밀폐형 식물공장에서 공기 음이온 방사 위치에 따른 상추의 생장특성

원진호 ( Jin-ho Won ),이정현 ( Jung-hyun Lee ),조병효 ( Byeong-hyo Cho ),강태환 ( Tae-hwan Kang ),한충수 ( Chung-su Han ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

최근 지구 온난화에 따른 이상기후 및 병충해의 발생으로 농산물 수확량이 감소하고 이에 따라 물가상승의 문제가 야기되고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 식물공장시스템이 제시되고 있다. 그러나 식물공장시스템의 경우 높은 초기건설비용과 생장환경조성에 사용되는 에너지에 따른 비용문제로 인한 물가상승을 초래할 수 있기 때문에 투입되는 에너지 절감을 통한 물가상승을 막고 적은 비용으로 작물의 생산성을 높이는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 작물의 생산성증대를 위해 밀폐형 식물공장에서 공기 음이온의 방사 위치에 따른 상추의 생장특성을 분석하고자 하였다. 본 실험의 공시재료는 적치마상추를 사용하였고, 암면에 파종하여 2주간 육묘 한 후, 밀폐형 식물공장의 베드에 정식 후 4주간 재배하였다. 밀폐형 식물공장의 재배온도는 20±2°C로 설정하였으며, 광원은형 광등을 사용하였고, 광량과 광주기는 각각 200±30 μmol/m²/s, 16/8 h (명/암)으로 설정하였다. 이산화탄소의 농도의 경우 1000±200 ppm으로 공급하였으며, 양액은 상추전용양액으로 제조, 박막수경재배 방식으로 공급하였고, pH와 EC는 각각 5.5~6.5, 1.8±0.2 dS · m^-1 로 조절하였다. 음이온 방사 시스템은 1,260 × 60× 40 mm (L×W×H)의 크기로 제작하였으며, 제작한 음이온 방사 시스템은 식물공장 베드에 음이온 방사방향을 기준으로 측면, 상향, 하향 총 3조건으로 설치하였으며, 베드와 이격거리는 20 cm로 설정하였다. 이때 적치마상추의 생장특성 분석은 3,4주차에 실시하였다. r음이온 방사 위치에 따른 지상부 생체중의 경우 정식 후 3주차엔 조건별 큰 차이를 보이지 않았지만, 4주차 음이온 하향 방사 조건의 지상부 생체중은 93.00 g/plant로 나타나 음이온 하향 방사 조건의 생체중이 가장 무거운 것으로 나타났으며, 지상부 건물중 또한 위의 결과와 유사하게 나타났다. 엽면적은 지상부 생체중과 마찬가지로 정식 후 4주차 음이온 하향 방사 조건에서 가장 넓게 측정된 것으로 나타났다. 따라서 밀폐형 식물공장에서 공기 음이온의 적정 방사 위치는 음이온 하향 방사 조건으로 판단된다.

모듈형 직진 자동조향 장치를 활용한 승용형 관리기의 직진 주행특성 분석

원진호 ( Jin-ho Won ),전진택 ( Jintack Jeon ),김국환 ( Gookhwan Kim ),권경도 ( Kyung-do Kwon ),양창주 ( Changju Yang ),이기범 ( Ki-beom Lee ),홍영기 ( Youngki Hong ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

최근 농업기계는 농업인구의 감소 및 고령화로 인해 노동력 부족 문제를 겪고 있으며, 이를 해결하기 위해 무인화, 자율화 농기계 개발에 박차를 가하고 있으나, 이는 트랙터, 이앙기 등과 같은 농기계에만 개발 및 상용화가 이루어지고 있어, 다양한 농기계의 자율화 연구가 필요하다. 관리기는 크게 보행용 관리기와 승용 관리기로 나뉘며, 승용 관리기의 경우 운전 및 조작이 쉽고 중량이 가벼워 이동성이 원활하기 때문에 주말농장, 텃밭 경작용으로 많이 이용되면서 공급이 확대되고 있다. 본 연구에서는 기존 농기계에 적용 가능한 직진 주행 보조를 위한 모듈형 조향장치를 개발하였고, 이를 승용형 관리기에 부착하여 직진주행특성 분석을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 승용형 관리기는 국제종합기계에서 제작된 관리기를 사용하였으며, 실험은 농촌진흥청 국립농업과학원 농업공학부 내 농기계주행시험장에서 실시하였다. 실험 환경은 노면과 경운되지 않은 필드에서 수행하였으며, 측정항목은 관리기의 주행 간 위·경도값과 관성측정장치 (IMU)를 사용하여 오일러각을 측정하였다. 실험 결과 무경운 필드보다 노면에서 관리기의 유동 및 조향 빈도가 큰 것으로 나타났다. 이는 관리기의 경우 바퀴의 형상과 폭이 트랙터 등과 같은 농기계와는 달리 두께가 얇고 울퉁불퉁한 형태이고 논농사용 바퀴가 장착되어있어 아스팔트와 같은 노면 주행 시, 차체의 흔들림이 많아 관리기 상단에 장착된 GPS로 측정되는 위치값을 IMU로 보정하더라도 급격하기 변하기 때문으로 판단된다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 관리기 자율주행 기술의 기초자료로써 활용될 수 있을거라 사료된다. 추후, 자율주행 기술을 접목한 관리기의 큰 흔들림을 보정하여 정확한 위치 정보를 기반으로 안정적인 자율주행이 가능하도록 개선, 보완할 계획이다.

태양광 및 인공광 병용 재배시스템 개발

원진호 ( Jin-ho Won ),이재수 ( Jae-su Lee ),이현동 ( Hyun-dong Lee ),곽강수 ( Kang-su Kwak ),김밝금 ( Bal-geum Kim ),김태현 ( Tae-hyun Kim ),이상규 ( Sang-gyu Lee ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

태양에너지는 지구의 생태계 조성에 큰 비중을 차지하고 있는 에너지이며, 대체에너지로써 폭넓게 이용되고 있는 에너지 중 하나이다. 그러나 태양에너지는 맑은 날씨에만 활용 할 수 있고, 강우와 구름 등과 같은 흐린 날씨에는 활용할 수 없는 큰 단점이 있다. 한편 최근 폐쇄형 식물공장에서는 인공광원 중 LED 램프가 많이 사용되고 있으나, 광강도의 한계로 인해 재배종이 엽채류로 제한적이므로, 태양광과 LED 램프를 사용하여 식물공장에서 발생되는 광원의 문제점을 해결하기 위한 핵심요소기술이 필요한 실정이다, 따라서 본 연구에서는 식물공장에서 태양광과 LED 램프를 병용하여 사용할 수 있는 재배시스템을 개발하였다. 개발한 재배시스템은 크게 광원공급부, 전원공급부, 시스템계측 및 제어부로 구성되었다. 광원공급부는 태양광 전송장치와 인공광원인 LED 램프(5700K Cool White)로 구성되었다. 태양광 전송장치의 경우 광 전송률이 우수한 석영재질의 광섬유(Optical fiber)로 제작하였다. 전원공급부의 경우 누전 차단기, 단상전자 접촉기, SMPS, LED제어기, 릴레이로 구성되어 각 부의 전원을 공급하도록 제작하였다. 또한 시스템계측 및 제어부는 터치스크린과 지그비(ZigBee) 통신모듈, 광량센서로 구성되어 있다. 본 재배시스템의 작동원리는 광량센서가 태양광 집광장치와 광섬유를 통해 유입된 태양광의 광량을 측정하고, 지그비 통신모듈을 통해 터치스크린에 광량값이 표시되며, 터치스크린과 LED제어기의 485통신을 통해 LED 램프의 광강도가 조절되는 방식이다. 또, 흐린 날씨로 인해 태양광 집광이 미비하거나 불가능한 경우에는 부족한 광량을 LED램프로 대체되도록 개발되었다. 본 연구를 통해 개발된 재배시스템을 활용하여 태양광과 LED 램프를 병렬적으로 사용함으로써, 식물공장에서 광원문제로 인한 엽채류 재배의 한계점을 극복 할 수 있을 거라 판단되며, 태양광 활용 가능성을 제시 할 수 있을 거라 사료된다.

IoT 기반 흰점박이꽃무지 스마트 사육사 설계 및 성능평가

원진호(Jin-Ho Won),곽강수(Kang-Su Kwak),노시영(Si-Young Rho),이상규(Sang-Gyu Lee),최인찬(In-Chan Choi),이재수(Jae-Su Lee),김태현(Tae-Hyun Kim),백정현(Jeong-Hyun Baek),석영식(Young-Seek Seok) 한국컴퓨터정보학회 2020 한국컴퓨터정보학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

열풍건조를 이용한 흰점박이꽃무지 유충의 건조특성

원진호 ( Jin-ho Won ),노시영 ( Si-young Rho ),이현동 ( Hyun-dong Lee ),석영식 ( Young-seek Seok ),이재수 ( Jae-su Lee ),이상규 ( Sang-gyu Lee ),백정현 ( Jeong-hyun Baek ),김밝금 ( Bal-geum Kim ),김태현 ( Tae-hyun Kim ),곽강수 ( Ka 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

흰점박이꽃무지는 딱정벌레목 꽃무지과에 속하는 곤충으로 그 유충은 굼벵이 혹은 꽃벵이로 널리 알려져 있다. 흰점박이꽃무지 유충은 예로부터 한의학에서 구내염, 중풍 등 성인병을 치료하는데 효과가 있는 것으로 보고되었으며, 특히 간질환 및 간 기능 회복에 탁월한 것으로 알려져 있다. 또한, 식약청은 ’16년에 흰점박이꽃무지 애벌레를 식용곤충으로 공식 지정한 후 기능성식품으로서 주목을 받고 있으며, 수요가 급격히 증가하여 사육농가 및 기업수가 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 흰점박이꽃무지는 주로 건조과정을 거쳐 분말, 환 및 엑기스 등의 형태로 가공·유통되고 있으나 가공공장이 대체로 영세하고 소량생산으로 제품의 품질을 보장할 수 없는 경우가 많은데, 흰점박이꽃무지의 가공공정 중 건조에 관한 연구는 미비하다. 따라서 본 연구에서는 열풍건조를 이용한 유충 건조특성의 기초자료를 제시하고자 수행하였다. 본 실험의 공시재료는 전북 장수군에서 사육한 흰점박이꽃무지 유충 3령을 사용하였고, 수확 전 3~4일간 절식하여 이물질 배설을 유도한 후 끓는 물에 약 1분간 데쳐 사용하였으며, 세척한 유충은 건조온도 50℃에서 72시간 동안 건조하였다. 그 결과, 건조특성으로 19시간까지는 수분감소율이 매우 빨랐으나, 건조 19시간 이후에는 완만한 것으로 나타났다. 강도의 경우, 건조 43시간 후에 약 55N으로 측정되었으나, 그 후 건조가 진행되어 함수율이 낮아짐에 따라 강도가 낮아지는 경향이었다. 그리고 색차의 경우, 건조가 진행될수록 점차 낮아지는 경향이었으나, 건조 43시간 이후에는 큰 차이를 보이지 않았다. 이와 같이, 본 연구를 통해 흰점박이꽃무지 유충의 열풍건조 시간 별 특성을 파악할 수 있었으며, 추후 보완연구를 통해 흰점박이꽃무지 유충의 가공을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

돈사 내 무인 청소를 위한 돈사 청소 로봇 개발

원진호 ( Jin-ho Won ),전진택 ( Jintack Jeon ),김국환 ( Gookhwan Kim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

2018년 스마트팜 확산사업을 통해 우사, 돈사 등과 같은 축사에도 스마트팜 보급에 따른 규모의 확대 또한 진행되고 있으며, 축사 규모의 확대에 따라 투입되는 노동력과 가축 수도 증가될 것으로 판단된다. 이에 따라 분뇨 발생의 증가로 인해 악취와 황화수소 등 유해가스의 발생도 증가할 것으로 판단되며, 노동자의 질식사고사례와 돼지의 폐사 또한 증가할 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 노동자 및 돼지의 피해를 막고 경제적인 피해를 방지하기 위한 돈사 무인 청소 로봇을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 돈사 청소 로봇의 길이는 800mm, 높이는 617mm로 제작하였으며, 4개의 바퀴를 이용해 주행되는 형태로 제작되었다. 이때 바퀴의 지름은 69.2 mm로 설계하였으며, 돈사 분뇨에서 발생하는 유해가스로 부터 돈사 청소로봇의 손상을 막기 위해 로봇의 외관은 스테인레스로 제작하였다. 또한 돈사 벽에 의한 돈사 청소로봇의 파손을 방지하기 위해 전면에 범퍼를 장착하였으며, 3개의 충전형 배터리를 통해 주행에 필요한 전원이 공급되도록 제작하였다. 이 때, 배터리 충전은 출발지에서 무선으로 자동 충전이 가능하다. 돈사 청소로봇은 LiDAR를 사용하여 작업 공간에 대한 정보를 획득하여 지도를 작성하고(SLAM), 이를 기반으로 최적 이동경로를 결정한 후, 분뇨 청소 작업을 수행한다. 돈사 청소로봇의 분뇨 처리 방법은 물의 고압분사 형태로 구성하였으며, 고압분사를 수행하기 위해 돈사 청소로봇 내에 물탱크를 탑재하였다. 분사 노즐은 돈사 청소로봇의 후면에 총 6개를 장착하였으며, 고압분사 간 균일한 수압을 위해 1개의 파이프에 6개의 노즐을 장착하였다. 본 연구를 통해 제작된 돈사 청소로봇은 작업자와 돼지의 상해 등 물리적, 경제적 피해를 방지할 수 있을거라 판단되며 추후, 최소 이동거리를 얻도록 최적 경로계획 알고리즘을 개선, 보완하여 작업 성능을 향상시킬 계획이다.

RTK-GPS 기반 농기계 자율주행의 Waypoint 지정 기초 연구

원진호 ( Jin-ho Won ),전진택 ( Jintack Jeon ),김국환 ( Gookhwan Kim ),권경도 ( Kyung-do Kwon ),양창주 ( Changju Yang ),이기범 ( Ki-beom Lee ),홍영기 ( Youngki Hong ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

현재 우리나라의 농업은 농업인구 감소 및 고령화 문제를 해결하기 위해 농기계 자율주행 연구 및 상용화가 진행되고 있으며, 대부분 자율조향을 기반으로 한 직진주행의 수준에서 상용화가 진행되고 있다. 농기계 자율주행 기술은 농작업의 무인화 및 자율화에 핵심적인 기술로 각광받고 있으며, 고정밀 측위 시스템으로 불리우는 RTK-GPS 기반으로 개발되고 있다. 그러나 RTK-GPS의 경우 구름, 호우 등과 같이 기후나 고층 건물, 나무와 같은 주행환경에 영향을 받아 GPS 신호의 수신이 불안정하게 되면 주행오류에 따른 안전사고가 유발될 수 있어, 위 문제를 해결하기 위한 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 GPS 신호의 불안정에 따른 안전사고를 방지하기 위해 RTK-GPS 기반 농기계 자율주행의 Waypoint 지정 기초연구를 수행하였다. 본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업공학부에서 실시하였으며, 자율주행기술이 탑재된 구동체를 사용하였다. 실험에 사용된 RTK-GPS는 SYNEREX에서 제작한 TDR-3000 모델을 사용하였으며, 구동체 제어는 산업용 PC에 ROS(Robot Operating System)와 Python을 기반으로 코드를 작성하였다. 주행 알고리즘은 NMEA driver 패키지를 이용하여 UTM 좌표 변환 후 데이터를 취득하였다. 주행 방법은 임의로 지정한 사전 경로를 주행한 후 직진자율주행을 수행하였으며, RTK-GPS에서 출력되는 데이터를 기반으로 Waypoint 지정 갯수에 따른 주행특성을 분석하였다. 주행시험 결과 농기계 직진자율주행 간 Waypoint의 지정 개수에 따라 직진주행의 형태가 달라지는 것으로 확인하였다, 본 연구를 통해 농기계 자율주행을 위한 Waypoint 지정 방법의 기초자료로써 활용될 수 있을 거라 판단된다. 추후, 후진, 선회, 곡선 등의 형태로 주행시험을 추가적으로 진행함으로써 자율주행 기술을 개선할 계획이다

승용형 노외기계를 위한 모듈형 조향 장치 기반 자율주행 제어 환경 특성 분석

원진호 ( Jin-ho Won ),김국환 ( Gookhwan Kim ),양창주 ( Changju Yang ),홍영기 ( Youngki Hong ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

세계적으로 농작업의 생산성 향상 및 편리한 기계조작을 위한 농용트랙터의 자율화와 무인화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 미국, 일본과 같은 농업 선진국의 경우 농용트랙터의 자율, 무인화 기술 개발 및 상용화가 진행되고 있다. 우리나라 또한 농용트랙터의 자율화, 무인화 기술 연구가 꾸준히 진행되고 있지만, 상용화는 초기 단계에 상주하고 있으며, 국산화 모델개발은 미진한 수준인 것으로 나타났다. 위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 기존에 개발된 자율주행 기술을 농기계에 장착할 수 있는 기술, 즉 모듈화한다면, 기술의 상용화를 더욱 가속화 할 수 있을 것으로 판단된다. 본 논문에서는 승용형 노외기계에 장착 및 적용 가능한 모듈형 조향 장치를 개발하여 자율주행을 위한 제어환경 특성을 분석하였다. 모듈형 조향 장치는 국제농기계에서 생산된 74마력 트랙터에 장착하였고, 실험은 농업공학부 내 농기계 주행 시험장에서 실시하였다. 실험 환경의 경우 노면, 경운, 무경운 필드 총 3조건에서 진행되었으며, 트랙터의 주행속도는 저-중-고 총 3조건으로 설정하였다. 실험방법으로는 트랙터를 임의의 지점으로 이동시킨 후 사용자 인터페이스를 이용하여 A.B 지점을 지정하였고, 지정 후 트랙터의 직진주행 및 자율조향을 진행하였다. 측정항목은 중심선으로부터 오차를 측정하였으며, 총 10반복 진행하였다. 본 논문을 통해 개발된 모듈형 조향 제어 시스템은 농용트랙터의 자율화와 무인화 기술의 기초자료로써 활용될 수 있을 거라 판단된다.

저손상 고구마 수확기 개념설계

원진호 ( Jin Ho Won ),김대철 ( Dae Cheol Kim ),박옥란 ( Og Ran Park ),한광민 ( Kwang Min Han ),조용진 ( Yongjin Cho ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

고구마는 무기질, 비타민, 베타카로틴 등과 같은 성분이 함유되어 있어 건강식으로 각광 받고 있는 작물 중 하나이며, 식이섬유가 풍부해 다이어트 식품으로 널리 이용되고 있다. 고구마는 감자와 같이 대표적인 땅속작물로 알려져 있으나, 외피가 얇아 손상이 쉬워 땅속작물수확기의 사용이 불가하여, 트랙터에 쟁기형 작업기를 장착한 형태로 수확되고 있다. 수확 중 고구마 표피에 손상을 입게 되면 고구마의 상품성이 떨어지게 되며, 이는 곧 고구마 생산량이 감소하게 되어, 고구마 물가의 상승을 초래할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 고구마 외피 손상을 방지하는 고구마 수확기가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 고구마 외피 손상을 막아 고구마 생산성을 높일 수 있는 저손상 고구마 수확기 개념설계를 수행하였다. 본 연구에서 개발한 고구마 수확기는 트랙터 부착형으로 제작하였으며, 2조식으로 설계하였다. 고구마 수확기 앞면이 고구마 두둑 밑을 침투하여 굴취되는 형태로 설계하였으며, 고구마 수확기 전면에 V자 형태의 프레임을 장착하여 수확기 내로 고구마 순이 침투하는 것을 방지하도록 설계하였다. 또한 고구마 수확기 내 컨베이어에 고무패킹을 장착하여 굴취 간 고구마 외피 손상을 줄이도록 설계하였다. 본 연구에서 설계한 고구마 수확기는 고구마 수확기 개발의 참고자료로 활용될 수 있을 거라 판단되며, 고구마 외피 손상을 막아 생산성을 높일 수 있을 거라 사료된다. 또한 추후 성능실험을 통해 개선 및 보완하여 고구마 수확의 기계화에 가속화를 도모할 수 있을 거라 판단된다.

고구마 기계화 표준재배모델 개발을 위한 농가 실태조사 - 수확 및 이송 -

원진호 ( Jin Ho Won ),장인섭 ( In Seop Jang ),조용진 ( Yongjin Cho ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

고구마는 감자, 옥수수와 더불어 세계적인 구황작물로 널리 알려져 있는 작물이며, 줄기를 섭취하는 감자와는 달리 고구마는 뿌리를 섭취하는 대표적인 덩이뿌리작물이다. 고구마의 외피는 매우 얇아 수확 중 손상을 입기 쉬우며, 손상된 부위에서 부패가 일어날 수 있어 상품성에 큰 영향을 주게 된다. 이처럼 고구마의 수확은 정식과 더불어 굉장히 중요한 공정이나, 수확과정은 재배환경에 따라 차이가 있으며, 고구마의 안정적인 생산과 상품성을 유지하기 위해선 기계화의 표준화가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 고구마 수확과정의 표준재배모델 개발을 위한 실태조사를 수행하였다. 보통 고구마는 정식 후 110 ~ 120일 후에 수확을 실시하며, 수확 전 줄기 파쇄, 비닐 멀칭 제거의 공정을 거치게 된다. 먼저 고구마 수확 전 줄기파쇄작업을 수행하게 되는데, 고구마 필드의 경사도와 형태에 따라 두둑의 높이가 달리질 수 있어, 줄기파쇄기 운용 후 낫으로 2차 줄기파쇄작업을 실시하게 된다. 줄기파쇄작업 후 비닐 멀칭을 제거하는 작업을 수행하게 되며, 비닐 멀칭 제거 후 본격적인 수확작업을 수행하게 된다. 고구마는 감자와 더불어 대표적인 땅속작물이지만, 표피가 얇아 땅속작물수확기의 운용이 어려워 트랙터에 쟁기형 작업기를 장착하여 굴취의 형태로 수확된다. 수확된 고구마는 플라스틱박스에 포장 후 농가의 규모에 따라 1t ~ 25t 크기의 트럭에 적재하게 되는데, 대농을 제외한 농가의 경우 대부분 인력으로 수행되고 있어 소비되는 인건비의 비중이 큰 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 고구마의 수확과정을 파악 가능할 것으로 판단되며, 추후 지속적인 조사를 통해 고구마 기계화 표준재배모델 개발에 활용 될 수 있을거라 사료된다.