벼농사 로봇을 위한 5조식 제초 작업기 = 5 Inter-row Type Weeding Device of a Robot in a Paddy Field

국문 초록 (Abstract)

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.