본 논문에서는 대형화되고 기업화되어가고 있는 국내 축산농가를 위한 AGV와 스크류컨베이어 기반의 자동 소사료 공급시스템에 대해 소개한다. 제안된 자동 소사료 공급시스템은 최상단에 펠렛형 혼합 사료가 적재되는 호퍼부, 호퍼부에서 펠렛형 혼합사료를 배출부로 이송시키는 스크류컨베이어를 장착한 이송부, 벨트컨베이어로 구성된 배출부 및 시스템 이동을 위한 전자 유도선 주행방식의 AGV로 구성되어있다. 적재된 사료 무게는 이송부의 하부에 위치한 로드셀에 의해 측정된다. 개별 우사 셀에 설치되는 RFID TAG에 미리 저장된 사료 배출정보를 시스템이 읽어 정해진 양만큼의 사료를 시스템이 주행하면서 배출하게된다. 공급 배출 테스트시스템을 제작하여 사료의 공급 능력을 결정짓는 사료 이송부의 스크류 외경, 스크류 샤프트 외경, 스크류 피치 간격 등을 포함하는 스크류컨베이어 설계인자 도출을 하였으며 도출된 설계인자들을 최종 공급시스템 제작 시에 적용하였다. 사료 급이시스템을 제어하기 위해 DSP기반의 주제어기 및 공급시나리오에 따른 급이알고리듬도 함께 개발되었다. 실험을 통해 국내 우사에 사료공급조건을 만족시키기 위해 설정된 목표인 5 m의 거리를 0.1 m/sec의 속도로 주행하면서 7 마리가 수용되는 한 개의 우사에 필요한 총 21 kg의 사료를 초당 420 g으로 균일하게 공급이 가능함을 확인하여 개발된 축우용 무인사료공급시스템이 규격화된 국내 축산농가에 적용될 수 있는 가능성을 확인하였다.
본 논문에서는 대형화되고 기업화되어가고 있는 국내 축산농가를 위한 AGV와 스크류컨베이어 기반의 자동 소사료 공급시스템에 대해 소개한다. 제안된 자동 소사료 공급시스템은 최상단에 펠렛형 혼합 사료가 적재되는 호퍼부, 호퍼부에서 펠렛형 혼합사료를 배출부로 이송시키는 스크류컨베이어를 장착한 이송부, 벨트컨베이어로 구성된 배출부 및 시스템 이동을 위한 전자 유도선 주행방식의 AGV로 구성되어있다. 적재된 사료 무게는 이송부의 하부에 위치한 로드셀에 의해 측정된다. 개별 우사 셀에 설치되는 RFID TAG에 미리 저장된 사료 배출정보를 시스템이 읽어 정해진 양만큼의 사료를 시스템이 주행하면서 배출하게된다. 공급 배출 테스트시스템을 제작하여 사료의 공급 능력을 결정짓는 사료 이송부의 스크류 외경, 스크류 샤프트 외경, 스크류 피치 간격 등을 포함하는 스크류컨베이어 설계인자 도출을 하였으며 도출된 설계인자들을 최종 공급시스템 제작 시에 적용하였다. 사료 급이시스템을 제어하기 위해 DSP기반의 주제어기 및 공급시나리오에 따른 급이알고리듬도 함께 개발되었다. 실험을 통해 국내 우사에 사료공급조건을 만족시키기 위해 설정된 목표인 5 m의 거리를 0.1 m/sec의 속도로 주행하면서 7 마리가 수용되는 한 개의 우사에 필요한 총 21 kg의 사료를 초당 420 g으로 균일하게 공급이 가능함을 확인하여 개발된 축우용 무인사료공급시스템이 규격화된 국내 축산농가에 적용될 수 있는 가능성을 확인하였다.
This paper presents an automated cow-feeding system based on an AGV and screw conveyor for domestic livestock farms, which are becoming larger and more commercialized. The system includes a hopper module for loading pellet-type mixed feed at the top of the system, a transfer module mounted with a sc...
This paper presents an automated cow-feeding system based on an AGV and screw conveyor for domestic livestock farms, which are becoming larger and more commercialized. The system includes a hopper module for loading pellet-type mixed feed at the top of the system, a transfer module mounted with a screw conveyor to transfer feed from the hopper module to the outlet module, an outlet module composed of belt conveyors, and an electromagnetic guided driving-type AGV. The weight of the loaded feed is measured by a load cell located under the transfer module. The system reads the feed discharge information stored in RFID tags installed in each cowshed cell, and a predetermined amount of feed is discharged while the AGV is moving. A cow-feed test system was constructed to determine the design parameters of the screw conveyor in the transfer module that determine the feeding capacity. These parameters include the screw's outer diameter, the screw shaft outer diameter, and screw pitch. The parameters were applied to the finalized cow-feed system construction. A DSP-based main controller and cow-feeding algorithm for different scenarios were also developed to control the system. Experimental results confirmed that the system could supply a total of 21 kg of feed uniformly at 420 g/s for a cowshed cell which has 7 cows. The driving distance was 5 m and the speed was 0.1 m/s. Thus, the proposed system could be applied to standardized domestic livestock farms.
This paper presents an automated cow-feeding system based on an AGV and screw conveyor for domestic livestock farms, which are becoming larger and more commercialized. The system includes a hopper module for loading pellet-type mixed feed at the top of the system, a transfer module mounted with a screw conveyor to transfer feed from the hopper module to the outlet module, an outlet module composed of belt conveyors, and an electromagnetic guided driving-type AGV. The weight of the loaded feed is measured by a load cell located under the transfer module. The system reads the feed discharge information stored in RFID tags installed in each cowshed cell, and a predetermined amount of feed is discharged while the AGV is moving. A cow-feed test system was constructed to determine the design parameters of the screw conveyor in the transfer module that determine the feeding capacity. These parameters include the screw's outer diameter, the screw shaft outer diameter, and screw pitch. The parameters were applied to the finalized cow-feed system construction. A DSP-based main controller and cow-feeding algorithm for different scenarios were also developed to control the system. Experimental results confirmed that the system could supply a total of 21 kg of feed uniformly at 420 g/s for a cowshed cell which has 7 cows. The driving distance was 5 m and the speed was 0.1 m/s. Thus, the proposed system could be applied to standardized domestic livestock farms.
본 논문에서는 선진낙농국가에서 적용하고 있는 무인사료공급시스템을 국산화하고 이를 통해 국내 축산시설자동화 및 현대화에 기여하고자 개발된 AGV기반의 자동사료공급시스템에 대해 설명한다. 개발된 시스템은 펠렛형 혼합사료를 적재하도록 설계되었고 전자 유도방식을 이용한 무인 주행 방식으로 동작한다.
제안 방법
본 논문에서는 국내 축산농가 사료공급 자동화의 일환으로 개발진행중인 AGV기반의 무인사료공급시스템을 소개하고 사료공급능력에 대한 성능실험을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
두 종류의 사료를 적재하고 배출하는 능력을 검증하기 위해 스크류컨베이어를 기반으로 Auto Feeding Test Module(AFTM)을 제작하였다. 우선적으로 펠렛형 사료에 대해 스크류컨베이어를 설계하였고 설계된 시스템이 TMR사료 배출에도 적용가능한지에 대한 검증도 수행하였다.
성능/효과
2. 스크류컨베이어 회전을 위해서는 100:1의 감속비가 적용된 최대 25 RPM 사양정도의 BLDC 모터적용이 무리가 없음을 확인하였고 13 RPM정도의 회전수에서 420 g/sec정도의 사료공급능력을 확인하였다.
3. 2 kg의 사료 배출량 제어 실험에서 목표 배출량 대비 온오프 제어 시 7 %, 피드백 제어인 비례제어시 2 %의 초과 배출 오차를 각각 보여 피드백 제어 시 향상된 결과를 얻을 수 있었다.
4. 우사 1개의 넓이 5 m 사이를 주행속도 약 0.1m/sec정도로 시스템이 주행을 하면서 사료를 공급하였으며 주행속도에 대한 부분은 실제 축사를 운영하는 관계자들과의 검토가 필요하다고 판단된다.
후속연구
5. TMR사료는 본 시스템으로 공급하기에 적절하지 않다는 실험결과에 비추어 향후 TMR 및 펠렛형사료를 겸용하여 공급할 수 있는 사료 이송 메카니즘을 개발할 예정이며 실제 축산농가의 환경에서 실증을 통해 본 무인공급시스템의 완성도를 높여나갈 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 사료 공급기 방식의 분류는?
현재 국내축산 농가에 보급된 사료 공급기 방식을 간략히 살펴보면 Fig. 1과 같이 레일방식, 전동방식, 트랙터 및 트럭 탑재방식으로 크게 분류해 볼 수 있고 이들 중 레일방식이 무인화에 근접한 방식이며 나머지 방식들은 사료를 공급하는 동안 여전히 사람의 노동력이 필요하다. 이들 공급기들도 축산업에 종사하는 인구의 노령화에 따른 인력난 문제를 근본적으로 해결하지는 못하고 있다.
유럽에서 자동사료공급시스템(Automatic feeding system)을 상용화한 기업은?
특히 유럽 축산기기 전문기업들을 중심으로 무인로봇을 기반으로 하는 자동사료공급시스템(Automatic feeding system)을 상용화하여 이를 유럽등지의 축산농가에 적용하고 있다. 대표적으로 네덜란드 기업인 Lely 및 Trioliet, 그리고 프랑스의 Jeantil사의 제품들이 그 사례들이다. 해당제품들의 시스템은 대체로 사료를 적재하는 호퍼부, 사료를 배출하는 배출부 및 무인운반체로 구성되어 있다.
국내에서 축산업에 로봇을 적용하기 위한 연구는 어떤 것이 있는가?
이러한 인력난을 해소하기 위한 방법으로 축산업에 로봇을 적용하기 위한 연구들이 다수 수행되어져 왔다. 국내의 경우 주로 젖소 착유 로봇들에 대한 연구들이 다수 진행되었고[1-4] 양돈농가를 위한 사료 공급 시스템에 대한 연구도 진행되었다[5]. 국내 축산 농가에 비해 사육 두수 및 시설규모 등을 포함하여 상대적으로 대규모인 프랑스, 스페인, 네덜란드, 미국 및 캐나다와 같은 선진 낙농업 국가에서는 축산시설의 현대화가 일찍부터 진행되어 왔고 착유로봇을 비롯하여 축산업 전반에 걸쳐 로봇을 적용하기 위한 연구들이 진행되고 있다[6-10].
참고문헌 (14)
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J. H. Yoo, Y. C. Lee, Y. J. Lee, "Development of the intelligent unmanned feeding robot controller for livestock industry automation", Proc. of ICROS 2016 Conference. vol. 1, pp. 351-352, Mar. 2016
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