초록 ▼

○ 연구결과
1. 들깻잎 수확기 설계를 위한 기초자료 조사
가. 들깨의 재배학적 특성
현재 들깨의 재배 조건은 전체적으로 비슷한 상황이다. 두둑 및 고랑의 형상을 살펴보면 두둑의 폭이 1500mm, 높이가 100∼200mm이며 고랑의 간격 300∼400mm, 깊이 100∼150mm이고 형상은 마름모꼴에 가깝다. 들깨의 주간격은 100∼150mm이며 두둑의 한 폭에 10∼15주의 들깨가 재배되어진다. 최근에는 하우스(시설)재배로 4계절 수확이 이루어지고 있다.
나. 들깨의 생태학적 특성
들깻잎의 크기는 길이

○ 연구결과
1. 들깻잎 수확기 설계를 위한 기초자료 조사
가. 들깨의 재배학적 특성
현재 들깨의 재배 조건은 전체적으로 비슷한 상황이다. 두둑 및 고랑의 형상을 살펴보면 두둑의 폭이 1500mm, 높이가 100∼200mm이며 고랑의 간격 300∼400mm, 깊이 100∼150mm이고 형상은 마름모꼴에 가깝다. 들깨의 주간격은 100∼150mm이며 두둑의 한 폭에 10∼15주의 들깨가 재배되어진다. 최근에는 하우스(시설)재배로 4계절 수확이 이루어지고 있다.
나. 들깨의 생태학적 특성
들깻잎의 크기는 길이 7∼12cm, 나비 5∼8cm에서 수확을 실시한다. 1회 수확시 보통 주당 1∼2장(1마디)의 잎을 수확하며 수확시에 곁가지를 제거해준다. 들깻잎의 수확은 반촉성 재배시 40∼50일 뒤부터 수확하게 되며 봄가을에는 10일, 여름에는 5∼7일 간격으로 수확한다. 들깻잎의 수확기간은 만생종은 150일, 조생종은 110일 정도이다. 수확과정에서 들깻잎이나 줄기에 가벼운 상처나 손상은 상품가치와 직결되므로 조심한다.
다. 들깻잎자루의 역학적 특성
잎자루의 직경은 2.05mm ∼ 3.65mm이내에 모두 분포하였으며, 평균 직경은 2.78mm이였다. 또한 들깻잎줄기의 전단력은 7.13N ∼ 17.42N이내에서 나타났으며, 평균 전단력은 12.13N으로 나타났다. 함수율은 평균 84.53%로 나타났다.
라. 들깨줄기의 기하학적 특성
공시재료를 대상으로 조사한 결과 들깻잎자루의 곧은 정도에 따라 전체 들깻잎 중에서 곧은 형상은 76%, 휜 형상은 13%, 처진 형상은 11%의 분포를 보였다.
들깻잎자루와 들깨줄기가 이루는 각도에 따른 분류에서 들깻잎은 40°∼ 90°사이에 모두 분포하였으며, 60°∼ 70°사이에 가장 많이 분포하였다. 80°이상의 경우는 잎들의 형상이 온전하지 못한 것들이 대부분으로 생육부진 또는 병충해로 인한 것으로 사료된다. 들깻잎자루와 그리퍼 암과의 각도에 따른 분류에서 공시재료는 -90°∼ +90°사이에서 거의 균등하게 분포되어 있었다.
2. 들깻잎 수확 시작기 개발
가. 수확장치
작물의 특성을 고려하여 설계조건을 설정하고 하드웨어를 구성한 후 그리퍼의 미케니즘과 구동 알고리즘을 토대로 구동 소프트웨어를 개발하였다. 수확장치의 성능시험 결과 들깻잎 자루의 곧은 정도에 따라 74.3%의 성공률을 보였고 들깻잎 자루와 들깨줄기가 이루는 각도에 따른 시험에서는 전체성공률이 75%로 나타났다. 들깻잎자루와 그리퍼 암과의 각도에 따른 결과는 전체성공률이 79.5%이고 공시재료의 재배기간에 따른 성능차이는 큰 차이가 없었다.
나. 프레임 및 구동장치
작업공간의 폭과 높이는 1500mm×1200mm이며 이 프레임에 폭190mm(양쪽), 높이 400mm의 크기로 보강을 대어 프레임의 휨을 방지하였다. 프레임은 강도와 비용을 고려하여 25×25×1.6t의 구조용각형각관을 사용하였다. 동력은 양쪽에 모터를 두고 무한궤도의 원리를 적용하였고 50∼60Hz의 속도가 적합한 것으로 나타났다.
다. 이송장치
들깨의 특성상 수확물을 보호하며 수확장치와 같이 사용하기에 적합한 컨베이어 벨트를 선택하였으며 시작기의 요구조건에 적합한 Cleat 타입 벨트를 적용 했다. 이송장치의 모터의 속도는 16m/min에 기울기는 40∼50°가 가장 적당한 것으로 사료되었다.
라. 제어장치
수확기를 제어하기 위하여 수확기의 상단에 제어장치를 구성하고 프로그램을 이용하여 소프트웨어를 개발하였다.
3. 1차 시작기의 설계 및 제작
1) 수확기의 설계 방향과 조건을 설정하고 그에 맞추어 수확장치, 프레임 및 구동장치, 이송장치, 제어장치로 구성된 시작기를 제작하였다.
2) 실험실 앞 도로에서 30주를 가지고 3회 성능시험을 실시한 결과 평균 작업 능률은 15.99m²/h, 수확손실률은 53.33%, 손상률은 11%로 나타나 수확손실률이 다소 높게 나타났다.
3) 포장에서 30주를 2회 반복 시험한 결과 평균 작업능률은 16.73m²/h, 수확손실률은 56.67%, 손상률은 11.67%로 나타났다.
4) 성능 시험 결과 1차 시작기의 문제점을 발견하고 해결 방안을 모색하여 재설계를 실시하였다.
4. 2차 시작기의 설계 및 제작
1) 1차 시작기와 같은 설계전제를 가지고 성능 시험 결과 드러난 문제점의 보완 설계대로 2차 시작기를 제작한다.
2) 들깻잎 농사를 짓는 농가의 비닐하우스에서 300주를 2회 반복 시험한 결과 평균 작업능률은 14.36m 2/h, 수확손실률은 28.5%, 손상률은 18%로 나타났다.
4) 성능 시험 결과 2차 시작기의 문제점을 발견하고 해결 방안을 모색하였다.

Abstract ▼

1. Results of the study
A. Research on the Basic Materials for Designing an Automated Harvesting System
1) Cultivaling faclors of perilla leaves
Now cultivaling conditions of perilla are Similar in general. Regarding ridges and furrows, ridges are 1500mm wide and 100 to 200 mm high, Furrows

1. Results of the study
A. Research on the Basic Materials for Designing an Automated Harvesting System
1) Cultivaling faclors of perilla leaves
Now cultivaling conditions of perilla are Similar in general. Regarding ridges and furrows, ridges are 1500mm wide and 100 to 200 mm high, Furrows are 300 to 400 mm wide and 100 to 150 mm high, and their shapes are like diamonds, Perillas are from 100 to 150 mm apart, 1O-15 week-old perillas were cultivated on ridges. Nowadays perilla leaves are harvested all the year round because of green houses.
2) Biological factors of perilla leaves
Perilla leaves are harvesled when they are 7-12cm high and 5-8cm wide, For one-time picking, 1-2 leaves (a node) per one root are harvested in general. When they are harvested, their side branches are removed, For semi-growth-quickening cultivation, perilla leaves are harvested after 40-50 days. In Spring and Fall, they are harvested at the interval of 10 days, In Summer, they are done at the interval of 5-7 days. Harvesting periods of a serotinous species are 150 days. Those of a precocious specIes are 110 days. Becuase slight damages on the leaves or on the sterns can affect commercial values, precaution has to be made.
3) Mechanical factors of perilla leafstalks
The diameters of leafstalks are 2.05mm - 3.65mm, and the average diameter is 2.78mm. The shear forces of steIns are 7.13N - 17.42N, and the average shear force is 12.13N. The average moisture content is 84.53%.
4) Geometrical factors of perilla stems
The materials for the experiment are stndied. According to the straightness of pelilla lealstalks, 76% out of all perilla leaves show straight appearance, 13 show bent appearance, and II show drooping appearance. Regarding the classification of the angle between perilla leafstalks and stems, all pelilla leaves are distributed in 40˚~90˚, Most of them arc distributed in 60˚~70˚. For 80˚ or above, most leaves are impaired because of growth deficiency or because of dmnages of harmful insects. The materials for tlle experiment are almost evenly distributed in -90˚~+90˚ according to The classification of angle between perilla lealstalks and gripper arms.
B. Developing Prototype Harvester of Perilla Leaves
1) Leaf picking system
After the characteristics of the crop are considered, designing conditions are decided. Hardware are system is composed. Based on gripper mechanism and controlling algorithm, controlling software is developed. Performance test of the harvester shows 74.3% success rate depending on the straightness of perilla leafstalks and 75% overall success rate depending on the angle between leafstalks and stems. The overall success rate of angle between leafstalks and gripper arm show 79.5%. There is no meaningful difference of pelformance depending on cultivating peliods of the experiment.
2) Frame and traveling mechanism
The width and height of work space are 1500 mm and 1200 mm respectively. This frame is reinforced with bars which are 190 mm on both sides and 400 mm high to prevent the frame from being bent. Considering intensity and expense, we used square-shaped bars which are 25x25x1.6t for structural use. For power generation, there are motors on both sides using catelvillar system. Suitable speed is shown 50~60Hz.
3) Conveying system
Being compatible with harvesler system, beft conveyor is chosen to protect crops. Cleat type belt is applied for requirements of the harvester. The optimal motor speed of conveying system is 16m/min. and the optimal deflection degree is 40~50˚.
4) Harvest controlling system
Controlling system is located on the top Part of the harvester to control the harvester, and softvtare is developed using program.
C. Designing and Making the First Prototype Harvester
1) After principles and requirements for designing lmrvesting mechanism are considered, frame and travelling mechanism, conveying mechanism, and controlling mechanism are made.
2) Using 30 roots of perilla, performance was tested three times on the road in front of the lab. As a result of performance test, average working rate was 15.99m²/h, rate of harvesting loss was 53.33%, and damaged rate was 11%. Rate of harvesting loss was relatively high.
3) 30 roots were tested twice on the paved road. As a result of pelformance test, average working efficiency was 16.73 m²/h. rate of harvesting loss was 56.67%, and damaged rates of harvested leaves and stems of plant were 11.67%.
4) As a result of performance test, problems of the first prototype harvester were detected. The harvester is redesigned with some modifications made.
D. Designing and Making the Second Prototype Harvester
1) The requirements for designing the second harvester are the same with those of The first one. The second harvester is made with some modifications made after the performance of the first harvester is tested.
2) 300 roots were tested twice in green house at a farm of perilla leaves. As a result of pcrfonnancc test, average working efficiency was 14.36 m²/h, rate of harvesting loss was 28.5%, and damaged rates of harvested leaves and stems of plant were 18%.
2. Suggestions of Application
A. Discussions for Application of the Study Results
Main mechanism and operating principles developed in this study can be applied to leaf vegetables similar to perilla leaves and other crops. Patent and utility model can be applied for. Research and development with companies showing interests in the perilla harvester are proposed. Continuous study is strongly recommended until the harvester is practically used in the field.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 18
• 목 차 ... 21
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 24
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 24
• 제2절 연구개발의 목적 ... 27
• 제3절 연구개발의 범위 ... 28
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 31
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 32
• 제1절 잎 채취 들깨의 재배학적 및 생태학적 특성 ... 32
• 1. 들깨의 재배학적 특성 ... 32
• 2. 들깨의 생태학적 특성 ... 33
• 제2절 들깻잎자루와 들깨줄기의 역학적 및 기하학적 특성 ... 34
• 1. 들깻잎자루의 역학적 특성 ... 34
• 2. 들깨줄기의 기하학적 특성 ... 41
• 제3절 들깻잎 수확장치 ... 43
• 1. 수확장치의 기초연구 ... 43
• 2. 수확장치의 설계 및 제작 ... 45
• 3. 수확장치의 성능 시험 ... 56
• 제4절 수확시스템의 프레임 및 구동장치 ... 62
• 1. 프레임 및 구동장치의 설계 및 제작 ... 62
• 2. 구동장치의 성능 시험 ... 65
• 제5절 들깻잎 이송장치 ... 66
• 1. 이송장치의 설계 및 제작 ... 66
• 2. 이송장치의 성능 시험 ... 68
• 제6절 수확시스템의 제어장치 ... 69
• 1. 제어장치의 구성 및 소프트웨어 개발 ... 69
• 제7절 1차 시작기 설계 및 제작 ... 71
• 1. 시작기 설계 및 제작 ... 71
• 2. 시작기 성능 시험 ... 74
• 3. 개선점 ... 78
• 제8절 2차 시작기 설계 및 제작 ... 80
• 1. 시작기 설계 및 제작 ... 80
• 2. 시작기 성능 시험 ... 85
• 3. 개선점 ... 87
• 제9절 적요 ... 89
• 1. 들깨의 특성 ... 89
• 2. 제 1차 시작기 ... 90
• 3. 제 2차 시작기 ... 92
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 94
• 제1절 연구개발목표의 달성도 ... 94
• 제2절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 95
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 96
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 97
• 제 7 장 참고문헌 ... 98
• 부 록 ... 104
• 끝페이지 ... 143