WO2023172118A1 - 딸기 수확 로봇시스템 - Google Patents

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WO2023172118A1
WO2023172118A1 PCT/KR2023/003381 KR2023003381W WO2023172118A1 WO 2023172118 A1 WO2023172118 A1 WO 2023172118A1 KR 2023003381 W KR2023003381 W KR 2023003381W WO 2023172118 A1 WO2023172118 A1 WO 2023172118A1
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WO
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stem
strawberry
plate
strawberries
unit
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PCT/KR2023/003381
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박성빈
Original Assignee
박성빈
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    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/24—Devices for picking apples or like fruit
    • A01D46/253—Portable motorised fruit pickers
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/023—Cartesian coordinate type

Definitions

  • the present invention relates to a strawberry harvesting robot system, and more specifically, to induce individual growth so that the strawberries grown in the bed are fully exposed without overlapping each other and can be easily detected by the detection means of the harvester, thereby determining the ripeness and size of the strawberries.
  • This is about a strawberry harvesting robot system that not only saves labor by performing packaging work in batches, but also maintains freshness for a long time by hanging strawberries in packaging boxes and packaging them.
  • strawberries are grown for processing and raw purposes.
  • Strawberries for processing are processed immediately even if they are raw, so the quality is not affected, so robots have already been developed and are in charge of harvesting.
  • Japanese Patent Publication No. 2012-110255 (published on June 14, 2012) proposes a fruit harvesting robot to reduce the possibility of damage to strawberries.
  • a driving part robot arm
  • the purpose of the present invention is to induce individual growth through stem holders so that strawberries grown in beds do not overlap each other, so that ripe strawberries can be easily selected by size, and packaging is performed simultaneously with collection, thereby dramatically reducing labor with a high harvest rate.
  • the goal is to provide a strawberry harvesting robot system that can save money.
  • the purpose of the present invention is to create a strawberry harvesting robot that collects strawberries hygienically without contact with human hands during the picking process and packs them by hanging them in the inner space of the strawberry packaging box, thereby maintaining the freshness of the strawberries for a long period of time and allowing them to be exported without special packaging even when transported over long distances.
  • the goal is to provide a system.
  • the present invention installs 3 to 16 harvesters on one side of the robot frame as needed, and inputs different sizes of strawberries to be picked for each robot into a program, so that strawberries can be sorted and packaged by size, and in parallel, after picking strawberries,
  • the purpose is to provide a strawberry harvesting robot system that has the function of removing by-products such as residual stems, runners, and old leaves.
  • the present invention includes a mobile structure that moves between beds, a robot frame mounted on the mobile structure, a capturing means for capturing strawberries to be harvested, and one or more devices installed on the robot frame toward the bed.
  • a harvester and a harvesting unit that moves forward on the bed to collect strawberries at the tip of the harvester, grab the stems of the strawberries, cut off the excess part, and place the strawberries in the hanging state, and hold the stems of the strawberries hanging on the harvesting unit with transfer tongs and separate the joint part.
  • a transport unit that transports the strawberries to the rear of the harvester with the strawberries hanging, a plate holder provided at the rear of the harvester, on which a stem binding plate with radial cuts in the center and barbs is placed, and a plate holder
  • the plate supply unit for supplying the stem coupling plate and the transfer unit are positioned on the lower side of the plate holder, the stem coupling plate mounted on the plate holder is lowered and the stem coupling plate is coupled to the strawberry by engaging the barb to penetrate the stem coupling portion.
  • the above bed is composed of stem holders attached to both sides with continuously formed stem holder grooves to accommodate the stems and enforce a separation distance so that the strawberries being cultivated do not overlap each other.
  • the above-mentioned harvesting unit includes a stem tongs with both tongs that face each other and move forward to grasp the stem when a stem is detected by a built-in sensor when the bed is advanced to collect strawberries, and both cutting knives face each other and advance at the same time as the stem tongs to advance the stem. It consists of a first stem cutting knife that cuts the strawberry, and a second stem cutting knife that cuts the stem to transfer the strawberry to the transfer unit, and the first stem cutting knife, stem tongs, and the second stem cutting knife are assembled in a double-layer structure. It consists of
  • the transfer unit is equipped with transport tongs that move forward with both tong blades facing each other and grasp the stem when the stem is detected by the built-in sensor when the reaper hanging the strawberry is returned to its original position. Then, when the stem is cut from the reaper and the strawberries are handed over, the harvester It consists of transporting strawberries to the rear.
  • the reaping part is combined with the ball screw tip of the penetrating motor installed in the harvester to advance or return to the bed, and the plate supply part is coupled with the rear end of the ball screw of the penetrating motor to push out the stem coupling plates loaded in the loading box one by one and place them on the plate holder. It is composed of a structure that is linked with the harvesting department to supply to.
  • the plate holder above is supported by a spring so that the stem coupling plate can be seated on the inside, so that the ball protrudes from the inner wall, and when the stem coupling plate is pressed downward by the plate coupling part, the ball retracts so that it can pass through the plate holder.
  • It consists of a configuration in which a plunger is embedded.
  • the transfer tongs are provided with pins that protrude at regular intervals along the stem grip hole and a protector surrounding the stem coupling portion, and the plate coupling portion includes a press plate for pressing the stem coupling plate and a protector in the process of pressing the center of the press plate. It consists of a hollow part that allows the press plate to be pulled out, and a driving part to advance the press plate downward and press it or return it to its original position.
  • the press plate presses the stem coupling plate the barb moves downward passing between the pins of the stem protector, with the stem coupling plate in between.
  • the pressing plate comes into contact with the transfer tongs, the stem coupling plate and the strawberry are combined by the barbs digging into the stem coupling portion.
  • a perforation hole is formed for coupling and fixing the stem portion protruding upward from the stem coupling plate seated on the top of the packaging box, and a stem fixing plate coupled to the top of the packaging box is further provided.
  • the above capturing means is configured to select and capture the strawberries to be picked when the size of the strawberry is specified and input into the program.
  • it is configured to further include a conveyor that moves the packaging box and adjusts the movement interval so that the empty receiving space is located below the transported strawberries.
  • a by-product removal device consisting of a capturing means for capturing by-products to remove by-products consisting of remaining stems, runners, and old leaves after strawberry harvest, and a harvesting unit equipped with only one cutting knife to remove the by-products captured by the capturing means. It is configured to be further provided on the robot frame toward the bed.
  • the freshness of strawberries can be maintained for a long period of time by preventing souring by preventing strawberry flesh from touching anywhere during the batch processing of strawberry collection and packaging, which is very advantageous for export.
  • At least 3 to 16 harvesting robots can be installed on one side of the robot frame, and by entering a different program for each robot, it is possible to select and package strawberries according to ripeness and size.
  • Figure 1a is a plan view showing the mobile structure of the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figure 1b is a plan view showing the robot frame of the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figure 3a is a side view showing the fixed position state of the harvesting unit in the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figure 3b is a side view showing the strawberry harvesting state in which the depositor moves forward in the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figures 4a and 4b are plan views showing the forward and fixed position states of the transfer tongs in the strawberry harvesting robot system according to the present invention, respectively.
  • Figure 5 is a perspective view showing the three-layer multi-layer structure of the depositor in the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figures 6 (a), (b), (c), and (d) are diagrams showing the stem cutting knife, stem tongs, conveying part stem tongs, and stem protector of the depositing part in the strawberry harvesting robot system according to the present invention, respectively.
  • FIGs 7 (a), (b), and (c) are configuration diagrams showing the strawberry mounting plate, stand, and strawberry stem coupling device in the strawberry harvesting robot system according to the present invention, respectively.
  • Figure 8 is a configuration diagram showing a conveyor in the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figures 9 (a), (b), and (c) are configuration diagrams showing a strawberry packaging box and a strawberry stem fixing plate, respectively, in the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Figure 10 is a configuration diagram showing the strawberry stem holder in the strawberry harvesting robot system according to the present invention.
  • Penetrating motor 111 Ball screw
  • first stem cutting knife 220 stem tongs
  • transfer unit 310 transfer tongs
  • stem gripper 310 transfer tongs
  • Plate holder 410 Stem coupling plate
  • pressing plate 620 driving unit
  • Packaging department R Robot
  • the technical feature of the present invention is that it processes the collection and packaging of strawberries in one batch while freely moving between both sides of the bed, and prevents the strawberry flesh from touching anywhere during the collection and packaging process.
  • An embodiment of the present invention includes a mobile structure 10 that moves between beds 1, a robot frame 20 mounted on the mobile structure 10, and a capturing means 30 for capturing target strawberries to be collected.
  • one or more harvesters 100 installed on the robot frame 20 toward the bed 1, and the tip of the harvester 100 moves forward to the bed 1 to collect strawberries, grabs the stems of the strawberries, and cuts off the excess part.
  • the harvesting unit 200 which places the strawberry in its original position with the strawberry hanging, holds the stem of the strawberry hanging on the harvesting unit 200 with the transfer tongs 310, leaves the joint part, and when the stem is cut and the strawberry is handed over, the strawberry is hung.
  • the plate supply unit 500 for supplying the stem coupling plate 410 and the transfer unit 300 are positioned below the plate holder 400, the stem coupling plate 410 mounted on the plate holder 400 is lowered.
  • the stem coupling plate 410 is placed on the top and the packaging unit 700 is provided to pack the strawberries while hanging on the packaging box 40.
  • the strawberry harvesting robot R can freely move between both sides of the bed by the mobile structure 10 that moves between the beds, as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the mobile structure 10 can be implemented with an in-wheel motor constituting the wheel 11, a battery 12 that supplies power, and a control unit 13 that controls them.
  • the driving method is not particularly limited.
  • the robot frame 20 is mounted on the mobile structure 10 and a strawberry harvesting robot is installed.
  • 3 to 16 strawberry harvesting robots (R) are installed on one side in the bed direction, and the remaining stems, runners, and One to two by-product removal devices 800 may be installed to simultaneously remove by-products such as old leaves.
  • the capturing means 30 can select and capture the strawberries to be collected by inputting the ripeness or size of the strawberries into the program.
  • the capturing means 30 is configured with a sensing means at the tip of the harvester, for example, a camera to photograph strawberries, a measurement sensor (ultrasonic sensor, laser sensor, etc.) to measure the size of the strawberry or the distance to the strawberry, and a night light. etc. may be installed.
  • a sensing means at the tip of the harvester for example, a camera to photograph strawberries, a measurement sensor (ultrasonic sensor, laser sensor, etc.) to measure the size of the strawberry or the distance to the strawberry, and a night light. etc. may be installed.
  • the harvesting unit 200, the transfer unit 300, the plate holder 400, the plate supply unit 500, the plate coupling unit 600, and the packaging unit 700 in the capturing means 30 and the harvester 100 are By configuring three strawberry harvesting robots (R), strawberry picking and packaging can be handled all at once.
  • such strawberry harvesting robots (R) are installed on one side of the robot frame 20, and by specifying the size of the strawberries to be harvested and inputting them into the program for each robot, strawberries can be sorted and packaged by size.
  • the harvester 100 includes a harvesting unit 200, a transfer unit 300, a plate holder 400, a plate supply unit 500, a plate coupling unit 600, and a packaging unit ( 700), etc. are installed.
  • the unexplained reference numeral 101 is a support for installing the harvester 100, and the height of the harvester 100 can be adjusted based on the bed 1 or the strawberry.
  • the harvesting unit 200 is installed at the upper end of the harvester 100. In order to collect strawberries, the harvesting unit 200 advances to the bed 1, grabs the stems of the captured strawberries, cuts off the excess part, and returns the strawberries to their original position.
  • a ball screw penetrating motor 110 is mounted on the upper part of the harvester 100, and the reaping unit 200 is coupled to the tip of the ball screw 111 while being supported to move forward and backward via the linear rail 120. According to the forward and reverse rotation of the through-type motor 110, it can advance or retreat toward the bed 1 and return to the original position at the tip of the harvester 100.
  • the reaping unit 200 includes a first stem cutting knife 210, a stem tongs 220, and a second stem cutting knife 230. It is installed in a single-line, double-layer structure.
  • both blade frames 211 and 231 are coupled to the two-way ball screw 212 and are cut according to the rotation of the motor 213. They face each other and move forward and backward, cutting the stem when moving forward.
  • the stem tongs 220 also have two tongs frames 221 coupled to a two-way ball screw, face each other and move forward and backward according to the rotation of the motor, and grip the stem when moving forward.
  • both tongs of the stem tongs 220 face each other and move forward to grasp the stem.
  • the blade frames 211 on both sides of the first stem cutting knife 210 face each other and advance to cut the stem.
  • the transfer unit 300 holds the stem of the strawberry (S) hanging on the reaping unit 200 with the transfer tongs 310, and when the stem is cut and the strawberry is handed over with the joining portion left, the strawberry is hung and moved to the rear of the harvester 100. transfer.
  • the harvester 100 is provided with a transfer passage 130 with a cut bottom so that the transfer tongs 310 can pass while holding strawberries.
  • the transfer unit 300 includes a guide rail 301 supported on both sides of the transfer passage 130, a table 303 coupled to both guide blocks, a transfer tong 310 installed on the top of the table 303, and a ball screw ( It consists of a transfer motor 305 for advancing or reversing the table 303 through 304), and can be effectively implemented using a linear actuator.
  • both tongs frames are coupled to a two-way ball screw, face each other and move forward and backward according to the rotation of the motor, and grip the stem when moving forward.
  • the transfer tongs 310 have a semicircular stem gripping hole 311 formed inside the tongs, and pins 321 protrude at regular intervals along the gripping hole 311 to form a stem protector 320 surrounding the stem coupling portion. is prepared.
  • the stem coupling plate 410 is a thin synthetic resin plate that is connected to the strawberry through the stem and is seated on the balcony 41 of the packaging box 40.
  • the material is transparent PP, acrylic, etc., and has a thickness of about 0.2 mm. It is manufactured larger than the outer diameter of the desired strawberry.
  • the stem coupling plate 410 is cut radially in the center to form barbs 411 with sharp ends, and when coupled with the stem, the barbs 411 dig in and join together.
  • the plate holder 400 is provided at the rear upper part of the harvester 100, and the stem coupling plate 410 is mounted on the inside.
  • the plate holder 400 is made of a square-shaped through groove 401 cut in the upper part of the harvester 100, and is supported by a spring 422 so that the stem coupling plate 410 can be mounted on the inner wall.
  • the ball 421 protrudes from the plate, and when the stem coupling plate 410 is pressed downward by the plate coupling portion 400, the ball plunger 420 is retracted so that the ball 401 can pass through the plate holder 400. It is inherent.
  • the stem coupling plate 410 is mounted over the ball 421 of the plate holder 400.
  • the plate supply unit 500 may supply the stem coupling plate 410 to the plate holder 400 in conjunction with the harvesting unit 200.
  • the reaping unit 200 is coupled with the tip of the ball screw 111 of the through-type motor 110 installed in the harvester 100 and advances or returns to the bed 1, and the plate supply unit 500 is a through-type It is coupled to the rear end of the ball screw 111 of the motor 110 and the stem coupling plate 410 loaded in the loading box 510 can be pushed out one by one and supplied to the plate holder 400.
  • the plate supply unit 500 has a loading box 510 installed at the front of the plate holder 400, and is coupled to the rear end of the ball screw 111 of the through-type motor 110 and is a pusher (510) that slides within the loading box 510. 520).
  • the reaping unit 200 moves forward, while the pusher 520 of the plate supply unit 500 moves backwards and the stem coupling plate 410 is lowered and loaded, and the penetrating motor 110 ) rotates in reverse, the reaping unit 200 moves backwards, while the pusher 520 of the plate supply unit 500 moves forward to push the stem coupling plate 410 out of the loading box 510 and supply it to the plate holder 400.
  • the plate supply unit 500 can place the stem coupling plates 410 loaded in the loading box 510 on the plate holder 400 one by one. do.
  • the plate coupling unit 600 lowers the stem coupling plate 410 mounted on the plate holder 400 so that the barbs 411 dig into the stem coupling portion.
  • the stem coupling plate 410 can be coupled to the strawberry by coupling.
  • the transfer tongs 310 are provided with a stem protector 320 with pins 321 protruding at regular intervals along the stem grip hole 311 and surrounding the stem coupling portion.
  • the transfer unit 300 takes over the strawberries from the reaping unit 200 and moves to the rear of the harvester 100 to settle in place. At this time, the stem coupling portion protruding from the transfer tongs 310 is connected to the stem mounted on the plate holder 400. It is located exactly on the lower side of the cut barb 411 portion of the coupling plate 410.
  • the plate coupling portion 600 includes a pressing plate 610 for pressing the stem coupling plate 410, a hollow portion 611 at the center of the pressing plate 610 that allows the stem protector 320 to be pulled out during the pressing process, and a pressing plate 610. It consists of a driving unit 620 that advances the plate 610 downward and presses it or returns it to its original position.
  • the driving unit 620 consists of a ball screw whose tip is coupled to the pressing plate 610 and a motor for rotating the ball screw forward and backward, and a signal is detected from the position sensor 330 that is contacted when the transfer unit 300 is in the correct position. When this happens, operation begins.
  • the plate coupling unit 600 advances the pressing plate 610 downward with the forward rotation of the motor to move the plate holder 400.
  • the stem coupling plate 410 mounted on is pressed downward, the barbs 411 open and move downward past the pins 321 of the stem protector 320, and press plate 610 with the stem coupling plate 410 in between.
  • the transfer tongs 310 come into contact, so that the stem coupling plate 410 and the strawberry (S) can be firmly coupled by the barb 411 with a sharp tip digging into the stem coupling portion.
  • the packaging unit 700 will be described with reference to FIGS. 9a, b, and c.
  • the packaging unit 700 adsorbs the stem coupling plate 410 to which the strawberry is combined, and when the strawberry is separated from the transport unit 300, the stem coupling plate 410 is seated on the top of the packaging box 40 located on the lower side, so that the strawberry is packaged. It can be packed while hanging in the box (40).
  • the packaging unit 700 adsorbs the stem coupling plate 410 combined with the strawberry under reduced pressure through the adsorber 710, and releases the adsorption when both tongs of the transport tongs 310 move backwards from each other and open to form the lower packaging box.
  • the stem coupling plate 410 can be seated at the top.
  • the packaging unit 700 may be installed so that the adsorber 710 can move in and out of the coupling area of the stem coupling plate 410.
  • the transfer unit 300 moves to receive the strawberries from the reaping unit 200 according to the reverse rotation of the transfer motor.
  • the packaging box 40 is formed with a receiving space for accommodating a plurality of strawberries, and a balcony 41 stepped inward is formed on the upper edge of the receiving space, so that the stem coupling plate 410 is connected to the balcony 41. This allows it to be stably seated in the packaging box.
  • a conveyor 50 is provided that moves the packaging box 40 and adjusts the movement gap so that the empty receiving space is located below the transported strawberries.
  • the conveyor 50 has rollers and a motor installed inside the case to move the packaging box by rotating the belt.
  • the stem fixing plate 60 is seated on the balcony 41 of the packaging box 40 and prevents the strawberry from shaking by coupling the stem portion protruding upward from the stem coupling plate 410 to the perforation hole 61.
  • the bed 1 is attached to both sides of the bed 1 with stem holders 70 in which stem holder grooves 71 are continuously formed to accommodate the stems and enforce a separation distance so that the strawberries being cultivated do not overlap each other.
  • the stem holder 70 is manufactured in a plate shape and V-shaped mounting grooves 71 are continuously formed. When a strawberry stem is placed across the stem mounting groove 71, the strawberry can grow while maintaining the space apart. do.
  • the target strawberries to be collected can be easily captured through the capturing means (30) of the strawberry harvester, and can be accurately collected without touching the surrounding strawberries, dramatically increasing the harvest rate. can be raised.
  • the strawberry can be forced to be spaced a certain distance not only left and right, but also front and back.
  • the robot frame 20 is equipped with a by-product removal device 800 to remove by-products such as remaining stems, runners, and old leaves after strawberry harvest in parallel with strawberry harvesting.
  • the by-product removal device 800 is used to harvest strawberries. Only one cutting knife is provided in the harvesting unit 200 to remove the by-products captured by the capturing means 30 and the capturing means 30. .
  • the by-product removal process of this by-product removal device can be easily understood from the function of the above-described harvesting unit.
  • the process of collecting strawberries grown in the bed (1) is to move between both sides of the bed (1) by the mobile structure (10), and the strawberries hanging on the stem holder (70) are captured by a capture means ( As soon as the strawberries to be harvested are captured by 30), the harvesting unit 200 in the correct position advances to the bed 1 according to the forward rotation of the through-type motor 110.
  • both sides of the stem tongs (220) and both sides of the upper first stem cutting knife (210) face each other and move forward according to the forward rotation of the motor, thereby enabling gripping and cutting. This is done at the same time, and then, according to the reverse rotation of the penetrating motor 110, the harvesting unit 200 hangs the strawberry on the stem tongs 220 and returns it to the tip of the harvester 100, allowing the strawberry to be collected.
  • the packaging process of the collected strawberries is performed when the strawberry stem hanging on the stem tongs 220 is detected by the object detection sensor inside the transport tongs 310 as the harvesting unit 200 that collects the strawberries is positioned correctly, and the motor rotates forward. Accordingly, both sides of the transfer tongs 310 face each other and advance to grip the stem, and at the same time, as the motor of the depositing unit 200 rotates, the second stem cutting knife 230 cuts the stem, so that the strawberry is handed over to the transfer unit 300. do.
  • the transfer unit 300 is detected from the position sensor 330.
  • the plate coupling unit 600 advances the pressing plate 610 downward by the driving unit 620 to connect the stem coupling plate 410 mounted on the plate holder 400 with the lower transfer tongs 310. Press until they meet.
  • the sharp parts of the stem coupling plate 410 penetrate into the strawberry stem and act as barbs 411, thereby enabling the stem coupling plate 410 to be firmly coupled to the strawberry.
  • the packaging unit 700 adsorbs the stem coupling plate 410 through an adsorber, and when the transfer tongs 310 are spaced apart on both sides according to the reverse rotation of the motor, the packaging unit 700 stores strawberries in the lower packaging box 40. is seated, and at the same time, as the transfer motor rotates in reverse, the transfer unit 300 moves toward the harvesting unit 200 to take over the strawberries.
  • the above processes are repeatedly performed during the process of collecting and packaging strawberries.
  • the size selection and packaging of ripened strawberries are carried out all at once, which not only saves labor, but also maintains the freshness of strawberries for a long time by combining the strawberry stems and plates and mounting the stem combination plate on the balcony of the packaging box.

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Abstract

본 발명의 딸기 수확 로봇시스템은 베드 사이를 이동하는 이동 구조물과, 이동 구조물에 탑재되는 로봇 프레임과, 채취할 대상 딸기를 포착하기 위한 포착수단과, 로봇 프레임에 베드를 향하여 하나 이상 설치된 수확기와, 수확기 선단에 딸기를 채취하기 위해 베드로 전진하여 포착 딸기의 줄기를 잡고 잉여부분을 잘라 딸기를 매단 상태로 원위치하는 예취부와, 예취부에 매달린 딸기의 줄기를 이송 집게로 잡고 결합부분을 남긴 상태로 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 딸기를 매단 상태로 수확기 후방으로 이송하는 이송부와, 수확기 후방 상부에 마련되되 중심부에 방사상으로 절개되어 미늘이 형성된 줄기 결합판이 거치되는 판 거치대와, 판 거치대에 줄기 결합판을 공급하기 위한 판 공급부와, 이송부가 판 거치대 하측에 정위치하면 판 거치대에 거치된 줄기 결합판을 하향시켜 미늘이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 딸기에 상기 줄기 결합판을 결합시키는 판 결합부와, 딸기가 결합된 줄기 결합판을 흡착하여 이송부로부터 딸기가 분리되면 하측에 위치한 포장상자 상단에 줄기 결합판을 안착시켜 딸기가 포장상자에 매달린 상태로 포장하는 포장부가 구비된 구성으로 이루어진다.

Description

딸기 수확 로봇시스템
본 발명은 딸기 수확 로봇시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베드에서 재배되는 딸기들이 서로 겹치지 않고 온전히 모습을 드러내어 수확기의 감지수단에 의해 감지가 용이하도록 개별 성장을 유도하여 딸기 완숙도, 크기 선결과 포장작업이 일괄적으로 이루어지게 함으로써 노동력의 절감은 물론이고 딸기를 포장상자에 매달아 포장하여 신선도를 장기간 유지할 수 있는 딸기 수확 로봇시스템에 관한 것이다.
일반적으로 딸기는 가공용과 생식용으로 구분하여 재배되고 있다.
가공용 딸기는 생채기가 나더라도 곧바로 가공함으로써 품질에는 영향을 미치지 않아 이미 로봇이 개발되어 수확을 담당하고 있다.
반면 생식용 딸기는 생채기가 나면 상품성이 떨어지므로 현재까지 개발된 수백 종류의 딸기 수확기들은 수확률 저조로 실용화되지 못하고 인력에 의존하는 실정이다.
이에 대하여 일본 공개특허공보 특개2012-110255호(2012. 6. 14. 공개)에는 딸기의 손상 가능성을 낮추기 위한 과실 수확 로봇을 제안하고 있다.
여기에는 딸기를 촬영하는 촬영부와, 촬영한 영상으로부터 딸기의 위치를 취득하는 취득부와, 취득한 위치 정보를 기초로 수확 대상 딸기에 접근하는 방향을 결정하는 결정부 및 결정된 방향으로 절단부를 접근시켜 딸기를 채취한 다음 트레이에 딸기를 떨어뜨려 수집하는 구동부(로봇 암)으로 구성된다.
그러나 상기의 종래기술은 딸기가 뒤섞여 있거나 겹쳐 있는 경우에는 딸기의 정확한 위치를 취득할 수 없다는 문제가 있고, 채취한 딸기가 트레이로 낙하할 때 충격에 의해 딸기가 손상되는 등 상품성이 떨어진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 베드에서 재배되는 딸기들이 서로 겹치지 않게 줄기 거치대를 통해 개별 성장을 유도함으로써 완숙된 딸기를 크기별로 손쉽게 선별할 수 있고, 채취와 동시에 포장작업이 이루어짐으로써 높은 수확률로 노동력을 획기적으로 절감할 수 있는 딸기 수확 로봇시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 딸기 채취과정에서 사람의 손과 접촉하지 않고 위생적으로 채취하여 딸기 포장상자 내부공간에 매달아 포장함으로써 딸기의 신선도를 장기간 유지하여 원거리 이송에도 특별한 포장없이 수출이 가능한 딸기 수확 로봇시스템을 제공하는 데 있다.
그리고 본 발명은 로봇 프레임 일측에 필요에 따라 3~16대의 수확기를 설치하여 각각의 로봇마다 채취할 딸기의 크기를 달리 프로그램에 입력함으로써 딸기를 크기별로 선별하여 포장할 수 있고, 병행하여 딸기 채취 후 잔여 줄기, 런너, 노후 잎 등 부산물 제거 기능을 겸비한 딸기 수확 로봇시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 베드 사이를 이동하는 이동 구조물과, 이동 구조물에 탑재되는 로봇 프레임과, 채취할 대상 딸기를 포착하기 위한 포착수단과, 로봇 프레임에 베드를 향하여 하나 이상 설치된 수확기와, 수확기 선단에 딸기를 채취하기 위해 베드로 전진하여 포착 딸기의 줄기를 잡고 잉여부분을 잘라 딸기를 매단 상태로 원위치하는 예취부와, 예취부에 매달린 딸기의 줄기를 이송 집게로 잡고 결합부분을 남긴 상태로 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 딸기를 매단 상태로 수확기 후방으로 이송하는 이송부와, 수확기 후방 상부에 마련되되 중심부에 방사상으로 절개되어 미늘이 형성된 줄기 결합판이 거치되는 판 거치대와, 판 거치대에 줄기 결합판을 공급하기 위한 판 공급부와, 이송부가 판 거치대 하측에 정위치하면 판 거치대에 거치된 줄기 결합판을 하향시켜 미늘이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 딸기에 상기 줄기 결합판을 결합시키는 판 결합부와, 딸기가 결합된 줄기 결합판을 흡착하여 이송부로부터 딸기가 분리되면 하측에 위치한 포장상자 상단에 줄기 결합판을 안착시켜 딸기가 포장상자에 매달린 상태로 포장하는 포장부가 구비된 구성으로 이루어진다.
상기의 베드는 재배되는 딸기가 서로 겹치지 않도록 줄기를 수용하여 이격 간격을 강제하기 위한 줄기 거치 홈이 연속적으로 형성된 줄기 거치대가 양측에 부착된 구성으로 이루어진다.
상기의 예취부는 딸기 채취를 위해 베드로 전진시 내장된 센서로부터 줄기가 감지되면 양 집게날이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지하는 줄기 집게와, 줄기 집게와 동시에 양 절단칼이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 절단하는 제1 줄기 절단칼 및, 이송부로 딸기를 인계하기 위해 줄기를 절단하는 제2 줄기 절단칼로 이루어지되, 제1 줄기 절단칼과 줄기 집게 및 제2 줄기 절단칼이 복층 구조로 조립된 구성으로 이루어진다.
상기의 이송부는 딸기를 매단 예취부가 원위치할 때 내장된 센서로부터 줄기가 감지되면 양 집게날이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지하는 이송 집게가 구비되고 이어서 예취부로부터 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 수확기 후방으로 딸기를 이송하는 구성으로 이루어진다.
상기의 예취부는 수확기에 설치된 관통 모터의 볼 스크루 선단과 결합되어 베드로 전진하거나 원위치되고, 상기의 판 공급부는 관통 모터의 볼 스크루 후단과 결합되어 적재함에 적재된 줄기 결합판을 한 장씩 밀어내어 판 거치대에 공급하도록 예취부와 연동되는 구성으로 이루어진다.
상기의 판 거치대는 내측에 줄기 결합판을 안착시킬 수 있도록 스프링에 의해 탄지되어 내벽으로부터 볼이 돌출되고, 판 결합부에 의해 줄기 결합판이 하측으로 눌리면 판 거치대를 통과할 수 있도록 볼이 후퇴되는 볼 플런저가 내재된 구성으로 이루어진다.
상기의 이송 집게는 줄기 파지공을 따라 일정 간격으로 핀이 돌출되어 줄기 결합부분을 감싸는 보호대가 마련되고, 상기의 판 결합부는 줄기 결합판을 누르기 위한 누름 판과, 누름 판 중심에 누름 과정에서 보호대가 인출되도록 하는 중공부 및, 누름 판을 하측으로 전진시켜 누르거나 원위치시키기 위한 구동부로 이루어져, 누름 판이 줄기 결합판을 누르면 미늘이 줄기 보호대의 핀 사이를 지나 하향 이동하고 줄기 결합판을 사이에 두고 누름 판이 이송 집게와 맞닿게 되면 미늘이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 줄기 결합판과 딸기가 결합되도록 하는 구성으로 이루어진다.
또한, 상기의 포장상자 상단에 안착된 줄기 결합판으로부터 상측으로 돌출된 줄기 부분을 결합하여 고정하기 위한 천공구가 형성되고 포장상자 상단에 결합되는 줄기 고정판이 더 구비된 구성으로 이루어진다.
상기의 포착수단은 프로그램에 딸기의 크기를 특정하여 입력하면 채취할 딸기를 선별하여 포착하는 구성으로 이루어진다.
또한, 포장상자를 이동시키면서 빈 수용공간이 이송된 딸기 하측에 위치하도록 이동 간격을 조절하는 컨베이어가 더 구비된 구성으로 이루어진다.
그리고 딸기 수확 후 잔여 줄기, 런너, 노후 잎으로 이루어진 부산물을 제거하기 위하여 부산물을 포착하는 포착수단과, 포착수단에 의해 포착된 부산물을 제거할 수 있도록 하나의 절단 칼만이 설치된 예취부로 이루어진 부산물 제거장치가 로봇 프레임에 베드를 향하여 더 구비된 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따르면 베드에서 재배되는 딸기의 포착이 용이하도록 서로 겹치지 않게 줄기 거치대를 통해 개별 성장을 유도함으로써 85% 이상의 수확률을 달성할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 딸기의 채취와 포장의 일괄처리 과정에서 딸기 과육이 어느 곳과도 닿지 않게 하여 짓무름을 방지하는 등 딸기의 신선도를 장기간 유지할 수 있어 수출에도 매우 유리하다는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따르면 로봇 프레임 일측에 최소 3~16대의 수확 로봇을 설치할 수 있고 각각의 로봇마다 프로그램을 달리 입력하여 딸기의 완숙도 및 딸기 크기별로 선별하여 포장할 수 있다는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템의 이동 구조물을 나타낸 평면도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템의 로봇 프레임을 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템의 측면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 예취부 정위치 상태를 나타낸 측면도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 예치부가 전진하여 딸기 채취 상태를 나타낸 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 이송 집게의 전진 상태 및 정위치 상태를 각각 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 예치부의 3층 복층구조를 나타낸 사시도이다.
도 6의 (a), (b), (c), (d)는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇 시스템에서 예치부의 줄기 절단 칼, 줄기 집게, 이송부 줄기 집게, 줄기 보호대를 각각 나타낸 구성도이다.
도 7의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 딸기 거치판, 거치대, 딸기 줄기 결합장치를 각각 나타낸 구성도이다.
도 8는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 컨베이어를 나타낸 구성도이다.
도 9의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 딸기 포장상자, 딸기 줄기 고정판을 각각 나타낸 구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템에서 딸기 줄기 거치대를 나타낸 구성도이다.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
1 : 베드 10: 이동 구조물
20: 로봇 프레임 30: 포착수단
40: 포장상자 41: 발코니
50: 컨베이어 60: 줄기 고정판
70: 줄기 거치대 71: 줄기 거치 홈
100: 수확기 101: 지지대
110: 관통형 모터 111: 볼 스크루
120: 선형 레일 200: 예취부
210: 제1 줄기 절단 칼 220: 줄기 집게
230: 제2 줄기 절단 칼 210: 제1 줄기 절단 칼
300: 이송부 310: 이송 집게
311: 줄기 파지공 310: 이송 집게
320: 줄기 보호대 321: 핀
400: 판 거치대 410: 줄기 결합판
411: 미늘 420: 볼 플런저
421: 볼 422: 스프링
500: 판 공급부 510: 적재함
520: 밀대 600: 판 결합부
610: 누름 판 620: 구동부
700: 포장부 R : 로봇
800: S : 딸기
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 딸기 수확 로봇시스템의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 베드의 양측 사이를 자유롭게 이동하면서 딸기의 채취와 포장을 일괄하여 처리하고, 채취와 포장과정에서 딸기 과육이 어느 곳과도 닿지 않도록 하는 데 기술적 특징이 있다.
본 발명의 실시 예는 베드(1) 사이를 이동하는 이동 구조물(10)과, 이동 구조물(10)에 탑재되는 로봇 프레임(20)과, 채취할 대상 딸기를 포착하기 위한 포착수단(30)과, 로봇 프레임(20)에 베드(1)를 향하여 하나 이상 설치된 수확기(100)와, 수확기(100) 선단에 딸기를 채취하기 위해 베드(1)로 전진하여 포착 딸기의 줄기를 잡고 잉여부분을 잘라 딸기를 매단 상태로 원위치하는 예취부(200)와, 예취부(200)에 매달린 딸기의 줄기를 이송 집게(310)로 잡고 결합부분을 남긴 상태로 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 딸기를 매단 상태로 수확기 후방으로 이송하는 이송부(300)와, 수확기(100) 후방 상부에 마련되되 중심부에 방사상으로 절개되어 미늘이 형성된 줄기 결합판(410)이 거치되는 판 거치대(400)와, 판 거치대(400)에 줄기 결합판(410)을 공급하기 위한 판 공급부(500)와, 이송부(300)가 판 거치대(400) 하측에 정위치하면 판 거치대(400)에 거치된 줄기 결합판(410)을 하향시켜 미늘(411)이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 딸기에 줄기 결합판(410)을 결합시키는 판 결합부(600)와, 딸기가 결합된 줄기 결합판(410)을 흡착하여 이송부(300)로부터 딸기가 분리되면 하측에 위치한 포장상자(40) 상단에 줄기 결합판(410)을 안착시켜 딸기가 포장상자(40)에 매달린 상태로 포장하는 포장부(700)가 구비된 구성으로 이루어진다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 도 1a, b에 도시한 바와 같이 베드 사이를 이동하는 이동 구조물(10)에 의해 딸기 수확 로봇(R)은 베드의 양측 사이를 자유롭게 이동할 수 있다.
이동 구조물(10)은 바퀴(11)를 구성하는 인휠모터와 전원을 공급하는 배터리(12) 및 이들을 제어하는 컨트롤 유닛(13)으로 구현할 수 있다.
물론, 이동 구조물(10)은 공지의 기술로부터 용이하게 구현할 수 있으므로 구동방식을 특별히 한정하지는 않는다.
다음, 로봇 프레임(20)은 이동 구조물(10)에 탑재되어 딸기 수확 로봇이 장치되는데, 베드 방향으로 일측에 3~16대의 딸기 수확 로봇(R)이 장치되고, 딸기 수확 후 잔여 줄기, 런너, 노후 잎 등 부산물 제거를 병행하기 위해 1~2대의 부산물 제거장치(800)가 설치될 수 있다.
다음, 포착수단(30)은 프로그램에 딸기의 완숙도나 딸기의 크기를 특정하여 입력하면 채취할 딸기를 선별하여 포착할 수 있다.
이를 위하여, 포착수단(30)은 수확기 선단에 감지수단이 구성되는데, 일례로 딸기를 촬영하는 카메라, 딸기의 크기나 딸기와의 거리를 측정하는 측정 센서(초음파 센서, 레이저 센서 등), 야간 조명 등이 장치될 수 있다.
다음, 포착수단(30)과 수확기(100) 내의 예취부(200), 이송부(300), 판 거치대(400), 판 공급부(500), 판 결합부(600) 및 포장부(700)가 한 대의 딸기 수확 로봇(R)을 구성하여 딸기의 채취와 포장을 일괄하여 처리할 수 있다.
이와 같은 딸기 수확 로봇(R)은 로봇 프레임(20) 일측에 3~16대가 설치되어 각각의 로봇마다 프로그램에 채취할 딸기의 크기를 특정하여 입력함으로써 딸기를 크기별로 선별하여 포장할 수 있다.
다음, 도 2 및 도 3a, b를 참조하면 수확기(100)는 예취부(200), 이송부(300), 판 거치대(400), 판 공급부(500), 판 결합부(600) 및 포장부(700) 등이 장착된다. 미설명부호 101은 수확기(100)를 장치하기 위한 지지대로, 베드(1) 또는 딸기를 기준으로 수확기(100)의 높낮이를 조절할 수 있다.
다음은 딸기를 채취하는 예취부(200)에 대하여 설명한다.
예취부(200)는 수확기(100)의 상부 선단에 설치되는데, 딸기를 채취하기 위해 베드(1)로 전진하여 포착 딸기의 줄기를 잡고 잉여부분을 잘라 딸기를 매단 상태로 원위치한다.
이를 위하여, 수확기(100) 상부에 볼 스크루 관통형 모터(110)가 장착되고, 예취부(200)가 선형 레일(120)을 매개로 진퇴 가능하게 지지된 상태에서 볼 스크루(111) 선단과 결합되어 관통형 모터(110)의 정역회전에 따라 베드(1)로 전진하거나 후퇴하여 수확기(100) 선단에 원위치할 수 있게 된다.
또한, 도 5 및 도 6 (a), (b), (c)를 참조하면 예취부(200)는 제1 줄기 절단 칼(210), 줄기 집게(220), 제2 줄기 절단 칼(230)이 일렬 복층 구조로 설치된다.
여기서 제1, 2 줄기 절단 칼(210,230)은 도 6 (a)에 작동원리를 보인 바와 같이 양측 칼날 프레임(211, 231)이 양방향 볼 스크루(212)에 결합되어 모터(213)의 회전에 따라 서로 마주보고 전진과 후진을 하게 되는데, 전진시 줄기를 절단하게 된다.
물론, 줄기 집게(220) 역시 양측 집게 프레임(221)이 양방향 볼 스크루에 결합되어 모터의 회전에 따라 서로 마주보고 전진과 후진을 하며, 전진시 줄기를 파지하게 된다.
따라서 예취부(200)는 딸기 채취를 위해 베드(1)로 전진시 내장된 물체감지센서(222)로부터 줄기가 감지되면 줄기 집게(220)의 양 집게가 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지할 수 있게 되고, 동시에 제1 줄기 절단 칼(210)의 양측 칼날 프레임(211)이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 절단할 수 있다.
다음 딸기를 이송하는 이송부(300)에 대하여 설명한다.
이송부(300)는 예취부(200)에 매달린 딸기(S)의 줄기를 이송 집게(310)로 잡고 결합부분을 남긴 상태로 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 딸기를 매단 상태로 수확기(100) 후방으로 이송한다.
이를 위하여, 예취부(200) 하측에 위치한 이송부(300)는 딸기를 매단 예취부(200)가 수확기(100) 선단으로 원위치할 때 내장된 물체감지센서로부터 줄기가 감지되면 양 집게가 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지하는 이송 집게(310)가 구비되고, 이어서 예취부(200)에서 제2 줄기 절단 칼(230)로 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 수확기(100) 후방으로 딸기를 이송할 수 있다.
상세하게는, 수확기(100)는 이송 집게(310)가 딸기를 매달고 지나갈 수 있도록 바닥면이 절개된 이송통로(130)가 마련된다.
따라서 이송부(300)는 이송통로(130) 양측에 지지되는 가이드 레일(301), 양측 가이드 블럭과 결합되는 테이블(303), 테이블(303) 상부에 장치되는 이송 집게(310) 및, 볼 스크루(304)를 통해 테이블(303)을 전진시키거나 후진시키기 위한 이송모터(305)로 구성되며, 선형 엑추에이터로부터 양호하게 구현할 수 있다.
이송 집게(310)는 양측 집게 프레임이 양방향 볼 스크루에 결합되어 모터의 회전에 따라 서로 마주보고 전진과 후진을 하며, 전진시 줄기를 파지하게 된다.
또한, 이송 집게(310)는 집게 안쪽에 반원형의 줄기 파지공(311)이 형성되고, 파지공(311)을 따라 일정 간격으로 핀(321)이 돌출되어 줄기 결합부분을 감싸는 줄기 보호대(320)가 마련된다.
다음은 도 7a, b, c를 참조하면 줄기 결합판(410)과 판 거치대(400)에 대하여 설명한다.
줄기 결합판(410)은 얇은 합성수지재 판재로 줄기를 통해 딸기와 결합되어 포장상자(40)의 발코니(41)에 안착되는 구성으로, 재질은 투명 PP, 아크릴 등으로 두께가 약 0.2㎜이고 포장하고자 하는 딸기의 외경보다 크게 제작된다.
또한, 줄기 결합판(410)은 중심부에 방사상으로 절개되어 끝이 뾰족한 미늘(411)을 형성하는데, 줄기와 결합시 미늘(411)이 파고들어 결합하게 된다.
판 거치대(400)는 수확기(100) 후방 상부에 마련되는데, 내측에 줄기 결합판(410)이 거치되게 된다.
이를 위하여, 판 거치대(400)는 수확기(100) 상부를 절개한 사각형상의 관통홈(401)으로 이루어지고, 내측에 줄기 결합판(410)을 거치시킬 수 있도록 스프링(422)에 의해 탄지되어 내벽으로부터 볼(421)이 돌출되고, 판 결합부(400)에 의해 줄기 결합판(410)이 하측으로 눌리면 판 거치대(400)를 통과할 수 있도록 볼(401)이 후퇴되는 볼 플런저(420)가 내재된다.
즉, 줄기 결합판(410)은 판 거치대(400)의 볼(421)에 걸쳐진 형태로 거치된다.
다음은 전술한 도 3a, b를 참조하여 판 공급부(500)에 대하여 설명한다.
판 공급부(500)는 예취부(200)와 연동하여 판 거치대(400)에 줄기 결합판(410)을 공급할 수 있다.
상세하게는, 예취부(200)는 수확기(100)에 설치된 관통형 모터(110)의 볼 스크루(111) 선단과 결합되어 베드(1)로 전진하거나 원위치되고, 판 공급부(500)는 관통형 모터(110)의 볼 스크루(111) 후단과 결합되어 적재함(510)에 적재된 줄기 결합판(410)을 한 장씩 밀어내어 판 거치대(400)에 공급할 수 있다.
여기서, 판 공급부(500)는 적재함(510)이 판 거치대(400) 전단에 설치되며, 관통형 모터(110)의 볼 스크루(111) 후단과 결합하여 적재함(510) 내를 슬라이드 운동하는 밀대(520)로 구성된다.
따라서 관통형 모터(110)가 정회전할 때 예취부(200)는 전진하는 반면 판 공급부(500)의 밀대(520)는 후진하여 줄기 결합판(410)이 내려와 장전되고, 관통형 모터(110)가 역회전할 때 예취부(200)는 후진하는 반면 판 공급부(500)의 밀대(520)는 전진하여 줄기 결합판(410)을 적재함(510)에서 밀어내어 판 거치대(400)에 공급할 수 있게 된다.
즉, 예취부(200)가 전진하여 딸기 채취 후 정위치 될 때마다 판 공급부(500)는 적재함(510)에 적재된 줄기 결합판(410)을 한 장씩 판 거치대(400)에 거치시킬 수 있게 된다.
다음은 판 결합부(600)에 대하여 설명한다.
판 결합부(600)는 이송부(300)가 판 거치대(400) 하측에 정위치하면 판 거치대(400)에 거치된 줄기 결합판(410)을 하향시켜 미늘(411)이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 딸기에 줄기 결합판(410)을 결합시킬 수 있다.
여기서, 이송 집게(310)는 줄기 파지공(311)을 따라 일정 간격으로 핀(321)이 돌출되어 줄기 결합부분을 감싸는 줄기 보호대(320)가 마련된다.
이송부(300)는 예취부(200)로부터 딸기를 인계받아 수확기(100) 후방으로 이동하여 정위치하게 되는데, 이때 이송 집게(310)로부터 돌출된 줄기 결합부분이 판 거치대(400)에 거치된 줄기 결합판(410)의 절개된 미늘(411) 부분의 하측에 정확히 위치한다.
판 결합부(600)는 줄기 결합판(410)을 누르기 위한 누름 판(610)과, 누름 판(610) 중심에 누름 과정에서 줄기 보호대(320)가 인출되도록 하는 중공부(611) 및, 누름 판(610)을 하측으로 전진시켜 누르거나 원위치시키기 위한 구동부(620)로 이루어진다.
구동부(620)는 누름 판(610)과 선단이 결합된 볼 스크루와 볼 스크루를 정역회전시키기 위한 모터로 구성되고, 이송부(300)가 정위치시 접촉되는 위치감지센서(330)로부터 신호가 검출되면 작동이 개시된다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 위치감지센서(330)로부터 이송부(300)의 정위치가 감지되면 판 결합부(600)는 모터의 정회전으로 누름 판(610)을 하측으로 전진시켜 판 거치대(400)에 거치된 줄기 결합판(410)을 눌러 하향시키면 미늘(411)이 벌어져 줄기 보호대(320)의 핀(321) 사이를 지나 하향 이동하고 줄기 결합판(410)을 사이에 두고 누름 판(610)과 이송 집게(310)가 맞닿게 되면 선단이 뾰족한 미늘(411)이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 줄기 결합판(410)과 딸기(S)를 견고하게 결합할 수 있게 된다.
다음은 도 9a, b, c를 참조하여 포장부(700)에 대하여 설명한다.
포장부(700)는 딸기가 결합된 줄기 결합판(410)을 흡착하여 이송부(300)로부터 딸기가 분리되면 하측에 위치한 포장상자(40) 상단에 줄기 결합판(410)을 안착시켜 딸기가 포장상자(40)에 매달린 상태로 포장할 수 있다.
포장부(700)는 흡착기(710)를 통해 감압으로 딸기와 결합된 줄기 결합판(410)을 흡착하고, 이송 집게(310)의 양 집게가 서로 후진하여 벌어질 때 흡착을 해제시켜 하측 포장상자(40) 상단에 줄기 결합판(410)을 안착시킬 수 있게 된다. 포장부(700)는 흡착기(710)가 줄기 결합판(410)의 결합영역의 내외측으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
물론, 이송부(300)는 딸기가 포장상자(40)에 안착된 다음에는 이송모터의 역회전에 따라 예취부(200)로부터 딸기를 인계받기 위해 이동하게 된다.
여기서, 포장상자(40)는 다수의 딸기를 각각 수용하기 위한 수용공간이 형성되고, 수용공간 상단 테두리에 내측으로 단차 진 발코니(41)가 형성되어 줄기 결합판(410)을 발코니(41)를 통해 포장상자에 안정적으로 안착시킬 수 있게 된다.
또한, 포장상자(40)를 이동시키면서 빈 수용공간이 이송된 딸기 하측에 위치하도록 이동 간격을 조절하는 컨베이어(50)가 마련되고, 포장상자(40)에 딸기가 모두 채워지면 반출 컨베이어에 낙하되어 작업장으로 반출할 수 있다. 컨베이어(50)는 벨트를 회전시켜 포장상자를 이동시킬 수 있도록 케이스 내부에 롤러 및 모터가 설치된다.
다음은 줄기 고정판(60)에 대하여 설명한다.
줄기 고정판(60)은 포장상자(40)의 발코니(41)에 안착되고 줄기 결합판(410)으로부터 상측으로 돌출된 줄기 부분을 천공구(61)에 결합함으로써 딸기의 흔들림을 방지한다.
예컨대, 이송 중 딸기의 흔들림을 방지하여 딸기의 신선도를 유지하는데 도움이 되고, 투명 재질로 제작된 경우 딸기들의 전체적인 신선도 확인이 가능하다.
한편, 도 10을 참조하면 베드(1)는 재배되는 딸기가 서로 겹치지 않도록 줄기를 수용하여 이격 간격을 강제하기 위한 줄기 거치 홈(71)이 연속적으로 형성된 줄기 거치대(70)가 양측에 부착된다.
예컨대, 줄기 거치대(70)는 판상으로 제작되어 V자 형태의 거치 홈(71)이 연속적으로 형성되는데, 줄기 거치 홈(71)에 딸기 줄기를 걸쳐놓으면 딸기가 이격 간격을 유지한 채 성장할 수 있게 된다.
따라서 딸기들이 베드(1)를 따라 일렬로 위치함에 따라 딸기 수확기의 포착수단(30)을 통해 채취할 대상 딸기를 쉽게 포착할 수 있고, 주변 딸기를 건들지 않고 정확하게 채취할 수 있어 수확률을 획기적으로 높일 수 있게 된다.
물론, 줄기 거치대(70)는 인접하는 줄기 거치 홈(71)의 깊이를 달리 설정할 경우 딸기를 좌우뿐만 아니라 앞뒤로도 일정부분 이격 간격을 강제할 수도 있다.
한편, 로봇 프레임(20)에는 딸기 수확과 병행하여 딸기 수확 후 잔여 줄기, 런너, 노후 잎 등 부산물을 제거할 수 있도록 부산물 제거장치가(800)가 마련되는데, 부산물 제거장치(800)는 딸기 수확 후 잔여 줄기, 런너, 노후 잎으로 이루어진 부산물을 포착하기 위한 포착수단(30)과, 포착수단(30)에 의해 포착된 부산물을 제거할 수 있도록 예취부(200)에 하나의 절단 칼만이 마련된다. 이러한 부산물 제거장치의 부산물 제거과정은 전술한 예취부의 기능으로부터 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이하에서는 전술한 기술구성을 참조하여 딸기의 채취와 포장이 일괄하여 처리되는 과정에 대하여 설명한다.
먼저, 베드(1)에서 재배되는 딸기의 채취과정은 이동 구조물(10)에 의해 베드(1) 양측 사이를 이동하면서 줄기 거치대(70)에 매달린 딸기가 수확기(100) 선단에 장치된 포착수단(30)에 의해 채취할 딸기가 포착됨과 동시에 관통형 모터(110)의 정회전에 따라 정위치의 예취부(200)가 베드(1)로 전진하게 된다.
이때, 줄기 집게(220) 내부의 물체감지센서로부터 줄기가 감지되면 동시에 모터의 정회전에 따라 줄기 집게(220) 양측과 상측 제1 줄기 절단 칼(210) 양측이 서로 마주보고 전진하여 파지와 절단이 동시에 이루어지고, 이어서 관통형 모터(110)의 역회전에 따라 예취부(200)가 줄기 집게(220)에 딸기를 매달고 수확기(100) 선단에 원위치함으로써 딸기를 채취할 수 있게 된다.
다음, 채취된 딸기의 포장과정은 딸기를 채취한 예취부(200)가 정위치함에 따라 줄기 집게(220)에 매달린 딸기의 줄기가 이송 집게(310) 내부의 물체감지센서로부터 감지되면 모터 정회전에 따라 이송 집게(310) 양측이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지하고 동시에 예치부(200)의 모터 회전에 따라 제2 줄기 절단 칼(230)이 줄기를 절단함으로써 딸기는 이송부(300)에 인계되게 된다.
이어서 이송모터(305)의 정회전에 따라 이송부 테이블(303)에 의해 딸기를 매달고 있는 이송 집게(310)를 판 거치대(400) 하측에 정확히 위치시킬 때 위치감지센서(330)로부터 이송부(300)의 정위치가 감지되면 판 결합부(600)는 구동부(620)에 의해 누름 판(610)을 하측으로 전진시켜 판 거치대(400)에 거치된 줄기 결합판(410)을 하측 이송 집게(310)와 맞닿도록 누른다.
따라서 줄기 결합판(410)의 뾰족한 부분들이 딸기 줄기에 파고들어 미늘(411) 역할을 함으로써 줄기 결합판(410)을 딸기에 견고하게 결합시킬 수 있게 된다.
이때 포장부(700)는 줄기 결합판(410)을 흡착기를 통해 흡착하며 이송 집게(310)가 모터의 역회전에 따라 양측으로 이격될 때 포장부(700)는 하측 포장상자(40)에 딸기를 안착시키고 동시에 이송모터의 역회전에 따라 이송부(300)는 딸기를 인계받기 위해 예취부(200)측으로 이동하게 된다. 상기의 과정들은 딸기를 채취하고 포장하는 과정에서 반복하여 수행된다.
따라서 완숙된 딸기의 크기 선별과 포장 작업이 일괄적으로 이루어짐으로써 노동력 절감은 물론 딸기 줄기와 판을 결합하여 포장상자 발코니에 줄기 결합판을 거치함으로써 딸기의 신선도를 장기간 유지할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시 예를 설명한 것으로 딸기 외에 베드를 통해 재배 가능한 과일이나 채소 등의 수확에 응용할 수 있다는 점에서, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것은 자명하다 할 것이다.

Claims (11)

  1. 베드 사이를 이동하는 이동 구조물과,
    상기 이동 구조물에 탑재되는 로봇 프레임과,
    채취할 대상 딸기를 포착하기 위한 포착수단과,
    상기 로봇 프레임에 상기 베드를 향하여 하나 이상 설치된 수확기와,
    상기 수확기 선단에 딸기를 채취하기 위해 상기 베드로 전진하여 포착 딸기의 줄기를 잡고 잉여부분을 잘라 딸기를 매단 상태로 원위치하는 예취부와,
    상기 예취부에 매달린 딸기의 줄기를 이송 집게로 잡고 결합부분을 남긴 상태로 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 딸기를 매단 상태로 상기 수확기 후방으로 이송하는 이송부와,
    상기 수확기 후방 상부에 마련되되 중심부에 방사상으로 절개되어 미늘이 형성된 줄기 결합판이 거치되는 판 거치대와,
    상기 판 거치대에 줄기 결합판을 공급하기 위한 판 공급부와,
    상기 이송부가 상기 판 거치대 하측에 정위치하면 상기 판 거치대에 거치된 상기 줄기 결합판을 하향시켜 미늘이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 딸기에 상기 줄기 결합판을 결합시키는 판 결합부와,
    딸기가 결합된 상기 줄기 결합판을 흡착하여 상기 이송부로부터 딸기가 분리되면 하측에 위치한 포장상자 상단에 상기 줄기 결합판을 안착시켜 딸기가 상기 포장상자에 매달린 상태로 포장하는 포장부가 구비된 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 베드는 재배되는 딸기가 서로 겹치지 않도록 줄기를 수용하여 이격 간격을 강제하기 위한 줄기 거치 홈이 연속적으로 형성된 줄기 거치대가 양측에 부착된 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 예취부는 딸기 채취를 위해 상기 베드로 전진시 내장된 센서로부터 줄기가 감지되면 양 집게날이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지하는 줄기 집게와,
    상기 줄기 집게와 동시에 양 절단칼이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 절단하는 제1 줄기 절단칼 및,
    상기 이송부로 딸기를 인계하기 위해 줄기를 절단하는 제2 줄기 절단칼로 이루어지되,
    상기 제1 줄기 절단칼과 상기 줄기 집게 및 상기 제2 줄기 절단칼이 복층 구조로 조립된 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이송부는 딸기를 매단 상기 예취부가 원위치할 때 내장된 센서로부터 줄기가 감지되면 양 집게날이 서로 마주보고 전진하여 줄기를 파지하는 상기 이송 집게가 구비되고 이어서 상기 예취부로부터 줄기가 잘려 딸기가 인계되면 상기 수확기 후방으로 딸기를 이송하는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 예취부는 상기 수확기에 설치된 관통 모터의 볼 스크루 선단과 결합되어 상기 베드로 전진하거나 원위치되고,
    상기 판 공급부는 상기 관통 모터의 볼 스크루 후단과 결합되어 적재함에 적재된 줄기 결합판을 한 장씩 밀어내어 상기 판 거치대에 공급하도록 상기 예취부와 연동되는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 판 거치대는 내측에 상기 줄기 결합판을 거치시킬 수 있도록 스프링에 의해 탄지되어 내벽으로부터 볼이 돌출되고, 상기 판 결합부에 의해 상기 줄기 결합판이 하측으로 눌리면 상기 판 거치대를 통과할 수 있도록 상기 볼이 후퇴되는 볼 플런저가 내재된 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이송 집게는 줄기 파지공을 따라 일정 간격으로 핀이 돌출되어 줄기 결합부분을 감싸는 줄기 보호대가 마련되고,
    상기 판 결합부는 상기 판 거치대에 거치된 상기 줄기 결합판을 누르기 위한 누름 판과, 상기 누름 판 중심에 누름 과정에서 상기 줄기 보호대가 인출되도록 하는 중공부 및, 상기 누름 판을 하측으로 전진시켜 누르거나 원위치시키기 위한 구동부로 이루어져,
    상기 누름 판이 상기 줄기 결합판을 누르면 미늘이 상기 줄기 보호대의 핀 사이를 지나 하향 이동하고 상기 줄기 결합판을 사이에 두고 상기 누름 판이 상기 이송 집게와 맞닿게 되면 미늘이 줄기 결합부분을 파고드는 결합에 의해 상기 줄기 결합판과 딸기가 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 포장상자 상단에 안착된 상기 줄기 결합판으로부터 상측으로 돌출된 줄기 부분을 수용하여 고정하기 위한 천공구가 형성되고 상기 포장상자 상단에 결합되는 줄기 고정판이 더 구비된 것을 특징으로하는 딸기 수확 로봇시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 포착수단은 프로그램에 딸기의 크기를 특정하여 입력하면 채취할 딸기를 선별하여 포착하는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 포장상자를 이동시키면서 빈 수용공간이 이송된 딸기 하측에 위치하도록 이동 간격을 조절하는 컨베이어가 더 구비된 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    딸기 수확 후 잔여 줄기, 런너, 노후 잎으로 이루어진 부산물을 제거하기 위하여 부산물을 포착하는 포착수단과,
    상기 포착수단에 의해 포착된 부산물을 제거할 수 있도록 하나의 절단 칼만이 설치된 상기 예취부로 이루어진 부산물 제거장치가 로봇 프레임에 베드를 향하여 더 설치되는 것을 특징으로 하는 딸기 수확 로봇시스템.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08275655A (ja) * 1995-04-03 1996-10-22 Iseki & Co Ltd いちご収穫ロボットにおけるマニピュレータのエンドエフェクタ
JP4292334B2 (ja) * 1999-11-19 2009-07-08 井関農機株式会社 高設栽培用果実収穫ロボット
KR101756454B1 (ko) * 2016-07-04 2017-07-11 농업회사법인 주식회사 태초의 자연으로 온실 작물 수확 자동화시스템
KR101783212B1 (ko) * 2016-10-18 2017-09-29 정병용 딸기 자동 수확장치
US20200281122A1 (en) * 2017-09-05 2020-09-10 Cottlab Ltd. Self-propelled robotic harvester for selective picking of high quality agriculture row crops

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5818240B2 (ja) 2010-11-22 2015-11-18 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 果柄切断装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08275655A (ja) * 1995-04-03 1996-10-22 Iseki & Co Ltd いちご収穫ロボットにおけるマニピュレータのエンドエフェクタ
JP4292334B2 (ja) * 1999-11-19 2009-07-08 井関農機株式会社 高設栽培用果実収穫ロボット
KR101756454B1 (ko) * 2016-07-04 2017-07-11 농업회사법인 주식회사 태초의 자연으로 온실 작물 수확 자동화시스템
KR101783212B1 (ko) * 2016-10-18 2017-09-29 정병용 딸기 자동 수확장치
US20200281122A1 (en) * 2017-09-05 2020-09-10 Cottlab Ltd. Self-propelled robotic harvester for selective picking of high quality agriculture row crops

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