벼농사 제초로봇을 위한 물리 제초기구 개발 = Development of Physical Weeding Device for a Weeding Robot in 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 물리적으로 잡초를 제거하는 기술에 대해 제안하고 제초기의 물리적 특성에 대해 시험, 분석해 보았다. 제초 작업기는 작물 손상 방지를 위하여 PE 재질의 플라스틱 커버를 이용하였다. 커버의 내부에 절단식 제초날을 배치하여 작물과 제초날을 완전히 분리한 동력식 제초장치를 고안하였다. 동력식 제초 작업기는 2개의 회전 제초날(210mm)과 4개의 고정 제초날(215mm)로 구성되었다. 수평방향 회전날에 의해 잡초를 절단하는 방식 뿐 아니라, 수직 고정날과 회전날의 수직부가 가위와 같은 역할을 수행하면서 잡초를 절단하는 역할을 수행한다. 이 때, 수직 부분은 논의 표토 아래에놓여 회전을 통해 교반, 절단이 가능하여 잡초의 뿌리 부분까지 제거할 수 있다. 이렇게 제작된 제초 작업기는 회전 속도가 72rpm 일 때, 전단토크는 8.3N·m이다. 제초 작업기의 동력은 로봇의 PTO 장치에 연결되어 별도의 동력이 없더라도 큰 회전력을 얻을 수 있다. 회전날과 고정날에 의한 저속 절단식 제초방식을 이용하여 잡초를 절단하는 메커니즘으로 회전날과 고정날은 동축을 유지하도록 설계하였다. 소요 동력 및 절단 능력 등 성능 평가를 위해 잡초 절단 시험을 수행하였다. 제초기의 회전수를 70rpm으로 고정하고, 고정날과 회전날의 간극을 1.0mm로 했을 때 전단 토크 특성을 시험한 결과, 45도 보다 60도 일 때의 평균 토크가 약간 높으나 안정적인 절단 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 제초기의 회전수를 45rpm으로 고정하고 회전날과 고정날의 간극에 따른 잡초 시료(올방개)의 절단율을 측정하였는데, 70rpm에서는 0.1mm 간극에서의 시험이 진동과 마찰소음으로 인해 불가하였다. 절단율은 간극이 적을수록 좋은 특성을 나타내지만, 가공 및 제작의 어려움과 진동에 의한 간섭 발생, 마찰로 인한 마모로 정상적인 회전 구동이 어려움을 알 수 있었다.