우리나라 농촌 인구의 고령화는 빠르게 진행되고 있으며, 2020년 기준 농업경영주의 평균 연령은 66.1세, 65세 이상 경영주 비율은 56%에 이른다. 2022년 기준 밭작물 전체의 기계화율은 63.3%인 반면, 정식 작업의 기계화율은 12.2%에 불과하며, 특히 고추 정식의 기계화율은 거의 0% 수준이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 1회전 2식부 방식의 식부 메커니즘을 적용한 고추 정식기를 설계하였다. 식부 장치는 식부 프레임, 암(arm), 그리고 호퍼로 구성되며, 호퍼는 상사점에서 모종을 공급받아 하사점에서 식부한 후 모종과의 충돌 없이 복귀하도록 캠 메커니즘과 스윙 구조의 보조를 받는다. 호퍼는 하강 시 시계 방향의 반원 궤적을 따라 이동하고, 상승 시에는 타원 궤적으로 이동하며, 이때 상승 궤적은 사이클로이드 곡선과 높은 유사성을 보였고 주행속도가 증가할수록 그 유사성이 더욱 증가하였다. 재배 환경에 따른 주행속도는 하우스 재배에서 2.0 km/h(55.6 rpm), 노지 일반 재배에서 2.5 km/h(52.1 rpm), 노지 터널 재배에서 3.0 km/h(50.0 rpm)로 설정하였다. 식부 암의 회전속도를 60 rpm으로 고정한 조건에서, 주간거리별 최대 주행속도를 산출하였다. 주행속도와 주간거리가 증가할수록 식부 호퍼의 후퇴 면적은 감소하는 경향을 보였으며, 노지 터널 재배 조건(주간거리 500 mm, 주행속도 3.6 km/h)에서 가장 작은 후퇴 면적(10,560.0 mm²)이 나타났다. 본 연구는 1구 2식부 방식의 식부 메커니즘이 우수한 작동 성능을 가짐을 입증하였으며, 고추 정식기의 구조 및 구동 시스템 최적화를 위한 궤적 및 운전 조건 설정에 기초 자료를 제공한다.

The aging of the rural population in Korea is accelerating, with the average age of farm operators reaching 66.1 years and 56% of households headed by individuals over 65 in 2020 (Agriculture, Forestry, and Fisheries Census). While the mechanization rate of field crops was 63.3% in 2022, that of transplanting operations remained at only 12.2%, and for pepper cultivation it was nearly 0%. To address this, a pepper transplanter with a one-revolution, two-seedling planting mechanism was designed. The device consists of a planting frame, arm, and hopper. The hopper receives seedlings at the top dead center, plants them at the bottom dead center, and returns without colliding with seedlings, assisted by a cam mechanism and swing structure. The hopper follows a clockwise semicircular path when descending and an elliptical path when ascending, with the upward trajectory closely resembling a cycloidal curve; similarity increased with travel speed. Travel speeds were 2.0 km/h (55.6 rpm) for greenhouse cultivation, 2.5 km/h (52.1 rpm) for open-field cultivation, and 3.0 km/h (50.0 rpm) for tunnel cultivation. With the planting arm rotation fixed at 60 rpm, maximum travel speeds for each row spacing were calculated. As travel speed and spacing increased, the hopper’s retreat area decreased, with the lowest retreat area (10,560.0mm²) observed in tunnel cultivation (row spacing: 500 mm, travel speed: 3.6 km/h). This study demonstrates the performance of a one-hole, two-seedling planting mechanism and provides trajectory and operating conditions as a basis for optimizing the structure and drive system of pepper transplanters.

초록
Abstract
서론
재료 및 방법
    1. 고추 정식기 식부 장치 고안
    2. 고추 정식기 식부 장치 구성
    3. 식부 호퍼 및 개폐장치 설계
    4. 고추 정식기 식부 장치 식부조 설계
    5. 고추 정식기 식부 장치 식부대 설계
    6. 고추 정식기 식부 장치 설계
    7. 식부 호퍼 수직 유지
    8. 식부 메커니즘 분석
    9. 식부 메커니즘의 위치 분석
    10. 식부 메커니즘의 궤적 분석
    11. 사이클로이드 곡선 분석
    12. 주행속도와 식부 메커니즘의 회전 속도 분석
결과 및 고찰
    1. 식부 호퍼의 위치 분석
    2. 식부 궤적 분석
    3. 주행속도와 식부 메커니즘의 회전 속도 분석
    4. 주간 거리에 따른 식부 궤적 분석
감사의 글
References

• 이황규(경북대학교 미래과학기술융합학부 정밀기계전공 박사과정) | Hwang Gyu Lee (Ph.D. Candidate, School of Advanced Science and Technology Convergence Major in Precision Mechanical Engineering, Kyungpook National University, Sangju, 37224, Korea)
• 김태욱(경북대학교 정밀기계공학과 교수) | Tae Wook Kim (Professor, Department of Precision Mechanical Engineering College of Science and Technology Kyungpook National University, Sangju, 37224, Korea) Corresponding author