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- 저자 : 한길수 ( Gilsu Han ) (검색결과 2 건)
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김국환 ( Gookhwan Kim ),이대현 ( Daehyun Lee ),이명훈 ( Myunghoon Lee ),한길수 ( Gilsu Han ),이현동 ( Hyundong Lee ),홍영기 ( Youngki Hong ),도윤수 ( Yunsu Do ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
사과와 배 같은 과원 내에서 농작업을 수행할 때 불규칙하고 경사진 노면을 주행하는 경우가 많은데 농기계 및 작업기의 전복 사고로 인한 농민 사상자가 증가하고 있을 뿐 아니라 방제 시 농작업자의 과도한 유해성 농약 흡입으로 인한 빈번한 피해가 발생하고 있다. 이러한 피해를 줄이고자 과원 내에서 무인으로 자율주행을 하면서 농작업을 수행할 수 있는 로봇 플랫폼을 개발하였다. 과원 로봇의 개발 초기 단계에서는 모든 과원에서 적합한 로봇을 만들기보다 한국의 일반적인 사과(3~4 m폭) 및 배(5~6 m폭) 과원 내에서의 주행에 적합하도록 설계, 제작하였다. 또한, 자갈 및 웅덩이들로 인한 불규칙한 노면은 고려하되 최대 10도의 경사지에 국한하여 개발하였다(계단식 과원은 제외). 레이저센서를 로봇의 앞뒤에 장착하여 과수열을 검출하여 경로를 추종할 수 있고, 다음 작업열에 대한 진입이 용이하도록 하였고, 고정식 장애물이 인식되면 회피하거나 이동식 장애물이 사라질 때까지 정지해 있다가 주행할 수 있도록 하였다. 또한, 관성측정장치를 장착하여 로봇의 자세에 따른 레이저 센서 데이터를 보정하였고, 로봇의 과수열 추종 능력을 검증하기 위하여 실시간GPS (RTK-GPS)를 장착하였다. 과원 내 무인 작업을 위해 개발된 로봇은 작업기가 장착되지 않은 크기는 2.8 m(L) × 1.5 m(W) × 1.2 m(H)이고, 무게는 약 750 kg이다. 조향을 위한 최대 조향각은 ±22도이고, 전후륜의 축간 거리는 1.7 m로 회전반경은 약 3.11 m이다. 구동방식은 전후륜 모두 1.5 kW의 모터를 장착하였고 조향을 위해 750 W급의 모터에 웜기어 형태의 감속기를 장착하여 구동축에 연결하였다. 본 연구에서의 제안한 과원 로봇의 특징 중 하나는 전·후륜 이중 애커먼 조향 방식으로 설계, 제작되었다는 것이다. 일반적인 4륜 이동체(전륜조향)의 경우 과수열 추종을 위해 진행각이 변하여 지그재그형태로 로봇이 경로를 추종하게 되어 진행각 변화에 따라 데이터 보정도 해야 되고, 로봇이 똑바로 진행할 수 있도록 해야 하여 보다 복잡한 알고리즘이 필요하다. 또한, 좁은 구간에서는 일정하게 작업 상태가 유지되기 어렵다. 하지만, 전·후륜 이중 조향 방식의 경우 로봇 양 옆의 과수열을 인식하여 생성한 경로 추종을 위해 평행 이동하는 형태로 로봇을 이동시켜 경로를 추종한다. 이는 로봇이 과수열 중간에 정확히 놓여 이동할 수 있도록 해 줄 뿐 아니라, 레이저 센서 데이터의 보정 및 경로 추종 알고리즘을 간단하게 해주는 장점이 있다.
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김국환 ( Gookhwan Kim ),이대현 ( Daehyun Lee ),이명훈 ( Myunghoon Lee ),한길수 ( Gilsu Han ),이현동 ( Hyundong Lee ),홍영기 ( Youngki Hong ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
최근 친환경 농업은 건강과 환경에 대한 많은 사람들의 관심 증폭에 발맞춰 안전한 식품의 생산 요구가 확산되고 있다. 제초제의 사용을 줄이면서 잡초를 제거하기 위해서는 수작업이 가장 좋은 방법이나, 시간과 비용이 많이 든다. 본 연구는 제초제 없이 5조식 제초 작업기의 구조 및 동작 원리를 설명하고 제초기의 성능에 대해 시험, 분석해 보았다. 제초 작업기는 PE, 재질의 커버를 사용하여 모 손상을 방지하였고, 내부에는 절단식 제초날을 장착하여 제초작업을 수행할 수 있도록 하였다. 제초날은 하나의 ㄱ자형 회전날과 4개의 고정날로 구성되어 있는데, 회전날의 수평부는 고정부와 같이 가위처럼 잡초를 절단하고 수직부는 논 표토에 놓여 잡초의 뿌리까지 절단, 교반하는 역할을 수행한다. 제초 작업기의 동력은 로봇의 PTO 장치를 통해 고토크의 회전력을 얻어 구동한다. PTO 장치의 회전속도를 가속시키기 위해 가감속기를 동력 전달부와 회전축 사이에 장착하였고, 5조의 제초 작업기에 병렬로 회전력을 전달하는 방식으로 설계, 제작하였다. 제초 작업기를 개발함에 있어 중요한 고려 사항은 5조의 작업기가 무논환경과 같이 연약지면서 불규칙한 노면상태를 얼마나 잘 추종하는 것이다. 이를 해결하기 위해 5조식 제초 작업기는 다음과 같은 특징으로 설계, 제작하였다. 첫째, 제초작업기의 양 측에 한 쌍의 자전식 바퀴를 달아 제초 작업기가 안정적으로 노면을 따라 진행할 수 있도록 하였다. 둘째, 하나의 축에 5조의 제초 작업기를 연결하여 양 측 바퀴가 노면을 따라 주행할 때 노면의 높낮이에 따라 변하는 피치(pitch)각 변화에 대응할 수 있도록 하였다. 셋째, 양측 바퀴가 노면을 따라 진행하더라도 양 측의 높낮이가 다르면 롤(roll)각이 변하게 되는데, 이에 대응하기 위하여 판스프링과 롤러 형태의 베어링을 장착하였다. 또한, 작업기의 양 측 모서리에 스프링을 장착하여 원래의 위치로 복원될 수 있도록 하였다. 넷째, 양 측 바퀴를 고정시킨 브라켓은 작업기가 장착된 축과 함께 노면의 높낮이 변화에 맞춰 상하로 직선 운동을 할 수 있도록 하였다. 이러한 특징들로 인해 연약하면서 불규칙한 무논 환경에 유연하게 대응하면서 제초작업을 수행할 수 있도록 하였다. 이렇게 개발된 제초 작업기를 제초로봇에 장착하여 제초 작업을 수행하였다. 시험포장의 주요 잡초는 물달개비였고, 10조 × 50 m 구간을 대상으로 제초작업을 수행하여 제초량 및 모 손상율을 파악해 보았다. 제초 작업을 수행한 후, 절단되거나 분쇄된 잡초와 모를 수거하여 총 중량을 측정한 결과, 총 제초 중량은 20.92 kg, 손상모의 양은 0.22 kg, 잡초량은 20.7 kg으로 전체 제초량 중 모 손상율은 1.05% 미만임을 알 수 있었다. 이는 1회의 제초 작업을 통해 얻은 결과이다.
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