이앙기 액추에이터 모듈 및 이를 포함하는 이앙기{ACTUATOR MODULE FOR A RICE TRANSPLANTER AND RICE TRANSPLANTER HAVING THE SAME}
본 발명은 이앙기 액추에이터 모듈 및 이를 포함하는 이앙기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작업의 편의성 및 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 이앙기 액추에이터 모듈 및 이를 포함하는 이앙기에 관한 것이다.
일반적으로, 이앙기는 벼 재배 공정의 생력화를 위한 필수적인 장비로서, 국내의 경우 전체 벼 재배 면적의 90% 이상이 이앙기를 이용하여 모심기 작업을 수행하고 있다. 종래의 이앙기는 기계식 링크 기구의 조합에 의하여 동작하는 조종장치들을 포함한다. 구체적으로, 종래의 이앙기는 기계식 링크 기구 및 와이어를 통하여 클러치, 변속 장치, 조향 장치, 리프트 장치 등을 사람의 힘을 이용하여 조작하는 기계식 수동 조종 시스템을 채용한다. 이러한 기계식 수동 조종 시스템은 복잡한 링크 구조로 인하여 복잡한 제조공정과 많은 제조시간이 요구되고, 기능 향상이나 구조 개선 등을 위한 설계 변경시에 많은 제약이 따르는 문제점이 있다. 또한, 상기 기계식 수동 조종 시스템은 작업의 편의성 및 작업의 효율성의 향상을 위한 각종 전자 장비와의 융합이 어려운 문제점이 있다. 한편, 상기 기계식 수동 조종 시스템은 상기 이앙기를 이용하는 농작업자에게 상기 조종장치들을 용이하게 다루기 위한 숙련된 작업 능력을 필요로 한다. 그러나, 최근 농촌 인력은 고령화 및 부녀화되고 있으므로, 상기와 같이 조종장치들을 용이하게 다루기 위한 숙련된 농작업자는 점점 감소하고 있는 실정이다. 따라서, 작업의 편의성 및 작업의 효율성의 향상을 위한 각종 전자 장비와의 융합이 용이하며, 노인들 및 부녀자들과 같은 조종장치들에 능숙하지 못한 농작업자들도 용이하게 작업할 수 있는 이앙기의 개발이 요청된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 작업의 편의성 및 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 이앙기 액추에이터 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기한 이앙기 액추에이터 모듈을 갖는 이앙기를 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 이앙기 액추에이터 모듈은, 복수의 모터들, 모터 구동부, 센서부, 제어부 및 통신부를 포함한다. 상기 복수의 모터들은 각각 액추에이터를 갖는 변속장치, 리프트장치 및 식부장치를 포함하는 이앙기의 조종장치들과 각각 결합된다. 상기 모터 구동부는 상기 각 모터에 전압과 전류를 공급하여 상기 각 모터를 구동한다. 상기 센서부는 상기 각 조종장치의 현재의 운전상태를 감지한다. 상기 제어부는 상기 모터 구동부에 제어신호를 제공하고, 상기 센서부에 의해 감지된 상기 각 조종장치의 현재의 운전상태 및 상기 각 조종장치간의 연계성에 따라 정의된 알고리즘을 이용하여 상기 각 조종장치의 액추에이터의 위치를 제어한다. 상기 통신부는 상기 각 조종장치의 현재의 운전상태에 관한 정보를 송수신하도록 상기 조종장치들을 통신한다. 일 실시예로, 상기 제어부는, 차체의 속도 변화를 제어하는 변속 제어기, 상기 변속 제어기와 통신하여 상기 차체의 속도 변화에 따라 엔진의 출력을 제어하는 엔진 제어기, 리프트의 상승 및 하강을 제어하며, 상기 변속 제어기와 통신하여 후진 변속시에 리프트를 상승시키는 리프트 제어기, 및 상기 리프트 제어기와 통신하여 상기 리프트의 상승시 식부에 제공되는 동력을 차단하는 식부 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 차체의 선회 방향을 제어하는 조향 제어기를 더 포함할 수 있고, 상기 변속 제어기는 상기 조향 제어기와 통신하여 상기 차체의 선회시에 상기 차체를 감속하고, 상기 리프트 제어기는 상기 조향 제어기와 통신하여 선회시에 상기 리프트를 상승시킨다. 상기 제어부는, 상기 차체에 제공하기 위하여 취출되는 동력을 제어하며, 상기 리프트 제어기와 통신하여 상기 차체의 선회시에 상기 취출되는 동력을 차단하는 PTO 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 변속 제어기와 통신하여 상기 차체의 속도의 감도를 제어하는 속도감도 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 식부 제어기와 통신하여 상기 식부가 수평을 유지하도록 상기 식부를 제어하는 수평 제어기를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어부는, 상기 수평 제어기와 통신하여 상기 식부의 수평 감도를 제어하는 수평감도 제어기를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 이앙기는 차체, 변속장치, 리프트장치, 식부장치 및 이앙기 액추에이터 모듈을 포함한다. 상기 변속장치는 상기 차체의 전진 및 후진의 이동 방향을 변화시키도록 액추에이터를 갖는다. 상기 리프트장치는 상기 차체의 뒤쪽에 설치되어 상하 이동되도록 액추에이터를 갖는다. 상기 식부장치는 상기 리프트장치에 결합되어 상기 리프트장치의 상하 이동에 따라 상하 이동하도록 액추에이터를 갖는다. 상기 이앙기 액추에이터 모듈은 상기 변속장치, 상기 리프트장치 및 상기 식부장치와 각각 결합된 복수의 모터들, 상기 각 모터에 전압과 전류를 공급하여 상기 각 모터를 구동하는 모터 구동부, 상기 변속장치, 상기 리프트장치 및 상기 식부장치의 현재의 운전상태를 감지하는 센서부, 및 상기 모터 구동부에 제어신호를 제공하고, 상기 센서부에 의해 감지된 상기 변속장치, 상기 리프트장치 및 상기 식부장치의 현재의 운전상태 및 상호 연계성에 따라 정의된 알고리즘을 이용하여 상기 변속장치, 상기 리프트장치 및 상기 식부장치의 액추에이터의 위치를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 이앙기 액추에이터 모듈은, 상기 변속장치, 상기 리프트장치 및 상기 식부장치의 현재의 운전상태에 관한 정보를 송수신하도록 상호 통신하는 통신부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 차체의 속도 변화를 제어하는 변속 제어기, 상기 변속 제어기와 통신하여 상기 차체의 속도 변화에 따라 엔진의 출력을 제어하는 엔진 제어기, 리프트의 상승 및 하강을 제어하며, 상기 변속 제어기와 통신하여 후진 변속시에 리프트를 상승시키는 리프트 제어기, 및 상기 리프트 제어기와 통신하여 상기 리프트의 상승시 식부에 제공되는 동력을 차단하는 식부 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조종장치들의 운전상태를 감지하는 센서부와 이에 대한 정보를 공유하도록 통신부가 구비되고, 각 조종장치의 운전상태 및 각 조종장치 사이의 연계성에 따라 정의된 알고리즘을 이용하여 각 조정장치를 제어함으로써, 각종 전자 장비와의 융합이 용이하며 작업의 편의성 및 작업의 효율성이 향상될 수 있다. 또한, 각 액추에이터가 독립적인 제어 기능을 가짐과 동시에 통신장치를 통해 상호 연계되므로, 이앙기 액추에이터 모듈의 시스템 설계 유연성 및 확장성이 향상될 수 있다. 또한, 액추에이터 모듈이 전자적으로 제어되므로, 기계식 수동 조종 시스템에 비하여 각종 전자 장비와의 융합이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이앙기를 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이앙기에 채용된 이앙기 액추에이터 모듈을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 각 제어기들의 동작 알고리즘을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이앙기를 나타낸 측면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이앙기(100)는 차체(110), 핸들(120), 운전석(130), 바퀴(140), 변속장치(150), 리프트(lift)장치(160) 및 식부장치(170)를 포함한다. 상기 차체(110)는 상기 이앙기(100)의 본체에 해당한다. 상기 핸들(120)은 작업자가 상기 이앙기(110)의 운전 방향을 조절할 수 있도록 상기 차체(110) 위에 설치된다. 상기 운전석(130)은 작업자가 상기 이앙기(110) 위에 착석할 수 있도록 설치된다. 상기 바퀴(140)는 상기 차체(110)를 이동시키기 위한 수단에 해당한다. 상기 변속장치(150)는 상기 차체(110)의 전진, 후진의 이동 방향을 변화시킨다. 또한, 상기 변속장치(150)는 상기 차체(110)의 이동 속도를 변화시킬 수 있다. 상기 리프트장치(160)는 상기 차체(110)의 뒤쪽에 설치되어 후술되는 상기 식부장치(170)를 상하로 이동시킨다. 상기 식부장치(170)는 상기 리프트장치(160)에 결합되어서 직접적으로 모를 이식하는 동작을 수행한다. 도 2는 도 1에 도시된 이앙기에 채용된 이앙기 액추에이터 모듈을 나타낸 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 이앙기(100)는 이앙기 액추에이터(actuator) 모듈(200)을 포함한다. 상기 이앙기 액추에이터 모듈(200)은 복수의 모터(210)들, 모터 구동부(220), 센서부(230), 제어부(240) 및 통신부(250)를 포함한다. 상기 각 모터(210)는 이앙기의 조종장치들과 각각 결합된다. 상기 조종장치들은 변속장치(150), 리프트장치(160) 및 식부장치(170)를 포함하며, 상기 각 조종장치는 각각 액추에이터를 갖는다. 상기 변속장치(150), 상기 리프트장치(160) 및 상기 식부장치(170) 이외에도, 다양한 조종장치들 및 액추에이터가 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 식부장치(170)의 각 식부유닛에 공급되는 동력을 접속 또는 차단하는 식부유닛 클러치 액추에이터, 상기 차체(110)의 속도를 일정하게 유지시키기 위한 조속 액추에이터 등이 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 모터(210)로 차량용 DC 모터가 채용될 수 있다. 상기 모터 구동부(220)는 상기 각 모터(210)에 전압과 전류를 공급하여 상기 각 모터(210)를 구동한다. 상기 센서부(230)는 상기 각 조종장치의 현재의 운전상태를 감지한다. 예를 들면, 상기 운전상태는 상기 각 모터(210)의 상태를 포함할 수 있고, 상기 센서부(230)는 상기 각 모터(210)에 설치된 위치 센서 및 전류 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 위치 센서 및 전류 센서로부터 상기 각 모터(210)의 부하, 속도, 가속도 등의 정보가 획득될 수 있으며, 후술하는 제어부(230)에서 상기 모터(210)의 가감속, 기동, 정지 등의 신호를 제어할 수 있다. 상기 제어부(240)는 상기 모터 구동부(220)에 제어신호를 제공한다. 즉, 상기 제어부(240)는 상기 모터(210)의 가감속, 기동, 정지 등의 신호를 제어하기 위한 제어신호를 상기 모터 구동부(220)로 제공하고, 상기 제어신호를 제공받은 상기 모터 구동부(220)는 상기 각 모터(210)에 전압 및 전류를 제공받아 상기 모터(210)를 구동한다. 상기 제어부(240)는 기 설정된 소정의 알고리즘을 이용하여 상기 각 조종장치의 액추에이터의 위치를 제어한다. 상기 알고리즘은 상기 센서부(230)에 의해 감지된 각 조종장치의 현재의 운전상태 및 상기 각 조종장치간의 연계성에 따라 정의된다. 따라서, 상기 알고리즘은 상기 각 조종장치의 동작에 의한 상호 연계성에 따라 정의되며, 상기 각 조종장치간에 상호 의존성을 갖는다. 상기 각 조종장치간의 연계성을 고려하여, 상기 제어부(240)는 복수의 제어기들을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 제어기들은 서로 일정한 연계성에 따라 동작할 수 있다. 상기 제어부(240)는 컨트롤 보드(control board)를 포함할 수 있으며, 상기 컨트롤 보드는 상기 각 제어기들과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 각 제어기들은 상기 통신부(250)에 의해 서로 통신되도록 할 수 있다. 한편, 상기 모터 구동부(220)는 상기 컨트롤 보드에 탑재될 수 있다. 도 3은 도 2에 도시된 제어부의 각 제어기들의 동작 알고리즘을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3을 참조하면, 상기 제어부(240)는 변속 제어기(241), 엔진 제어기(242), 리프트 제어기(243), 식부 제어기(244), 조향 제어기(245), PTO(power take-off; 동력취출) 제어기(246), 속도감도 제어기(247), 수평 제어기(248) 및 수평감도 제어기(248)를 포함한다. 상기 변속 제어기(241)는 상기 차체(110, 도 1 참조)의 속도 변화를 제어한다. 상기 엔진 제어기(242)는 상기 변속 제어기(241)와 통신하여 상기 차체의 속도 변화에 따라 엔진의 출력을 제어한다. 구체적으로, 상기 변속 제어기(241)에서 상기 차체(110)의 속도를 변화시키면, 상기 엔진 제어기(242)는 상기 속도에 대응하는 엔진의 출력을 제어한다. 상기 리프트 제어기(243)는 상기 리프트장치(160, 도 1 참조)의 상승 및 하강을 제어하며, 상기 변속 제어기(241)와 통신하여 후진 변속시에 상기 리프트장치(160)를 상승시킨다. 이앙기의 작업자가 상기 차체(110)를 후진할 때, 상기 식부장치(170, 도 1 참조)가 동작 중인 경우 상기 식부장치(170)가 파손될 수 있다. 따라서, 상기 리프트장치(160)를 상승시키고 식부장치(170)로 전달되는 PTO 동력을 차단한 후 후진 변속이 이루어지도록 함으로써, 상기 식부장치(170)의 파손을 방지한다. 상기 식부 제어기(244)는 상기 리프트 제어기(243)와 통신하여 상기 리프트장치(160)의 상승시 상기 식부장치(170)에 제공되는 동력을 차단한다. 구체적으로, 상기 리프트장치(160)가 상승하는 경우 상기 식부장치(170)의 동작은 불필요하거나 동작해서는 안되므로, 상기 리프트장치(160)가 상승할 때에는 상기 식부장치(170)에 제공되는 동력을 차단한다. 또한 앞서 설명한 바와 같이, 상기 차체(110)가 후진할 때 상기 리프트장치(160)는 상승시키고, 이에 따라 식부장치(170)로 전달되는 동력은 차단할 때, 상기 식부장치(170)의 파손을 방지할 수 있다. 상기 조향 제어기(245)는 상기 차체(110)의 선회 방향을 제어한다. 상기 변속 제어기(241)는 상기 조향 제어기(245)와 통신하여 상기 차체(110)의 선회시에 상기 차체(110)를 감속하고, 상기 리프트 제어기(243)는 상기 조향 제어기(245)와 통신하여 선회시에 상기 리프트(150)를 상승시킨다. 이앙기의 작업자가 상기 차체(110)를 선회할 때, 상기 식부장치(170)가 동작 중인 경우 상기 식부장치(170)가 파손될 수 있다. 따라서, 상기 리프트장치(160)를 상승시키고 식부장치(170)로 전달되는 PTO 동력을 차단한 후 선회가 이루어지도록 함으로써, 상기 식부장치(170)의 파손을 방지한다. 상기 PTO 제어기(246)는 상기 차체(110)에 제공하기 위하여 취출되는 동력을 제어하며, 상기 리프트 제어기(243)와 통신하여 상기 리프트장치(160)의 상승시에 상기 취출되는 동력을 차단한다. 이앙기의 작업자가 상기 차체(110)를 후진하거나 선회할 때, 앞서 설명한 바와 같이 상기 식부장치(170)의 파손을 방지하도록 상기 리프트장치(160)를 상승시키고 식부장치(170)로 전달되는 PTO 동력을 차단한다. 상기 속도감도 제어기(247)는 상기 변속 제어기(241)와 통신하여 상기 차체(110)의 속도의 감도를 제어한다. 구체적으로, 상기 속도감도 제어기(247)는 부하가 변하는 경우에 상기 차체(110)에 설치된 가속 페달(accelerator pedal)의 감도를 조절한다. 상기 수평 제어기(248)는 상기 식부 제어기(244)와 통신하여 상기 식부장치(170)가 수평을 유지하도록 상기 식부장치(170)를 제어한다. 구체적으로, 상기 수평 제어기(248)는 상기 식부장치(170)가 정확한 모의 이식 작업을 수행하도록 상기 식부장치(170)가 수평을 유지하도록 제어한다. 상기 수평감도 제어기(248)는 상기 수평 제어기(248)와 통신하여 상기 식부장치(170)의 수평 감도를 제어한다. 구체적으로, 상기 수평감도 제어기(248)는 지면과의 간격을 검출하여 상기 지면과의 간격을 조절한다. 다시 도 2를 참조하면, 상기 통신부(250)는 상기 각 조종장치의 현재의 운전상태에 관한 정보를 송수신하도록 상기 조종장치들을 서로 통신한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 통신부(250)는 화살표로 표시된 각 제어기 사이의 통신을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 통신부(250)는 상기 변속 제어기(241)와 상기 엔진 제어기(242), 상기 변속 제어기(241)와 상기 리프트 제어기(243), 상기 변속 제어기(241)와 상기 조향 제어기(245), 상기 변속 제어기(241)와 상기 PTO 제어기(246), 상기 변속 제어기(241)와 상기 속도감도 제어기(247), 상기 리프트 제어기(243)와 상기 식부 제어기(244), 상기 리프트 제어기(243)와 상기 조향 제어기(245), 상기 리프트 제어기(243)와 상기 PTO 제어기(246), 상기 식부 제어기(244)와 상기 조향 제어기(245), 상기 식부 제어기(244)와 상기 수평 제어기(248), 상기 수평 제어기(248)와 상기 수평감도 제어기(248) 등을 서로 통신한다. 상기 통신장치(250)는 상기 각 조종장치의 액추에이터 사이에서 서로 통신할 수 있다. 상기 통신에 의하여, 상기 각 조종장치의 액추에이터는 센서 정보를 공유할 수 있으며, 다른 액추에이터의 동작과 연계하여 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 통신은 차량 통신 방식으로 주로 채용되는 CAN(controller area network) 통신 방식을 채용할 수 있다. 따라서, 상기 통신은 농업기계 국제표준 통신규격인 CAN-BUS 프로토콜(ISO11786)에 따라 정보와 제어신호를 교환할 수 있다. 이에 따라 일 실시예로, 상기 이앙기 액추에이터 모듈(200)은 CAN 제어기(260)를 더 포함할 수 있다. 상기 CAN 제어기(260)는 상기 통신장치(250)를 제어하여, 상기 제어부(240)의 각 제어기들이 서로 CAN 통신 방식을 이용하여 통신할 수 있도록 한다. 상기와 같이, 조종장치들의 운전상태를 감지하는 센서부와 이에 대한 정보를 공유하도록 통신부가 구비되고, 각 조종장치의 운전상태 및 각 조종장치 사이의 연계성에 따라 정의된 알고리즘을 이용하여 각 조정장치를 제어함으로써, 각종 전자 장비와의 융합이 용이하며 작업의 편의성 및 작업의 효율성이 향상될 수 있다. 또한, 각 액추에이터가 독립적인 제어 기능을 가짐과 동시에 통신장치를 통해 상호 연계되므로, 이앙기 액추에이터 모듈의 시스템 설계 유연성 및 확장성이 향상될 수 있다. 또한, 액추에이터 모듈이 전자적으로 제어되므로, 기계식 수동 조종 시스템에 비하여 각종 전자 장비와의 융합이 용이할 수 있다. 앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 이앙기 110 : 차체
150 : 변속장치 160 : 리프트장치
170 : 식부장치 200 : 이앙기 액추에이터 모듈
210 : 모터 220 : 모터 구동부
230 : 센서부 240 : 제어부
250 : 통신부 260 : CAN 제어기 |
