온실 내 작물 생육환경 모니터링용 이동식 로봇 플랫폼 및 디지털 쉐도우 프레임워크 개발 (Development of a Mobile Robot Platform and a Digital Shadow Framework for Greenhouse Plant Growth Environment Monitoring)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 25권 / 2호 / 610 ~ 619페이지
· 저자명 : 전준혁, 김성민

초록

지구 온난화로 인한 기후변화에 대응하고, 온실에서 최적화된 작물 생육환경 제공을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 논문의 목적은 온실 작물 생육환경을 모니터링하는 이동식 로봇 플랫폼을 제안하고, 실시간 3D 모델 시뮬레이션 기반의 디지털 쉐도우 프레임워크를 구축하고 검증하는 것이다. 온습도, 조도, 이산화탄소 등의 작물 생육환경을 측정할 수 있는 센서 모듈을 장착한 로봇 플랫폼은 Arduino 기반 컨트롤러 및 RF 송수신기를 통해 제어하였다. 로봇 플랫폼을 프레임워크에 적용하기 위해 실작업 로봇의 1/4 정도 크기인 상용 모델을 기반으로 제작하였다. Simulink를 활용하여 프레임워크를 개발하고 ThingSpeak IoT 서버를 통해 데이터 통신 기반을 구축하였다. 개발된 프레임워크를 검증하고 분석한 결과, 실시간으로 온실의 작물 생육환경과 로봇 작동 정보를 7개의 채널로 분리하여 실시간으로 수집, 분석, 게시할 수 있었으며, 카메라 센서를 통해 원격으로 온실 상황을 확인 및 조작할 수 있었다. 서버에서 받은 데이터를 기반으로 3D 모델 시뮬레이션을 진행하여 물리적 및 디지털 모델을 동시에 제어할 수 있었으며 이때 최소 업데이트 시간을 포함한 지연시간은 평균 4초로 나타났다. 본 연구를 통해 디지털 쉐도우 기술의 농업적 활용에 대한 기초 연구를 제안하였고 향후 추가 연구를 통해 디지털 트윈 기술로 발전시킬 수 있다.

영어초록

Research is actively underway to respond to climate change caused by global warming and to provide an optimized plant growth environment in greenhouses. The objectives of the study is to develop a mobile robot platform that monitors the environment, and to establish and to verify a digital shadow framework based on real-time 3D model simulation. The main body of the robot platform, equipped with a sensor module that can measure the growing environment of plants such as temperature, humidity, illuminance, and carbon dioxide, could be controlled by an Arduino-based controller and steered via an RF transceiver. In order to use the platform as a framework, it was built based on a commercial model that is about 1/4 scale of an actual working robot. The framework was developed using Simulink with the data communication established through ThingSpeak IoT server. As a result of verifying and analyzing the developed framework, it was possible to collect, analyze, and publish information of greenhouse environment and robot operation in real time by separated seven channels, and remotely to check the environment through a vision sensor. Simulink 3D model simulations were performed based on data from the IoT server, allowing the digital model to be controlled simultaneously with the physical model, with an average latency of 4 seconds, including minimum update time. In this study, we propose a basic study on the agricultural use of digital shadow technology, which can be developed into true digital twin technology through further researches.

참고자료

· 없음