시뮬레이션을 이용한 고추 수확기의 동적 특성 연구

강석호,김준희,김영수,우승민,두윰우예다니엘,하유신,Kang, Seokho,Kim, Junhee,Kim, Yeongsu,Woo, Seungmin,Daniel, Dooyum Uyeh,Ha, Yushin 한국시뮬레이션학회 2020 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.29 No.3

밭 농업 기계는 심한 경사지와 험로, 재배 작물별 정형화되지 않은 재배양식으로 인해 개발이 어렵다. 특히 고추 수확 작업은 많은 시간과 인력이 요구되는 작업으로 고령화가 가속화되는 국내 농촌의 큰 문제점이다. 본 연구는 부족한 인력을 대체하고 작업 시간을 줄이며 수확 작업을 기계화하기 위해 개발된 고추 수확기의 동적 특성을 연구하고자 한다. 고추 수확기의 동적 특성을 분석하기 위해 동역학 프로그램인 Recurdyn을 이용하여 진행하였으며 모든 분석은 공차를 전제로 분석을 진행하였다. 시뮬레이션 결과에 따라 주행 플랫폼이 주행할 수 있는 안전 범위를 제시하였다. The field farming machine is difficult to develop due to its heavy slopes, tough roads and unformatted cultivation by growing crops. In particular, harvesting is a major problem in rural areas in Republic of Korea where aging is accelerated with work requiring a lot of time and manpower. This study seeks to analyze the dynamic characteristics of hot pepper harvester developed to replace manpower, reduce working hours and mechanize harvesting operations. To analyze the dynamic characteristics of a hot pepper harvester, the dynamic program Recurdyn was used and all analysis were performed as case of an empty vehicle. Based on the results, this study can suggest dynamic safety range of multi-purpose driving platform with hot pepper harvester.

윤거조절에 따른 다목적 주행 플랫폼 안전성 시뮬레이션 분석

강석호 ( Seokho Kang ),우승민 ( Seungmin Woo ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),김영수 ( Yeongsu Kim ),김준희 ( Junhee Kim ),김윤수 ( Yunsu Kim ),하유신 ( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

국내 농촌은 규격화되지 않은 두둑 크기, 경사지, 노동력 부족, 고가의 작업기로 인해 작업기 진입이 어렵고 작업 시간이 오래 소요된다. 본 연구는 이러한 농촌 현황을 고려하여 윤거 조절이 가능한 다목적 주행플랫폼 개발(크롤러)의 일환으로 작업 안전성을 확보하기 위한 주행 시뮬레이션을 수행하였다. 크롤러의 재원은 길이 4 m, 폭 1.5 m, 높이 2 m, 지상고 600 mm, 윤거 폭은 1200 ~ 1500 mm 조절이 가능하며, 공차 무게 2020 kg으로 동양물산기업㈜에서 제작한 테스트기이다. 주행 시뮬레이션은 윤거 폭을 100 mm간격으로 조절하여 Pitch와 Roll에 대해 작업 가능한 안전 각도에 대해 RecurDyn 소프트웨어를 통하여 분석하였다. 국내 선도 농장을 방문해 측정한 현장 최대 각도인 35 deg와 비교하였을 때, 윤거 1200 mm에서 Pitch 각도는 13 ~ 18 deg 차이의 안전성으로 작업이 가능한 것으로 분석되었다. 윤거 폭에 따른 Roll 최대 각도는 각각 1200 mm에서 37 deg, 1300 mm에서 39 deg, 1400 mm에서 41 deg, 1500 mm에서 43 deg로 분석되었다. 공차임을 고려했을 때 기존 윤거 폭 1200 mm에서는 Roll-over의 위험이 있고 현장 최대 각도인 35 deg에서 작업하기 위해서는 최소 윤거 폭 1400 mm로 조절해야 6 deg 차이의 안전성으로 작업이 가능한 것으로 분석되었다. 본 연구에서 분석된 데이터는 차후 크롤러 개발의 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대되어 진다.

비도로용 디젤엔진의 Urea SCR system 적용을 위한 NO₂/NOx ratio 예측모델 개발에 관한 연구

강석호 ( Seokho Kang ),김훈명 ( Hoonmyung Kim ),강정호 ( Jeongho Kang ),박은용 ( Eunyong Park ),권오현 ( Ohyun Kwon ),김대열 ( Daeyeol Kim ) 한국분무공학회 2020 한국액체미립화학회지 Vol.25 No.4

The current emission regulations, US Tier-4 and EU Stage-V, are only able to satisfy the regulations when all currently mass-produced emission reduction technologies such as EGR, DOC, DPF, and SCR are applied. Therefore, in this study, for the application of the Urea-SCR system to non-road diesel engines, the database was established by measuring the NO, NO₂ concentration and calculating the NO₂/NO_x ratio based on the catalyst temperature and exhaust mass flow rate. Also, based on the measured NO₂/NO_x ratio data, a mathematical model was proposed to predict the NO₂/NO_x ratio at SCR catalyst, and the suitability of the model was verified through steady-state and transient mode. As a result of comparing the NO₂/NO_x ratio measured at the DOC outlet under the steady-state condition to two model values separately, the R² was 0.9811 for the 3D map model and 0.9303 for the mathematical model. And in the case of the NO₂/NO_x ratio measured at the DPF outlet, the R² was 0.9797 for the 3D map model and 0.935 for the mathematical model. It was confirmed that the R² with the model value of the 3D Map of the mathematical model in the transient mode is 0.957, which shows high reliability.

온수 보일러가 내장된 건조기의 건조 특성 연구

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),김준희 ( Junhee Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

부패하기 쉬운 식자재들은 저장력 증대를 위하여 특정 함수율 이하로 건조하여 사용된다. 이러한 건조 형태는 고추나 버섯과 같은 밭작물에서 뿐만아니라 미역과 다시마 같은 해조류까지의 식자재 군에서 건조가 요구된다. 하지만 일반 건조기는 건조 중 증발된 내부 수분을 배출시키기 위해 동작을 멈추고 문을 열어 수동으로 제습 작업을 해야 하는 단점이 있으며 내부 온도 유지에 불리하고 전력 소모 또한 적지 않다. 본 연구는 이러한 단점들을 보완하고자 내부 발생하는 습기를 배출해주고 상승시킨 내부 온도를 유지하고자 제습 순환 장치와 온수 보일러를 내장했을 때의 건조기의 건조 특성을 분석하였다. 공시 재료는 시판에서 판매되는 ‘대화 고추’로 초기 함수율은 함수율 측정 3회 반복한 결과 81%로 나타났다. 공시 재료 20 kg를 온수 보일러 건조기를 사용하여 함수율 15%까지 건조할 때의 건조기 상·하부의 온도와 제습 입·출구의 습도와 온도를 측정하였으며 소모되는 전력을 확인하고자 적산전력계를 설치하였다. 실험 결과 약 3시간 주기로 건조와 제습을 반복하여 작물이 건조되었으며 총 24시간의 시간이 소요되었다. 소모된 전력은 약 27 kW, 전력량은 약 650 Wh로 기존 건조기보다 전력량이 30% 줄어들었으며 수동 제습 작업이 요구되지 않아 사용 편의성이 개선되었다. 이는 제습하는 동안 온수 보일러가 내부 온도를 유지하여 작물 온도 유지 효율을 상승시켰기 때문으로 판단된다. 본 연구에서는 제습 장치와 온수 보일러 이용을 통한 내부 온도 유지가 건조 효율 상승에 미치는 효과를 분석하였으며 이는 건조기 효율 개선의 데이터로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Urea-SCR System의 NH₃ Slip 저감을 위한 NOx Sensor 기반 폐루프 제어기 개발에 관한 연구

강석호(Seokho Kang),오승영(Seungyoung Oh),이민광(Minkwang Lee),김훈명(Hoonmyung Kim),강정호(Jeongho Kang) 한국자동차공학회 2021 한국 자동차공학회논문집 Vol.29 No.2

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.

고추 재배 양식에 따른 기계 수확 특성 분석

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),김준희 ( Junhee Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

고추는 지역에 구분되지 않고 널리 재배되는 식자재 중 하나이며 홍고추, 풋고추, 고춧가루 등 많은 형태로 이용되고 있다. 일반적으로 고추 수확은 일찍이 8월 말부터 늦게까지는 10월 중순까지 여러 번에 걸쳐 수작업으로 이루어진다. 이러한 수확 작업은 많은 노동력이 요구되며 투자 시간 또한 많이 차지한다. 본 연구는 고추 수확 기계화에 유리한 재배 조건을 연구하기 위해 실험군을 나누어 기계 수확 실험을 했을 때의 특성을 확인하였다. 실험에 사용된 고추 품종은 AR Legend, 매운탄, 적영으로 병과 해충에 면역력이 우수한 일시 수확형 품종이다. 재배 양식의 실험군은 일렬 재배로 재식 간격 30 cm, 40 cm 50 cm 3 수준으로 나누어 구분하였으며 각 재배 양식마다 3회 반복 실험을 진행하여 작물의 정상과 수확율과 수확량의 평균값을 분석하였다. 실증 시험 결과, 30 cm, 40 cm, 50 cm의 정상과 수확율은 각각 75%, 80%, 83%로 재배 간격이 넓어질수록 수확율이 증가하였고 이는 모든 품종에서 동일하게 나타났다. 이는 재배 간격이 좁을수록 고추 수확 시 작물끼리의 충돌이 일어나는 것으로 분석되었으며, 수확율은 재배 간격 50 cm에서 가장 높게 나왔지만 수확량은 재배 간격 40 cm에서 가장 높게 나타나 재배 간격에 따른 모종 수의 차이로 분석된다. 정상과 수확율과 수확량을 고려하였을 때, 기계 수확에 유리한 재배 간격은 40 cm인 것으로 분석되며 본 연구는 고추 수확 기계화 연구의 기초 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

수확 전처리가 고추 기계 수확에 미치는 영향

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

고추는 세계적으로 많이 사용되는 조미 채소이며 최근 해외에서는 인력으로 수확하던 기존 수확 방법을 개선하고자 수확기가 보급되고 있어 고추 가격이 낮아지는 추세이다. 하지만 국내 고추 수확 현실은 수확 기계 연구 부족과 기계 수확에 적합한 재배법 개발 부족으로 인해 시장에서의 가격 경쟁력을 잃어가고 있다. 따라서 국산 고추의 시장 경쟁력 회복을 위한 기계 수확 상용화와 기존 수확 방법을 대체할 방법에 관한 연구가 요구된다. 본 연구는 고추 기계 수확 성능 향상을 위해 고추 기계 수확 하루 전날 작물에 염수 처리하여 기계 수확 후 수확 작물들을 5가지 항목(정상과, 손상과, 손실과, 미탈실과, 가지부착과)으로 구분하였으며 전처리과정을 하지 않은 구역과 비교하여 염수 처리가 기계 수확에 미치는 영향을 확인하였다. 실험에 사용된 고추 품종은 AR Legend, 매운탄, 적영으로 바이러스와 탄저병에 면역력이 뛰어난 일시 수확형 고추 품종이다. 1회 수확 시 10 m 수확하여 3회 반복 실험하였으며 작물의 항목별 수확 비율의 평균값을 비교 분석하였다. 그 결과, 염수 처리한 구역의 미탈실과와 가지부착과의 비율이 최대 5% 감소하였으며 정상과의 비율이 최대 4% 상승하였고 모든 품종에서 같은 것으로 분석되었다. 이는 수확 전날 분무한 염수가 작물의 증산 작용에 장애를 일으켜 생력을 감소시킨 것으로 분석되며 방아다리와 고추 꼭지의 결합력이 감소하여 수확 성능이 개선된 것으로 보인다. 수확 전날 염수 전처리는 고추 기계 수확 성능을 향상시키며 본 연구는 고추 기계 수확 방법 연구의 기초 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

부착기별 하중에 따른 다목적 주행 플랫폼의 정적 안정성 분석

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

농업 기계의 개발은 부족한 인력을 대체하고 작업 시간을 단축하는 등 농작업의 효율이 상승하는 계기가 되었다. 하지만, Rondelli 등의 (2018) 조사에 따르면 농업 기계의 사용은 운전자의 부주의, 조작 미숙 등 여러 가지 이유로 매년 안전사고가 나고 있으며 이로 인한 사망자도 발생하고 있다. 특히 경사지에서의 전복 및 전도 사고는 작업자의 생명과도 직결되며 비용적인 측면에서도 큰 손실을 불러일으킨다. Abubakar 등의(2010) 연구에 따르면 이러한 문제로 많은 농업 기계들의 정적 혹은 동적 상태의 안정성이 분석되고 있으며 전복방지구조 적용으로 안전사고가 감소하고 있지만, 여전히 전도에 대한 안정성 분석이 요구되며 운전자에게 작업 가능한 범위를 제시할 필요가 있다. 본 연구는 무한궤도 형식의 다목적 주행 플랫폼의 부착기 (고추 수확기, 운반차)에 따른 정적 안정성을 분석하고자 동적해석 프로그램인 Recurdyn (V8R5, FunctionBay, Republic of Korea)을 이용하여 전도 시뮬레이션을 진행하였으며 하중에 따른 기계의 횡·종 방향의 전도 각도와 5 수준의 하중에 (0, 50, 100, 150, 200 kg) 따라 이동하는 3축 무게 중심점의 추이를 통계분석을 통해 분석하였으며 그 결과를 통해 다목적 주행 플랫폼의 부착기별 작업 가능한 범위를 제시하였다. 고추 수확기의 무게 중심은 하중에 따라서 y, z 방향에 가장 큰 영향을 받았으며 횡 방향 작업 시 가장 위험한 것으로 분석된다. 하중에 따른 x 방향은 영향력이 없었으며 운전자 탑승 방향인 좌측에서 가장 낮은 전도 각도를 갖는 것으로 분석되었다. 운반차의 무게 중심은 하중에 따라서 x, z 방향에 가장 큰 영향을 받았으며 종 방향 작업 시 가장 위험한 것으로 분석된다. 하중에 따른 y 방향은 영향력이 없었으며 운반차 적재함이 우측에 위치함에 따라 종 방향 우측에 대한 전도 위험이 가장 큰 것으로 분석된다.

데이터 증대와 전이학습의 CNN 기반 위내시경 분류/분할 성능 개선 효과 검증

강명인(Myeonginn Kang),강석호(Seokho Kang),오규협(Kyuhyup Oh) 한국정보과학회 2020 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.7