내부에 수용되는 수용부를 갖는 몸체와, 상기 몸체에 결합되며, 고추를 수확하여 상기 수용부로 이송하는 로봇팔과, 상기 로봇팔에 근접한 고추의 위치를 감지하는 위치센서와, 상기 로봇팔에 근접한 고추의 영상 획득하여 출력하는 카메라와, 상기 로봇팔에 근접한 고추에서 발산되는 냄새를 감지하여, 고추의 숙성도를 출력하는 가스 센서와, 상기 위치센서, 상기 카메라 및 상기 가스 센서에서 수집된 정보에 따라 상기 고추 자동 수확 장치의 구동을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고추 자동 수확 장치{Automatic device for harvesting chili}

본 발명은 고추 자동 수확 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고추의 크기, 색상 등에 따라 선별적으로 고추를 자동으로 수확할 수 있는 고추 자동 수확 장치에 관한 것이다.

일반적으로 농가에서 재배되고 있는 고추를 수확하기 위해서는 고추 줄기에 매달린 고추를 일일이 수작업을 통하여 자르거나, 고추 수확 장치를 이용하여 고추를 수확한다.

그러나 종래의 고추 수확 장치는 일부 계량된 품종인 일시 수확형 품종에 대해서만 적용이 가능하므로, 수확 시기에 모든 줄기를 절단하여 고추를 수확하고 줄기에서 고추를 선별하는 방법을 사용하고 있으나, 이 방법은 상품성이 떨어지고, 일시 수확형 계량 품종에 국한 되는 문제점이 있다.

또한, 고추를 하나씩 수확하는 장치 및 수확 작업의 자동화는 현재 극히 드물며, 대부분 일괄 수확의 경우를 위해 품종 계량에 역점을 두거나, 고추를 수확한 후 수확된 고추를 선별하는 자동 선별 장치에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 그러므로 고추 수확에 있어서 여전히 많은 노동력이 소요되고 있으며, 반복적으로 고추 꼭지 부위를 일일이 가위와 같은 절단 기계를 이용하여 절단함으로써 수확하므로 고추 수확 작업이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

그러므로 수확시부터 고추를 자동적으로 선별하여 수확할 수 있도록 하여, 수확 후 별도의 선별 작업을 하지 않아도 되는 장점이 있는 고추 자동 수확기에 대한 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고추 수확 작업을 자동으로 실시할 수 있는 고추 수확 장치를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 수확하고자 하는 고추를 자동으로 선별하여 수확할 수 있는 고추 수확 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치는 지면상에 설치되는 레일과, 상기 레일을 따라 이동되며, 상부에 수확된 고추가 내부에 수용되는 수용부를 갖는 몸체와, 상기 몸체에 결합되며, 고추를 수확하여 상기 수용부로 이송하는 로봇팔과, 상기 로봇팔에 근접한 고추의 위치를 감지하는 위치센서와, 상기 로봇팔에 근접한 고추의 영상 획득하여 출력하는 카메라와, 상기 로봇팔에 근접한 고추에서 발산되는 냄새를 감지하여, 고추의 숙성도를 출력하는 가스 센서와, 상기 위치센서, 상기 카메라 및 상기 가스 센서에서 수집된 정보에 따라 상기 고추 자동 수확 장치의 구동을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈은 상기 위치센서에서 출력된 최근접 고추의 위치 정보를 수신받아, 상기 최근접 고추의 위치 좌표를 생성하는 최근접 고추 위치 좌표 생성부와, 상기 카메라 및 상기 가스 센서에서 수신받은 정보에 따라 최근접 고추의 수확 여부를 판단하는 수확 여부 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈은 상기 수확 여부 판단부의 수확 여부 판단 기준을 선택할 수 있도록 선택 모드를 제공하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치는 고추 수확 작업을 자동으로 실시할 수 있도록 하여, 고추 수확 작업을 용이하게 함과 동시에 노동력을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치는 카메라와 가스센서에서 감지된 정보를 통해 수확 여부를 판단함에 따라, 수확하고자 하는 고추를 자동으로 선별하여 수확할 수 있는 효과가 있다.

더불어, 수확하고자 하는 고추와 가장 근접한 위치에서 가스센서에 감지되는 정보를 통해 고추의 숙성도를 한 번 더 확인할 수 있도록 하여, 보다 정확하게 선별 작업이 수행될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 로봇팔의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 제1 구동부의 작동에 의한 로봇팔의 회전 동작을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 제2 구동부의 작동에 의한 로봇팔의 회전 동작을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 구동부와 제2 구동부의 작동에 따른 로봇팔의 회전, 굽힘, 펴짐 동작을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 작동 흐름을 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 로봇팔의 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 제1 구동부의 작동에 의한 로봇팔의 회전 동작을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 제2 구동부의 작동에 의한 로봇팔(300)의 회전 동작을 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 제1 구동부와 제2 구동부의 작동에 따른 로봇팔(300)의 회전, 굽힘, 펴짐 동작을 나타낸 예시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 작동 흐름을 나타내는 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치는 크게 레일(100), 몸체(200), 로봇팔(300), 위치센서, 카메라, 가스센서, 제어모듈을 포함한다.

상기 레일(100)은 지면상에 설치되며, 상기 몸체(200)는 상기 레일(100)을 따라 이동하며, 상부에 수확된 고추가 내부에 수용되는 수용부(210)를 구비하고, 이때 상기 레일(100)은 레일구동부(미도시)를 구비하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 레일구동부의 구동에 따라 상기 몸체(200)가 레일(100)을 따라 X축 방향으로 이동하게 된다. 그리고 상기 수용부(210)는 상기 몸체(200)에 일체형으로 구비되거나, 일면이 개방된 박스형으로 형성되어 상기 몸체(200)에 착탈 가능하게 구비되는 것도 가능하다.

상기 로봇팔(300)은 상기 몸체(200)에 결합되어, 상기 로봇팔(300)에 근접한 고추를 수확하여 상기 수용부(210)로 이송함에 따라 고추를 자동 수확하기 위한 것으로, 상기 로봇팔(300)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 조인트부(310), 제1 링크(320), 제2 조인트부(340), 제2 링크(350), 제3 조인트부(370), 수확부(390)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제1 조인트부(310)은 상기 몸체(200)와 상기 제1 링크(320)를 연결하는 것으로, 일부는 상기 몸체(200)와 연결되고, 타부는 제1 링크(320)와 연결되어, 상기 제1 조인트부(310)에 설치되며 제1 조인트부(310)의 축선(211)에 대해 상기 제1링크를 회전 동작시키는 제1 구동부를 포함하여, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 구동부에 의해 상기 제1링크는 회전 동작하게 된다.

상기 제2 조인트부(340)는 상기 제1 링크(320)와 상기 제2 링크(350)를 연결하는 것으로, 일측 방향으로 제1 링크(320)가 연결되고, 타측 방향으로 제2 링크(350)가 연결되며, 상기 제2 조인트부(340)에 설치되며 제2 조인트부(340)의 축선(231)에 대해 상기 제2 링크(350)의 회전 동작하게 하는 제2 구동부를 포함하여, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 링크(350)가 회전 동작함에 따라 상기 로봇팔(300)의 펴짐과 굽힘 동작을 가능하게 된다.

상기와 같이, 제1 구동부와 제2 구동부의 구동으로 인해 상기 로봇팔(300)은 Y축 방향과 Z축 방향으로 이동하게 되어, 상기 로봇팔이 원하는 좌표 방향으로 이동할 수 있게 된다.

상기 제3 조인트부(370)는 상기 제2 링크(350)와 상기 수확부(390)를 연결하는 것으로, 일측 방향으로 상기 제2 링크(350)와 결합되고, 타측 방향으로 상기 수확부(390)에 결합되어, 상기 수확부(390)가 회전, 굽힘, 펴짐 등의 동작을 가능하게 하며, 상기 제3 조인트부(370)에 설치되며 상기 제3 조인트부(370)의 축선에 대해 상기 수확부(390)를 회전 구동시키는 제3 구동부를 포함한다. 그러나 제3 조인트부(370)는 필수적인 구성은 아니며, 제3 조인트부(370)를 생략하고, 상기 수확부(390)가 제2 링크(350)와 직접적으로 연결되는 것도 가능하다. 상기 수확부(390)는 수확할 고추를 집는 동작을 수행하는 파지부(391)와, 상기 파지부(391)에 의해 파지된 고추의 꼭지 부분을 절단하는 절단부(392)를 포함하며, 상기 수확부(390)는 상기 파지부(391)와 상기 절단부(392)를 구동시키기 위한 파지구동부, 절단구동부를 포함한다.

상기 각 구동부는 사용되는 동력원으로 모터를 이용하는 방식, 유압을 이용하는 방식, 진공을 이용하는 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있으며, 이 중 공기압을 이용하는 방식은 상기 수확부(390)의 단부에 설치하는 것이 간편하며, 구동이 간단한 장점이 있으므로, 에어척을 이용한 공기압 제어 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 위치센서는 상기 로봇팔(300)에 근접한 고추의 위치를 감지하기 위한 것으로, 상기 로봇팔(300)에 가장 근접한 고추의 위치인 최근접 고추 위치 정보를 감지하여 출력하며, 상기 로봇팔(300)의 일부에 고정 설치되며, 위치 판별을 위한 광센서를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 카메라는, 상기 몸체(200)의 외면에 설치되거나, 상기 로봇팔(300)에 일부에 고정 설치되는 될 수 있으며, 상기 로봇팔(300)에 가장 근접한 고추의 영상인 최근접 고추 영상을 획득하여 출력하며, 상기 카메라는 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써 디지털 데이터로 저장하는 CCD 카메라를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 가스센서는, 상기 로봇팔(300)의 일부, 특히 상기 로봇팔(300)의 수확부(390)에 고정 설치되어, 로봇팔(300)에 가장 근접한 고추의 숙성도를 판단할 수 있도록 고추에서 발산되는 냄새를 감지하여, 최근접 고추 숙성도를 출력하는 것으로, 예를 들면 상기 가스센서는 고추가 숙성됨에 따라 발산되는 에틸렌 농도를 감지하여, 에틸렌 농도가 진할수록 고추의 숙성도가 높은 것으로 판단할 수 있다.

상기 제어모듈은 상기 위치센서에서 출력된 최근접 고추 위치 정보, 상기 카메라에서 출력된 최근접 고추 영상, 상기 가스센서에서 출력된 최근접 고추 숙성도를 전송받아, 상기 각 구동부의 구동을 제어한다. 상기 제어모듈은 최근접 고추 위치 좌표 생성부, 수확여부 판단부 등을 포함한다. 상기 최근접 고추 위치 좌표 생성부는 상기 위치센서에서 출력된 최근접 고추 위치 정보와 상기 카메라에서 출력된 최근접 고추 영상을 수신받아, 내장된 데이터 처리 알고리즘과 프로그램을 통해 상기 최근접 고추 위치에 대하여 좌표를 생성한다.

상기 수확여부 판단부는 제1 수확여부 판단부와 제2 수확여부 판단부를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 수확여부 판단부는 상기 최근접 고추의 위치 좌표 생성부에서 좌표를 생성하기 이전에 상기 카메라와 상기 가스센서로부터 수신받은 정보를 기반으로 각 구동부의 구동을 제어하기 위한 것이고, 제2 수확여부 판단부는 상기 몸체(200)와 상기 로봇팔(300)이 최근접 고추의 위치 좌표로 이동한 이후에 수확부(390)가 구동되기 이전에, 상기 가스센서를 통해 상기 최근접 고추 숙성도를 한번 더 확인하는 작업을 수행하기 위한 것이다.

상기와 같은 구성으로, 본 발명에 따른 고추 자동 수확 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 고추 자동 수확 장치는 위치센서를 통해 상기 고추 자동 수확 장치의 로봇팔(300)과 가장 근접한 고추의 위치를 감지하여 최근접 고추 위치 정보를 출력하게 되고, 제어모듈은 내장된 데이터 알고리즘과 프로그램을 통해 최근접 고추 위치 좌표 생성부에서 수신받은 상기 최근접 고추 위치 정보를 기반으로 최근접 고추의 위치 좌표를 생성하고, 그에 따라 각 구동부가 구동하도록 제어한다. 우선 상기 최근접 고추 위치 좌표 생성부에서 생성된 최근접 고추 위치 좌표의 X좌표에 따라 레일(100)구동부가 구동되어 몸체(200)를 레일(100)을 따라 상기 최근접 고추의 X좌표로 이동시킨다. 이후 로봇팔(300)의 제1 구동부와 제2 구동부를 구동시켜, 상기 로봇팔(300)의 각 부분이 회전 동작에 의해 상기 로봇팔(300)이 펴짐, 굽힘 동작하게 되어, 상기 최근접 고추의 Y좌표와 Z좌표로 상기 로봇팔(300)의 수확부(390)를 이동된다. 이후 상기 수확부(390)의 파지구동부와 절단구동부를 구동시킴에 따라 상기 수확부(390)의 파지부(391)가 최근접 고추를 파지하고, 고추가 파지된 후 절단부(392)가 구동되어, 고추의 꼭지 부분을 절단하도록 작동하여, 상기 최근접 고추를 수확 작업이 수행된다. 이를 통해, 수확하고자 하는 고추가 어떤 위치에 위치하더라도, 상기 몸체(200)의 이동과 상기 로봇팔(300)의 동작에 의해 해당 고추를 수확할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이때 최근접 고추 위치 좌표 생성부에서 좌표를 생성하기 이전에 상기 제1 수확여부 판단부에서 상기 카메라와 상기 가스센서로부터 수신받은 정보를 기반으로 최근접 고추의 색상, 크기, 숙성도 등 기설정된 수확여부 판단 기준에 따라 최근접 고추의 수확 여부를 판단하여, 해당 수확여부 판단 기준에 해당하는 경우에만 상기 최근접 고추 위치 좌표 생성부에서 최근접 고추 위치 좌표를 생성하도록 한다. 이를 통해 수확하고자 하는 고추를 선별하여 자동적으로 수확할 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 제2 수확여부 판단부에서는 상기 몸체(200)와 상기 로봇팔(300)이 최근접 고추의 위치 좌표로 이동한 이후에, 상기 가스센서에서 출력되는 상기 최근접 고추 숙성도를 한 번 더 확인하는 작업을 수행하며, 이를 통해 고추를 수확하기 직전 수확하고자 하는 고추와 가장 근접한 위치에서 해당 고추의 숙성도를 한 번 더 확인함에 따라, 고추 수확 시 보다 정확하게 선별작업이 수행될 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 수확된 고추는 로봇팔(300)에 의해 상기 몸체(200)의 수용부(210)에 적재되면, 다시 근접한 고추를 인식하는 과정부터 시작하여 상기와 같은 과정을 반복하여 수행한다. 이때, 상기 수용부(210)에 적재된 고추의 총 중량을 감지하여 적재중량정보를 출력하는 무게센서를 추가로 포함하고, 제어모듈은 상기 무게센서에서 출력된 적재중량정보를 전송받아, 상기 적재중량정보가 기설정된 무게 이상이 된 경우, 고추 수확 작업을 중지하도록 제어하는 적재중량 확인부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

더불어, 상기 제어모듈은 상기 수확 여부 판단부에서 수확 여부 판단 기준을 선택할 수 있도록 선택 모드를 제공하는 사용자 인터페이스를 더 포함할 수 있으며, 상기 사용자 인터페이스는 수확할 고추의 색상, 크기, 숙성도 등의 기준별로 범위를 선택할 수 있도록 다수의 버튼 또는 터치 디스플레이 패널 등으로 구성된 입력부를 포함하여, 상기 입력부를 통해 실질적인 고추 수확 작업의 수행 명령을 입력할 수 있도록 한다. 이를 통해, 수확물의 수확 기준을 필요에 따라 선택할 수 있도록 하여, 상황에 따라 필요로 하는 수확물을 선택적으로 수확할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 레일
200 : 몸체
210 : 수용부
300 : 로봇팔
310 : 제1 조인트부
320 : 제1 링크
340 : 제2 조인트부
350 : 제2 링크
370 : 제3 조인트부
390 : 수확부
391 : 파지부
392 : 절단부

Claims (3)

1. 고추 자동 수확 장치에 있어서,
   지면상에 설치되는 레일과,
   상기 레일을 따라 이동되며, 상부에 수확된 고추가 내부에 수용되는 수용부를 갖는 몸체와,
   상기 몸체에 결합되며, 고추를 수확하여 상기 수용부로 이송하는 로봇팔과,
   상기 로봇팔에 근접한 고추의 위치를 감지하는 위치센서와,
   상기 로봇팔에 근접한 고추의 영상 획득하여 출력하는 카메라와,
   상기 로봇팔에 근접한 고추에서 발산되는 냄새를 감지하여, 고추의 숙성도를 출력하는 가스 센서와,
   상기 위치센서, 상기 카메라 및 상기 가스 센서에서 수집된 정보에 따라 상기 고추 자동 수확 장치의 구동을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고추 자동 수확 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어모듈은
   상기 위치센서에서 출력된 최근접 고추의 위치 정보를 수신받아, 상기 최근접 고추의 위치 좌표를 생성하는 최근접 고추 위치 좌표 생성부와,
   상기 카메라 및 상기 가스 센서에서 수신받은 정보에 따라 최근접 고추의 수확 여부를 판단하는 수확여부 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고추 자동 수확 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어모듈은
   상기 수확 여부 판단부의 수확 여부 판단 기준을 선택할 수 있도록 선택 모드를 제공하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고추 자동 수확 장치.

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