농업 자동화 로봇 확산과 구동 부품 수요 살펴보기

목차

• 농업 자동화는 어떤 작업에 적용되나
• 노지와 시설에서는 장비 조건도 달라진다
• 농산물을 다루는 작업에서 확인해야 할 부분
• 이동형 농업 로봇에서는 주행 조건을 함께 봐야 한다
• 흙과 물기가 있는 환경도 고려해야 한다
• 농업 자동화에서 설치 공간이 중요한 이유
• 농업 자동화 장비에서 구동부를 어떻게 검토할까
• 농업 자동화 장비 설계에서 본시스템즈 제품을 살펴볼 수 있는 지점
• 농업 자동화를 도입할 때 먼저 확인할 부분
• 농업 자동화를 정리하며
• FAQ
• 참고자료

농업 자동화는 파종과 정식, 방제, 수확, 운반처럼 사람이 수행하던 농작업의 일부를 기계와 로봇으로 처리하는 방식입니다.

농업 현장은 공장 자동화와 다른 조건을 가지고 있습니다. 작업 대상의 위치와 형태가 일정하지 않을 수 있고, 노지에서는 지면 상태와 날씨를 함께 고려해야 합니다. 온실이나 시설 재배 환경에서는 통로의 폭과 작업 공간도 중요한 조건이 됩니다.

어떤 작업을 자동화하는지에 따라 필요한 장비의 형태도 달라집니다. 농작물을 운반하는 이동 로봇과 열매를 수확하는 로봇 팔은 서로 다른 움직임을 필요로 하며, 파종 장비와 방제 장비 역시 작업부의 구조가 다릅니다.

따라서 농업 자동화를 검토할 때는 로봇이나 자동화 장비 자체만 보는 것이 아니라 어떤 작업을 어느 공간에서 수행해야 하는지를 먼저 정리하는 것이 중요합니다.

이 글에서는 농업 자동화에 적용되는 작업의 종류와 현장 조건을 살펴보고, 이러한 환경에서 감속기와 액추에이터 같은 구동부를 선정할 때 확인해야 할 부분을 정리합니다.

농업 자동화는 어떤 작업에 적용되나

농업에서는 이미 다양한 기계가 사용되고 있으며, 최근에는 이동과 작업을 자동으로 수행하는 로봇 형태의 장비도 개발되고 있습니다.

농업 자동화에 적용할 수 있는 작업은 크게 파종과 정식, 방제, 수확, 운반 등으로 나누어 볼 수 있습니다.

파종과 정식에서는 장비가 이동하면서 정해진 위치에 씨앗이나 모종을 배치하는 작업이 이루어집니다. 이 경우에는 장비의 이동과 함께 실제 작업을 수행하는 기구의 동작도 필요합니다.

방제 작업에서는 농작물 주변을 이동하면서 필요한 위치에 약제 등을 분사할 수 있습니다. 작물의 높이나 재배 방식에 따라 분사 장치의 위치와 방향을 조정하는 구조가 적용될 수도 있습니다.

수확 자동화에서는 카메라나 센서를 이용해 대상의 위치를 확인한 뒤 로봇 팔이나 별도의 작업 장치를 이용해 농산물을 수확하는 방식을 검토할 수 있습니다.

운반 작업은 수확물이나 농자재를 작업 위치에서 다른 장소로 이동시키는 역할입니다. 이 경우에는 농업용 이동 로봇이나 운반 장비가 활용될 수 있습니다.

이처럼 농업 자동화라는 하나의 분야 안에서도 장비가 수행하는 작업은 다양합니다. 따라서 구동부를 검토할 때도 농업용이라는 이유만으로 같은 조건을 적용하기보다 장비가 실제로 수행할 동작을 기준으로 살펴봐야 합니다.

노지와 시설에서는 장비 조건도 달라진다

농업 자동화 장비가 사용되는 공간은 크게 야외 농지와 온실 등의 시설 환경으로 나누어 볼 수 있습니다.

노지에서는 장비가 흙 위를 이동해야 하고 작업 구역도 넓을 수 있습니다. 평탄한 포장도로와 달리 실제 농지에는 경사나 굴곡, 이랑과 같은 지형이 존재할 수 있기 때문에 이동 장비를 설계할 때는 실제 운행할 지면 조건을 함께 확인해야 합니다.

반대로 시설 재배 환경에서는 정해진 통로 안에서 움직여야 하는 경우가 많습니다. 작물과 재배 시설 사이의 공간이 제한되어 있다면 장비의 전체 폭과 높이, 회전하는 데 필요한 공간도 중요해집니다.

로봇 팔을 사용하는 장비에서도 비슷한 차이가 나타납니다.

작물의 위치와 주변 구조에 따라 로봇 팔이 접근해야 하는 방향이 달라질 수 있으며, 시설 내부에서는 지지대나 재배 설비 사이에서 작업해야 하는 상황도 생각할 수 있습니다.

따라서 농업 자동화 장비를 개발할 때는 먼저 사용할 장소의 통로와 작업 범위, 지면 상태를 확인한 뒤 차체와 작업부를 구성하는 것이 좋습니다.

같은 수확이나 운반 작업이라도 실제 농장 환경에 따라 필요한 로봇의 크기와 구동 구조가 달라질 수 있기 때문입니다.

농산물을 다루는 작업에서 확인해야 할 부분

공장 자동화에서는 같은 형태의 부품을 일정한 위치에 놓고 작업하는 경우가 많지만 농업에서는 작업 대상의 위치와 크기, 형태가 일정하지 않을 수 있습니다.

예를 들어 과일을 수확하는 로봇이라면 열매마다 위치와 방향이 다를 수 있습니다. 로봇 팔은 대상의 위치에 따라 서로 다른 자세로 접근해야 하고, 주변의 가지나 재배 시설도 함께 고려해야 합니다.

따라서 수확 로봇에서는 로봇 팔의 작업 범위와 관절 배치가 중요합니다. 로봇이 목표 위치에 도달할 수 있는지뿐 아니라 실제 작업 장치가 들어갈 공간까지 함께 살펴봐야 합니다.

엔드이펙터의 구조도 작업 대상과 연결됩니다. 열매를 잡거나 절단하는 방식에 따라 필요한 작업 공간과 로봇 팔 끝단의 구조가 달라질 수 있기 때문입니다.

파종이나 정식 장비처럼 동일한 작업을 여러 위치에서 반복하는 경우에는 작업부가 이동 장비와 어떤 방식으로 연결되는지도 중요합니다.

결국 농업 자동화에서 중요한 것은 로봇의 움직임만 보는 것이 아니라 작물이나 작업 대상이 실제로 어떤 상태로 놓이는지를 기준으로 장비를 설계하는 것입니다.

이동형 농업 로봇에서는 주행 조건을 함께 봐야 한다

농업 자동화에서는 하나의 위치에서 작업하는 장비뿐 아니라 농지나 시설 내부를 이동하는 로봇도 활용될 수 있습니다.

이동형 장비에서는 차체 자체의 무게와 적재하는 농산물이나 작업 장치의 무게를 함께 고려해야 합니다.

수확물을 운반하는 장비라면 빈 상태에서 이동할 때와 적재물을 싣고 이동할 때 전체 무게가 달라집니다. 따라서 주행 구동부를 검토할 때는 실제로 운반할 수 있는 최대 적재량까지 포함해 살펴봐야 합니다.

경사 구간 역시 중요한 조건입니다. 농장마다 지형이 다르고 시설 출입구에는 높이 차이가 있을 수 있기 때문에 실제 운행 경로를 먼저 확인하는 것이 좋습니다.

휠의 크기와 배치도 차체 설계와 연결됩니다. 지면 상태와 통로 폭, 필요한 회전 방식 등을 기준으로 적합한 주행 구조를 검토할 수 있습니다.

상부에 리프트나 수확물을 담는 적재 장치를 추가한다면 전체 차체의 무게와 공간도 달라질 수 있습니다.

따라서 농업용 이동 로봇의 구동부는 최대 토크나 이동 속도 하나만으로 정하기보다 차체 무게, 적재량, 휠, 경사와 지면 조건, 작업 장치의 배치를 함께 확인해야 합니다.

흙과 물기가 있는 환경도 고려해야 한다

농업 자동화 장비는 실제 작물이 재배되는 공간에서 사용되기 때문에 흙이나 물기와 접하는 상황이 발생할 수 있습니다.

노지에서는 바퀴와 차체 하부가 흙과 가까운 위치에서 움직이고, 비가 오거나 토양이 젖어 있는 상태에서도 장비를 보관하거나 이동해야 하는 경우가 있을 수 있습니다.

시설 재배에서는 관수 시설이 사용되거나 습도가 높은 환경에서 장비가 운용될 수도 있습니다.

방제 장비처럼 액체를 사용하는 작업에서는 작업에 사용하는 물질이 장비 주변에 닿을 가능성도 고려해야 합니다.

따라서 실제 농업 자동화 장비에 사용할 부품을 선정할 때는 해당 부품의 사용 환경과 제품에서 제시하는 적용 조건을 확인해야 합니다.

세척이 필요한 장비라면 세척 방식도 함께 살펴볼 필요가 있습니다. 장비마다 허용되는 물과 이물 조건이 다를 수 있기 때문에 사용하려는 제품의 공식 자료를 기준으로 판단하는 것이 중요합니다.

농업용이라는 이유만으로 하나의 환경 기준을 적용하기보다 실제 장비가 어디에서 어떻게 사용되고 관리되는지를 먼저 정리해야 합니다.

농업 자동화에서 설치 공간이 중요한 이유

농업용 로봇에서는 장비의 크기를 무작정 키우기 어려운 경우가 있습니다.

시설 재배에서는 작물 사이에 만들어진 통로를 지나야 하고, 노지 장비에서도 이랑이나 작업 구역의 폭에 맞춰 차체를 구성해야 할 수 있습니다.

이러한 제한은 주행부뿐 아니라 작업부에도 영향을 줍니다.

수확용 로봇 팔이 장착된다면 차체 위에 로봇과 카메라, 작업 장치 등을 함께 배치해야 합니다. 팔과 작업 장치가 움직일 공간도 확보해야 하기 때문에 구동부 하나가 차지하는 크기가 전체 장비 구조와 연결될 수 있습니다.

여러 개의 관절을 사용하는 로봇에서는 각 관절 사이에 링크와 배선도 함께 들어갑니다. 따라서 감속기나 액추에이터의 외형뿐 아니라 주변 부품까지 포함한 전체 구성을 확인해야 합니다.

중공 구조가 적용된 구동부에서는 중심부 공간을 배선이나 케이블이 지나가는 경로로 활용하는 방안도 검토할 수 있습니다.

실제 적용 여부는 제품의 중공 치수와 로봇 구조에 따라 달라지므로 장비 도면과 함께 살펴봐야 합니다.

농업 자동화 장비에서 구동부를 어떻게 검토할까

농업 자동화 장비에 들어가는 감속기와 액추에이터를 검토할 때는 먼저 어떤 장비의 어느 위치에 사용하는지를 정해야 합니다.

이동 로봇의 휠 구동부인지, 수확 로봇의 관절인지, 분사 장치의 방향을 바꾸는 축인지에 따라 필요한 조건이 달라지기 때문입니다.

주행 구동부에서는 장비의 총중량과 적재량, 휠의 크기, 이동 속도 등을 살펴볼 수 있습니다.

로봇 팔에서는 각 관절이 움직여야 하는 범위와 작업물, 엔드이펙터를 포함한 하중을 확인해야 합니다. 작업 대상의 위치에 따라 다양한 자세를 사용해야 한다면 실제 로봇 전체의 작업 범위도 함께 검토해야 합니다.

회전이나 높이 조정 장치에서는 움직여야 하는 작업 장치의 크기와 무게, 필요한 이동 범위를 확인할 수 있습니다.

설치 공간도 공통적으로 살펴봐야 하는 항목입니다. 농업용 장비는 주행부와 작업부, 센서와 배선 등이 하나의 차체에 함께 배치될 수 있으므로 구동부 크기가 전체 기구 설계와 연결될 수 있습니다.

농업 자동화 장비 설계에서 본시스템즈 제품을 살펴볼 수 있는 지점

농업 자동화 장비는 한 가지 형태로 정해져 있지 않습니다. 운반을 위한 이동형 플랫폼도 있고, 작물을 다루는 다관절 로봇도 있으며, 높이나 방향을 조절하는 별도의 작업 장치가 함께 들어갈 수도 있습니다.

따라서 본시스템즈 제품 역시 농업이라는 산업명만으로 적용 범위를 정하기보다 장비 안에서 어떤 움직임을 만들어야 하는지를 기준으로 살펴볼 수 있습니다.

예를 들어 시설 내부를 움직이는 장비에서는 차체와 작업 장치가 정해진 폭 안에 들어가야 할 수 있습니다. 이때 구동부의 출력 조건과 함께 감속기가 차지하는 두께를 살펴볼 수 있으며, 본시스템즈의 박형 사이클로이드 감속기 BSR은 이러한 공간 조건에서 적용 여부를 검토할 수 있는 제품입니다.

수확이나 관리 작업에 로봇 팔을 사용하는 경우에는 상황이 달라집니다. 여러 개의 관절을 하나의 작업부 안에 배치해야 하므로 관절별 하중과 필요한 동작뿐 아니라 구동부가 차지하는 공간도 함께 확인해야 합니다. 이러한 장비에서는 얇고 컴팩트하게 구성된 BCSA를 관절 구동부의 선택지로 검토할 수 있습니다.

또 다른 관점은 배선입니다. 카메라와 센서, 작업 장치가 함께 설치되는 농업 로봇에서는 전원선과 신호선이 여러 기구를 지나갈 수 있습니다. 중공 구조가 적용된 제품이라면 중심부 공간을 배선 경로로 사용할 수 있는지 장비 구조와 함께 살펴볼 수 있습니다.

본시스템즈 제품에는 Pinless 구조가 적용된 제품도 있습니다. Pinless 구조는 기존 핀 구성에서 필요했던 일부 결합 요소를 줄여 내부 구조를 보다 단순하게 구성한 것이 특징이며, 사이클로이드 제품의 조립 편의성과 생산을 고려한 구조입니다.

이처럼 농업 자동화에서는 특정 제품을 먼저 선택한 뒤 장비를 맞추기보다, 이동하는 장비인지, 관절을 사용하는 작업 장치인지, 설치 공간과 배선에 어떤 제약이 있는지를 먼저 정리한 뒤 BSR과 BCSA 가운데 적합한 제품을 검토하는 방식이 자연스럽습니다.

실제 적용 모델은 각 장비에서 필요한 하중과 감속비, 속도, 설치 공간, 연결 구조를 제품의 공식 사양과 비교해 결정해야 합니다.

농업 자동화를 도입할 때 먼저 확인할 부분

농업 자동화를 검토할 때는 자동화하려는 작업부터 명확하게 정하는 것이 좋습니다.

같은 농장 안에서도 파종과 방제, 수확, 운반은 서로 다른 장비와 움직임을 필요로 합니다. 하나의 장비로 어느 범위까지 작업할 것인지에 따라 전체 구조도 달라질 수 있습니다.

작업 장소도 함께 확인해야 합니다. 노지인지 시설 내부인지, 통로는 어느 정도인지, 장비가 지나야 하는 경사나 높이 차이가 있는지를 살펴볼 필요가 있습니다.

다음으로 작업 대상과 필요한 이동 범위를 정리합니다. 로봇 팔을 사용한다면 어느 위치까지 접근해야 하는지, 이동 로봇이라면 어느 정도의 하중을 운반해야 하는지 등을 확인할 수 있습니다.

사용 후 관리 방법도 함께 고려하는 것이 좋습니다. 흙이나 물기가 있는 장비를 어떤 방식으로 관리하고 어디에 보관할 것인지에 따라 실제로 필요한 제품 조건이 달라질 수 있기 때문입니다.

결국 농업 자동화 도입은 로봇 한 대를 선택하는 일이라기보다 농장의 작업 방식과 공간을 기준으로 필요한 자동화 범위를 정하는 과정에서 시작합니다.

농업 자동화를 정리하며

농업 자동화는 사람이 하던 모든 농작업을 한 번에 로봇으로 바꾸는 것을 의미하지 않습니다. 반복적으로 수행되는 작업이나 사람이 많은 시간을 사용하는 작업 가운데 자동화가 적합한 부분을 찾아 기계와 로봇으로 구성하는 방식으로 접근할 수 있습니다.

파종과 정식에서는 반복적인 작업이 중요하고, 방제에서는 이동과 분사 장치가 함께 움직여야 합니다. 수확 자동화에서는 작물의 위치에 따라 로봇이 다양한 자세로 접근해야 하며, 운반 작업에서는 적재 하중과 실제 농장의 이동 경로가 중요해집니다.

노지와 시설 재배 환경도 서로 다른 조건을 가지고 있습니다. 따라서 농업용 로봇의 외형과 주행 방식, 관절 구조와 구동부를 결정할 때는 실제 사용할 농장의 환경을 기준으로 검토해야 합니다.

감속기와 액추에이터 역시 농업용이라는 이름만으로 선정하기 어렵습니다. 이동과 회전, 관절 동작 등 각각의 역할에 필요한 하중과 속도, 감속비, 설치 공간을 정리한 뒤 적합한 제품을 선택해야 합니다.

결국 농업 자동화의 출발점은 기술 자체보다 어떤 농작업을 어떤 환경에서 자동화할 것인지 구체적으로 정하는 것입니다. 작업 조건이 명확해져야 로봇의 형태와 구동부 구성도 함께 구체화할 수 있습니다.

FAQ

참고자료

1. 한국로봇산업진흥원(KIRIA) – https://www.kiria.org

2. 한국로봇산업협회(KAR) – https://www.korearobot.or.kr

3. 본시스템즈 공식 홈페이지 – https://www.bonsystems.co.kr

태그: 농업자동화, 농업로봇, 감속기, 액추에이터, 구동부