오늘날 4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution)이란 글로벌 키워드가 인류가 종사하고 있는 산업계 전반에 광범위한 영향력을 퍼트리게 되었다. 농업 분야에서도 다른 분야의 신(新)기술들을 기존의 전통적인 농사 방식과 새롭게 융합하여 생산성과 수익성 그리고 편의성과 안전성 등을 향상시키는 다양한 변화의 바람들이 일어나고 있다. 그 중 대표적인 농업 분야의 기술 발전으로는 IoT 기술을 융합한 ...
오늘날 4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution)이란 글로벌 키워드가 인류가 종사하고 있는 산업계 전반에 광범위한 영향력을 퍼트리게 되었다. 농업 분야에서도 다른 분야의 신(新)기술들을 기존의 전통적인 농사 방식과 새롭게 융합하여 생산성과 수익성 그리고 편의성과 안전성 등을 향상시키는 다양한 변화의 바람들이 일어나고 있다. 그 중 대표적인 농업 분야의 기술 발전으로는 IoT 기술을 융합한 스마트 팜(Smart Farm), 빅 데이터(Big Data)를 활용한 정밀 농업, 농업용 드론의 등장과 보급, 농기계 자동화를 기반으로 발전한 지능화와 무인화 등을 꼽을 수 있다. 이처럼 첨단 농업 기술(Agir Tech)들에 대한 연구 개발이 농업 선진국을 필두로 활발하게 진행되고 있으며, 이에 대한 시장과 소비자의 니즈(Needs)와 만족도도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 이러한 변화의 트렌드를 바탕으로 국내 농촌의 급속한 노령화와 여성 인구 비율의 증가로 인해 발생되는 여러 문제점들을 해결하기 위하여 정부 차원에서 밭농사용 농기계 및 장비들을 대상으로 자동화 및 지능화하려는 다양한 정책과 지원들이 추진되고 있는 상황이다. 본 논문은 밭농사용 장비들 중 대표적인 구근류 수확기인 자주식 감자수확기의 변위차 두둑 추종 방식을 활용한 조향제어 시스템의 개발 내용에 대해 소개하려고 한다. 본 논문은 총 6부분의 연구 내용으로 나누어진다. 현재 자주식 감자수확기는 수동으로 조작되는데, 두둑이라는 일정한 형태로 정형화된 구역에서 반복적이고 규칙적인 이동 및 작업을 하고 있으므로 자동화하기에 용이하다. 이에 작업 중인 두둑의 중앙부를 추종해가며, 경로를 이탈하거나 옆 두둑을 침범하지 않도록 조향 제어를 할 수 있는 방법을 연구하였다. 먼저 조향 구동 방식들을 분석하여 자주식 수확기에 적합한 최적의 조향 기구부를 선정하기 위하여 수학적 방법으로 접근하였다. 그 결과, Ackerman 조향 기구학을 이용하여 허용 가능한 최대 조향 각도 값을 구하여 수식적으로 정립하였다. 이를 바탕으로 PID 제어 기법 관점에서 설계된 적합한 조향 제어기를 모델링하고 시뮬레이션 하여 P 제어기가 가장 적합하다는 것을 확인하였다. 그리고 자주식 수확기의 사용 환경을 정의하였고, 두둑의 중앙값을 감지할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 그 결과, 일정한 형태의 두둑의 중앙값을 원활하게 측정할 수 있는 사다리꼴 형태의 두둑 감지 센서 기구부를 개발하였다. 두둑 감지 센서 기구부에서 감지된 센서 변위차 내용과 PD 조향 제어 기법에 대해 분석하고 정리한 내용을 결합하여 조향 각도 생성 알고리즘을 만들었다. 그리고 지금까지 도출되어 나온 수식과 기구부 및 알고리즘 등을 바탕으로 P 제어기를 설계하였고, 두둑의 중앙부를 추종 및 주행할 수 있게 해주는 최적의 조향 Gain 값을 여러 번의 실험을 통해 구하였다. 본 연구를 통해 밭농사에 사용되는 자주식 감자수확기의 작업 효율성과 편의성을 높이고자 한다. 향후에는 이러한 농기계 분야의 다양한 연구와 실험들을 바탕으로 농기계들의 자동화 및 무인화 기술들이 더 발전하기를 기대한다.
오늘날 4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution)이란 글로벌 키워드가 인류가 종사하고 있는 산업계 전반에 광범위한 영향력을 퍼트리게 되었다. 농업 분야에서도 다른 분야의 신(新)기술들을 기존의 전통적인 농사 방식과 새롭게 융합하여 생산성과 수익성 그리고 편의성과 안전성 등을 향상시키는 다양한 변화의 바람들이 일어나고 있다. 그 중 대표적인 농업 분야의 기술 발전으로는 IoT 기술을 융합한 스마트 팜(Smart Farm), 빅 데이터(Big Data)를 활용한 정밀 농업, 농업용 드론의 등장과 보급, 농기계 자동화를 기반으로 발전한 지능화와 무인화 등을 꼽을 수 있다. 이처럼 첨단 농업 기술(Agir Tech)들에 대한 연구 개발이 농업 선진국을 필두로 활발하게 진행되고 있으며, 이에 대한 시장과 소비자의 니즈(Needs)와 만족도도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 이러한 변화의 트렌드를 바탕으로 국내 농촌의 급속한 노령화와 여성 인구 비율의 증가로 인해 발생되는 여러 문제점들을 해결하기 위하여 정부 차원에서 밭농사용 농기계 및 장비들을 대상으로 자동화 및 지능화하려는 다양한 정책과 지원들이 추진되고 있는 상황이다. 본 논문은 밭농사용 장비들 중 대표적인 구근류 수확기인 자주식 감자수확기의 변위차 두둑 추종 방식을 활용한 조향제어 시스템의 개발 내용에 대해 소개하려고 한다. 본 논문은 총 6부분의 연구 내용으로 나누어진다. 현재 자주식 감자수확기는 수동으로 조작되는데, 두둑이라는 일정한 형태로 정형화된 구역에서 반복적이고 규칙적인 이동 및 작업을 하고 있으므로 자동화하기에 용이하다. 이에 작업 중인 두둑의 중앙부를 추종해가며, 경로를 이탈하거나 옆 두둑을 침범하지 않도록 조향 제어를 할 수 있는 방법을 연구하였다. 먼저 조향 구동 방식들을 분석하여 자주식 수확기에 적합한 최적의 조향 기구부를 선정하기 위하여 수학적 방법으로 접근하였다. 그 결과, Ackerman 조향 기구학을 이용하여 허용 가능한 최대 조향 각도 값을 구하여 수식적으로 정립하였다. 이를 바탕으로 PID 제어 기법 관점에서 설계된 적합한 조향 제어기를 모델링하고 시뮬레이션 하여 P 제어기가 가장 적합하다는 것을 확인하였다. 그리고 자주식 수확기의 사용 환경을 정의하였고, 두둑의 중앙값을 감지할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 그 결과, 일정한 형태의 두둑의 중앙값을 원활하게 측정할 수 있는 사다리꼴 형태의 두둑 감지 센서 기구부를 개발하였다. 두둑 감지 센서 기구부에서 감지된 센서 변위차 내용과 PD 조향 제어 기법에 대해 분석하고 정리한 내용을 결합하여 조향 각도 생성 알고리즘을 만들었다. 그리고 지금까지 도출되어 나온 수식과 기구부 및 알고리즘 등을 바탕으로 P 제어기를 설계하였고, 두둑의 중앙부를 추종 및 주행할 수 있게 해주는 최적의 조향 Gain 값을 여러 번의 실험을 통해 구하였다. 본 연구를 통해 밭농사에 사용되는 자주식 감자수확기의 작업 효율성과 편의성을 높이고자 한다. 향후에는 이러한 농기계 분야의 다양한 연구와 실험들을 바탕으로 농기계들의 자동화 및 무인화 기술들이 더 발전하기를 기대한다.
Today, the global keyword of the Fourth Industrial Revolution has spread a wide range of influences throughout the industry in which mankind is engaged. In the field of agriculture, various winds of change are taking place to improve productivity, profitability, convenience and safety by newly f...
Today, the global keyword of the Fourth Industrial Revolution has spread a wide range of influences throughout the industry in which mankind is engaged. In the field of agriculture, various winds of change are taking place to improve productivity, profitability, convenience and safety by newly fusing new technologies from other fields with existing traditional farming methods. Among them, representative technological developments in the field of agriculture include smart farms that integrate IoT technology, precision farming using big data, the emergence and distribution of agricultural drones, and intelligence and unmanned technology developed based on automation of agricultural machinery. As such, research and development on cutting-edge agricultural technologies is being actively conducted, led by advanced agricultural countries, and the needs and satisfaction of the market and consumers are steadily increasing. Based on this trend of change, the government is promoting various policies and supports to automate and intelligentize agricultural machinery and equipment for field farming in order to solve various problems arising from the rapid aging of rural areas in Korea and the increase in the proportion of female population. This paper attempts to introduce the development contents of a steering control system using the displacement difference ridge tracking method of a self-propelled potato harvester, a representative bulbous harvester among field farming equipment. This thesis is divided into six research contents. Currently, the self-propelled potato harvester is operated manually, and it is easy to automate because it performs repetitive and regular movements and operations in a regularized ridge area. Therefore, we studied a method that can control the steering so that it does not deviate from the path or invade the side ridge while following the center of the ridge being worked. First, by analyzing the steering drive methods, a mathematical method was approached to select the optimal steering mechanism suitable for the self-propelled harvester. As a result, the maximum allowable steering angle value was calculated using Ackerman steering kinematics and established mathematically. Based on this, it was confirmed that the P controller was most suitable by modeling and simulating a suitable steering controller designed from the perspective of the PID control method. In addition, the use environment of the self-propelled harvester was defined, and a method for detecting the median value of the ridge was studied. As a result, we developed a trapezoidal shape sensor mechanism that can smoothly measure the median value of a ridge certain shape. A steering angle generation algorithm was created by combining the contents of the sensor displacement difference detected by the ridge detection sensor mechanism and the contents obtained by analyzing and organizing the PD steering control technique. And based on the equations, mechanisms and algorithms derived so far, the P controller was designed, and the optimal steering gain value that allows the center of the ridge to follow and run was obtained through several experiments. The purpose of this study is to increase the work efficiency and convenience of the self-propelled potato harvester used in field farming. In the future, it is expected that automation and unmanned technologies of agricultural machinery will further develop based on various studies and experiments in the field of agricultural machinery.
Today, the global keyword of the Fourth Industrial Revolution has spread a wide range of influences throughout the industry in which mankind is engaged. In the field of agriculture, various winds of change are taking place to improve productivity, profitability, convenience and safety by newly fusing new technologies from other fields with existing traditional farming methods. Among them, representative technological developments in the field of agriculture include smart farms that integrate IoT technology, precision farming using big data, the emergence and distribution of agricultural drones, and intelligence and unmanned technology developed based on automation of agricultural machinery. As such, research and development on cutting-edge agricultural technologies is being actively conducted, led by advanced agricultural countries, and the needs and satisfaction of the market and consumers are steadily increasing. Based on this trend of change, the government is promoting various policies and supports to automate and intelligentize agricultural machinery and equipment for field farming in order to solve various problems arising from the rapid aging of rural areas in Korea and the increase in the proportion of female population. This paper attempts to introduce the development contents of a steering control system using the displacement difference ridge tracking method of a self-propelled potato harvester, a representative bulbous harvester among field farming equipment. This thesis is divided into six research contents. Currently, the self-propelled potato harvester is operated manually, and it is easy to automate because it performs repetitive and regular movements and operations in a regularized ridge area. Therefore, we studied a method that can control the steering so that it does not deviate from the path or invade the side ridge while following the center of the ridge being worked. First, by analyzing the steering drive methods, a mathematical method was approached to select the optimal steering mechanism suitable for the self-propelled harvester. As a result, the maximum allowable steering angle value was calculated using Ackerman steering kinematics and established mathematically. Based on this, it was confirmed that the P controller was most suitable by modeling and simulating a suitable steering controller designed from the perspective of the PID control method. In addition, the use environment of the self-propelled harvester was defined, and a method for detecting the median value of the ridge was studied. As a result, we developed a trapezoidal shape sensor mechanism that can smoothly measure the median value of a ridge certain shape. A steering angle generation algorithm was created by combining the contents of the sensor displacement difference detected by the ridge detection sensor mechanism and the contents obtained by analyzing and organizing the PD steering control technique. And based on the equations, mechanisms and algorithms derived so far, the P controller was designed, and the optimal steering gain value that allows the center of the ridge to follow and run was obtained through several experiments. The purpose of this study is to increase the work efficiency and convenience of the self-propelled potato harvester used in field farming. In the future, it is expected that automation and unmanned technologies of agricultural machinery will further develop based on various studies and experiments in the field of agricultural machinery.
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