KR100784830B1 - 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템 - Google Patents

벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템 Download PDF

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KR100784830B1
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한길수
김시찬
이용범
김상철
임동혁
최홍기
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대한민국
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    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
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Abstract

본 발명은 대단위 딸기 생산업체나 농가 등에서, 효율적인 작업성능과 저렴한 비용으로 딸기를 자동으로 수확하기 위해 딸기를 탐색하기 위한 기계시각과 레이저 센서가 결합되는 영상처리부가 구비되는 7자유도 방식의 딸기 자동 수확로봇에 관한 것이다.
딸기를 탐색하기 위해 수평으로 한쌍의 씨씨디카메라가 구비되어 사람의 시각으로 사물의 입체정보를 얻게 되는 2씨씨디 카메라 방식의 기계시각부와 사물과의 거리를 측정하여 높이를 감지하는 레이저센서부가 결합되는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 획득된 작업장의 정보를 원거리에서 인지 및 제어하는 피씨원격제어부; 상기 피씨원격제어부에서 조종 및 제어로 구동되며 좌우평행으로 형성된 주행레일에는 좌우평행인 엑스좌표로 구동되는 엑스축모터를 구비하며, 수직인 와이좌표로 구동되는 와이축모터와 와이구동축을 중심으로 쎄타좌표로 회전되는 쎄타축모터를 구비하고 와이구동축이 구비되는 하체부; 상기 와이구동축에 연이어 형성되며 전후수평인 제트좌표로 구동되는 제트축모터를 구비하고 거리조절부가 형성되는 상체부; 및 상기 상체부의 일단에 형성되어 전후수평인 제2제트좌표로 구동되는 거리조절모터를 구비하고 수직인 제2와이좌표로 구동되는 수평조절모터를 구비하며 상기 거리조절모터와 수평조절모터의 결합구동으로 제2엑스좌표를 중심으로 회전되는 감마좌표로 구동되고 딸기의 줄기를 파지 및 절단하는 핸드부가 형성되는 종단작업부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 제공한다.
수확로봇, 종단작업, 벤치재배, 로봇시스템

Description

벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템{HARVESTING ROBOT SYSTEM FOR BENCH CULTIVATION TYPE STRAWBERRY}
도 1은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 나타낸 결합 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 나타낸 결합 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 모터와 케이블베어를 나타낸 수확로봇본체 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 승강부재의 실시도,
도 6은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 나타낸 분해 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 상체부의 제1거리조절샤프트와 제2 거리조절샤프트의 실시도,
도 8은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 핸드부의 확대 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 핸드부의 상단커팅부가 딸기줄기상단을 커팅하는 확대 실시도,
도 10은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 핸드부의 하단커팅부가 딸기줄기하단을 커팅하는 확대 실시도,
도 11은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 간략하게 나타낸 실시도,
도 12는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 7자유도를 좌표에 따라 나타낸 실시도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 슬림부 32 : 엑스축케이블베어
34 : 와이축케이블베어 36 : 제트축케이블베어
62 : 엑스축모터 64 : 와이축모터
66 : 와이구동축 68 : 쎄타축모터
69 : 제트축모터
70 : 제1거리조절샤프트 71 : 제트축타임벨트
72 : 제2거리조절샤프트 74 : 거리조절모터
76 : 수평조절모터
100 : 수확로봇본체
110 : 엑스좌표 120 : 와이좌표
130 : 제트좌표 140 : 쎄타좌표
150 : 제2제트좌표 160 : 제2와이좌표
170 : 감마좌표
172 : 제2엑스좌표
200 : 하체부
210 : 모터박스 220 : 모터박스상판
230 : 승강부관통공
300 : 상체부
310 : 기계시각부
312 : 좌씨씨디카메라 314 : 우씨씨디카메라
320 : 레이저센서부
330 : 영상처리부 350 : 거리조절부
400 : 종단작업부
410 : 핸드부 420 : 핸드부몸체
430 : 좌2핑거
435 : 좌핑거에어척
440 : 우3핑거
445 : 우핑거에어척
450 : 핑거가이드
460 : 상단커팅부
465 : 상단커팅부에어척
470 : 하단커팅부
475 : 하단커팅부에어척
490 : 딸기줄기
492 : 딸기줄기상단 494 : 딸기줄기하단
500 : 피씨원격제어부
550 : 전자제어어셈블리
본 발명은 대단위 딸기 생산업체나 농가 등에서, 효율적인 작업성능과 저렴한 비용으로 딸기를 자동으로 수확하기 위해 딸기를 탐색하기 위한 기계시각과 레이저 센서가 결합되는 영상처리부가 구비되는 7자유도 방식의 딸기 자동 수확로봇에 관한 것이다.
국민소득이 증가하면서 소비자의 농산물 소비의 고급화와 다양화에 따른 고품질 농산물의 수요가 증가함에 따라 품질 좋은 농산물을 값싸게 생산하는 식물공장 시스템이 요구 및 준비되고 있으나 자동화에 대한 연구는 미흡한 실정이며, 특 히 전체 노동 투여량의 45% 이상을 차지하고 있는 엽채류의 수확작업을 자동화하면 노동력을 크게 절감하고 연중 무휴의 작물 생산 체계를 위한 기반을 조성할 수 있을 것이다.
일반적으로 식물공장은 환경조건을 작물생장에 알맞게 제어하고 생산공정을 규격화하여 대량생산을 가능하게 하며 작물수요에 따라 생산계획을 수립할 수 있고 파종에서 수확은 물론 유통까지도 종합적으로 대처할 수 있도록 하는 고효율 작물생산시스템이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서 일반 식물공장에 대한 예들을 살펴봄으로써 본 발명에 대한 이해를 돕고자 한다.
식물공장은 1957년 덴마크의 크리스텐 농장에서 물냉이를 일괄적으로 자동 생산하는 세계최초의 식물공장이 개발된 이후 유럽,미국,일본 등에서 활발히 연구 개발되고 있으며 전체적으로 보아 태양광을 이용한 식물공장은 실용화되고 있으나 와전제어형 식물공장은 건축비 및 전력비가 비싼 편이어서 실용화에 상당한 제약을 받고 있는 실정이다.
이러한 식물공장의 이점은 연중 계획적이고 안정적인 생산이 가능하고, 고품질의 농산물 생산이 가능하며, 노지재배에 비하여 최소한 약 1/3 이하의 기간에 조기수확이 가능하여 토지생산성을 높일 수 있으며, 매일 파종하고 매일 수확할 수 있으므로 연중 노동부하가 평균화되고 중노동에서 해방될 수 있다는 점 등을 들 수 있다.
1920년 초반, 체코 작가의 희곡에서 유래된 로봇은 1980년을 전,후하여 현대 적인 산업용 로봇으로 실용화되었다. 농업분야에서는 1983년 11월 미국 농공학회의 주관으로 최초의 로봇과 지능기계에 대한 국제 학술대회가 개최되었고, 오렌지 수확로봇, 사과 수확로봇, 양모 깍는 로봇 등에 관한 연구가 발표 되었다.
이후 농업용 로봇은 산업용 로봇과 달리 환경변화에 적절히 대응할 수 있어야 하고, 대상체가 수확장치의 설계가 중요하다는 인식으로 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편 콘도(Kondo) 등은 1998년경 초음파 센서, DC모터, 솔레노이드, 엑츄에이터, 흡착컵 그리고 2자유도 직교 좌표 매니퓰레이터를 이용한 딸기 수확장치를 제작하여 66%의 수확성공률을 보였다.
또한, 사카우에(Sakaue) 등은 1997년경 일본의 로봇 응용사례를 보고하면서 토마토를 측정하고 잡을 수 있는 수확장치가 실현 가능함을 보였다. 콘도(Kondo) 등은 1996년 스테레오 기계시각 시스템과 수직 다관절 로봇을 이용하여 방울토마토 수확시스템을 개발하여 약 70% 정도의 정확도를 보였다.
또한, 리드(Reed) 등은 1995년 기계시각 시스템과 직교 좌표 로봇 그리고 흡착컵을 이용한 수확로봇 시스템으로 67%의 수확 성공률을 나타내었다.
또한, 키나세(Kinase) 등은 1991년 약 15초 만에 식물묘목을 자르고 이식하는 로봇시스템을 개발한 바 있으며, 호이(Hoy) 등은 1987년 토마토를 그리퍼로 잡을 때 발생하는 압력을 측정하여 팽창 가능한 세 개의 손가락을 가진 그리퍼의 제어의 적용에 관한 연구를 수행한바 있다.
그러나 대부분 산업용 로봇을 이용하여 수확장치를 개발한 시스템으로 비용이 비싸다는 단점이 있으며, 최근 국민소득이 증가하면서 소비자의 농산물 소비 고급화와 다양화에 따른 고품질 농산물의 수요가 증가함에 따라 품질 좋은 농산물을 값싸게 생산하는 식물공장들이 다양하게 준비되고는 있으나, 딸기는 과피가 얇고, 접촉 및 온도에 민감하여 인력을 이용한 수확의 경우 특정 작업 시간대에 최대한 접촉을 억제하고 충격에 주의를 해서 작업을 수행해야함으로 시간 제약이 따르는 집중적인 노동 투하와 집중력이 요구되고 있고, 자동화 시스템을 이용한 농산물의 수확의 경우 대상의 좌표를 인식하기 위하여 주로 기계시각을 이용하게 되는데 주변 광조건의 변화에 따라 인식률 저하와 영상의 복잡도에 따른 긴 처리시간으로 인하여 실시간 작업 수행이 어렵고, 실제 재배 공간의 제약 및 과실의 물리적 특성상 다루기가 매우 어려워 딸기의 경우 그 개발사례와 자동화가 매우 미진한 실정이다.
따라서, 본 발명은 딸기의 인식 및 좌표 추출을 위해 기계시각과 레이저 센서를 결합하고, 자연광 하에서도 작업이 수행될 수 있도록 색도, 채도, 형태기반의 영상처리 소프트웨어를 개발하고, 벤치 재배 환경에서 수행될 수 있는 소형 경량 구조의 로봇 매니퓰레이터를 개발하며, 딸기에 직접적인 접촉 없이 수확작업을 수행할 수 있도록 7자유도 종단 작업기를 개발하여 작업 시간대의 제약에서 자유로울 수 있으며 프로그램에 의해 작업 적응성이 높은 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,
딸기를 탐색하기 위해 수평으로 한쌍의 씨씨디카메라가 구비되어 사람의 시각으로 사물의 입체정보를 얻게 되는 2씨씨디 카메라 방식의 기계시각부와 사물과의 거리를 측정하여 높이를 감지하는 레이저센서부가 결합되는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 획득된 작업장의 정보를 전자제어어셈블리를 통해 원거리에서 인지 및 제어하는 피씨원격제어부; 상기 피씨원격제어부에서 조종 및 제어로 구동되며 좌우평행으로 형성된 주행레일에는 좌우평행인 엑스좌표로 구동되는 엑스축모터를 구비하며 수직인 와이좌표로 구동되는 와이축모터와 와이구동축을 중심으로 쎄타좌표로 회전되는 쎄타축모터를 구비하고 와이구동축이 구비되는 하체부; 상기 와이구동축에 연이어 형성되며 전후수평인 제트좌표로 구동되는 제트축모터를 구비하고 거리조절부가 형성되는 상체부; 및 상기 상체부의 일단에 형성되어 전후수평인 제2제트좌표로 구동되는 거리조절모터를 구비하고 수직인 제2와이좌표로 구동되는 수평조절모터를 구비하며 상기 거리조절모터 및 수평조절모터의 결합구동으로 엑스좌표를 중심으로 회전되는 감마좌표로 구동되고 딸기의 줄기를 파지 및 절단하는 핸드부가 형성되는 종단작업부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하체부의 엑스축모터, 와이축모터 및 쎄타축모터와, 상기 상체부의 제트축모터와, 상기 종단작업부의 수평조절모터 및 거리조절모터가 6방향으로 구동되게 구성되고, 상기 수평조절모터 및 거리조절모터로 인해 형성되는 감마좌표를 포함해 7방향으로 구동되게 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상체부의 거리조절부는, 전후수평인 제트좌표에 따라 구동되는 제1거리조절샤프트, 제2거리조절샤프트, 타임벨트 및 상체케이블베어로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 종단작업부는 상기 거리조절부의 일측에 형성되어 거리조절모터및 수평조절모터에 연이어 형성되는 핸드부를 갖으며, 상기 핸드부는 핸드부몸체의 정면 일측에 딸기줄기를 종 방향으로 파지하기 위해 평행하게 좌2핑거 및 우3핑거가 구비되고, 상기 우3핑거의 일측과 핸드부몸체의 일측에 연결되게 형성되는 핑거가이드와 상기 핸드부몸체의 정면 상단 및 하단에 상단커팅부와 하단커팅부가 각각 구비되며, 상기 핸드부몸체의 후면 일측에는 좌/우핑거에어척이 각각 구비되고, 타측에는 상단커팅부에어척 및 하단커팅부에어척이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쎄타축모터에 의해 와이구동축을 따라 회전되는 상체부의 회전반경은 최대 340˚로 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 나타낸 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 흐름도이며, 도 3은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 결합 사시도 이고, 도 4는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 사시도 이며, 도 5는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 승강부재의 실시도 이고, 도 6은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 분해 사시도 이며, 도 7은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 상체부의 제1거리조절샤프트와 제2 거리조절샤프트의 실시도 이고, 도 8은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 핸드부의 확대 사시도 이며, 도 9는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 핸드부의 상단커팅부가 딸기줄기상단을 커팅하는 확대 실시도 이고, 도 10은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 핸드부의 하단커팅부가 딸기줄기하단을 커팅하는 확대 실시도 이며, 도 11은 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 간략히 나타낸 실시도 이고, 도 12는 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 7자유도를 좌표에 따라 나타낸 실시도 이다.
본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템은, 도 1 내지, 도 3 에 도시된 바와 같이,
딸기를 탐색하기 위해 수평으로 한쌍의 씨씨디카메라가 구비되어 사람의 시각으로 사물의 입체정보를 얻게 되는 2씨씨디 카메라 방식의 기계시각부(310)와 사물과의 거리를 측정하여 높이를 감지하는 레이저센서부(320)가 결합된 영상처리부(330)와; 상기 영상처리부(330)에서 획득된 작업장의 정보를 전자제어어셈블리(550)를 통해 원거리에서 인지 및 제어하는 피씨원격제어부(500)와; 상기 피씨원격제어부(500)에서 조종 및 제어로 구동되며 좌우평행으로 형성된 주행레일(50)에는 좌우평행인 엑스좌표(110)로 구동되는 엑스축모터(62)를 구비하며 수직인 와이좌표(120)로 구동되는 와이축모터(64)와 와이구동축(66)을 중심으로 쎄타좌표(140) 로 회전되는 쎄타축모터(68)를 구비하고 와이구동축(66)이 구비된 하체부(200)와; 상기 와이구동축(66)과 연이어 형성되며 전후수평인 제트좌표(130)로 구동되는 제트축모터(69)를 구비하고 거리조절부(350)가 형성된 상체부(300)와;
상기 상체부(300)의 일단에 형성되어 전후수평인 제2제트좌표(150)로 구동되는 거리조절모터(74)를 구비하고 수직인 제2와이좌표(160)로 구동되는 수평조절모터(76)를 구비하며 상기 거리조절모터(74)와 수평조절모터(76)의 결합구동으로 엑스좌표(110)를 중심으로 회전되는 감마좌표(170)로 구동되고 딸기의 줄기를 파지 및 절단하는 핸드부(410)가 형성된 종단작업부(400)로 구성된다.
또한, 상기 하체부(200)에 형성된 엑스축모터(62) 및 와이축모터(64)와 쎄타축모터(68)와 상기 상체부(300)에 형성된 제트축모터(69)와 상기 종단작업부(400)에 형성된 수평조절모터(76) 및 거리조절모터(74)가 6방향으로 구동되게 구성되고 상기 수평조절모터(76)와 거리조절모터(74)로 인해 형성된 감마좌표(170)를 포함해 7방향으로 구동되게 구성된다.
또한, 상기 상체부(300)의 일측에 구비된 거리조절부(350)는 전후수평인 제트좌표(130)에 따라 구동되는 제1거리조절샤프트(70)와 제2거리조절샤프트(72)와 제트축타임벨트(71)와 제트축케이블베어(36)로 이루어진다.
또한, 상기 종단작업부(400)는 상기 거리조절부(350)의 일측에 형성되어 거리조절모터(74)와 수평조절모터(76)와 연이어 형성된 핸드부(410)를 갖으며 상기 핸드부(410)는 핸드부몸체(420) 정면 일측에 딸기줄기를 종 방향으로 파지하기 위해 평행하게 좌2핑거(430)와 우3핑거(440)가 구비되고 상기 우3핑거(440)의 일측과 핸드부몸체(420) 일측과 연결되게 형성된 핑거가이드(450)와 상기 핸드부몸체(420)의 정면 상단과 하단에 상단커팅부(460)와 하단커팅부(470)가 각각 구비되며 상기 핸드부몸체(420)의 후면 일측에는 좌/우핑거에어척(435)(445)이 각각 구비되고 타측에는 상단커팅부에어척(465)과 하단커팅부에어척(475)이 형성된다.
마지막으로, 상기 쎄타축모터(68)에 의해 와이구동축(66)을따라 회전되는 상체부(300)의 회전반경은 최대 340˚로 회전 가능하게 형성된다.
상기와 같은 구성으로 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템을 설명하면,
평행하게 형성된 주행레일(50)위에 좌우일정 길이로 왕복 슬림 되도록 형성되고 상기 주행레일(50)의 일측에는 좌우평행인 엑스좌표(110)로 구동되는 엑스축모터(62)가 고정되어 구비되며 상기 주행레일(50)의 타측에는 상기 엑스축모터(62)에서 구동되는 구동력으로 상기 주행레일(50)의 수확로봇본체가(100)가 좌우로 왕복 슬림 되도록 엑스축케이블베어(32)가 형성되고 상기 주행레일(50)의 상부 일측에 안착 되고 슬림부(20)를 갖으며 하체부(200)와 상체부(300)및 종단작업부(400)로 이루어진 수확로봇본체(100)가 형성되며 상기 하체부(200)는 와이축모터(64)와 쎄타축모터(68)를 구비하고 모터박스상판(220)에 다수개의 승강부관통공(230)을 형성하는 모터박스(210)를 구비하며 상기 와이축모터(64)의 구동력으로 수직 슬림 되도록 와이구동축(66)과 연결되게 와이축케이블베어(34)가 형성되고 와이구동축(66)을 중심으로 쎄타좌표(140)로 회전되는 쎄타축모터(68)가 구비되며 다수개의 승강부(240)와 와이구동축(66)이 상기 상체부(300)를 지지하며 형성되어 있고 상기 상체부(300)는 상기 승강부(240)와 와이구동축(66)과 연이어 형성되며 상기 상체부(300)의 일단에는 제트좌표(130)로 구동되는 제트축모터(69)가 형성되고 상기 상체부(300)의 일측에는 상기 제트축모터(66)에서 구동력으로 전,후수평으로 슬림 되도록 제1거리조절샤프트(70)와 제트축타임벨트(71)와 제2거리조절샤프트(72)가 연결되게 구비된 제트축케이블베어(36)로 이루어진 거리조절부(350)가 형성되고 상기 제2거리조절샤프트(72)의 끝단에 형성된 종단작업부(400)에는 전후수평인 제2제트좌표(150)로 구동되는 거리조절모터(74)와 수직인 제2와이좌표(160)로 구동되는 수평조절모터(76)가 형성되고 상기 거리조절모터(74)와 수평조절모터(76)가 결합 구동되어 엑스좌표(110)를 중심으로 회전되는 감마좌표(170)로 구동되며 상기 거리조절모터(74)와 수평조절모터(76)와 연이어 형성된 핸드부(410)를 갖으며 상기 핸드부(410)는 핸드부몸체(420) 정면 일측에 딸기줄기를 종 방향으로 파지하기 위해 평행하게 좌2핑거(430)와 우3핑거(440)가 구비되고 상기 우3핑거(440)의 일측과 핸드부몸체(420) 일측과 연결되게 형성된 핑거가이드(450)와 상기 핸드부몸체(420)의 정면 상단과 하단에는 공기압과 전기서보제어로 제어되는 상단커팅부(460)와 하단커팅부(470)가 각각 구비되며 상기 핸드부몸체(420)의 후면 일측에는 좌/우핑거에어척(435)(445)이 각각 구비되고 타측에는 상단커팅부에어척(465)과 하단커팅부에어척(475)이 형성되며 상기 상체부(300)의 일단에는 타단에는 좌씨씨디카메라(312)와 우씨씨디카메라(314)로 이루어진 기계시각부(310)가 형성되고 상기 기계시각부(310)과 상기 상체부(300)의 하단에 형성된 레이져센서부(320)가 결합 되어 영상처리부(330)를 이루게 되고 상기 구성요소에서 획득된 작업장의 시스템정보는 수확로봇본체(100) 일측에 구비된 전자제어어셈블리(550)를 통해 원거리에서 피씨원격제어부(500)가 인지 및 제어하도록 구성된다.
상기와 같은 구성으로 본 발명에 따른 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템의 작동상태를 살펴보면, 도면 4의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
하이브리드형(병렬형 매니퓰레이터와 직렬형 매니퓰레이터가 결합된) 매니퓰레이터방식의 7자유도 매니퓰레이터로 목표물에 미세접근과 미세작업이 용이하게 구성된 딸기수확로봇은,
스위치온 하게 되면 매니퓰레이터는 자동 원점복귀되고 절대좌표가 초기화되며 상기 영상처리부(330)인 한쌍의 스트레오 컬러 카메라인 기계시각부(310)와 측정거리가 30~400cm인 레이져센서(320)에의해 정렬위치에 근접한 딸기를 기 프로그램화된 색도에 의해 감지하고 3차원 위치를 제어장치로 보내는 알고리즘에 따라 탐색하게 되어 줄기 및 잎사귀 등에 의해 가려진 딸기를 수확하게 되며 딸기의 줄기가 수직인 경우의 수확뿐만 아니라 기울어져 매달린 경우에도 3차원 공간상 줄기자세에 적응하도록 되었으며 딸기의 수확작업을 딸기가 가려지지 않은 상태에서의 예비수확 성능을 개당 14초로 하고 수확 작업시 상처 발생이 없게 하였으며 이러한 작업을 위하여 상기 영상처리부(330)는 셔터스피드가 1/200sec 이고 오토 아이리스인 조리개와 오토 컬러 발란스로 실시간 목표물인 딸기의 색깔을 인지하며 주변 조명이 자연광 또는 백색 계열 인공조명일 때와 상관없이 조도 변화에 독립된 프로세 싱을 수행하기 위하여 HSI(색도,채도,명도) 색좌표를 이용 색상정보 이미지를 추출하게 되어 가변성 광 조건에 적응하게 되고 모멘트 방법을 통해 딸기의 중심좌표를 획득하고 카메라좌표를 로봇좌표로 변환하게 된다.
상기 로봇좌표에 의해 수확로봇본체(100)는 엑스좌표(110)로 100cm 범위에서 이동가능하게 구성되며 엑스축모터(62)가 구동되어 엑스축케이블베어(32)와 주행레일(50)을 따라서 이동하고 상기 레이져센서(320)에 의해 와이좌표(120) 방향의 이동거리 계측으로 와이축모터(64)가 구동되어 상체부(300)가 딸기의 높이로 이동되며 상기 와이좌표(120)는 지면으로부터 80cm 하체부(200)의 상단으로부터 30cm 승강 가능하고 상기 상체부(300)의 제트축모터(69)가 구동되어 제1거리조절샤프트(70)와 제2거리조절샤프트(72)및 제트축타임벨트(71)와 제트축케이블베어(36)로 이루어진 거리조절부(350)가 제트좌표(130)를 따라 전후수평 방향으로 30cm 범위에서 이동가능 하게 구성되고 상기 상체부(300)는 와이좌표(120)를 중심으로 회전하는 쎄타좌표(140)를 갖으며 상기 쎄타좌표(140)는 340° 회전가능하게 구성되며 거리조절모터(74)및 수평조절모터(76)와 연이어 형성된 핸드부(410)를 갖는 종단작업부(400)의 상기 거리조절모터(74)는 제2제트좌표(150)로 90°의 구동범위를 갖고 수평조절모터(76)은 제2와이좌표(160)로 135°의 구동범위를 갖으며 상기 거리조절모터(74)와 수평조절모터(76)의 구동범위가 결합 되어 제2엑스좌표(115)를 중심으로 회전하는 감마좌표(170)를 얻게 되고 이로 인해 상기 핸드부(410)가 딸기에 미세 접근이 가능하게되어 미세작업이 이루어지게 되며 서보모터와 딸기 줄기를 파지하는 그리퍼와 딸기줄기를 절단하는 커팅이 일체형으로 구비되고 마디별 서보제어가 가능하고 공압식 2중 절단장치를 구비하는 상기 핸드부(410)는 핸드부몸체(420)의 정면 일측에 딸기줄기를 종 방향으로 파지가 가능하고 미세작업이 가능하게 손가락 2개 모양의 좌2핑거(430)와 손가락 3개 모양의 우3핑거(440)가 좌우로 엇갈리게 결합 되도록 구비되고 상기 우3핑거(440)의 일측과 핸드부몸체(420) 일측과 연결되게 핑거가이드(450)가 형성되어 상기 좌2핑거(430)와 우3핑거(440)를 안내하도록 형성되며 상기 핸드부몸체(420)의 정면 상단과 하단에 공압식 2중 절단장치인 상단커팅부(460)와 하단커팅부(470)가 각각 구비되고 상기 핸드부몸체(420)의 후면 일측에는 에어가 공급되어 제어하는 좌/우핑커에어척(435,445)이 각각 구비되고 타측에는 상단커팅부에어척(465)과 하단커팅부에어척(475)이 구비되어 상기 좌2핑커(420)과 우3핑커(440)이 딸기줄기(490)를 압지한 상태에서 상기 상단커팅부(460)가 상기 딸기줄기(490)의 딸기줄기상단(492)을 커팅하게되고 상기 딸기줄기상단(492)이 커팅된 딸기가 딸기수집기 위치에 오게 되면 상기 하단커팅부(470)가 상기 딸기줄기(490)의 딸기줄기하단(494)을 커팅 함으로써 딸기를 수확하게 된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 아니하고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템으로 인력을 이용한 방법에 비해 과육의 접촉이 적고, 작업 시간대 및 작업 환경의 제약에서 자유로울 수 있고, 열악한 작업환경과 집중 노동 투하에서 벗어날 수 있으므로 딸기 재배관리, 수확의 자동화에 크게 기여하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 로봇을 이용한 농산물 자동수확장치 시스템에 있어서,
    딸기를 탐색하기 위해 수평으로 한쌍의 씨씨디카메라(312, 314)가 구비되어 사람의 시각으로 사물의 입체정보를 얻게 되는 2씨씨디 카메라 방식의 기계시각부(310)와 사물과의 거리를 측정하여 높이를 감지하는 레이저센서부(320)가 결합되는 영상처리부(330);
    상기 영상처리부(330)에서 획득된 작업장의 정보를 전자제어어셈블리(550)를 통해 원거리에서 인지 및 제어하는 피씨원격제어부(500);
    상기 피씨원격제어부(500)에서 조종 및 제어로 구동되며 좌우평행으로 형성된 주행레일(50)에는 좌우평행인 엑스좌표(110)로 구동되는 엑스축모터(62)를 구비하며 수직인 와이좌표(120)로 구동되는 와이축모터(64)와 와이구동축(66)을 중심으로 쎄타좌표(140)로 회전되는 쎄타축모터(68)를 구비하고 와이구동축(66)이 구비되는 하체부(200);
    상기 와이구동축(66)과 연이어 형성되며 전후수평인 제트좌표(130)로 구동되는 제트축모터(69)를 구비하고 거리조절부(350)가 형성되는 상체부(300); 및
    상기 상체부(300)의 일단에 형성되어 전후수평인 제2제트좌표(150)로 구동되는 거리조절모터(74)를 구비하고 수직인 제2와이좌표(160)로 구동되는 수평조절모터(76)를 구비하며 상기 거리조절모터(74) 및 수평조절모터(76)의 결합구동으로 제2엑스좌표(172)를 중심으로 회전되는 감마좌표(170)로 구동되고 딸기의 줄기를 파지 및 절단하는 핸드부(410)가 형성된 종단작업부(400);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하체부(200)의 엑스축모터(62), 와이축모터(64) 및 쎄타축모터(68)와 상기 상체부(300)의 제트축모터(69)와 상기 종단작업부(400)의 수평조절모터(76) 및 거리조절모터(74)가 6방향으로 구동되게 구성되고, 상기 수평조절모터(76)와 거리조절모터(74)로 인해 형성된 감마좌표(170)를 포함해 7방향으로 구동되게 구성되는 것을 특징으로 하는 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상체부(300)의 거리조절부(350)는,
    전후수평인 제트좌표(130)에 따라 구동되는 제1거리조절샤프트(70), 제2거리조절샤프트(72), 제트축타임벨트(71) 및 제트축케이블베어(36)로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 종단작업부(400)는 상기 거리조절부(350)의 일측에 형성되어 거리조절모터(74) 및 수평조절모터(76)에 연이어 형성되는 핸드부(410)를 갖으며, 상기 핸드부(410)는 핸드부몸체(420)의 정면 일측에 딸기줄기(490)를 종 방향으로 파지하기 위해 평행하게 좌2핑거(430) 및 우3핑거(440)가 구비되고, 상기 우3핑거(440)의 일측과 핸드부몸체(420)의 일측에 연결되게 형성되는 핑거가이드(450)와 상기 핸드부몸체(420)의 정면 상단 및 하단에 상단커팅부(460)와 하단커팅부(470)가 각각 구비되며, 상기 핸드부몸체(420)의 후면 일측에는 좌/우핑거에어척(435, 445)이 각각 구비되고, 타측에는 상단커팅부에어척(465) 및 하단커팅부에어척(475)이 형성되는 것을 특징으로 하는 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 쎄타축모터(68)에 의해 와이구동축(66)을 따라 회전되는 상체부(300)의 회전반경은 최대 340˚로 회전 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템.
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