접수 및 대목 줄기의 회전 절단으로 인한 접목 불량 발생 가능성에 대한 문제점을 해결하기 위하여 수학적 분석 및 고속카메라를 이용하여 실측한 결과 칼날 회전반경 50mm이고 줄기직경이 5mm 일 때, 깊이는 0.11mm인 것으로 계산되어 줄기부 곡면 절단에 따른 문제는 없을 것으로 사료된다. 또한 접목시스템에서 모종 줄기를 잡는 그립퍼의 최적 형상 설계를 위하여 실시한 모종 줄기 압축시험 결과 대목의 경우 0.8mm 이상, 접수의 경우 0.6mm 이상의 범위에서 줄기부를 압축 할 경우 이전 형상으로 완전히 복원되지 않는 것으로 조사되어 그립퍼 형상 설계 시 그럼퍼 간격 결정에서 고려해야 할 것으로 사료된다. 또한 접목시기인 토마토 모종의 경우 줄기의 휨이 평균 10도 전후 인 것으로 조사되어 접목불량이 발생할 가능성이 있으므로 이를 개선하기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다. 최적핑거 형상 시험에서는 모서리핑거 형상이 핑거간 거리 조정을 통해 정확한 중앙점을 잡을 수 있는 것으로 조사되었다. 핑거간 거리는 접수와 대목에 대해 각각 2.5mm와 3.0mm로 설정하고 신축성 있는 재질을 이용하여 1mm 두께로 코팅을 하면 대부분의 모종 줄기를 상처없이 파지 할 수 있을 것으로 조사되었다.
접수 및 대목 줄기의 회전 절단으로 인한 접목 불량 발생 가능성에 대한 문제점을 해결하기 위하여 수학적 분석 및 고속카메라를 이용하여 실측한 결과 칼날 회전반경 50mm이고 줄기직경이 5mm 일 때, 깊이는 0.11mm인 것으로 계산되어 줄기부 곡면 절단에 따른 문제는 없을 것으로 사료된다. 또한 접목시스템에서 모종 줄기를 잡는 그립퍼의 최적 형상 설계를 위하여 실시한 모종 줄기 압축시험 결과 대목의 경우 0.8mm 이상, 접수의 경우 0.6mm 이상의 범위에서 줄기부를 압축 할 경우 이전 형상으로 완전히 복원되지 않는 것으로 조사되어 그립퍼 형상 설계 시 그럼퍼 간격 결정에서 고려해야 할 것으로 사료된다. 또한 접목시기인 토마토 모종의 경우 줄기의 휨이 평균 10도 전후 인 것으로 조사되어 접목불량이 발생할 가능성이 있으므로 이를 개선하기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다. 최적핑거 형상 시험에서는 모서리핑거 형상이 핑거간 거리 조정을 통해 정확한 중앙점을 잡을 수 있는 것으로 조사되었다. 핑거간 거리는 접수와 대목에 대해 각각 2.5mm와 3.0mm로 설정하고 신축성 있는 재질을 이용하여 1mm 두께로 코팅을 하면 대부분의 모종 줄기를 상처없이 파지 할 수 있을 것으로 조사되었다.
This study was conducted to improve the insufficiency of fruit vegetable grafting system developed by National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration. When the rotary blade cut the stem of scions and rootstocks, the grafting failure at curved cutting surfaces happened. ...
This study was conducted to improve the insufficiency of fruit vegetable grafting system developed by National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration. When the rotary blade cut the stem of scions and rootstocks, the grafting failure at curved cutting surfaces happened. The cutting depth of a tomato seedling by a rotated cutter was calculated 0.11 mm even when the cutting arm length and the maximum stem diameter were 50 mm and 5 mm, respectively. Mathematical analysis and high-speed photography showed that there was no problem by cutting in straight the stem of scions and rootstocks. The compression test of seedling stems to design the optimal shape of gripper showed that stems were not completely restored when they were compressed above 0.8 mm and 0.6 mm in case of rootstocks and scion, respectively. This study found that the bending angle of stem of tomato seedlings at the grafting period was 10 degree on average. The optimal gripper finger was the edge finger type which could be precisely set center point by adjusting the distance between fingers. In addition, it was found that most of seedling could be grasped without damage when the finger-to-finger distances is set to 2.5 mm for scion and 3.0 mm for rootstocks and finger are coated by 1 mm-thick flexible material.
This study was conducted to improve the insufficiency of fruit vegetable grafting system developed by National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration. When the rotary blade cut the stem of scions and rootstocks, the grafting failure at curved cutting surfaces happened. The cutting depth of a tomato seedling by a rotated cutter was calculated 0.11 mm even when the cutting arm length and the maximum stem diameter were 50 mm and 5 mm, respectively. Mathematical analysis and high-speed photography showed that there was no problem by cutting in straight the stem of scions and rootstocks. The compression test of seedling stems to design the optimal shape of gripper showed that stems were not completely restored when they were compressed above 0.8 mm and 0.6 mm in case of rootstocks and scion, respectively. This study found that the bending angle of stem of tomato seedlings at the grafting period was 10 degree on average. The optimal gripper finger was the edge finger type which could be precisely set center point by adjusting the distance between fingers. In addition, it was found that most of seedling could be grasped without damage when the finger-to-finger distances is set to 2.5 mm for scion and 3.0 mm for rootstocks and finger are coated by 1 mm-thick flexible material.
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문제 정의
본 연구에서는 선행 연구에서 개발되어 보급된 접목시스템의 보완사항으로 거론되는 모종의 줄기 절단부 및 정밀 접목을 위한 모종의 공급부 개선을 위해 수행하였다.
제안 방법
고안된 그립퍼는 줄기의 상부와 하부의 정중앙을 잡을 수 있어 휨을 보정할 수 있는 것으로 사전 조사결과 분석되었다. 고안된 그립퍼의 형상 중 모종 줄기와 맞닿는 부분의 최적형상을 구명하기 위하여 Fig. 6과 같이 줄기와 접촉하는 부분의 핑거 형상이 다른 3가지 유형의 그립퍼를 제작하여 모종을 잡았을 때 손상여부와 줄기의 중앙부와 그립퍼의 중앙부의 일치 여부를 조사하였다. 또한 그립퍼가 줄기를 잡았을 때 적정 거리를 구명하기 위하여 접수와 대목 줄기의 직경을 조사하였다.
2의 ‘t’)이 발생하여 접목 불량이 발생될 가능성에 대해 문제점으로 제기되었다. 따라서 접수 및 대목 줄기부의 곡면 절단에 따른 공극을 계산하여 불량 가능성에 대해 수치적인 접근을 수행하였고, 고속 카메라(HS4-C, Integrated Design Tools, Inc., USA)를 이용하여 절단될 때의 절단 단면을 검출하여 검증작업을 수행하였다. 시험은 칼날이 줄기를 절단할 때의 절단면을 검토하기 위하여 접목작업을 수행하는 작목 중 줄기의 경도가 상대적으로 큰 고추 품종에 대해 절단 시험을 실시하였다.
6과 같이 줄기와 접촉하는 부분의 핑거 형상이 다른 3가지 유형의 그립퍼를 제작하여 모종을 잡았을 때 손상여부와 줄기의 중앙부와 그립퍼의 중앙부의 일치 여부를 조사하였다. 또한 그립퍼가 줄기를 잡았을 때 적정 거리를 구명하기 위하여 접수와 대목 줄기의 직경을 조사하였다. 조사는 전북, 전남, 경북, 충남 4지역의 육묘장 중 1곳씩 선정하여 토마토 모종에 대해 각 50개씩 측정하였다.
, USA)를 이용하여 절단될 때의 절단 단면을 검출하여 검증작업을 수행하였다. 시험은 칼날이 줄기를 절단할 때의 절단면을 검토하기 위하여 접목작업을 수행하는 작목 중 줄기의 경도가 상대적으로 큰 고추 품종에 대해 절단 시험을 실시하였다.
그립퍼의 완충부를 최소화하기 위해서는 모종 줄기의 압축 정도에 따라 압축 후 줄기가 원상태로 복원되어 줄기에 상처가 발생하지 않는 범위를 찾을 필요가 있다. 이러한 압축회복력을 측정하기 위해 물성측정기(TA-XT2i, Stable Micro System Ltd, England)를 이용하여, 파종 후 20일이 경과된 토마토 접수 및 대목 모종에 대해 압축 깊이에 따라 줄기표면이 복원되는 범위를 측정하였다. 측정방법은 압축봉의 압축 깊이를 0.
이러한 특성을 조사하여 그립퍼 설계에 이용하기 위하여 줄기의 휨각을(Fig. 4의 α) 조사하였다.
접수와 대목의 줄기휨을 최대한 보정하고 줄기의 중심이 그립퍼의 정중앙에 위치하기 위하여 Fig. 5와 같이 상하 2개씩으로 구성된 얇은 판으로 구성된 그립퍼를 고안하였다. 고안된 그립퍼는 줄기의 상부와 하부의 정중앙을 잡을 수 있어 휨을 보정할 수 있는 것으로 사전 조사결과 분석되었다.
이러한 압축회복력을 측정하기 위해 물성측정기(TA-XT2i, Stable Micro System Ltd, England)를 이용하여, 파종 후 20일이 경과된 토마토 접수 및 대목 모종에 대해 압축 깊이에 따라 줄기표면이 복원되는 범위를 측정하였다. 측정방법은 압축봉의 압축 깊이를 0.1mm씩 증가시키면서 줄기에 의한 반발력이 압축시작점에서 0이 되는 압축 깊이를 완전 복원으로 간주하여 시험을 실시하였다. 이때 압축봉의 직경은 1mm를 이용하였다.
조사대상은 전북, 전남, 경북, 충남 지역에 소재한 1개씩의 육묘장에서 육묘되고 있는 각 50개의 토마토 대목 줄기에 대해 휨각을 조사하였다. 휨각은 영상 촬영 후 Auto CAD(Autodesk Inc. USA, version2010)를 이용하여 휨각을 측정하였다.
대상 데이터
또한 그립퍼가 줄기를 잡았을 때 적정 거리를 구명하기 위하여 접수와 대목 줄기의 직경을 조사하였다. 조사는 전북, 전남, 경북, 충남 4지역의 육묘장 중 1곳씩 선정하여 토마토 모종에 대해 각 50개씩 측정하였다.
4의 α) 조사하였다. 조사대상은 전북, 전남, 경북, 충남 지역에 소재한 1개씩의 육묘장에서 육묘되고 있는 각 50개의 토마토 대목 줄기에 대해 휨각을 조사하였다. 휨각은 영상 촬영 후 Auto CAD(Autodesk Inc.
성능/효과
8과 같이 칼날이 회전하여 줄기를 절단할 경우에도 줄기 절단면은 계산된 값과 같이 직선으로 절단되어 이로 인해 접목 불량이 발생하지 않을 것으로 나타났다. 따라서 접목시스템에서 줄기 절단부는 접수 및 대목 모종의 품종에 관계없이 곡면으로 절단되는 문제를 해결할 수 있을 것으로 사료되며, 박과의 경우 편엽을 남기고 절단하는 특성 상 정확한 부위의 절단을 위해 직선절단을 채택하는 것도 적절할 것으로 사료된다.
11mm인 것으로 계산되어 줄기부 곡면 절단에 따른 문제는 없을 것으로 사료된다. 또한 접목시스템에서 모종 줄기를 잡는 그립퍼의 최적 형상 설계를 위하여 실시한 모종 줄기 압축시험 결과 대목의 경우 0.8mm 이상, 접수의 경우 0.6mm 이상의 범위에서 줄기부를 압축 할 경우 이전 형상으로 완전히 복원되지 않는 것으로 조사되어 그립퍼 형상 설계 시 그럼퍼 간격 결정에서 고려해야 할 것으로 사료된다. 또한 접목시기인 토마토 모종의 경우 줄기의 휨이 평균 10도 전후 인 것으로 조사되어 접목불량이 발생할 가능성이 있으므로 이를 개선하기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
9와 같다. 시험에 이용된 토마토 모종 중 대목의 경우, 압축 깊이가 약 0.8mm 이상일 경우 줄기 표면이 복원되지 않는 것으로 조사되었고, 접수는 0.6mm이상의 범위에서 줄기부가 압축 될 경우 이전 형상으로 완전히 복원되지 않는 것으로 조사되었다. 따라서 접수와 대목의 그립퍼 형상 설계 시 그립퍼간 간격도 고려하여 설계하여야 할 것으로 사료된다.
접수 및 대목 줄기의 회전 절단으로 인한 접목 불량 발생 가능성에 대한 문제점을 해결하기 위하여 수학적 분석 및 고속카메라를 이용하여 실측한 결과 칼날 회전반경 50mm이고 줄기직경이 5mm 일 때, 깊이는 0.11mm인 것으로 계산되어 줄기부 곡면 절단에 따른 문제는 없을 것으로 사료된다. 또한 접목시스템에서 모종 줄기를 잡는 그립퍼의 최적 형상 설계를 위하여 실시한 모종 줄기 압축시험 결과 대목의 경우 0.
또한 접목시기인 토마토 모종의 경우 줄기의 휨이 평균 10도 전후 인 것으로 조사되어 접목불량이 발생할 가능성이 있으므로 이를 개선하기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다. 최적핑거 형상시험에서는 모서리핑거 형상이 핑거간 거리 조정을 통해 정확한 중앙점을 잡을 수 있는 것으로 조사되었다. 핑거간 거리는 접수와 대목에 대해 각각 2.
최적핑거 형상시험에서는 모서리핑거 형상이 핑거간 거리 조정을 통해 정확한 중앙점을 잡을 수 있는 것으로 조사되었다. 핑거간 거리는 접수와 대목에 대해 각각 2.5mm와 3.0mm로 설정하고 신축성 있는 재질을 이용하여 1mm 두께로 코팅을 하면 대부분의 모종 줄기를 상처없이 파지 할 수 있을 것으로 조사되었다.
핑거의 형상에 따른 최적 그립퍼 형상시험 결과 사각핑거 형상(Fig. 6의 ‘a’)은 사각형상부에 실리콘 등 무른 재질의 물질을 넣어야 하므로 정확한 중심을 유지하기 힘들었으며, 라운딩핑거 형상(Fig. 6의 ‘b’)은 그립부가 곡면을 이루면서 상하로 약 1mm 이상의 오차가 발생하는 것으로 조사되었다.
후속연구
6mm 이상의 범위에서 줄기부를 압축 할 경우 이전 형상으로 완전히 복원되지 않는 것으로 조사되어 그립퍼 형상 설계 시 그럼퍼 간격 결정에서 고려해야 할 것으로 사료된다. 또한 접목시기인 토마토 모종의 경우 줄기의 휨이 평균 10도 전후 인 것으로 조사되어 접목불량이 발생할 가능성이 있으므로 이를 개선하기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다. 최적핑거 형상시험에서는 모서리핑거 형상이 핑거간 거리 조정을 통해 정확한 중앙점을 잡을 수 있는 것으로 조사되었다.
9mm로 계산된다. 이는 접수와 대목의 휨을 최대로 고려했을 때 1.8mm 까지 휘어 접목불량이 발생할 가능성이 있으므로 이를 보완하기 위한 추가 연구가 필요한 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과채류 자동 접목시스템의 작동과정은?
농촌진흥청에서 기 개발된 과채류 자동 접목시스템의 경우, 인력이 그립퍼에 모종을 공급한 후, 접수 및 대목용 그립퍼가 90° 회전하면 줄기 절단용 칼날을 이용하여 묘의 줄기부를 절단한다. 이후 접수 및 대목 그립퍼는 90° 회전하여 자동으로 공급되는 집게에 의해 접수와 대목을 접합된다. 과채류 자동 접목시스템에서 접수 및 대목 줄기부 절단은 Fig.
한국과 일본에서 수행한 과채류의 접목작업에 대한 자동화 연구에는 어떤 것들이 있나?
과채류의 접목작업에 대한 자동화 연구는 한국과 일본을 중심으로 연구가 진행되었다. 일본에서는 박과작물을 대상으로 공급되는 접수와 대목에 대해 줄기 절단 및 클립을 이용하여 접목하는 장치를 개발한 바 있다(Suzuki 등, 1995a, 1995b; Kobayashi와 Suzuki, 1996). 우리나라에서는 경북대학교(Park 등, 1997)에서 삽접방식을 이용한 박과채소 반자동 접목시스템에 관한 메카니즘에 관한 연구를 수행한바 있고, 농촌진흥청을 중심으로 2000년 초반부터 합접방식을 채용한 박과 및 가지과에 대한 자동 접목시스템에 관련된 연구개발을 수행한 바 있다(Kang 등, 2008).
그립퍼의 완충부를 최소화 하기 위해서는 무엇을 해야하는가?
따라서 그립퍼에 부착된 고무의 영향을 최소화하기 위해서는 그립퍼 끝단의 고무두께를 최소화 할 필요가 있다. 그립퍼의 완충부를 최소화하기 위해서는 모종 줄기의 압축 정도에 따라 압축 후 줄기가 원상태로 복원되어 줄기에 상처가 발생하지 않는 범위를 찾을 필요가 있다. 이러한 압축회복력을 측정하기 위해 물성측정기(TA-XT2i, Stable Micro System Ltd, England)를 이용하여, 파종 후 20일이 경과된 토마토 접수 및 대목 모종에 대해 압축 깊이에 따라 줄기표면이 복원되는 범위를 측정하였다.
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Suzuki, M., K. Kobayashi, K. Inooku, K. Miura, and K. Hirata. 1995a. Development of grafting robot for cucurbitaceous vegetables(Part 1). Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery 57(2): 100-108.(in Japanese)
Suzuki, M., K. Kobayashi, K. Inooku, and K. Miura. 1995b. Development of grafting robot for cucurbitaceous vegetables( Part 2). Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery 57(3): 103-110.(in Japanese)
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