KR102320256B1 - Artificial intelligence weed management robot using pressurized friction method for paddy soil - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 농업 분야에 관한 것으로, 구체적으로 가압 마찰식 방법을 이용하여 논 잡초의 발생을 억제하고 제거하며 인공지능 모듈을 포함하는 논 잡초 관리 로봇에 관한 것이다. The present invention relates to the agricultural field, and more specifically, to a paddy field weed management robot that suppresses and removes the occurrence of paddy weeds using a pressure friction method and includes an artificial intelligence module.
논 잡초가 일정량 이상 자라면 논에 심어진 농작물인 벼의 영양분을 빼앗는 등 경합에 의해 생장과 수량에 문제가 생기기 때문에 잡초 제거가 필수적이다.When paddy weeds grow over a certain amount, it is essential to remove weeds because there are problems with growth and yield due to competition, such as taking away nutrients from rice, a crop planted in the paddy fields.
그러나, 논 잡초는 종류가 많아 70여종에 이르며, 벼 재배의 장해가 되는 잡초의 종류도 다양하다. 특히 논 잡초는 광(햇빛)발아성 잡초가 많다. 따라서 잡초 발생 전 또는 잡초 발생 초기에 토양을 교란하여 잡초 발생을 억제시키는 것이 바람직하다. However, there are many types of paddy weeds, reaching 70 types, and there are various types of weeds that hinder rice cultivation. In particular, there are many light (sunlight) germination weeds in paddy field weeds. Therefore, it is desirable to suppress weed occurrence by disturbing the soil before or at the beginning of weed occurrence.
농가에서는 잡초를 제거하기 위해 낫 또는 제초기가 널리 이용된다. 그러나, 작업 난이도가 높고, 작업이 번잡하여, 기술과 경험이 있는 인력이 다루어야 했다. 잡초 제거가 필요한 면적이 많아질 경우 경험이 있는 인력이더라도 많은 작업 시간을 필요로 했다. 논의 담수로 인해 작업이 더욱 어려우며, 특히 농가 고령화 현상은 이러한 문제를 가중시킨다.In farms, sickles or weeders are widely used to remove weeds. However, the work difficulty was high, the work was complicated, and it had to be handled by personnel with skills and experience. When the area required to remove weeds increased, it required a lot of work time even for experienced personnel. The work is more difficult due to the freshwater of the paddy fields, and the aging of farm households in particular exacerbates this problem.
이와 같은 종래의 잡초 제거 방법의 문제점을 극복하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. Various techniques have been developed to overcome the problems of such a conventional weed removal method.
일본공개특허 제2011-205967호는 논 잡초의 발생 방지용 로봇을 개시한다. 본 종래기술에서는, 잡초 발생 방지용 교반기를 장착한 소형 에어 보트를 컴퓨터로 제어하고 장애물(벼)을 피해 논 내를 자유롭게 빠짐없이 이동함으로써 잡초 발생을 방지할 수 있는 잡초의 발생 방지용 로봇을 개시한다. 사람이 직접 조종하므로 작업 시간 동안 인력이 계속 필요하다. 조종 능력에 따라 논 잡초 제거 효율이 낮아지거나 벼 손상도 발생할 수 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-205967 discloses a robot for preventing the generation of paddy weeds. In the present prior art, a robot for preventing weed generation that can prevent weed generation by controlling a small air boat equipped with a stirrer for preventing weeds with a computer and moving freely in a paddy field to avoid obstacles (rice) is disclosed. Since it is directly controlled by humans, personnel are constantly required during operation hours. Depending on the handling ability, paddy weed removal efficiency may decrease or damage to rice may occur.
또한, 조종 능력이 미숙할 경우 로봇과 장애물의 충돌로 인해 작물이 해를 입는 문제도 발생했다.In addition, if the control ability is inexperienced, there was a problem that crops could be harmed by the collision between the robot and obstacles.
또한, 조종자가 조종하기 때문에 기후적 시간적 제약을 받으며, 로봇에 구비된 배터리의 전기가 다 떨어질 경우 주행이 불가하여 논 잡초 제거 작업을 오랜 기간 지속할 수 없었다.In addition, because it is controlled by the manipulator, it is subject to climatic and time constraints, and if the battery provided in the robot runs out of electricity, it cannot be driven, so it was impossible to continue the removal of paddy weeds for a long period of time.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems.
구체적으로, 농업인의 숙련도에 따라 논 잡초 제거 능력이 달라지고, 벼에 대한 손상이 생기는 문제를 해결 하고자 한다. Specifically, it is intended to solve the problem that the ability to remove weeds in paddy fields varies according to the skill level of the farmers and damage to the rice occurs.
기계적으로 이앙되는 특성을 고려하며 벼의 재식 밀도를 고려한 잡초 관리 로봇을 제안하고자 한다. 특히, 30cm 조식에 적합한 잡초 관리 로봇을 제안하고자 한다. We propose a weed management robot that considers the mechanically transplanted characteristics and considers the planting density of rice. In particular, we would like to propose a weed management robot suitable for a 30 cm breakfast.
기후적 시간적 제약이 크고, 구비된 배터리가 방전될 경우 별도의 전기 공급이 필요하여 작업시간이 짧은 문제를 해결하고자 한다.In order to solve the problem of short working time due to the large climatic and temporal constraints and the need for a separate electricity supply when the provided battery is discharged.
또한, 로봇과 벼를 포함하는 전방 장애물과의 충돌로 인해 벼가 손상되는 문제를 해결하고자 한다.또한, 숙달된 농업인도 구분하기 힘든 피와 같은 잡초나 잡초성 벼 등 같은 잡초의 인식 구분을 하지 않고 균일한 논 잡초 제거 방식을 적용하여 논 잡초 제거 효율이 낮아지는 문제를 해결하고자 한다.In addition, it is intended to solve the problem of damage to rice due to the collision between the robot and the obstacles in front including rice. In addition, it is difficult to distinguish even an experienced farmer by recognizing weeds such as blood weeds or weedy rice. To solve the problem of low efficiency of paddy weed removal by applying a uniform paddy weed removal method.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 센서부(20)에 의해 센싱된 논의 재식 특성을 입력층으로 하고, 로터리 구동부재(350) 및 로봇 구동부재(310)의 제어 신호를 출력층으로 하는 Al 모듈(50)이 탑재된 본체(110)가 구비된 플로팅보트(100); 상기 플로팅보트(100)에 위치하는 제1 바퀴(130)와 제2 바퀴(140); 상기 제2 바퀴(140)의 축에 구비된 중앙 로터리(240); 및 상기 플로팅보트(100)에 구비된 상기 로터리 구동부재(350)에 연결되고 상기 플로팅보트(100)의 후방에 위치하며 가압 및 마찰 가능한 수평 로터리 조립체(200);를 포함하고, 상기 수평 로터리 조립체(200)는, 제1 수평 로터리(210); 및 상기 제1 수평 로터리(210)의 양측에 위치하며 수평 방향으로 일부 중첩되는 한 쌍의 제2 수평 로터리(220)를 포함하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 제어 신호를 통해 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하여 상기 중앙 로터리(240) 및 상기 수평 로터리 조립체(200)의 구동을 제어하고, 그리고 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 제1 바퀴(130) 및 상기 제2 바퀴(140)의 구동을 제어하는, 논 잡초 관리 로봇을 제공한다.In one embodiment of the present invention for solving the above problems, the control signal of the
또한, 상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 상기 논의 재식 특성은 벼의 재식 밀도를 포함하고, 그리고 상기 AI 모듈(50)은 잡초의 발생 정보, 및 전방 장애물까지의 거리를 더 입력층으로 하고, 상기 AI 모듈(50)은, 상기 벼의 재식 밀도에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 전방 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the planting characteristics of the rice paddy that the
또한, 상기 제1 수평 로터리(210)는, 하측에 개방부를 갖는 제1 커버부(211); 및 상기 로터리 구동부재(350)와 연결된 제1 동력전달 축(351)에 의해 회전 가능한 제1 회전부(215)를 포함하고, 상기 제2 수평 로터리(220) 각각은, 상기 제1 커버부(211)보다 작은 직경으로 형성되며, 하측에 개방부를 갖는 제2 커버부(221); 및 상기 제1 동력전달 축(151)과 별도로 형성된 제2 동력전달 축(352)에 의해 회전 가능한 제2 회전부(225);를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the first
또한, 상기 플로팅보트(100)의 상면에서 이격 형성되는 태양광 모듈(170);을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include; a
또한, 상기 센서부(20)는, 상기 본체(110)에 구비되는 제1 센서 모듈(112); 및 상기 제1 센서 모듈(112)의 상부로 이격되어 위치하는 제2 센서 모듈(172)을 포함하고, 상기 제1 센서 모듈(112) 및 상기 제2 센서 모듈(172)에 의해 상기 논의 재식 특성, 상기 잡초의 발생 정보, 및 상기 전방 장애물까지의 거리가 수집되며, 상기 제1 센서 모듈(112) 및 상기 제2 센서 모듈(172) 중 어느 하나 이상은 카메라 모듈을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 제1 바퀴(130)는 갈퀴바퀴이고, 상기 제2 바퀴(140)의 직경은 상기 제1 바퀴(130)보다 큰 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
또한, 상기 플로팅보트(100)의 너비는 30cm 이하이고, 상기 제1 수평로터리(210)의 직경은 25cm 이하이고, 상기 제2 수평로터리(220)의 직경은 10cm 이하이고, 상기 수평 로터리 조립체(200)의 너비가 28cm 이하인 것이 바람직하다.In addition, the width of the
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 논 잡초 관리 로봇(1000)을 이용한 방법으로서, (a) 상기 AI 모듈(50)이 상기 센서부(20)에서 감지된 상기 논의 재식 특성, 상기 잡초의 발생 정보, 및 상기 전방 장애물까지의 거리를 수집하는 단계; 및 (b) 상기 AI 모듈(50)이 미리 학습된 결과를 이용하여, 상기 벼의 재식 밀도에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 전방 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 논 잡초 관리 로봇(1000)의 주행 및 회전을 제어하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공한다.As a method using the paddy field weed
상기와 같은 과제 해결을 통해 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻는다. The present invention obtains the following effects through solving the above problems.
첫째, 무인 주행이기에, 조종 능력에 무관하게 효과적으로 논 잡초 발생억제 및 제거가 가능하다. First, because it is unmanned driving, it is possible to effectively suppress and remove the occurrence of weeds in paddy fields regardless of the control ability.
둘째, 작업자의 추가 조작 없이도 로봇이 인공지능에 의해 벼를 포함하는 전방 장애물을 자동으로 인식하여 경로를 수정하기 때문에 장애물과의 충돌로 인한 벼 손상 문제를 방지할 수 있다.Second, the problem of damage to rice due to collision with obstacles can be prevented because the robot automatically recognizes obstacles in front including rice by artificial intelligence and corrects the path without additional manipulation of the operator.
셋째, 기후적 시간적 제약을 받지 않으며, 별도의 전원 공급 없이도 태양광 모듈에 의해 발전되어 장시간 주행하며 논 잡초를 제거할 수 있다.Third, it is not subject to climatic and time constraints, and it is generated by a solar module without a separate power supply, so it can drive for a long time and remove weeds in the paddy field.
넷째, 논 잡초 제거 시 잡초의 발생 정보를 이용하기 때문에 잡초의 상태에 적합한 가압 및 마찰을 제공하여 효과적으로 논 잡초를 제거할 수 있다.Fourth, since weed generation information is used when removing paddy weeds, it is possible to effectively remove paddy weeds by providing pressure and friction suitable for the state of weeds.
도 1은 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇의 시스템도이다.
도 3은 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇이 AI 모듈에 의해 멀티 주행하는 모습을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇을 이용한 논 잡초 제거 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a perspective view of a paddy field weed management robot according to the present invention.
2 is a system diagram of a paddy field weed management robot according to the present invention.
Figure 3 is a view for schematically explaining the appearance of the rice paddy weed management robot according to the present invention multi-run by the AI module.
Figure 4 is a flowchart for explaining a paddy weed removal method using the paddy weed management robot according to the present invention.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be described based on the content throughout this specification.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.In addition, the described embodiments are provided by way of example for the description of the invention, and do not limit the technical scope of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 논 잡초 관리 로봇을 상세히 설명한다.Hereinafter, a paddy field weed management robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
여기에서, 논의 “재식 특성”은 조식 내지 벼의 재식 밀도를 의미한다.Here, the “planting characteristics” in the discussion refers to the planting density of breakfast or rice.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇(1000)의 구성을 설명한다.플로팅보트(100)는 논 잡초 관리 로봇(1000)에 부력을 제공한다. 이에 따라 논 담수에 대해 부력이 인가된다. 또한, 플로팅보트(100)는 담수 깊이가 1~2cm 이하 시 마찰력을 감소시켜 이동을 용이하게 한다.The configuration of the paddy field weed
플로팅보트(100)에 본체(110)가 구비된다.A
본체(110)는 탑재된 모듈 및 시스템들을 보호하기 위해 방수 재질의 하우징(111)을 포함하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서 하우징(111)은 본체(110)의 상부에 위치한 시스템인 AI 모듈(50)과 로봇 구동부재(310)를 담수나 이물질로부터 보호하도록 형성되며, 문이 구비되어 작업자가 시스템 점검 시 용이하게 사용할 수 있다.The
다른 실시예에서, 본체(110) 내에 적재함(미도시)을 포함하여 종자, 농약 및 비료 등 농자재를 운반할 수 있다.In another embodiment, it is possible to transport agricultural materials such as seeds, pesticides and fertilizers, including a loading box (not shown) in the
또 다른 실시예에서, 본체(110)는 야간 주행 표시등을 포함할 수 있다.In another embodiment, the
Al 모듈(50)이 본체(110)에 탑재된다. AI 모듈(50)은 로터리 구동부재(350)를 제어함으로써 중앙 로터리(240) 및 수평 로터리 조립체(200)의 구동을 제어하며, 구체적인 설명은 후술한다.The
제1 바퀴(130)는 한 쌍으로 플로팅보트(100)의 양측에 위치한다.The
제1 바퀴(130)는 갈퀴바퀴이다. 이에 따라, 진흙 및 물속 주행이 용이해진다.The
제2 바퀴(140)는 한 쌍으로 제1 바퀴(130)보다 후방에서 플로팅보트(100)의 양측에 위치한다.The
제2 바퀴(140)는 제1 바퀴(130)보다 넓은 폭 및 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제2 바퀴(140)의 진흙 및 물속 주행이 용이할 뿐만 아니라, 잡초 발생 억제 효과도 가능하다.The
중앙 로터리(240)는 제2 바퀴(140)의 축에 구비되어, 필요시 제2 바퀴(140)를 회전시키는 힘으로 회전 동작하여 균평작업 및 논 잡초를 제거한다. 일 실시예에서 지표 3cm 이내를 경운할 수 있도록 중앙 로터리(240)에 5cm 길이의 날이 다수 구비되나, 날의 길이는 다양하게 변경될 수 있다.The
로봇 구동부재(310)는 제1 바퀴(130), 또는 제2 바퀴(140), 또는 모두에 동력을 제공하는 것으로, 엔진과 같은 내연기관 또는 전기 모터일 수 있다. 전기 모터인 경우 태양광 모듈(170)에 의해 충전된 전기를 사용할 수 있다.The
로터리 구동부재(350)는 플로팅보트(100)에 구비되어 수평 로터리 조립체(200)에 구동력을 제공할 수 있다. 전기 모터일 수 있으며, 태양광 모듈(170)에서 충전된 태양광 에너지를 사용할 수 있다.The
태양광 모듈(170)은 전기를 충전하는 것으로 플로팅보트(100)의 상면에서 이격 형성된다. 다수의 지지다리(171)에 의해 태양광 모듈(170)이 플로팅보트(100)의 상면에서 이격 형성되나, 다양하게 변형될 수 있다. 이격 형성된 공간에 언급한 하우징(111)이 위치되어 AI 모듈(50) 등 시스템 구성들에 방수 효과를 제공할 수 있다.The
수평 로터리 조립체(200)는 로터리 구동부재(350)에 연결되고 플로팅보트(100)의 후방에 위치하여 지면을 향해 논 잡초를 가압 및 마찰한다. 구체적으로, 로터리 구동부재(350)에 의해 수평 로터리 조립체(200)가 승강됨으로써 논 잡초를 가압하고, 후술할 회전부들이 구동 신호를 받아 회전됨으로써 논 잡초에 마찰을 부여한다. The horizontal
일 실시예에서, 수평 로터리 조립체(200)는 표토가 2~3cm를 가압 마찰할 수 있으며, 후술할 AI 모듈(50)에 의해 표토를 인식하고 이에 따라 가압력이 다단(예를 들어, 3단)으로 조절된다. 수평 로터리 조칩체(200)는 논의 상태가 고를 경우 마찰(회전) 없이 가압만 제공할 수 있다.In one embodiment, the horizontal
수평 로터리 조립체(200)는 제1 수평 로터리(210) 및 한 쌍의 제2 수평 로터리(220)를 포함한다. 제1 수평 로터리(210)와 한 쌍의 제2 수평 로터리(220)는 수평 로터리 조립체(200) 상에서 수평 방향으로 일부 중첩되게 배치된다. The horizontal
제1 수평 로터리(210)는 제1 커버부(211) 및 제1 회전부(215)를 포함한다.The first
제1 커버부(211)는 하측에 개방부를 갖고, 제1 회전부(215)의 회전 시 비산하는 흙먼지가 튀는 것을 막아준다. 제1 커버부(211)의 형상은 어떤 것도 가능하나, 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이 상부가 완만한 반구 형상이고 그 하부는 원통 형상일 수 있다. 물론, 반구형, 원통형 등 다른 형상 또는 그 조합도 가능하다.The
제1 회전부(215)는 로터리 구동부재(350)와 연결된 제1 동력전달 축(351)에 의해 회전 가능한 회전 날로서, 논 잡초에 마찰력을 제공하여 논 잡초의 발생을 억제한다. 제1 회전부(215)는 상기 제1 커버부(211)의 하측으로 노출되고, 다수의 날이 서로 겹쳐져 형성되는 형상인 것이 바람직하다. The first
제2 수평 로터리(220)는 제2 커버부(221) 및 제2 회전부(225)를 포함한다.The second
제2 커버부(221)는 제1 커버부(211)와 같이 어떠한 형상도 가능하며, 바람직하게는 상부가 완만한 반구 형상이고 하부가 원통 형상일 수 있다. 물론, 다른 형상 또는 그 조합도 가능하다. 제2 커버부(221)의 직경은 제1 커버부(211)보다 작지만, 하측에 개방부를 갖고, 제2 회전부(225)의 회전시 비산하는 흙먼지가 튀는 것을 막는 기능은 공통된다. The
제2 회전부(225)는 제2 동력전달 축(352)에 의해 회전 가능한 회전 날로서, 논 잡초에 마찰력을 제공하여 논 잡초의 발생을 억제할 수 있다. 제2 회전부(225)는 제2 커버부(221)의 하측으로 노출되며, 다수의 날이 서로 겹쳐져 형성되는 형상인 것이 바람직하다. The second
본 발명의 일 실시예에서, 제1 동력전달 축(351)과 제2 동력전달 축(352)은 분리되거나 또는 일체화될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 동력전달 축(351)과 제2 동력전달 축(352)은 도 1에 도시된 바와 같이 상호 각도를 이룰 수 있으며, 또는 평행하게 형성될 수도 있다.In another embodiment of the present invention, the first
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 동력전달 축(351)과 제2 동력전달 축(352)은 독립적으로 작동할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the first
일 실시예에서, 논의 재식 특성을 고려하여 플로팅보트(100)의 너비는 30cm 이하이고, 제1 수평로터리(210)의 직경은 25cm 이하이고, 제2 수평로터리(220)의 직경은 10cm 이하이고, 수평 로터리 조립체(200)의 너비가 28cm 이하인 것이 바람직하다. 일반적으로, 기계 이앙된 논은 벼의 재식 밀도에 의한 줄간격(조간)이 30cm 내외 임을 반영한 것이다.In one embodiment, in consideration of the planting characteristics of the rice paddy, the width of the floating
도 2를 더 참조하여 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇(1000)의 시스템을 설명한다.The system of the paddy
본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇(1000)의 시스템은 AI 모듈(50)을 포함하여 자율주행이 가능하며, 이를 위한 제어부(10), 센서부(20), 통신부(30) 및 구동부(300)를 포함한다.The system of the paddy
제어부(10)는 센서부(20), 통신부(30), 구동부(300) 및 AI 모듈(50)과 연결되어, 센서부(20)에서 센싱된 정보가 AI 모듈(50)의 입력층이 되며, AI 모듈(50)에서 미리 학습된 결과를 이용하여 출력층인 제어 신호가 연산되며, 이를 이용하여 구동부(300)를 제어한다. 또한, 제어부(10)는 통신부(30)에 무선으로 연결된 단말기(31)를 통해 입력된 정보를 이용하여 수동으로 구동부(300)를 제어할 수도 있다.The
센서부(20)에서 논의 재식 특성이 센싱된다. 구체적으로, 센서부(20)는 카메라와 같은 이미지 센서(21)를 포함하며, 속도 센서(22), GPS 센서(23), 초음파 센서(24) 및 거리 측정 센서(25) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.In the
센서부(20)는, 본체(110)에 구비되는 제1 센서 모듈(112) 및 제1 센서 모듈(112)의 상부에 위치하는 제2 센서 모듈(172)을 더 포함한다. 이는, 이미지 센서(21)가 보다 정확하고 넓은 화각의 이미지를 센싱하기 위함이다. 이미지 센서(21)가 넓은 화각의 이미지를 센싱하여 논의 작물을 인식 및 구분함으로써 논의 재식 특성을 센싱할 수 있다.The
제1 센서 모듈(112) 및 제2 센서 모듈(172)에 의해 논의 재식 특성 외에도, 벼의 생육 정보, 잡초의 발생 정보, 전방 장애물까지의 거리가 더 수집될 수 있다.In addition to the planting characteristics of the rice paddy by the
다른 실시예에서, 수평 로터리 조립체(200)에 인접하게 위치하는 추가 센서가 있을 수 있다. 논 작물과 가까운 곳에 위치하기에 AI 모듈(50)의 연산 결과에 감지 결과를 추가하여 정확도를 올려준다.In other embodiments, there may be additional sensors positioned adjacent to the horizontal
AI 모듈(50)은 센서부(20)에 의해 센싱된 논의 재식 특성을 입력층으로 하고, 로터리 구동부재(350) 및 로봇 구동부재(310)의 제어 신호를 출력층으로 한다.The
또한, AI 모듈(50)은 로터리 구동부재(350)를 제어하여 중앙 로터리(240) 및 수평 로터리 조립체(200)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 제2 바퀴(140)의 회전을 이용한 중앙 로터리(240)의 회전방향 및 속도, 수평 로터리 조립체(200)의 가압 강도, 회전속도 등의 구동을 제어하여, 논 잡초에 가압 및 마찰을 부여한다.In addition, the
또한, AI 모듈(50)은 로봇 구동부재(310)를 제어하여 제1 바퀴(130) 및 제2 바퀴(140)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 제1 바퀴(130) 및 제2 바퀴(140)의 직진, 후진, 방향회전 등의 구동을 제어하여, 논 잡초 제거가 필요한 영역으로의 주행 및 회전하여 이동할 수 있다. In addition, the
구체적인 제어 방법은 도 3 내지 4를 더 참조하여 설명한다.A specific control method will be further described with reference to FIGS. 3 to 4 .
AI 모듈(50)은 두 가지 기능을 한다. 첫째는, 논 잡초를 제거하고자 하는 영역의 전체 경계를 결정하는 것이며, 둘째는, 논 잡초 관리 로봇(1000)의 주행 중 실시간으로 경로를 연산하여 이를 제어하는 것이다. The
본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해, 먼저, AI 모듈(50)은 센서부(20)로부터 논 잡초를 제거하고자 하는 영역의 이미지 전체(즉, 영역 전체 이미지)를 확인하여 경계를 결정한다(S100). In order to perform the method according to the present invention, first, the
다양한 이미지와 여기에 미리 결정되어 있는 경계선이 학습 데이터로서 사용되었으며, AI 모듈은 인공지능을 이용하여 영역 전체 이미지를 수신하면 경계를 자동으로 결정할 수 있다. Various images and pre-determined boundaries were used as training data, and the AI module can automatically determine the boundaries when receiving an image of the entire area using artificial intelligence.
다음, AI 모듈(50)은 S100 단계에서 결정된 경계를 이용하여 작업 영역을 확정하고 경로를 결정한다(S200). Next, the
다음, AI 모듈(50)은 인공지능을 이용하여 영역 전체 이미지를 수신하면 해당 이미지에서 벼를 식별하고, 벼의 재식 밀도 등 논의 재식 특성을 자동으로 확인하고, 확인된 논의 재식 특성을 이용하여 영역 전체의 경로를 결정한다(S300).Next, when the
이를 위해, AI 모듈(50)은 미리 결정되어 있는 벼의 위치를 포함하는 다양한 이미지를 학습데이터로 사용하여 학습한다. AI 모듈(50)은 수신된 이미지를 이용해 확인된 논의 재식 특성을 이용하여 영역 전체의 경로를 결정하며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 ㄹ자 형태인 것이 바람직하다. To this end, the
본 발명의 일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 논 잡초 관리 로봇(1000)을 동시에 이용하여 넓은 면적의 영역에 대해 멀티 운행도 가능하다. 이 경우, 멀티 운행을 위한 별도의 조정 단말기를 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, multi-operation is also possible for a large area using a plurality of paddy
이제, 논 잡초 관리 로봇(1000)이 작동하기 시작한다(S400). Now, the paddy field
논 잡초 관리 로봇(1000)이 주행함에 따라, 센서부(20)는 실시간으로 이미지를 확인하고, AI 모듈(50)은 확인된 이미지에서 논의 재식 특성을 확인한다(S500). As the paddy field
확인된 논의 재식 특성은 AI 모듈(50)에서 입력층으로 이용되며, 이를 통해 로터리 구동부재(350) 및 로봇 구동부재(310)를 제어하는 출력층이 연산된다(S600). The confirmed rice planting characteristics are used as an input layer in the
이를 위해, AI 모듈(50)은 다양한 논의 재식 특성과 이에 최적화된 로터리 구동 방식 및 로봇 구동 방식을 미리 학습한다. 예컨대, AI 모듈(50)이 논의 재식 특성으로서 조식은 8개이고, 벼의 재식 밀도에 의한 간격이 30cm임을 확인한 경우, 로터리 구동부재(350)가 중앙 로터리(240)와 수평 로터리 조립체(200) 모두를 구동시키도록 제어하고 로봇 구동부재(310)가 벼가 재배된 각 열의 사이로 이동하도록 로봇 구동부재(310)를 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. 만약, AI 모듈(50)이 25cm이하의 줄간격을 확인할 경우, 주행 불가로 판단하여 로터리 구동부재(350)와 로봇 구동부재(310)를 정지시키는 제어 신호를 출력층으로 연산하고, 다음 줄로 이동한다. To this end, the
한편, AI 모듈(50)에는 잡초의 발생 정보가 더 이용될 수 있다. 예컨대, AI 모듈(50)이 센서부(20)가 확인한 실시간 이미지를 통해 잡초의 발생 정보로서 잡초의 피복도가 10%로 확인되었다면, 로터리 구동부재(350)가 중앙 로터리(240)를 구동함과 동시에 수평 로터리 조립체(200) 모두를 최대 출력으로 구동시키도록 제어하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. On the other hand, the
또 다른 실시예에서, AI 모듈(50)에는 전방 장애물까지의 거리를 더 이용될 수 있다. 예컨대, AI 모듈(50)이 센서부(20)가 확인한 실시간 이미지를 통해 전방 장애물까지의 거리로서 100cm에 장애물이 있음을 확인하였고 실시간으로 거리가 줄어드는 것을 확인한 경우, 로봇 구동부재(310)가 회전하는 동작을 수행하는 제어 신호를 출력층으로 연산한다. 이 때에 회전 방향은 S300 단계에서 설정된 경로를 참조하게 된다.In another embodiment, the
다음, AI 모듈(50)이 실시간으로 확인한 이미지를 통해 주행한 제공한 경로라고 판단할 경우, 주행 완료로 판단하여 제어부(10)에 종료 신호를 출력층으로 연산한다.Next, when it is determined that the
본 발명에 따른 방법을 실제 논에 적용하면, 다음과 같이 운용될 수 있다.When the method according to the present invention is applied to an actual paddy field, it can be operated as follows.
벼 기계 이앙 후 3~5일 경, 논의 물이 1~2cm정도일 때, 잡초 발생 전 또는 발생 초기에 최초 운행을 시작한다. 해당 논의 상태에 따라 5~7일 간격으로 논 잡초 관리 로봇(1000)의 운행이 주기적으로 반복된다. 멀티 운행이 이루어질 수도 있다.About 3 to 5 days after the mechanical rice transplantation, when the water in the paddy field is about 1 to 2 cm, the first operation starts before or at the beginning of weeds. The operation of the paddy
벼가 충분한 군락을 이룬 최고분얼기경까지 반복 한다. 즉, 기계 이앙 후 논 잡초 관리 로봇(1000)을 5~7회 운행한다. 이 때, 논의 물 관리와 동시에 운행하면 효과적이다. 예컨대, 담수 깊이 1cm 내지 2cm 일 때 본 발명에 따른 논 잡초 관리 로봇(1000)을 운행시키면 더욱 효과를 볼 수 있다.Repeat until the highest tillage stage where the rice is sufficiently colonized. That is, after transplanting the machine, the rice paddy
물론, 작업자는 논의 상황이나 잡초의 발생에 따라 논 잡초 관리 로봇(1000)의 운행 횟수를 자유롭게 조절할 수 있다.Of course, the operator can freely adjust the number of operation of the paddy field
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, the present specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention, but these are merely exemplary, and those skilled in the art may make various modifications and equivalent other modifications from the embodiments of the present invention. It will be appreciated that embodiments are possible. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by the claims.
10: 제어부
20: 센서부
21: 이미지 센서
22: 속도 센서
23: GPS 센서
24: 초음파 센서
25: 거리 측정 센서
30: 통신부
31: 단말기
50: AI 모듈
100: 플로팅보트
110: 본체
130: 제1 바퀴
140: 제2 바퀴
170: 태양광 모듈
200: 수평 로터리 조립체
210: 제1 수평 로터리
211: 제1 커버부
215: 제1 회전부
220: 제2 수평 로터리
221: 제2 커버부
225: 제2 회전부
240: 중앙 로터리
300: 구동부재
310: 로봇 구동부재
350: 로터리 구동부재
351: 제1 동력전달 축
352: 제2 동력전달 축10: control
20: sensor unit
21: image sensor
22: speed sensor
23: GPS sensor
24: ultrasonic sensor
25: distance measuring sensor
30: communication department
31: terminal
50: AI module
100: floating boat
110: body
130: first wheel
140: second wheel
170: solar module
200: horizontal rotary assembly
210: first horizontal rotary
211: first cover part
215: first rotating part
220: second horizontal rotary
221: second cover part
225: second rotation unit
240: central rotary
300: driving member
310: robot driving member
350: rotary driving member
351: first power transmission shaft
352: second power transmission shaft
Claims (8)
상기 플로팅보트(100)에 위치하는 제1 바퀴(130)와 제2 바퀴(140);
상기 제2 바퀴(140)의 축에 다수의 날이 구비되어 회전되는 중앙 로터리(240); 및
상기 플로팅보트(100)에 구비된 상기 로터리 구동부재(350)에 연결되고 상기 플로팅보트(100)의 후방에 위치하며 가압 및 마찰 가능한 수평 로터리 조립체(200);를 포함하고,
상기 수평 로터리 조립체(200)는,
제1 수평 로터리(210); 및
상기 제1 수평 로터리(210)의 양측에 위치하며 수평 방향으로 중첩되는 한 쌍의 제2 수평 로터리(220)를 포함하고,
상기 제1 수평 로터리(210)는,
상기 로터리 구동부재(350)와 연결된 제1 동력전달 축(351)에 의해 회전 가능하며, 다수의 날이 서로 겹쳐져 형성된 제1 회전부(215)를 포함하고,
상기 제2 수평 로터리(220) 각각은,
상기 제1 수평 로터리(210)보다 직경이 작으며, 상기 제1 동력전달 축(151)과 독립적으로 형성된 제2 동력전달 축(352)에 의해 회전 가능하며, 다수의 날이 서로 겹쳐져 형성된 제2 회전부(225);를 포함하고,
상기 AI 모듈(50)은, 상기 제어 신호를 통해 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하여 상기 중앙 로터리(240) 및 상기 수평 로터리 조립체(200)의 구동을 제어하고, 그리고 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 제1 바퀴(130) 및 상기 제2 바퀴(140)의 구동을 제어하고,
상기 AI 모듈(50)이 입력층으로 하는 상기 논의 재식 특성은 조식 및 벼의 재식 밀도를 포함하고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 조식 및 벼의 재식 밀도를 인식하여 상기 중앙 로터리(240)의 회전방향 및 속도를 제어함과 동시에 상기 제1 동력 전달축(351) 및 상기 제2 동력 전달축(352)을 독립적으로 제어함으로써, 상기 제1 수평 로터리(210) 및 상기 제2 수평 로터리(220)의 가압 강도 및 회전속도를 독립적으로 제어하고,
상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 중앙 로터리(240) 및 상기 수평 로터리 조립체(200)의 출력을 제어하도록 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하는,
논 잡초 관리 로봇.
Al module 50 which uses the planting characteristics and weed generation information sensed by the sensor unit 20 as an input layer and the control signals of the rotary driving member 350 and the robot driving member 310 as an output layer is mounted a floating boat 100 having a main body 110;
a first wheel 130 and a second wheel 140 positioned on the floating boat 100;
a central rotary 240 provided with a plurality of blades on the axis of the second wheel 140 to rotate; and
A horizontal rotary assembly 200 connected to the rotary driving member 350 provided in the floating boat 100 and located at the rear of the floating boat 100 and capable of pressurization and friction; includes;
The horizontal rotary assembly 200,
a first horizontal rotary 210; and
It includes a pair of second horizontal rotary 220 located on both sides of the first horizontal rotary 210 and overlapping in the horizontal direction,
The first horizontal rotary 210,
It is rotatable by a first power transmission shaft 351 connected to the rotary driving member 350, and includes a first rotating part 215 formed by overlapping a plurality of blades,
Each of the second horizontal rotary 220,
The first horizontal rotary 210 has a smaller diameter, is rotatable by a second power transmission shaft 352 formed independently of the first power transmission shaft 151, and is formed by overlapping a plurality of blades. Rotating part 225; including,
The AI module 50 controls the driving of the central rotary 240 and the horizontal rotary assembly 200 by controlling the rotary driving member 350 through the control signal, and the robot driving member 310 ) to control the driving of the first wheel 130 and the second wheel 140,
The planting characteristics of the rice paddy to the AI module 50 as an input layer include planting density of breakfast and rice,
The AI module 50,
By recognizing the planting density of the breakfast and rice to control the rotation direction and speed of the central rotary 240, and at the same time independently control the first power transmission shaft 351 and the second power transmission shaft 352 , independently control the pressing strength and rotation speed of the first horizontal rotary 210 and the second horizontal rotary 220,
Controlling the rotary driving member 350 to control the output of the central rotary 240 and the horizontal rotary assembly 200 according to the generation information of the weeds,
Paddy weed management robot.
상기 AI 모듈(50)은 전방 장애물까지의 거리를 더 입력층으로 하고,
상기 AI 모듈(50)은,
상기 전방 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 로봇의 주행 및 회전을 제어하는,
논 잡초 관리 로봇.
The method of claim 1,
The AI module 50 further uses the distance to the front obstacle as an input layer,
The AI module 50,
Controlling the driving and rotation of the robot by controlling the robot driving member 310 according to the distance to the front obstacle,
Paddy weed management robot.
상기 제1 수평 로터리(210)는,
하측에 개방부를 갖는 제1 커버부(211)를 더 포함하고,
상기 제2 수평 로터리(220) 각각은,
상기 제1 커버부(211)보다 작은 직경으로 형성되며, 하측에 개방부를 갖는 제2 커버부(221)를 더 포함하는,
논 잡초 관리 로봇.
The method of claim 1,
The first horizontal rotary 210,
Further comprising a first cover portion 211 having an opening on the lower side,
Each of the second horizontal rotary 220,
Formed with a smaller diameter than the first cover portion 211, and further comprising a second cover portion 221 having an opening at the lower side,
Paddy weed management robot.
상기 플로팅보트(100)의 상면에서 이격 형성되는 태양광 모듈(170);을 더 포함하는,
논 잡초 관리 로봇.
The method of claim 1,
Further comprising; a photovoltaic module 170 spaced apart from the upper surface of the floating boat 100;
Paddy weed management robot.
상기 센서부(20)는,
상기 본체(110)에 구비되는 제1 센서 모듈(112); 및
상기 제1 센서 모듈(112)의 상부로 이격되어 위치하는 제2 센서 모듈(172)을 포함하고,
상기 제1 센서 모듈(112) 및 상기 제2 센서 모듈(172)에 의해 상기 논의 재식 특성, 상기 잡초의 발생 정보 및 상기 전방 장애물까지의 거리가 수집되며,
상기 제1 센서 모듈(112) 및 상기 제2 센서 모듈(172) 중 어느 하나 이상은 카메라 모듈을 포함하는,
논 잡초 관리 로봇.
3. The method of claim 2,
The sensor unit 20,
a first sensor module 112 provided in the body 110; and
and a second sensor module 172 positioned to be spaced apart from the upper portion of the first sensor module 112,
The planting characteristics of the rice paddy, the generation information of the weeds, and the distance to the front obstacle are collected by the first sensor module 112 and the second sensor module 172,
Any one or more of the first sensor module 112 and the second sensor module 172 includes a camera module,
Paddy weed management robot.
상기 제1 바퀴(130)는 갈퀴바퀴이고,
상기 제2 바퀴(140)의 직경은 상기 제1 바퀴(130)보다 큰,
논 잡초 관리 로봇.
The method of claim 1 .
The first wheel 130 is a pitchfork,
The diameter of the second wheel 140 is larger than the first wheel 130,
Paddy weed management robot.
상기 플로팅보트(100)의 가로의 너비는 30cm 이하이고,
상기 제1 수평 로터리(210)의 직경은 25cm 이하이고,
상기 제2 수평 로터리(220)의 직경은 10cm 이하이고,
상기 제1 수평 로터리(210)와 상기 제2 수평 로터리(220) 각각은 상기 수평 로터리 조립체(200)상에서 수평 방향으로 중첩되게 배치되고, 상기 수평 로터리 조립체(200)의 가로의 너비는 28cm 이하인,
논 잡초 관리 로봇.
4. The method of claim 3,
The horizontal width of the floating boat 100 is 30 cm or less,
The diameter of the first horizontal rotary 210 is 25 cm or less,
The diameter of the second horizontal rotary 220 is 10 cm or less,
Each of the first horizontal rotary 210 and the second horizontal rotary 220 is disposed to overlap in the horizontal direction on the horizontal rotary assembly 200, and the horizontal width of the horizontal rotary assembly 200 is 28 cm or less,
Paddy weed management robot.
(a) 상기 AI 모듈(50)이 상기 센서부(20)에서 감지된 상기 논의 재식 특성, 상기 잡초의 발생 정보 및 전방 장애물까지의 거리를 수집하는 단계; 및
(b) 상기 AI 모듈(50)이 미리 학습된 결과를 이용하여, 상기 벼의 재식 밀도에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 잡초의 발생 정보에 따라 상기 로터리 구동부재(350)를 제어하고, 상기 전방 장애물까지의 거리에 따라 상기 로봇 구동부재(310)를 제어하여 상기 논 잡초 관리 로봇(1000)의 주행 및 회전을 제어하는 단계;를 포함하는,
방법.As a method using the paddy weed management robot 1000 according to any one of claims 2 to 7,
(a) collecting, by the AI module 50, the planting characteristics of the rice paddy detected by the sensor unit 20, the generation information of the weeds, and the distance to the front obstacle; and
(b) the AI module 50 uses the pre-learned result, and controls the rotary drive member 350 according to the planting density of the rice, and the rotary drive member 350 according to the generation information of the weeds. and controlling the driving and rotation of the paddy weed management robot 1000 by controlling the robot driving member 310 according to the distance to the front obstacle.
Way.
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