중국의 농업 산업화가 진행됨에 따라 과일 재배는 농업 산업에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 밀, 옥수수와 같은 전통적인 식량작물은 파종과 수확이 완전히 자동화되어 있지만 사과, 배 등 쉽게 손상되는 과일은 여전히 수동으로 수확해야 한다. 이것은 노동 비용을 크게 증가시키는 반면 수확 작업은 높은 위험을 유지한다. 따라서 기계적으로 자동화된 사과 수확 로봇의 개발은 중요한 실제 적용을 가지고 있다.
사과 수확 로봇은 주로 감지 시스템과 로봇 팔의 두 부분으로 구성되며 머신 비전, 이미지 처리, 로봇 운동학 및 다중 센서 융합과 같은 기술을 통합한다. 연구자들이 사과 수확 로봇을 여러 개 개발했지만 이 로봇은 여전히 개선의 여지가 있는 영역이 많다. 이러한 영역에는 과일 손상 평가, 로봇의 시각적 과일 감지 모델 개선, 과일을 안정적으로 분리하는 메커니즘 개발이 포함된다.
노스웨스트 A&F 대학의 연구원들은 따는 과정에서 사과의 손상을 줄이기 위해 사과 수확 로봇의 따기 메커니즘을 테스트하고 최적화했다. 연구원들은 먼저 사과 따기 로봇이 마주하는 가지, 줄기 및 과일의 모델을 만들었다. 그들은 시뮬레이션 결과를 실제 실험 데이터와 비교하여 최적의 로봇 메커니즘과 손상 평가 시스템에 대한 이론적 기반을 확립했다.
로봇 팔의 따기 동작이 과일 자체의 손상 가능성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 연구자들은 로봇 팔을 통해 인간이 과일 따기 동작을 모방하려고 시도했다. NOKOV 모션 캡처 시스템을 사용하여 수동으로 과일을 따는 인간의 상완 움직임을 추적한 다음 로봇 팔이 동일한 움직임을 하도록 지시했다.
8개의 NOKOV 모션 캡처 카메라가 테스트 사이트 주변에 배치되었고 반사 마커는 인간 테스터의 어깨, 팔꿈치, 손목 및 손가락 끝에 부착되었다. NOKOV 모션 캡처 시스템은 인간 테스터의 팔의 각 관절 궤적을 수집하는 데 사용된 반면, 손가락 끝 궤적 데이터만 분석하여 로봇 팔의 최종 궤적을 계획했다.
참조:
[1] Bu Lingxin. Research on key technologies of apple harvesting robots in structured orchards [D]. Northwest A&F University, 2021. DOI:10.27409/d.cnki.gxbnu.2021.000038.
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