45kW급 전자 제어형 승용 자주식 마늘수집기 포장성능시험 (Ⅰ)

이예슬 ( Yeseul Lee ),김영화 ( Younghwa Kim ),강나래 ( Narae Kang ),유승화 ( Seunghwa Yu ),남영조 ( Youngjo Nam ),권승귀 ( Seunggwi Kwon ),하유신 ( Yushin Ha ),박형규 ( Hyunggyu Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

마늘은 고추, 양파, 파 등 조미채소 중 재배면적의 두 번째를 차지하고 있는 중요 작물이다. 그러나 마늘의 재배면적은 2020년도 25,372 ha에서 2021년도 21,999 ha로 약 13% 감소하였으며, 생산량 또한 2020년도 363,432 톤에서 2021년도 308,532 톤으로 약 15% 감소하였다. 이러한 감소 원인은 인건비 상승, 수입 마늘 증가, 농가의 인구 고령화 등이 있다. 기계화율을 향상시키고 생산비 절감을 위해 승용자주식 마늘 수집기의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 45kW급 전자 제어형 승용 자주식 마늘 수집기 시작기를 투입하여 주행속도 및 수집속도를 요인으로 포장성능시험을 수행하였다. 경상남도 창녕군 효정리 소재 농가 포장에 시험포장을 조성하였으며, 마늘(품종 : 대서)을 대상으로 하였다. 마늘 수집기의 주행 및 수집속도에 따른 손실률, 손상률, 이물질 혼입률 등 주요 작업부의 작업성능 및 적정 작업 속도를 선정하였다. 주행속도 3수준(0.2, 0.3, 0.4 m/s), 수집속도 3수준(60, 70, 80 rpm)으로 시험 요인을 선정하고, 요인별 시험 구간은 3 m로 3반복 실시하였다. 시험 결과 주행속도 0.3 m/s, 수집부 회전속도 70 rpm일 때 수집성능은 손실률 5.98%로 가장 양호하였다. 요인시험에서 수집된 마늘과 흙, 줄기 등의 무게를 조사하여 이물질 혼입률을 분석하였다. 수확한 마늘은 요인별로 찍힘과 쪼개짐을 조사하였으며, 30개씩 무작위로 선별하여 마늘의 껍질을 제거하여 멍을 분석하였다. 주행속도별 수집부 회전속도 70 rpm에서 손상률이 1.11%로 가장 양호하였다. 목표성능인 마늘 손상률 3%미만, 수확률 95% 이상을 만족하는 주행속도 0.3 m/s, 수집속도는 70 rpm으로 판단하였다.

방울토마토 꼭지제거 요인시험

김영수 ( Yeong Su Kim ),김준희 ( Junhee Kim ),우승민 ( Seungmin Woo ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

방울토마토는 2016년 기준 재배면적은 18,362 ha이며, 생산량은 114,977ton을 보인다. 연평균 도매가격이 17,105원/5kg으로 선호하는 과일 5위에 달한다. 이러한 방울토마토는 꼭지가 부착된 상태여야 신선도가 높은 것으로 인정되어 높은 가격을 받을 수 있다. 하지만 보관 시 꼭지로 인해 저장성이 저하되는 연구가 보고된바 있으며, 취식전에 꼭지를 제거해야 하는 불편함이 있다. 이러한 저장성 저하 문제와 꼭지 제거의 불편함을 해소하기 위하여 방울토마토 자동 꼭지제거기의 개발이 이루어져야 하며, 기계의 성능선정을 위해 꼭지 제거에 소요되는 응력과 방울토마토가 다치지 않고 허용할 수 있는 최대 응력측정이 요구된다. 방울토마토의 꼭지제거 및 허용응력을 측정하기 위하여 장치구성은 인장압축기(LTCM-100, Ametek, USA)와 바이스 및 프로브를 이용하여 실험하였다. 실험은 꼭지를 제거하는 인장시험 및 방울토마토 허용응력측정을 위한 압축시험을 진행하였다. 꼭지를 제거하는 실험은 인장시험을 통해 35 mm/min의 속도에서 실험하였으며, 방울토마토의 꼭지를 고정한 상태에서 방울토마토를 인장하여 이탈되기 전까지의 응력을 측정하였다. 3회 반복실험한 결과 Tension Peak는 평균 3.9 N, Maximum Load는 평균 3.18 N이며, 꼭지가 완전히 떨어져 나간 실험소요시간은 평균 40.8 s, Average Load는 평균 1.27 N이다. 방울토마토 허용응력실험은 압축시험을 통해 35 mm/min의 속도에서 실험하였으며, 방울토마토를 금속원판 위에 올려놓은 상태에서 방울토마토를 압축하여 표피가 터질 때까지의 응력을 측정하였다. 3회 반복실험한 결과 Tension Peak는 평균 18.9 N, Maximum Load는 평균 17.9N이며, 표피가 압축하는 힘을 견디지 못하고 터질 때까지의 실험소요시간은 평균 30.8 s, Average Load는 평균 9.5 N이다. 실험 경과 시간의 경우 방울토마토의 꼭지를 제거할 때의 경과 시간이 10 s 더 길었으며, Tension Peak, Maximum Load, Average Load의 경우 방울토마토의 표피가 다치지 않고 허용하는 응력이 더 크게 나타났다. 본 연구에서는 방울토마토의 꼭지 제거를 위한 응력을 알 수 있었으며, 방울토마토의 허용응력을 초과하지 않은 범위에서 꼭지제거기의 개발이 요구된다.

습도 센서 부착형 고추 모종 이식기 개발

박예린 ( Yushin Ha ),이정화 ( Seungmin Woo ),김지은 ( Yerin Park ),김태원 ( Jeonghwa Lee ),우현지 ( Jieun Kim ),우승민 ( Taewon Kim ),하유신 ( Hyunji Woo ),( Seongmin Woo ),( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

최근 농업 사회에서의 노동력 감소와 귀농·귀촌에 따른 청년 농부가 증가함에 따라 새로운 방식의 농업사회가 구성되고 있으며 이에 따라 정확한 계측 농업의 도입과 농업의 디지털화가 이루어지고 있다. 본 연구의 목적은 농촌 사회의 변화에 맞춰 편리함과 정확함을 목표로한 고추모종 이식기를 개발하는 것이다. 현재 농촌에서는 고추 정식 과정에서 물을 줄 때 눈대중으로 적당량의 수분을 공급해 주는 방식을 사용한다. 이런 방식은 농민의 경험에 의존한 방법이며 최적의 생산량을 도출해내기는 어렵기에 수분을 공급하는 적합한 습도 값을 조사해 이 습도 값만큼 물을 주도록 개발품을 설계하였다. 정식 시에 기존 토양의 물 주기 전의 습도 값을 측정하고 이에 따라 적합한 습도 값(85%)에 도달할 때까지 물을 공급하고 저절로 멈추도록 하는 장치의 개발이다. 또한 기존의 고추 정식 과정은 땅을 파고 모종을 심고 물을 주고 흙을 덮는 과정으로 이루어지는데 비닐 멀칭 구멍 뚫기, 모종심기, 필요한 수분 공급 등의 세분화된 과정들을 한 번에 수행함으로써 모종을 이식하는 과정을 하나의 기계로 한번의 공정을 통하여 수행할 수 있도록 설계하여 노동력과 경영비를 감소시키는데 그 목적이 있다. 이를 위해서는 토양 습도 측정을 위한 습도계, 수분 공급을 위한 워터 펌프, 습도 값을 읽고 워터 펌프로 내보낼 물의 양을 계산해 줄 아두이노를 사용하며,수분이 공급되는 분수호스를 적용하였다. 간편해진 모종 이식 방법으로 모종을 이식 할수 있기에 노인이 많은 농촌 사회에서 부족한 일손을 본 개발품을 통하여 일정부분 해소할수 있으며 불필요한 동작 및 위험요소가 사라짐에 따라 부상 위험을 감소시킬 것으로 기대되며 추후 개발품의 현장 실험을 통하여 능률을 분석하며, 수정 보완할 계획이다.

Trends in Automation and Robotics in Protected Horticulture

( Uyeh Daniel Dooyum ),( Senorpe Asem-hiablie ),( Tusan Park ),( Seungmin Woo ),( Hoseo Lee ),( Junhee Kim ),( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

Changes in climate and associated negative impacts on production agriculture have increased the focus on adaptation strategies including protected cultivation systems. Incorporation of automation and robotics in such systems provide additional benefits such as reduced exposures to chemicals that are harmful to human operators in these enclosed structures. Also, environmentally-friendly practices such as precision weed control which reduce the use of chemicals are made possible by machine vision. Moreover, automation provides opportunities for improved positioning in the global market through increased production. In addition to a review of published reports on automation and control in production systems, five state-of-the-art greenhouses and a major international industry exhibition were visited in order to examine trends in protected cultivation. Data on automation systems and production outputs were collected and analyzed. Our findings show that important gains have been made recently including substantial progress in the development of robots for protected cultivation in greenhouses. For example, 5,000 kg/ha of paprika with 1,500,000 growth lines was cultivated in a state-of-the-art greenhouse using a workforce of 50 personnel compared to 2500 kg/ha in the open field with a considerably higher labor force. This represented a 50% increase in production per square meter and indicates some of the opportunities presented by protected cultivation in meeting growing demands without increasing areas under cultivation. Greenhouse cultivation could be a major driver in attaining food security especially in countries most susceptible to changes in climate. There is a need therefore for improvements in systems as well as the development of relatively affordable technology to facilitate automation.

Approaches to Precision Animal Feed Production using Hyperspectral Imaging and Computational Intelligence

( Daniel Dooyum Uyeh ),( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

A resilient animal industry will require cost-effective feed rations as feed accounts for between 60 to 80% of production costs. Owing to the complexities in feed formulation, software programs are of benefit in ensuring accurate nutrient compositions with selections of cost-efficient materials. However, requirements of specialized techniques for users, high computing power needs, and lack of user-software interactivity for optimizing results, for example, limit current feed formulation software use. Researchers have been exploring the possibility of using food industry and agricultural by-products, and food waste in feed formulation with the benefits of reducing feed deficits and costs. The nutrient profiles of by-products and food wastes, however, are highly variable due to inconsistency in sources and extraction methods. To address these gaps, software and hyperspectral imaging models were developed. Subsequently, the developed systems were integrated into existing ones to propose two models for precision livestock feed production.

Generation and Next Generation Sequencing-based Characterization of a Large Human Combinatorial Antibody Library

Hye Lim CHOI,Ha Rim YANG,Gyeong SHIN,Kyusang HWANG,Ji Woong KIM,Ji Hyun LEE,Taehoon RYU,Yushin JUNG,Sukmook LEE 한국생물공학회 2023 한국생물공학회 학술대회 Vol.2023 No.4

Fabrication of a 6-component Load Cell for Load Measurements

( Junhee Kim ),( Seungmin Woo ),( Daniel Dooyum Uyeh ),( Yushin Ha ),( Changseop Shin ),( Sungbo Shim ),( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.1

Agricultural work is very harsh on the farm. Among them, traction needs high force and machines get high load through it. Thus, consideration for tractive force is needed when designing and developing agricultural implements for traction on the farm. To measure traction force, a 6-component load cell was fabricated. It was made precisely, taking into consideration the size of the tractor and its interference with the Power Take-Off (PTO) axis due to operation of three-point hitch. The fabricated 6-component load cell is equipped with six S-beam type load cells with a rated capacity of 2 tons in a vertical direction to the horizontal direction in which the tractor and the agricultural implement are fastened. In addition, an inverter was constructed to supply power for real-time monitoring. The 6-component load cell and Data Acquisition (DAQ) devices fabricated from this study can be used to measure tractive force and PTO load while developing various agricultural implements linked with agricultural tractors. In this study, we designed and manufactured a six-component load cell which can measure the tractive force while working linked between category 2 ranged tractor and agricultural implement.

고추수확기를 장착한 다목적 주행 플랫폼 동적 특성분석

강석호 ( Seokho Kang ),김준희 ( Junhee Kim ),김영수 ( Yeongsu Kim ),하유신 ( Yushin Ha ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

2010년부터 국내 고추 수요는 증가하는 반면, 국내 농촌 노동력 부족, 외국 고추 수입량 증가와 인건비 상승으로 인한 국내 고추 가격 경쟁력 감소 등의 문제로 국내 고추 생산이 어려워지고 있다. 국내 고추 생산량 증가와 인건비 절감으로 인한 시장 경쟁력 강화를 위해 무한궤도 형태의 다목적 주행플랫폼(크롤러)에 고추 수확기를 장착하여 동적 특성을 확인함으로써 수확 작업 기계화 가능성 을 확인하였다. 고추 수확기를 장착한 크롤러의 재원은 길이 4m, 폭 1.5m, 높이 2m, 지상고 600mm, 윤거 폭 1200, 작물 적재 무게 200kg, 운전자 무게 70kg, 공차 무게 2020 kg 이다. 분석한 동적 특성 분석으로는 경사각에 따른 주행 가능성 분석, X축과 Y축에 대한 기울기 정도인 Pitching과 rolling 최대 각도, 충돌 후 주행 가능한 최대 장애물 높이, 최소회전반경을 분석하였다. 모든 분석은 작물을 적재하지 않았을 경우와 작물을 적재했을 경우를 분석하였으며 동역학 시뮬레이션 소프트웨어인 RecurDyn을 사용하였다. 적재함이 비었을 경우, 고추 수확기를 장착한 크롤러는 최대 35degree의 경사각을 등반할 수 있으며 Pitch 각도 최대 58degree, Roll 각도 최대 53degree, 장애물 최대 크기 45cm, 최소회전 반경 900mm로 분석되었다. 작물 적재 상태의 경우, 최대 25degree의 경사각을 등반할 수 있으며 Pitch 각도 최대 52degree, Roll 각도 최대 52degree, 장애물 최대 크기 45cm, 최소회전반경 870mm로 분석되었다. 본 연구에서 분석된 데이터는 크롤러 형태의 고추 수확기 상용화 데이터 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대되어 진다.

Non-destructive Determination of Moisture Content of Livestock Feed

( Daniel Dooyum Uyeh ),( Tusan Park ),( Seungmin Woo ),( Junhee Kim ),( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.1

Feed moisture content (M.C.) and dry matter are vital in the livestock industry because livestock are required to consume adequate dry matter while moisture content of the feed also limits its shelf-life. Available devices for moisture content determination which could also be used to estimate the dry matter content are specific to a component of the feed and mostly destructive in principle. This makes it imperative to develop a device that can detect the moisture content of mixed feeds in real time. The near infrared spectroscopy (NIRS) has been widely investigated for rapid, often non-destructive, determination of the compositional and quality traits of agricultural products. Specific wavelengths are usually transmitted, absorbed, or reflected depending on the chemical composition and physical factors of a sample. Total mixed ration (TMR) feed formulated at the Hwaseong Dairy TMR factory was used in this study. A sample holder, consisting of two different parts: a holder for optical fiber probe that supports 5 angles and a petri dish holder for the TMR sample to be placed were modeled and printed using a 3D printer. The sample was prepared to 15 different moisture content percentages between 30% and 75%. A NIRS was used for the acquisition of moisture content data. Nine spectrum data were collected from different points of the sample at 4.86mm between the probe and the sample. A prediction model was developed using partial least squares regression. Results showed predictions matched measured values with r-square value of 0.95 for calibration and 0.78 for validation. A model for real-time estimation of moisture content in TMR sample using NIRS was developed

Rapid and Non-destructive Measurement of Crude Fiber in Mixed By-products for Livestock Feed Formulation

( Uyeh Daniel Dooyum ),( Seungmin Woo ),( Junhee Kim ),( Yeongsu Kim ),( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

The livestock industry will need to increase its productivity using existing and fewer resources because of the increasing and sometimes conflicting demands on water and land resources. Feed accounts for 60-80% of the total production cost in breeding livestock. This has led to research on reducing feed cost such as utilizing food and agriculture by-products and co-products. By-products and co-products are widely available locally and are usually cost-effective. However, there is high variation in their physical and nutritional properties such as crude fiber which is a good measure for calculating the energy value of the feed and is vital to the growth and performance of the animal. The variation makes it difficult to ascertain their nutritional properties for feed formulation. Available methods for quantifying crude fiber are destructive and time consuming. Major by-products were collected around the Republic of Korea. They were mixed referring to industrial standards and analyzed for their crude fiber content using the Association of Official Analytical Chemist methods. 44 samples were scanned using hyperspectral camera. The spectral data were divided into 70% for calibration and 30% for validation. Prediction models were built using MATLAB and Unscrambler software. An R2 calibration value of 0.76 and 0.69 for prediction were obtained. A non-destructive and rapid method for measurement of fiber in by-products was developed.