Introduction
마늘은 백합과 파속에 속하는 인경채소로써 향미 특성을 가지고 있어 세계인들의 각종 음식에 조미 용도로 사용된다(Shin et al., 1999). 세계 마늘 산업을 살펴보면, 중국의 마늘 재배면적은 세계 마늘 재배 면적의 82.3%를 차지하는 반면 한국의 마늘 재배 면적은 1.2%에 불과하다(Nongsaro, 2021a). 2015년 기준 한국과 중국의 마늘 생산비는 각각 3.64백만원, 1.23백만원으로 약 3배 차이를 보이는 것으로 조사되었다(Nongsaro, 2015). 한국과 중국의 마늘 생산비의 가장 큰 차이를 보인 영역은 고용노동비로써 10배 차이로 나타났다. 한국과 중국은 1.85배의 임금 차이가 나며(GHC, 2021), 낮은 생산비를 기반으로 값싼 중국산 마늘이 한국으로 수입됨에 따라 한국 마늘 재배 면적은 2011년 24,035 ha에서 2021년 21,999 ha로 약 9% 감소하는 추이를 보이고 있다(KOSIS, 2021).
축소되는 한국 마늘 산업을 발전시키기 위한 노력으로 인력을 줄여 생산비를 낮추고, 농가 수입을 증진 시키기 위한 기계생력화가 요구되는 실정이다.
2021년 기준 밭마늘 작업기의 경우 작업별 기계보급률은 파종·정식 16.1%, 수확 39.2%로 조사되었다(KOSIS, 2021). 파종·정식의 경우, 마늘파종기 개발을 위한 기초연구(Park et al., 2001; Park et al., 2002)로 한지형, 난지형 마늘의 파종실태 및 물리적특성 조사를 통하여 마늘파종기 설계 및 배종장치 개발의 기초자료로 활용하였으며, 마늘파종기 설계요인별 최적조건을 도출하였다. 품질이 향상된 직립파종기 개발을 위한 설계 연구(Choi et al., 2001; Choi et al., 2008; Choi et al., 2009)로 마늘 인편의 물리적특성인 외관규격과 무게중심을 활용하여 배종장치 설계 및 직립파종을 위한 배종 요인별 적정 조건을 보고된 바 있다. 마늘수확기의 경우, 마늘수확기 개발을 위한 기초 연구(Noh et al., 1999)로써 마늘의 물성 조사를 기반으로 줄기 절단각도 45° 고정 하에 줄기 절단 속도 및 인발력에 대하여 보고한 바 있으며, 후속 연구로 보행형 인발식 마늘수확기 개발을 위하여 인발체인 및 인발간격, 동력전달부 기어 및 스프로켓 설정 등의 구조적 설계안을 기반으로 제작된 시작기를 활용하여 수확 요인별 인발효율 평가를 진행하였다(Noh et al., 2001; Noh et al., 2002). 선행연구들과 같이 마늘 재배 생력화를 위한 노력이 진행되었으나 여전히 기계 보급 상태가 미미하여 기계 보급율을 높이기 위한 연구가 요구되고 있다.
본 논문은 마늘 관련 작업기를 살펴본 후 마늘파종기, 마늘수확기 개발 연구 사례를 통하여 추후 기계 개발 연구의 방향성을 확립하며 연구 사례의 문제점을 고려한 추가적인 실험 설계를 하기 위하여 진행되었다.
Classification of the garlic farm working machinery
마늘 재배에 있어 마늘작업기의 종류는 목적에 따라 다양하다. 파종의 종류는 크게 2가지로 나뉘며, 마늘의 인편을 사용하여 씨마늘을 파종하는 형식의 씨마늘파종, Fig. 1과 같이 마늘 꽃줄기 윗부분에 있는 총포 내에 착생하는 주아를 파종하는 주아파종으로 구분하지만(So et al., 2005), 파종기는 구분 없이 사용된다. 주아파종을 위하여 파종되는 주아를 채집 또는 수확 작업이 필요하며, 이 작업을 목적으로 So et al. (2005)의 마늘 주아 수확기 개발 연구를 통하여 제작된 시작기가 주아채집장치이다. 통마늘 형태의 마늘을 쪼개어 인편 형태로 씨마늘을 파종하기 위하여 쪽분리 과정이 필요하며, 이 과정에 사용되는 작업기는 마늘 쪽분리기이다. 다 자란 마늘은 적정 시기에 수확이 이루어지며, 품종의 차이, 줄기 절단 및 굴취 등의 수확 관행의 차이가 존재하지만 수확하는 장치에 대하여 구분을 이루고있지 않다. 마늘작업기 중 가장 많은 연구가 진행되었으며, 현재까지 연구가 이어지고 있는 마늘작업기가 마늘수확기이다. 수확 과정을 거친 마늘은 형태 및 품질에 따라 등급이 나뉘어지며, 등급에 따라 시장 출하 제품에 대한 판별이 이루어진다. 이 과정을 위하여 연구 개발된 작업기가 마늘선별기이다.
Research of garlic planter development
마늘수확기와 함께 마늘파종기는 마늘 관련 작업기 개발에 관한 연구가 비교적 많이 이루어진 작업기이다. 마늘파종기는 1980년대부터 개발에 관심이 집중되었으며, 파종기 개발을 위하여 파종기를 적용할 수 있는 재배법에 관한 연구가 진행된 바 있고(Hwang et al., 1995), 단순 파종기 개발이 아닌 파종기를 사용함으로써 수확 시기 마늘의 생장 상태 및 수량에 관한 연구가 함께 진행된 바 있다(Park, 1984).
마늘파종기 개발을 위한 직접적 연구는 Lee et al. (1997)의 연구로 시작되었으며, 마늘파종기 개발을 위하여 주산지별 마늘 재배 현황 및 작업 체계 조사 후 재배측면과 기계측면의 기초 연구들이 진행되었다. 마늘은 지역별로 재배 양식이 다양하며, 품종 또한 차이가 있기에 재배 양식의 표준화를 주장하였다. Park et al. (2001)의 연구에서 마늘파종기 개발을 위하여 마늘의 파종실태 및 물리적특성을 조사하고, 이를 바탕으로 마늘파종기 설계요인을 분석한 바 있다. 1997년 선행연구와 달리 마늘의 물성조사가 추가되면서 기계에 집중되는 것이 아닌, 파종되는 인편을 고려한 설계가 추가된 것이다. 해당 연구의 마늘은 한지형, 난지형으로 2가지 생태형에서 각각 의성, 서산 품종과 남도, 남해 품종의 물성조사를 진행했으며, 길이, 폭, 두께, 압축강도를 측정함으로써 호퍼 사이즈 설계의 기초 자료로 사용하였고, 파종 작업 도중 인편에 측정된 압축강도 이하의 하중을 받도록 하기 위하여 파종 시험이 진행된 바 있다.
위 선행연구를 바탕으로 마늘파종기 개발 연구는 파종 단계 중 하나인 종자 배출에 관한 집중된 연구가 진행되었으며, Choi et al. (2001)의 연구에서 배종장치 개발 연구를 진행한 바 있다. 인편이 바닥과 접촉하는 지점의 수직선상이 무게중심이므로, 마늘 인편의 둥근 정도를 분석하여 배종 버킷에 담긴 인편 형상의 안정성(Fig. 2)을 분석하였다. 버킷의 설계는 인편의 형상분석결과를 기반으로 하였으며, 안정적인 배종을 위하여 국자형상(Fig. 3)으로 설계되었다. 배종요인실험(Fig. 4)에서 진동 크기에 따른 인편의 배종 상태를 확인하였으며, 우수한 배종이 이루어지는 배종판경사각도와 진동 크기를 선정하였다. 배종요인실험을 통한 마늘파종기 배종장치의 최적 설계를 통하여 실험 요인 중 직경 29 mm, 깊이 8 mm 배종버킷과 진동 1.085 m/sec2, 배종판 경사각도 80 ~85°에서 0.0 ~ 1.3% 결주율과 95.4 ~ 96.7% 1립배종률 결과를 도출했다. 배종장치 개발을 통하여 직립마늘파종기 개발 연구를 제시하였다.
마늘 파종시 뿌리발생부는 아래를 향하고 줄기발생부가 위를 향하게 파종되어야 마늘 생장이 고르기 때문에, 이 문제를 해결하기 위하여 Park et al. (2002)의 연구에서 직립마늘파종기 개발을 위한 연구가 진행된 바 있다. 직립마늘파종기는 인편의 직립유도원리(Fig. 5)를 이용하여 직립 자세유도호퍼(Fig. 6)와 직립파종호퍼(Fig. 7)를 활용하여 작업이 이루어진다. 직립파종요인시험을 통하여 인편이 뿌리발생부는 아래, 줄기발생부는 위를 향하게 직립파종호퍼에 낙하되고, 반대로 낙하된 인편은 직립파종호퍼 상단부와 충돌 후 회전하여 바르게 직립자세를 형성하여 낙하되게 유도하는 시험이다. 여러 요인에서 실험한 결과, 한지형 마늘 인편 사용 가능한 자세유도호퍼의 하부출구의 최소직경은 13 mm, 자세유도호퍼와 직립파종호퍼의 간격은 4 mm일 때 직립률 92.2%로 가장 우수하게 나타났다. 해당 연구를 통하여 한지형 마늘의 직립파종을 위한 자세유도호퍼와 직립파종호퍼의 설계를 통한 직립률을 확인되었지만, 국내에서 재배 중인 마늘 양식 중 하나인 난지형 양식에 대한 직립 파종 실험이 이루어지지 않은 점에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다.
마늘 파종에 있어 경운, 정지된 토양에 비닐을 덮은 후 일정 간격으로 파종하는 재배 양식이 존재한다. 올곧게 직립 파종된 마늘은 싹이 발아되어 토양을 뚫고 생성된 필름의 구멍에 돌출되어야만 줄기 유인작업을 위한 인력 투여 생산비를 절감할 수 있다. 이에 Choi et al. (2008)의 연구에서 필름 멀칭 적응형 마늘파종기를 개발하기 위하여 파종호퍼에 의한 토양 및 필름 혈공 형상과 마늘의 파종자세에 대하여 분석하였다. 배종 및 파종 장치의 진동, 배종 버킷 사이즈, 자세유도호퍼 최소 직경은 Choi et al. (2001), Park et al. (2002)의 선행연구에서 보고된 조건을 따랐으며, 선행연구와 다르게 요인시험과 더불어 RecurDyn 프로그램을 활용한 동역학해석이 추가되었다. 파종 호퍼가 무공 필름에 구멍을 형성한 후 인편 파종을 이루는 단계로 설계되었으며, 시뮬레이션을 통하여 혈공 형성 후 파종 버킷이 최대로 열리기까지 0.26초의 소요시간을 도출해냈으며, 요인실험을 통하여 평균 파종 깊이 23 mm, 지면 기준 마늘의 각도 분포는 30 ~ 50°가 가장 많이 분포되어 있었으며, 작업속도 0.26 m/s 조건에서 파종률 97.3%, 결주율 1.3%, 배종호퍼에서 파종호퍼로 인편이 낙하하는 과정에서 3.3%의 결주율이 나타나 파종호퍼를 통한 무공 필름에 구멍을 뚫으면서 파종하는 점파종기의 적정 조건을 제시하였다. 해당 연구의 품종은 남해 남도 품종을 공시재료로 사용하였다. 남해 남도 품종의 생태형은 난지형으로써 알의 크기가 크며, 낱 알의 수가 많은 품종이다. 이에 크기가 비교적 작은 한지형 마늘의 점파종기 시뮬레이션 해석 및 요인실험이 필요한 것으로 판단된다.
직립마늘파종기는 생력화와 마늘 품질향상, 생산량 증가를 위해 마늘파종기 설계에 있어 선행연구에 의해 개발된 마늘파종기의 문제점을 보완한 크랭크-링크 연동운동기구 개발 연구가 진행된 바 있다(Eom et al., 2016). 직립 파종 작업시 기계를 통한 파종 작업은 수작업에 비하여 직립의 정도가 떨어지며 마늘 생산의 품질저하를 초래할 수 있다. 이에 선행연구를 통한 파종기를 활용하여 1차 파종 후 직립 파종이 이루어지지 않은 구멍에는 수작업을 통하여 뿌리 발생부를 아래로 향하게 2차 작업을 진행하는 농가가 다수 존재한다. 해당 작업의 강도는 낮더라도 모든 구멍을 확인해야 된다는 점에서 여전히 기계 파종에 대한 문제점을 많이 시사하고 있다. Eom et al. (2016)의 연구에서 기계 파종의 문제점을 점파시 호퍼 입구가 토양의 저항을 이기지 못하고 진행방행으로 끌려가는 것을 확인하였으며, 이에 크랭크-링크기구 개발에 앞서 호퍼가 링크 운동을 할 때, 토양 속에서 끌림 현상을 해결할 수 있도록 고안되었다(Fig. 8, 9). 고안된 크랭크-링크기구의 운동 해석은 Solidworks Motion S/W를 활용하여 해석되었다. 링크 절 길이 변화에 따른 파종호퍼의 파종 속도를 해석하였으며, Fig. 10의 I = 60 mm, C = 150 mm로 설정하였고, a = 134 mm, b = 262 mm, g = 300 mm, 운행 속도는 0.3 ~ 0.5 m/s로 최적 설계되었다. 하지만 실제 마늘 재배 토양의 조건을 고려한 요인실험이 아닌 것을 미루어 봤을 때, 토양의 조건 및 추가적인 환경을 고려한 추가 실험이 진행되어야 될 것으로 판단된다.
Research of garlic harvester
마늘 수확 작업은 땅속 마늘을 줄기를 잡은 채 인발형식으로 수확하는 형식이 첫 번째 수확 방법이고, 줄기 절단 후 땅속 마늘 굴취 후 수집하는 수확 방법이 두번째이다. (Nongsaro, 2021b). 재배 양식에 맞는 마늘수확기 개발 연구는 오랜 기간 동안 진행되어 왔으며, 직접적인 마늘수확기 개발에 관한 국내 첫 연구는 Noh et al. (1999)의 마늘수확기 개발을 위한 기초 연구이다. 해당 연구에서는 마늘수확기 개발을 위하여 필요한 기초 연구들을 토대로 마늘수확기 설계 및 요인 분석을 실시하였으며, 1999년에 실시한 기초 연구는 마늘 물성 조사이다. 한지형 강화도 품종을 공시재료로 활용하였으며, 해당 연구에서 마늘 물성은 마늘수확기의 설계 기준을 설정하기 위하여 수확시기 통마늘, 줄기, 뿌리의 함수율, 인장∙압축강도, 절단속도, 절단강도, 통마늘의 형상∙색조 특성 등을 조사하였다. 인장∙압축강도는 Universal Testing Machine (UTM, NICEM, USA)을 활용하여 측정하였고, 절단날의 각도에 따라 마늘줄기와 마늘뿌리의 절단하여 절단특성을 분석하였다. 통마늘의 투영면적을 활용하여 형상을 분석하였으며 통마늘의 RGB 값을 통하여 색조특성 분석을 하였다. 수확 시기 통마늘 및 줄기, 뿌리의 물리적 특성 조사 및 분석 결과, 줄기의 수분 함수율 88%, 건조된 마늘줄기 50%, 통마늘 축방향 압축력 212 N, 수평방향 압축력 195 N으로 나타났다. 절단날의 경사각이 45°조건 하에 절단 작업시 마늘줄기 최대 절단력은 71.44 N, 단위 직경당 절단에너지 3.13 N∙cm/mm로 나타났다. 투영면적과 무게의 변화를 관찰한 결과, 투영면적과 무게는 직선의 정적 관계를 가지는 것으로 나타났다.
Noh et al. (2002)의 연구에 의하면, 인발식 마늘수확기의 개념설계와 역학 및 기구학적 분석을 바탕으로 5조 보행하며 인발 형식의 마늘수확기(Fig. 11)를 설계하고 제작하였다. 그 후 성능시험을 실시하여 작업 능률, 효율 분석을 하였다. 인발형이므로 줄기의 물성 기초 자료를 요구하며, 1999년 마늘수확기 개발을 위하여 기초 자료 조사로 실시한 마늘줄기 물성을 인용하였다. 인발식 마늘수확기는 줄기를 물어 인발하는 형식으로 2단 체인 형식으로 설계하였으며 인발력은 145 ~ 196 N으로 확인되었다. Noh et al. (1999)의 마늘줄기 물성 데이터를 기반으로 2단 체인의 중앙부가 최초로 줄기를 접촉하는 부위는 지면으로부터 8 cm로 설계하였다. 마늘뿌리가 땅속으로 부터 완전히 노출되어야 인발이 완료된다는 가정하에 인발 높이는 수직방향으로 25 cm로 설정하였다. 인발부의 속도는 지면을 향하여 수직 속도를 말하며 인발속도의 110%가 인발기 전진속도(LePori et al., 1970)로 하였을 때 2단 체인이 줄기를 결함없이 잡으므로, 이를 기준으로 전진속도는 0.3 ~ 0.5 m/sec로 설계하였다. 마늘의 생장상태에 따라 인발간격이 변하므로 조절이 가능하게 설계되었다. 해당 설계 기준에 맞추어 제작된 시제품은 98% 인발효율을 나타났으며, 전진속도 0.2 m/s, 인발체인의 속도 0.1 m/s가 작업 성능 및 효율이 가장 높은 것으로 나타났다.
굴취 작업을 통한 마늘수확기는 Park et al. (2019)의 이산요소법을 이용한 수확 작업 도중 마늘에 발생하는 충격에 대하여 분석한 연구가 진행된 바 있다. 해당 연구는 개발이 아닌 해석 및 분석에 관한 연구이며, 굴취형 마늘수확기는 하다 회사의 제품 (HADA-MH1300D, HADA Co. LTD., KOR) (Fig. 12)을 사용하였다. 충격 발생부는 굴취 후 마늘을 운반하는 샤프트이며, 샤프트를 구성하고 있는 롤러(Fig. 13)에 대한 마늘의 충격 시험이다. EDEM (EDEM Solution, UK)프로그램을 활용한 이산요소법 시뮬레이션을 하기 위하여 마늘 물성조사 선행연구의 측정 방법을 기반으로 마늘의 기하학적 특성으로 길이 × 폭 × 두께 = 51.75 × 48.96 × 35.00 mm, 무게 = 42.69 g으로 측정되었고, 기계적 특성으로 탄성계수 = 1.338 × 107 Pa, 반발계수 = 0.477으로 측정되었다. 롤러의 밀도 = 1,937 kg/m3, 포아송비 = 1.338, 탄성계수 = 3 × 106 Pa으로 나타났다. 충격 실험의 예는 Fig. 14, 15과 같으며, 3D 프린터를 이용하여 마늘 모형 입자와 같은 모양으로 마늘을 제작하였으며, 프린팅 재료로 60℃ 이하에서 열변형이 일어나지 않는 PLA를 사용하였다. 충격시험 모의실험 장치 전방에 고속 카메라를 설치하여 충격 후 마늘 거동을 관찰하였다. 샤프트와 충격 이후 마늘의 가속도를 측정하기 위하여 마늘 모델 구근 하단 부분 절반만 남긴 채 상부에 가속도계(GS-3AT, GRAPHTEC, Yokogama, Japan)를 매달아 가속도를 측정하였다. 요인을 샤프트의 RPM으로 설정하였으며, 충돌 후 반발된 거리와 가속도는 충돌 이후 동일 시간대에 RPM과 정적 관계를 나타났다(Fig. 16). 충돌 후 가속도에 대하여 가속도계를 통한 데이터와 시뮬레이션을 통하여 얻어낸 가속도 데이터를 비교한 결과(Fig. 17), 시뮬레이션을 통한 데이터가 비교적 높은 값으로 계산되었으며, 온전한 마늘 모델이 아닌 절반을 사용한 가속도 측정, 줄에 매달려 완전히 고정이 되지 않는 변수 등으로 인하여 가속도계 측정값과 EDEM 시뮬레이션 측정값의 차이가 발생한 것으로 분석된다. 하지만, 해당 연구에서 시뮬레이션을 통한 결과값과 이론식을 통한 결과값의 차이가 크지 않다는 것을 통하여 시뮬레이션 해석 결과만으로 설계가 이루어지는 것에 대하여 결함이 없는 것을 보고하였다. 뿐만 아니라, 형상이 일정하지 않고 곡면을 가지는 해석 대상에 대하여 이론식을 적용하는 것이 어렵지만, EDEM 시뮬레이션은 이론적으로 도출해내기 어려운 데이터에 대하여 추정치를 분석할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 충격시험과 같은 진동 및 완전한 결박이 쉽지않은 실험에 대한 보완된 실험 설계가 필요한 것으로 판단된다.
Conclusions and Considerations
마늘 재배 생력화를 위하여 마늘 재배에 있어 개발 연구 사례가 많은 파종, 수확 작업에 이용되는 작업기에 대하여 알아보았다. 마늘파종기와 마늘수확기 개발 연구 진행 과정을 통하여 마늘 재배에 있어 보급되지 않고 있는 작업기에 대하여 고려해보고 향후 개발 방향성 확립을 위하여 검토되었다. 마늘파종기와 마늘수집기 개발 연구의 공통점은 해당 작물 상태의 물리적 성질을 조사하여 기초 자료로 사용한 것이다. 마늘파종기는 파종 직전 인편의 물리적 특성을 조사하여 파종 및 유도호퍼의 규격 설계에 활용하였고, 마늘수확기 개발시 수확 시기 통마늘과 마늘줄기의 물리적 특성을 조사하여 수확 작업 도중 수확기에 의한 마늘의 손상이 발생하지 않으며, 인발 형식 수확 작업시 줄기절단으로 인하여 발생하는 손실을 줄이기 위하여 마늘수확기 개발 설계시 기초 자료로 사용되었다. 뿐만 아니라 파종 작업시 뿌리발생부는 아래로 향하고 줄기발생부는 위로 향하게 파종이 이루어지기 위하여 인편의 무게중심을 활용하여 직립마늘파종기가 개발되었다. 무수히 많은 설계 요인 및 변수로 인하여 모든 조건을 시험할 수 없기에 마늘 및 인편의 물리적 특성을 적용한 시뮬레이션 프로그램을 통하여 실험적 한계를 해결하였다. 마늘파종기와 마늘수확기의 개발 연구가 진행된 후 상용화를 위하여 문제점 보완에 대한 추가 설계, 안전성 분석 등의 연구가 진행되었다.
선행연구를 통하여 추후 마늘 관련 작업기 개발시 실험 설계와 작업기 실계 요인 설정시 기초자료로 활용할 수 있는 측면을 확인하였지만, 추가 실험 설계 및 변수 등을 고려한 연구 방향성 확립에 대한 측면도 확인할 수 있었다. Park et al. (2002)의 연구에서 공시재료로써 한지형 마늘에 국한되었다. 국내 재배 생태형은 한지형과 난지형이지만 세부적인 품종이 다양하므로 한지형 의성, 단양, 횡성 품종, 난지형 남도, 대서 품종 등의 다양한 양식을 적용하여 단일 품종이 아닌 여러 사이즈 주아 및 씨마늘 파종이 가능한 다품족적용 시스템으로 설계된 마늘파종기에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다. 필름 멀칭 적용형 마늘파종기 연구(Choi et al., 2008) 또한 난지형에 한정된 양식을 적용하였기에 다양한 품종에 대한 추가 연구를 통한 다품종 적용한 구멍 형성 점파종기 개발이 요구된다고 판단된다. 선행연구를 살펴보며 파종기 개발 연구의 문제점 중 본 검토에서 제시하고자 하는 추가 연구로써 토양 조건별 파종기의 부하 하중 분석에 대한 연구에 중점을 두고자 한다. 지역별, 계절별, 환경별 여러 조건에 따라 마늘 재배 토양의 조건이 다양하며, 때에 따라 그 조건은 변화한다. 이에 마늘파종기 개발시 링크 운동을 통한 파종 원리에서 시험 토양의 조건을 주산지별 토양 취채 후 분석을 진행한 후 함수율, 입도, Cone Index 등의 여러 조건을 주산지별 토양 조건과 동일하게 갖춘 시험 토양을 활용하여 여러 변수를 고려한 체계적인 추가 연구를 통하여 점파시 부하 하중의 분석을 기반으로 한 파종 성능과 호퍼 입구 개폐 속도 및 힘에 대한 분석 연구가 필요한 것으로 판단된다.
마늘수확기의 수확 관행에 대하여 인발형, 굴취형을 소개하였지만, 근래에 기계를 활용한 마늘 수확 관행은 굴취 수확 관행을 따르고 있다. 인발은 인력을 통한 수작업으로 이루어지며 기계 굴취에 치중되어 있는 수확 관행에 있어 땅속 마늘의 재배 깊이에 대한 조사를 기반으로 굴취 깊이 및 최적 굴취 각도 분석이 필요한 것으로 판단된다. 마늘에 최적화된 굴취 연구를 통하여 굴취시 마늘 손상을 줄이는 실험 설계가 필요하며, 마늘 충격 실험 연구와 같이 충격 실험 결과를 선행연구의 마늘 응력 범위 내의 충격 분석을 통하여 적정 굴취 조건을 제시가 요구되는 것으로 판단된다.
굴취 수확 작업 시 줄기 절단 후 굴취하여 수집을 하는데, 줄기절단기는 양파와 같은 땅속 작물 줄기절단기를 활용하여 줄기 절단 작업을 진행하지만, 작물의 줄기마다 성질이 다르고 지역의 토양 및 계절, 재배 환경이 달라짐에 따라 줄기절단 성능이 변할 수 있다. 해당 문제를 해결하기 위하여 마늘 줄기의 성질을 조사하여 마늘의 줄기를 절단하는 작업에 집중된 개발 연구가 필요하다. 줄기의 함수율과 줄기의 굵기, 줄기의 길이 등을 통한 줄기절단기 설계 요인을 분석한 후 요인들을 고려한 줄기절단기 설계가 진행되어야 한다. 개발 연구를 진행하며 발생하는 예측 불가한 변수들에 대한 실험 한계를 시뮬레이션을 통하여 극복할 수 있으며 실증시험을 기반으로 줄기 절단율, 마늘 손상률 등의 결과 데이터를 도출해내고 우수한 결과가 나오지 않을 시 절단 각도, 절단 속도, 작업기 이송 속도 등의 요인의 수준을 세분화하여 추가 설계 및 실험을 통한 개발 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 수집에 관한 작업기는 개발 연구 과정을 거친 제품이 존재하지 않다. 수집 관련 작업기가 없기에 수집 작업은 수작업으로 이루어지고 있으므로 수집 관련 작업기 개발이 요구된다. 뿐만 아니라 수집에 관한 개발 연구도 요구되는 실정이며, 굴취와 더불어 수집이 동시에 이루어지는 개발 연구를 통하여 다목적 수확기 개발 필요성에 대하여 제시한다. 마늘 굴취 연구를 기반으로 굴취된 마늘을 이송하고 선별하며 톤백 등의 저장공간에 적재되는 전 과정에 대한 연구가 진행되어야 하며, 품종별 마늘의 크기에 맞춘 이송 컨베이버, 샤프트, 지그, 클램프 등의 설계가 이루어져야 한다. 또한 마늘의 기계적 특성 등을 고려하여 이송 및 수집시 마늘에 발생하는 충격 및 응력이 손상 한도 내에 발생할 수 있도록 설계가 진행되어야 한다. 선별부에서 진동 및 충격에 의한 흙, 이물질 이탈 정도 또한 마늘의 기계적 특성을 고려하여 손상이 일어나지 않는 범위에서 진동과 충격이 발생되도록 분석에 의한 개발 연구가 요구되는 것으로 판단된다.
본 검토는 마늘 산업 경쟁력 확보 및 발전을 위하여 마늘파종기와 마늘수확기 선행연구에 대하여 검토하였으며, 해당 연구들의 미비했던 부분에 대한 추가 연구를 제시하였다. 마늘 관련 작업기 개발시 선행연구의 실험 설계를 기초자료로 하여 기존 설계 알고리즘을 기반(Fig. 18)으로 마늘 줄기절단기와 마늘 수집 관련 작업기의 개발 연구 필요성을 제시한다.
