KR101720682B1

KR101720682B1 - End-effector for harvesting paprika

Info

Publication number: KR101720682B1
Application number: KR1020150104226A
Authority: KR
Inventors: 이대원
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-03-28
Also published as: KR20170011505A

Abstract

본 발명은 파프리카 수확용 엔드이펙터에 관한 것으로써, 피수확물의 줄기에 접촉하는 블레이드부; 상기 피수확물을 파지하며, 상기 블레이드부가 상기 줄기에 접촉되는 경우, 상기 피수확물을 파지한 상태에서 상기 피수확물을 회동시킴으로써 상기 줄기를 절단하여 상기 피수확물을 수확하는 파지부; 및 상기 블레이드부와 상기 파지부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 파지부는, 중심에서 양방향으로 연장형성됨으로써 상기 피수확물이 위치되는 수확공간을 제공하며 상기 피수확물의 길이방향에 대해 수직하는 방향을 회동축으로 하여 회동되게 마련되는 본체부와, 한쌍으로 마련되어 상기 본체부의 양방향 단부에 회동가능하게 각각 설치되며 상기 피수확물이 상기 수확공간에 위치되는 경우 회동함으로써 상기 피수확물을 가압하며 상기 피수확물의 외면에 대응되도록 곡면으로 형성되는 가압부와, 한쌍으로 마련되어 상기 가압부에 각각 설치되며 상기 가압부가 회동되도록 상기 가압부에 구동력을 인가하는 실린더부와, 상기 본체부의 중심에 설치되어 상기 피수확물이 상기 수확공간에 위치되는 것을 감지하는 제1센서부와, 상기 가압부에 설치되어 상기 피수확물에 인가되는 힘을 감지하는 제2센서부와, 상기 피수확물의 길이방향에 대응되는 길이로 마련되며 상기 본체부의 중심에 설치되는 제1접촉부와, 상기 피수확물의 길이방향에 대응되는 길이로 마련되어 상기 가압부의 양단부에 회동가능하게 각각 설치되는 제2접촉부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1센서부로부터 상기 피수확물이 상기 수확공간에 위치되었음을 확인하는 신호인 제1신호를 전달받는 경우 상기 실린더부가 상기 가압부에 구동력을 인가하도록 상기 실린더부를 작동시키며, 상기 가압부가 회동되어 상기 가압부가 상기 피수확물을 가압하는 경우 상기 가압부가 기설정된 압력 이하로 상기 피수확물을 가압하도록 상기 가압부를 제어하며, 상기 제어부는, 상기 제2센서부로부터 상기 가압부가 기설정된 압력 이하로 상기 피수확물을 파지하는 것을 완료하였음을 확인하는 신호인 제2신호를 전달받는 경우 상기 블레이드부를 상기 줄기의 절단위치로 이동시키며, 상기 블레이드부가 상기 절단위치에 위치되었다고 판단하는 경우 상기 절단위치에 해당되는 상기 줄기의 부분이 절단되도록 상기 본체부를 상기 피수확물의 길이방향에 대해 수직하는 방향을 회동축으로 하여 회동시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따르면, 블레이드부가 파프리카의 줄기 부분에 접촉된 상태에서 파지된 피수확물을 회동시켜 파프리카의 줄기를 절단하는 것이 가능하고, 이에 의해서, 피수확물이 용이하게 수확될 수 있다.The present invention relates to an end effector for harvesting paprika, comprising: a blade portion contacting a stem of a harvest; A grasping unit for grasping the crop to be harvested and cutting the stem by rotating the harvested matter while grasping the harvested material when the blade part is in contact with the stem; And a control unit for controlling the driving of the blade unit and the grip unit, wherein the grip unit is extended in both directions from the center to provide a harvesting space in which the harvested crop is located, and is perpendicular to the longitudinal direction of the harvested crop A pair of main body parts provided on both sides of the main body part so as to be rotatable and pivotable when the harvested material is positioned in the harvesting space, A cylinder portion provided at a pair and each of which is provided to the pressing portion and applies a driving force to the pressing portion so that the pressing portion is rotated; and a cylinder portion provided at the center of the body portion, A first sensor unit for sensing that the harvested material is located in the harvesting space, A second contact portion provided on the press portion and sensing a force applied to the crop to be harvested, a first contact portion provided at a length corresponding to the longitudinal direction of the harvest and installed at the center of the main portion, And a second contact portion provided on both ends of the pressing portion so as to be rotatable, wherein the control portion controls the first sensor portion to detect the position of the harvesting object in the harvesting space, 1 signal is received, the cylinder portion operates the cylinder portion to apply a driving force to the pressing portion, and when the pressing portion is rotated so that the pressing portion presses the crop, the pressing portion presses the crop, Wherein the control unit controls the pressing unit to press the second sensor unit, When receiving the second signal, which is a signal for confirming completion of gripping the crop under pressure, moves the blade part to the cutting position of the stem, and when it is determined that the blade part is located at the cutting position, And the main body is rotated with the main body rotated in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the crop to be cut so that the portion of the stem corresponding to the position is cut.
According to the present invention, it is possible to cut the stem of the paprika by rotating the harvested grains while the blade portion is in contact with the stem portion of the paprika, whereby the harvested matter can be harvested easily.

Description

[0001] END-EFFECTOR FOR HARVESTING PAPRIKA [0002]

본 발명은 파프리카 수확용 엔드이펙터에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 블레이드부가 파프리카의 줄기 부분에 접촉된 상태에서 파지된 피수확물을 회동시켜 파프리카의 줄기를 절단함으로써 피수확물을 용이하게 수확할 수 있는 파프리카 수확용 엔드이펙터에 관한 것이다.The present invention relates to an end effector for harvesting paprika. More particularly, the present invention relates to an end effector for harvesting paprika. More particularly, the present invention relates to an end effector for harvesting paprika, And an end effector for harvesting paprika.

과일, 채소 등의 농작물을 수확하는 경우, 작업자가 직접 농작물을 수확해야 하기 때문에, 인건비가 과다하게 소요되는 문제점 있다. 상술한 문제점에 기인하여 인력을 이용하지 않고 농작물을 자동으로 수확할 수 있는 자동 수확 시스템이 연구되었으며, 근래에는 영상처리기술 및 로봇기술이 크게 발달하여 상술한 자동 수확 시스템이 보다 정교화되고 있다.When crops such as fruits and vegetables are harvested, the workers have to harvest the crops directly, which causes a problem that the labor cost is excessive. Due to the above problems, an automatic harvesting system capable of automatically harvesting crops without employing manpower has been studied. In recent years, image processing technology and robotic technology have greatly developed and the above-described automatic harvesting system has been refined.

상술한 바와 같이, 농작물을 자동으로 수확하기 위한 기술은 수확 대상물에 대응되는 정확한 영상처리기술 및 수확 대상물의 구조에 맞추어 절단부분을 정확하게 절단할 수 있는 로봇시스템이 요구된다.As described above, a technique for automatically harvesting crops requires a robust system capable of precisely cutting a cut portion in accordance with an accurate image processing technique corresponding to an object to be harvested and a structure of the object to be harvested.

한국공개특허공보 특2002-0037209호는 수박을 수확하는 원격 작업시스템을 개시하고 있으며, 한국등록특허공보 제10-0784830호는 딸기를 수확할 수 있는 로봇 시스템을 개시하고 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0037209 discloses a remote operation system for harvesting watermelons and Korean Patent Registration No. 10-0784830 discloses a robot system capable of harvesting strawberries.

근래에 웰빙 열풍 등으로 파프리카에 대한 수요가 급증하고 있는데, 상술한 바와 같이, 수박, 딸기 등에 대한 자동 수확 시스템에 대한 연구는 상당 부분 진행되었지만, 파프리카에 대한 자동 수확시스템에 대한 연구는 전무한 실정이며, 특히, 파프리카를 효과적으로 파지할 수 있는 엔드이펙터에 대한 연구는 사실상 진행된바 없다.Recently, the demand for paprika has been rapidly increasing due to a well-being craze. As described above, research on automatic harvesting systems for watermelons and strawberries has been carried out to a great extent, but there has been no research on automatic harvesting systems for paprika In particular, research on end effectors capable of effectively gripping paprika has not been carried out in practice.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 블레이드부가 파프리카의 줄기 부분에 접촉된 상태에서 파지된 피수확물을 회동시켜 파프리카의 줄기를 절단함으로써 피수확물을 용이하게 수확할 수 있는 파프리카 수확용 엔드이펙터를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a method of harvesting crops by cutting the stem of paprika by rotating the harvested grains while the blade is in contact with the stem portion of the paprika Paprika harvesting end effector.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 피수확물의 줄기에 접촉하는 블레이드부; 상기 피수확물을 파지하며, 상기 블레이드부가 상기 줄기에 접촉되는 경우, 상기 피수확물을 파지한 상태에서 상기 피수확물을 회동시킴으로써 상기 줄기를 절단하여 상기 피수확물을 수확하는 파지부; 및 상기 블레이드부와 상기 파지부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 파지부는, 중심에서 양방향으로 연장형성됨으로써 상기 피수확물이 위치되는 수확공간을 제공하며 상기 피수확물의 길이방향에 대해 수직하는 방향을 회동축으로 하여 회동되게 마련되는 본체부와, 한쌍으로 마련되어 상기 본체부의 양방향 단부에 회동가능하게 각각 설치되며 상기 피수확물이 상기 수확공간에 위치되는 경우 회동함으로써 상기 피수확물을 가압하며 상기 피수확물의 외면에 대응되도록 곡면으로 형성되는 가압부와, 한쌍으로 마련되어 상기 가압부에 각각 설치되며 상기 가압부가 회동되도록 상기 가압부에 구동력을 인가하는 실린더부와, 상기 본체부의 중심에 설치되어 상기 피수확물이 상기 수확공간에 위치되는 것을 감지하는 제1센서부와, 상기 가압부에 설치되어 상기 피수확물에 인가되는 힘을 감지하는 제2센서부와, 상기 피수확물의 길이방향에 대응되는 길이로 마련되며 상기 본체부의 중심에 설치되는 제1접촉부와, 상기 피수확물의 길이방향에 대응되는 길이로 마련되어 상기 가압부의 양단부에 회동가능하게 각각 설치되는 제2접촉부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1센서부로부터 상기 피수확물이 상기 수확공간에 위치되었음을 확인하는 신호인 제1신호를 전달받는 경우 상기 실린더부가 상기 가압부에 구동력을 인가하도록 상기 실린더부를 작동시키며, 상기 가압부가 회동되어 상기 가압부가 상기 피수확물을 가압하는 경우 상기 가압부가 기설정된 압력 이하로 상기 피수확물을 가압하도록 상기 가압부를 제어하며, 상기 제어부는, 상기 제2센서부로부터 상기 가압부가 기설정된 압력 이하로 상기 피수확물을 파지하는 것을 완료하였음을 확인하는 신호인 제2신호를 전달받는 경우 상기 블레이드부를 상기 줄기의 절단위치로 이동시키며, 상기 블레이드부가 상기 절단위치에 위치되었다고 판단하는 경우 상기 절단위치에 해당되는 상기 줄기의 부분이 절단되도록 상기 본체부를 상기 피수확물의 길이방향에 대해 수직하는 방향을 회동축으로 하여 회동시키는 것을 특징으로 하는 파프리카 수확용 엔드이펙터에 의해 달성된다.This object is achieved according to the present invention by a method of manufacturing a plant, comprising: a blade portion contacting a stem of a crop; A grasping unit for grasping the crop to be harvested and cutting the stem by rotating the harvested matter while grasping the harvested material when the blade part is in contact with the stem; And a control unit for controlling the driving of the blade unit and the grip unit, wherein the grip unit is extended in both directions from the center to provide a harvesting space in which the harvested crop is located, and is perpendicular to the longitudinal direction of the harvested crop A pair of main body parts provided on both sides of the main body part so as to be rotatable and pivotable when the harvested material is positioned in the harvesting space, A cylinder portion provided at a pair and each of which is provided to the pressing portion and applies a driving force to the pressing portion so that the pressing portion is rotated; and a cylinder portion provided at the center of the body portion, A first sensor unit for sensing that the harvested material is located in the harvesting space, A second contact portion provided on the press portion and sensing a force applied to the crop to be harvested, a first contact portion provided at a length corresponding to the longitudinal direction of the harvest and installed at the center of the main portion, And a second contact portion provided on both ends of the pressing portion so as to be rotatable, wherein the control portion controls the first sensor portion to detect the position of the harvesting object in the harvesting space, 1 signal is received, the cylinder portion operates the cylinder portion to apply a driving force to the pressing portion, and when the pressing portion is rotated so that the pressing portion presses the crop, the pressing portion presses the crop, Wherein the control unit controls the pressing unit to press the second sensor unit, When receiving the second signal, which is a signal for confirming completion of gripping the crop under pressure, moves the blade part to the cutting position of the stem, and when it is determined that the blade part is located at the cutting position, Wherein the main body part is rotated in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the harvested crop as a rotation axis so that a portion of the stem corresponding to the position is cut off.

또한, 상기 블레이드부는, 단부에 마커가 설치될 수 있다.The blade portion may be provided with a marker at an end thereof.

삭제delete

본 발명에 의하면, 블레이드부가 파프리카의 줄기 부분에 접촉된 상태에서 파지된 피수확물을 회동시켜 파프리카의 줄기를 절단함으로써 피수확물을 용이하게 수확할 수 있다.According to the present invention, crops can be harvested easily by cutting the stem of paprika by rotating the harvested grains while the blade portion is in contact with the stem portion of the paprika.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터를 이용한 파프리카 수확 시스템을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 파지부의 사시도 이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 파지부의 평면도 이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 동작의 순서도 이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 제1동작을 도시한 것이고,
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 제2동작을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 제3동작을 도시한 것이다.FIG. 1 illustrates a paprika harvesting system using an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention,
2 is a perspective view of a grip portion of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention,
3 is a plan view of a grip portion of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention,
4 is a flowchart of the operation of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention,
Figure 5 illustrates a first operation of an end effector for paprika harvesting according to an embodiment of the present invention,
6 illustrates a second operation of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention,
7 shows a third operation of an end effector for paprika harvesting according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터에 대해서 설명하기 전에, 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터를 이용한 파프리카 수확 시스템에 대해서 먼저 설명한다.Before describing an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention, a paprika harvesting system using an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention will be described first.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터를 이용한 파프리카 수확 시스템을 도시한 것이다.1 shows a paprika harvesting system using an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터를 이용한 파프리카 수확 시스템은 영상부(10)와 제어부(130)와 이동부(20)를 포함한다.1, a paprika harvesting system using an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention includes an image part 10, a control part 130, and a moving part 20.

영상부(10)는 피수확물(p)을 촬영하는 것으로써, 피수확물(p)에 대한 영상정보를 생성한다. 이러한 영상부(10)는 CCD(Charge Coupled Device)카메라 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)카메라 등으로 마련될 수 있다. 상술한 영상부(10)에 의해서 생성된 영상정보는 후술하는 제어부(130)로 전달된다.The image portion 10 generates image information on the crop p by photographing the crop p. The video unit 10 may be a CCD (Charge Coupled Device) camera, a Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) camera, or the like. The image information generated by the image unit 10 described above is transmitted to the control unit 130, which will be described later.

제어부(130)는 후술하는 블레이드부(110)와 파지부(120)를 제어하는 것으로써, 영상정보와 피수확물(p)의 이미지에 대한 기학습된 정보인 학습정보를 비교하여 피수확물(p)의 절단위치정보를 생성한다. 이러한 제어부(130)는 절단위치정보를 파지부(120)에 전달하는데, 파지부(120)는 이러한 절단위치정보를 이용하여 피수확물(p)의 절단되어야 할 줄기 부분을 절단한다.The control unit 130 controls the blade unit 110 and the grip unit 120 to be described later so as to compare the image information with the learning information that is pre-learned information on the image of the crop (p) As shown in FIG. The control unit 130 transmits the cutting position information to the grip unit 120. The grip unit 120 cuts the stem portion of the crop to be cut using the cutting position information.

상술한 제어부(130)는 인공신경망(CNN : Convolutional Neural Network) 알고리즘을 이용함으로써, 보다 정확한 절단위치정보를 생성하는데, 이러한 인공신경망 알고리즘을 구현하기 위해서 제어부(130)는 입력부와 변환부와 학습부와 생성부를 포함하여 구성된다.The control unit 130 generates more precise cutting position information by using a CNN (Convolutional Neural Network) algorithm. To implement the CNN algorithm, the control unit 130 includes an input unit, a conversion unit, And a generation unit.

입력부는 피수확물(p)에 대한 기촬영된 영상정보인 학습영상정보가 입력되는 것으로써, 후술하는 변환부에 전기적으로 연결된다.The input unit is electrically connected to a conversion unit, which will be described later, by inputting learning image information, which is previously captured image information about the crop p.

여기서, 학습영상정보란, 피수확물(p)을 여러 각도에서 미리 촬영한 영상에 대한 정보를 의미하는 것으로써, 제어부(130)가 피수확물(p)의 절단지점에 대해 학습할 수 있도록 제공되는 정보이다. 이러한 학습영상정보는 외부의 장치를 통해서 입력부로 입력된다.Here, the learning image information means information about an image of the crop (p) taken in advance at various angles, and the control unit 130 is provided so as to learn about the cutting point of the crop (p) Information. Such learning image information is input to an input unit through an external device.

변환부는 커널을 이용하여 학습영상정보를 반복적으로 컨벌루션함으로써 학습영상정보에 대한 배열정보를 생성하는 것으로, 상술한 입력부와 후술하는 학습부에 전기적으로 연결된다.The converting unit generates array information for the learning image information by repeatedly convoluting the learning image information using the kernel, and is electrically connected to the input unit and a learning unit described later.

여기서, 컨벌루션(Convolution)이란, 연산의 방법의 일종으로, 영상처리에 있어서는 공간 필터링(Spatial Filtering)을 의미하는데, 영상처리가 필요한 하나의 특정 화소를 커널(Kerel), 마스크(Mask) 등을 이용하여 연산하는 방법이다.Convolution is a kind of calculation method. In the image processing, it means spatial filtering. One specific pixel requiring image processing is used by using a kernel (Kerel), a mask .

여기서, 커널(Kerel)이란, 컨벌루션(Convolution) 과정에서 이용되는 것으로써, 영상처리가 필요한 하나의 특정 화소에 주변에 위치한 화소들의 그룹을 의미한다. 크기에 따라, 3×3, 4×4 등으로 표기할 수 있다.Here, a kernel (Kerel) is used in a convolution process, and refers to a group of pixels located around one specific pixel requiring image processing. Depending on the size, it can be expressed as 3 × 3, 4 × 4, and so on.

학습영상정보는 상술한 커널에 의해 반복적으로 연산되는데, 이러한 과정에서, 화소의 최대값이 반복적으로 선택(Max-Pooling)된다. 상술한 선택 과정이 반복되는 것에 의해서, 학습영상정보는 1차원의 배열정보로 변환된다.The learning image information is repeatedly calculated by the above-described kernel. In this process, the maximum value of the pixels is repeatedly selected (Max-Pooling). By repeating the selection process described above, the learning image information is converted into one-dimensional array information.

학습부는 배열정보를 입력받아 피수확물(p)에 대한 영상을 학습함으로써 가중치정보를 생성하는 것으로써, 상술한 변환부와 후술하는 생성부에 전기적으로 연결된다. 이러한 학습부는 역전파(BP : Back Propagation) 알고리즘으로 구현된다.The learning unit receives the arrangement information and generates weight information by learning an image of the crop (p), thereby electrically connecting to the conversion unit and a generation unit described later. This learning part is implemented by a Back Propagation (BP) algorithm.

여기서, 가중치정보란, 영상처리가 필요한 하나의 특정 화소의 컨벌루션 과정에서 주변에 위치한 화소 그룹을 얼마만큼 이용하여 연산할 것인가를 의미하는 수치, 즉, 커널의 가중치 값을 의미한다.Here, the weight information is a numerical value that indicates how much the surrounding pixel group is to be used in the convolution process of one specific pixel requiring image processing, that is, a weight value of the kernel.

이러한 학습부는 배열정보는 상호 전기적으로 연결되는 복수개의 연산 노드에 입력함으로써, 피수확물(p)의 이미지에서 절단지점에 대한 특징점을 학습할 수 있다. 이러한 학습을 통해서, 학습부는 가중치정보를 생성한다.Such a learning unit can learn the feature points of the cutoff point in the image of the crop (p) by inputting the array information to a plurality of operation nodes electrically connected to each other. Through this learning, the learning unit generates weight information.

생성부는 상술학 학습부에서 생성된 가중치정보를 이용하여 피수확물(p)의 절단되어야 할 줄기부분, 즉, 절단위치정보를 생성하는 것으로써, 상술한 학습부와 후술하는 파지부(120)에 전기적으로 연결된다.By using the weight information generated in the above-described learning unit, the generation unit generates the trunk portion to be cut of the crop (p), that is, the truncation position information, so that the above-described learning unit and the later- And is electrically connected.

상술한 생성부에 의해 생성된 절단위치정보는 후술하는 파지부(120)에 전달되며, 파지부(120)는 전달받은 절단위치정보를 이용하여, 피수확물(p)의 절단위치, 즉, 절단되어야 할 줄기부분을 정확하게 절단한다.The cutting position information generated by the above-described generating unit is transmitted to a gripping unit 120 described later. The gripping unit 120 uses the received cutting position information to determine a cutting position of the crop p, that is, Cut the stem part to be cut exactly.

따라서, 상술한 입력부와 변환부와 학습부와 생성부를 포함하는 제어부(130)에 의하면, 피수확물(p)의 절단위치, 즉, 절단되어야 할 피수확물(p)의 줄기 부분의 위치가 정확하게 파악되며, 이를 이용하면, 피수확물(p)이 효과적으로 수확될 수 있다.Therefore, according to the control unit 130 including the input unit, the conversion unit, the learning unit, and the generation unit, the cutting position of the crop p, that is, the position of the stem of the crop to be cut p, , And by using this, the crop (p) can be harvested effectively.

이동부(20)는 피수확물(p)이 재배되는 지역을 이동하는 것으로써, 높이가 조절가능하게 마련된다. 이러한 이동부(20)에는 후술하는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터(100)가 설치된다.The moving part 20 is adjustable in height by moving the area where the crop p is cultivated. The moving part 20 is provided with an end effector 100 for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention to be described later.

상술한 영상부(10)와 제어부(130)와 이동부(20)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터를 이용한 파프리카 수확 시스템에 따르면, 파프리카를 촬영함으로써 획득되는 영상정보와 파프리카의 이미지에 대한 기학습된 정보인 학습정보를 비교함으로써 생성되는 파프리카의 절단위치정보를 이용하여, 파프리카를 효과적으로 수확할 수 있다.According to the paprika harvesting system using the end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention including the above-described video unit 10, the control unit 130, and the moving unit 20, Paprika can be effectively harvested using the cutting position information of paprika produced by comparing learning information, which is pre-learned information about the image of paprika.

지금부터는, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터를 이용한 파프리카 수확 시스템을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 파지부의 사시도 이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 파지부의 평면도 이다.FIG. 1 shows a paprika harvesting system using an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a grip part of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention, 3 is a plan view of a grip portion of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터(100)는 블레이드부(110)와 파지부(120)와 제어부(130)를 포함한다.1 to 3, an end effector 100 for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention includes a blade 110, a grip 120, and a controller 130.

블레이드부(110)는 후술하는 이동부에 설치되는 것으로써, 후술하는 제어부(130)에 의해 제어된다. 이러한 블레이드부(110)는 첨단부를 형성한다. 이러한 블레이드부(110)는 제어부(130)에서 절단위치정보가 전달되면, 절단위치정보를 기초로 피수확물(p)의 절단위치, 즉, 피수확물(p)의 줄기 부분으로 이동하여 첨단부를 절단되어야 할 줄기의 부분에 접촉시킨다.The blade unit 110 is installed in a moving unit, which will be described later, and is controlled by a control unit 130 described later. The blade portion 110 forms a tip portion. When the cutting position information is transmitted from the controller 130 to the blade unit 110, the blade unit 110 moves to the cutting position of the crop p, i.e., the stem of the crop p, based on the cutting position information, To the part of the stem to be made.

이러한 블레이드부(110)의 단부에는 마커가 설치될 수 있다. 이러한 마커에 의해서 후술하는 영상부가 마커의 위치를 용이하게 파악할 수 있고, 이에 의해서, 후술하는 제어부(130)에 의해 블레이드부(110)가 절단위치로 이동되는 것이 용이하게 구현될 수 있다.A marker may be provided at the end of the blade portion 110. With this marker, the position of the image portion marker, which will be described later, can be easily grasped, and the blade portion 110 can be easily moved to the cutting position by the control portion 130, which will be described later.

파지부(120)는 이동부에 설치되며 피수확물(p)을 파지하는 것으로써, 블레이드부(110)가 줄기에 접촉되는 경우 피수확물(p)을 회동시킴으로써 줄기를 절단하여 피수확물(p)을 수확한다. 이러한 파지부(120)는 본체부(121)와 가압부(122)와 제1센서부(124)와 제2센서부(125)와 실린더부(123)를 포함한다.The grip portion 120 is installed on the moving portion and grasps the crop p so that when the blade portion 110 comes into contact with the stem, the crop p is rotated to cut the stem, Lt; / RTI > The grip portion 120 includes a body portion 121, a pressing portion 122, a first sensor portion 124, a second sensor portion 125, and a cylinder portion 123.

본체부(121)는 피수확물(p)이 수확되기 위해서 위치되는 공간인 수확공간을 제공하며, 회동가능하게 마련되는 것으로써, 후술하는 한쌍의 가압부(122)가 양단부에 각각 회동가능하게 연결된다. 또한, 본체부(121)에는 후술하는 제1센서부(124)가 설치된다. 이러한 본체부(121)는 후술하는 가압부(122)가 회동하여 피수확물(p)을 파지한 다음, 블레이드부(110)가 피수확물(p)의 절단지점에 접촉하면, 제어부(130)의 명령에 의해 회동된다. 이에 의해서, 절단지점, 즉, 피수확물(p)의 줄기가 절단되며, 이에 의해서, 피수확물(p)이 용이하게 수확된다.The main body 121 provides a harvesting space which is a space for harvesting the crops p and is rotatably provided so that a pair of pressing portions 122 described later are rotatably connected to both ends do. The main body 121 is provided with a first sensor unit 124 to be described later. When the blade portion 110 comes into contact with the cutting point of the crop p after the pressing portion 122 of the main body portion 121 rotates to grasp the crop p, Command. Thereby, the truncation point, that is, the stem of the crop p, is cut, whereby the crop p is easily harvested.

가압부(122)는 한쌍으로 마련되어 상술한 본체부(121)의 양단부에 각각 회동가능하게 연결되는 것으로써, 후술하는 실린더부(123)에 의해 회동되어 피수확물(p)을 파지한다. 이러한 가압부(122)에는 후술하는 제2센서부(125)가 설치된다.The pressing portions 122 are paired and are rotatably connected to both end portions of the main body 121 described above so as to be rotated by the cylinder portion 123 to be described later to grasp the crop p. The pressing portion 122 is provided with a second sensor portion 125 to be described later.

제1센서부(124)는 상술한 본체부(121)에 설치되는 것으로써, 피수확물(p)과 접촉하여 피수확물(p)이 수확공간에 위치되는 것을 감지한다. 이러한 제1센서부(124)는 압전센서로 마련될 수 있다. 상술한 제1센서부(124)는 피수확물(p)이 수확공간에 위치되는 경우, 즉, 피수확물(p)이 제1센서부(124)에 접촉하는 경우, 제1신호를 생성하여 제어부(130)로 전달한다. 상술한 제1신호를 전달받은 제어부(130)는 실린더부(123)를 구동시킴으로써 가압부(122)를 회동시켜, 가압부(122)가 피수확물(p)을 파지하게 한다.The first sensor unit 124 is installed in the main body 121 and detects that the harvested product p is located in the harvesting space by contacting the harvested product p. The first sensor unit 124 may be a piezoelectric sensor. The first sensor unit 124 generates the first signal when the crop p is located in the harvesting space, that is, when the crop p contacts the first sensor unit 124, (130). The control unit 130 receiving the first signal described above rotates the pressing unit 122 by driving the cylinder unit 123 so that the pressing unit 122 grasps the crop p.

제2센서부(125)는 상술한 한쌍의 가압부(122)에 각각 설치되는 것으로써, 가압부(122)가 회동하는 것에 의해 피수확물(p)에 접촉되어 피수확물(p)에 가해지는 압력을 감지한다. 이러한 제1센서부(124)는 가압부(122)의 단부에 설치될 수도 있고, 가압부(122)와 본체부(121)가 연결되는 부분에 설치될 수도 있다. 또한, 제2센서부(125)는 압전센서로 마련될 수 있다.The second sensor unit 125 is installed in each of the above-described pair of pressing units 122 so that the second sensor unit 125 is brought into contact with the harvested product p by rotating the pressing unit 122, It senses the pressure. The first sensor unit 124 may be installed at the end of the pressing unit 122 or may be installed at a position where the pressing unit 122 and the body unit 121 are connected to each other. Also, the second sensor unit 125 may be provided as a piezoelectric sensor.

제2센서부(125)는 기설정된 압력 이하의 압력으로 피수확물(p)을 파지한 후, 피수확물(p)의 외형이 변화되면, 이를 감지하여 제어부(130)로 전달함으로써, 제어부(130)가 가압부(122)를 제어함으로써 피수확물(p)에 가해지는 압력을 더 낮춘다. 상기 과정에 의해서 피수확물(p)의 파지가 완료되면, 제2센서부(125)는 파지완료 신호인 제2신호를 제어부(130)로 전달한다. 제어부(130)가 제2신호를 전달받으면, 블레이드부(110)를 절단위치로 이동시킨다.The second sensor unit 125 senses the shape of the crop p after grasping the crop p at a pressure less than a predetermined pressure and transmits the sensed result to the control unit 130, Controls the pressing portion 122 to lower the pressure applied to the crop p. When the harvesting of the crop (p) is completed by the above process, the second sensor unit 125 transmits the second signal as the grasping completion signal to the controller 130. When the control unit 130 receives the second signal, it moves the blade unit 110 to the cutting position.

상술한 제2센서부(125)에 의해서, 피수확물(p)이 효과적으로 절단되는 최적의 압력으로 피수확물(p)이 파지될 수 있고, 피수확물(p)이 파손되지 않는 기설정된 압력 이하의 압력으로 피수확물(p)이 파지됨으로써, 피수확물(p)이 파손되는 것이 효과적으로 방지된다.The second sensor unit 125 can grip the crop p at an optimum pressure at which the harvest p is efficiently cut and the harvest p can be held at a predetermined pressure or lower The crop (p) is gripped by the pressure, whereby the crop (p) is effectively prevented from being broken.

한편, 여기서, 기설정된 압력은 31.87N 으로 설정될 수 있다.Here, the predetermined pressure may be set to 31.87N.

기설정된 압력은 피수확물(p), 즉, 파프리카의 압축시험을 통하여 산정된다.(파프리카는 광주광역시에서 재배된 Special 품종, President 품종, Fiesta 품종을 사용하였으며, 수확 후 본량농협에서 상품화한 것을 사용하였다.)The pre-set pressure is calculated by the compression test of the crop (p), that is, the paprika. (The paprika is a Special, President, and Fiesta variety cultivated in Gwangju Metropolitan City. .

파프리카의 압축시험결과, 압축강도는 31.87N 내지 97.08N의 범위에서 평균 65.01N으로 측정되었다.(단위면적으로 나누게 되면, 18.04N/㎠ 내지 54.96N/㎠의 범위에서 평균 36.81N/㎠) 상세한 실험결과는 하기의 [표 1]과 같다.As a result of the compression test of paprika, the compressive strength was measured at an average of 65.01N in the range of 31.87N to 97.08N (average 36.81N / cm2 in the range of 18.04N / cm2 to 54.96N / cm2 divided by the unit area) The experimental results are shown in Table 1 below.

압축강도(kgf)Compressive strength (kgf) 평균Average 6.636.63 분산Dispersion 1.531.53 표준편차Standard Deviation 1.241.24 표준오차Standard error 0.120.12 최대값Maximum value 9.909.90 최소값Minimum value 3.253.25

상술한 시험의 결과와 같이, 파프리카의 훼손이 시작되는 파프리카의 압축강도는 31.87N 내지 97.08N의 범위에서 평균 65.01N으로써, 단위면적을 나누게 되면, 18.04N/㎠ 내지 54.96N/㎠의 범위에서 평균 36.81N/㎠이다. As a result of the above-described test, the compressive strength of paprika in which paprika damage starts is an average of 65.01N in the range of 31.87N to 97.08N. When the unit area is divided, the compressive strength of paprika starts to fall within the range of 18.04N / cm2 to 54.96N / Average 36.81 N / cm2.

따라서, 기설정된 압력은 파프라카가 훼손되기 시작되는 압축강도인 31.87N 으로 설정되는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the predetermined pressure is set to 31.87 N, which is the compressive strength at which the paprika starts to be damaged.

실린더부(123)는 상술한 가압부(122)가 회동할 수 있도록 가압부(122)에 구동력을 제공하는 것으로써, 한쌍의 가압부(122)에 각각 설치된다. 이러한 실린더부(123)는 제어부(130)로부터 명령받아 작동된다.The cylinder portion 123 is provided to the pair of pressing portions 122 by providing a driving force to the pressing portion 122 so that the pressing portion 122 can rotate. The cylinder unit 123 is operated by command from the control unit 130.

따라서, 상술한 본체부(121)와 가압부(122)와 제1센서부(124)와 제2센서부(125)와 실린더부(123)를 포함하는 파지부(120)에 의하면, 피수확물(p)을 파손시키기 않으면서 피수확물(p)을 효과적으로 수확할 수 있다. Therefore, according to the grip portion 120 including the body portion 121, the pressing portion 122, the first sensor portion 124, the second sensor portion 125, and the cylinder portion 123 described above, the crop (p) can be harvested efficiently without damaging the p (p).

제어부(130)는 블레이드부(110)와 파지부(120)를 제어하는 것으로써, 블레이드부(110)와 파지부(120)의 실린더부(123)에 전기적으로 연결된다.The control unit 130 controls the blade unit 110 and the grip unit 120 to electrically connect the blade unit 110 and the cylinder unit 123 of the grip unit 120. [

이러한 제어부(130)는 피수확물(p)이 수확공간에 위치됨으로써 제1센서부(124)로부터 제1신호를 전달받는 경우, 실린더부(123)가 가압부(122)에 구동력을 인가하도록 실린더부(123)를 작동시킨다. 이후, 제어부(130)는 가압부(122)가 회동되어 가압부(122)가 피수확물(p)을 가압하는 경우 가압부(122)가 기설정된 압력 이하로 피수확물(p)을 가압하도록 가압부(122)를 제어한다.The control unit 130 controls the cylinder unit 123 to apply a driving force to the pressing unit 122 when the crop p is received in the harvesting space and receives the first signal from the first sensor unit 124. [ Thereby operating the part 123. The controller 130 then controls the pressurizing unit 122 to pressurize the crop p under a predetermined pressure when the pressurizing unit 122 is rotated so that the pressurizing unit 122 presses the crop p. (122).

이후, 제어부(130)는 제2센서부(125)로부터 제2신호를 전달받는 경우, 즉, 가압부(122)의 파지가 완료되는 경우, 블레이드부(110)를 피수확물(p)의 줄기의 절단 위치로 이동시킨다. 이후, 제어부(130)는 블레이드부(110)가 절단위치에 위치되었다고 판단하면, 피수확물(p)의 줄기의 절단위치가 절단되도록 본체부(121)를 회동시킨다. 상술한 제어부(130)의 제어과정에 의해서, 피수확물(p)이 용이하게 수확될 수 있다.When the second signal is received from the second sensor unit 125, that is, when the gripping of the pressing unit 122 is completed, the control unit 130 controls the blade unit 110 to move the stem of the harvested product p As shown in FIG. When the control unit 130 determines that the blade unit 110 is located at the cutting position, the control unit 130 rotates the main body unit 121 so that the cutting position of the stem of the crop p is cut. By the control process of the control unit 130 described above, the crop (p) can be easily harvested.

상술한 블레이드부(110)와 파지부(120)와 제어부(130)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터(100)에 의하면, 피수확물(p)의 파손이 방지되는 동시에 효과적으로 피수확물(p)을 수확할 수 있다.According to the end effector 100 for harvesting paprika according to the embodiment of the present invention including the blade 110, the grip 120 and the controller 130, the harvest p is prevented from being damaged At the same time, the crop (p) can be harvested effectively.

지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 동작에 대해서 상세히 설명한다.The operation of the end effector for harvesting paprika according to one embodiment of the present invention will now be described in detail.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 동작의 순서도 이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 제1동작을 도시한 것이고, 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 제2동작을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 제3동작을 도시한 것이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 illustrates a first operation of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 illustrates a second operation of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 illustrates a third operation of an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 영상부가 피수확물(p)을 인식하면, 파지부(120)가 구동되어 피수확물(p) 근처로 이동된다.As shown in Fig. 5, when the image portion recognizes the crop p, the grip portion 120 is driven to move to the vicinity of the crop p.

도 6에 도시된 바와 같이, 이후, 피수확물(p)이 수확공간으로 안내되며, 피수확물(p)이 제1센서부(124)에 접촉된다. 이때, 제1센서부(124)에서 제1신호가 생성되며, 생성된 제1신호는 제어부(130)로 전달된다. As shown in Fig. 6, the crop p is then guided to the harvesting space, and the harvest p is contacted with the first sensor portion 124. As shown in Fig. At this time, the first signal is generated in the first sensor unit 124, and the generated first signal is transmitted to the controller 130.

도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(130)에 제1신호가 전달되면, 제어부(130)는 실린더부(123)를 작동시킴으로써 가압부(122)를 회동시킨다. 이에 의해서, 피수확물(p)이 파지된다. 이때, 제2센서부(125)에서 피수확물(p)에 인가되는 압력을 감지함으로써, 피수확물(p)이 파손되지 않는 한도내에서 피수확물(p)을 파지한다.7, when the first signal is transmitted to the control unit 130, the control unit 130 operates the cylinder unit 123 to rotate the pressing unit 122. As shown in FIG. Thereby, the crop (p) is gripped. At this time, the second sensor unit 125 senses the pressure applied to the crop p, thereby grasping the crop p in an extent that the crop p is not damaged.

제2센서부(125)는 기설정된 압력 이하의 압력으로 피수확물(p)을 파지한 후, 피수확물(p)의 외형이 변화되면, 이를 감지하여 제어부(130)로 전달함으로써, 제어부(130)가 가압부(122)를 제어함으로써 피수확물(p)에 가해지는 압력을 더 낮춘다.The second sensor unit 125 senses the shape of the crop p after grasping the crop p at a pressure less than a predetermined pressure and transmits the sensed result to the control unit 130, Controls the pressing portion 122 to lower the pressure applied to the crop p.

상기 과정에 의해서 피수확물(p)의 파지가 완료되면, 제2센서부(125)는 파지완료 신호인 제2신호를 제어부(130)로 전달한다. 제어부(130)가 제2신호를 전달받으면, 블레이드부(110)를 절단위치로 이동시킨다. 피수확물(p)의 절단지점에 블레이드부(110)의 첨단부가 접촉되었음이 확인되면, 제어부(130)에 의해서, 본체부(121)가 회동된다. 이러한 본체부(121)의 회동에 의해서, 피수확물(p)의 절단지점, 즉, 절단되어야 할 줄기의 부분이 절단되며, 이에 의해서, 피수확물(p)이 수확된다.When the harvesting of the crop (p) is completed by the above process, the second sensor unit 125 transmits the second signal as the grasping completion signal to the controller 130. When the control unit 130 receives the second signal, it moves the blade unit 110 to the cutting position. When it is confirmed that the tip end of the blade portion 110 is in contact with the cutting point of the crop p, the main body portion 121 is rotated by the control unit 130. The turning of the main body 121 cuts the cutting point of the crop p, that is, the part of the stem to be cut, whereby the crop p is harvested.

상술한 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터의 동작에 의하면, 피수확물(p)을 정확하고 용이하게 수확할 수 있다.According to the operation of the end effector for harvesting paprika according to the embodiment of the present invention described above, the crop p can be harvested accurately and easily.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

100 : 본 발명의 일실시예에 따른 파프리카 수확용 엔드이펙터
110 : 블레이드부 120 : 파지부
121 : 본체부 122 : 가압부
123 : 실린더부 124 : 제1센서부
125 : 제2센서부 130 : 제어부
10 : 영상부 20 : 이동부
p : 피수확물100: an end effector for harvesting paprika according to an embodiment of the present invention
110: blade part 120: grip part
121: main body part 122: pressing part
123: cylinder part 124: first sensor part
125: second sensor unit 130:
10: video part 20: moving part
p: harvest

Claims

A blade portion contacting the stem of the crop;
A grasping unit for grasping the crop to be harvested and cutting the stem by rotating the harvested matter while grasping the harvested material when the blade part is in contact with the stem; And
And a control unit for controlling driving of the blade unit and the grip unit,
The gripping portion includes:
A main body portion extending in both directions from the center to provide a harvesting space in which the harvested crop is located and to be rotated with a direction perpendicular to the longitudinal direction of the harvested crop as a rotation axis, And a pressing part formed in a curved surface so as to correspond to an outer surface of the crop to be pressed and which presses the crop to be pivoted when the crop to be harvested is positioned in the harvesting space, A first sensor unit installed at the center of the main body to sense that the harvested matter is located in the harvesting space, and a second sensor unit installed at the pressurizing unit, A second sensor unit for sensing a force applied to the crop to be harvested, A first contact portion provided at a length corresponding to the longitudinal direction and provided at the center of the main body portion and a second contact portion provided at a length corresponding to the longitudinal direction of the subject matter and rotatably provided at both ends of the pressing portion, ,
Wherein,
Wherein when the first signal is received from the first sensor unit to confirm that the harvested matter is located in the harvesting space, the cylinder unit actuates the cylinder unit to apply a driving force to the pressing unit, Controls the pressurizing portion so that the pressurizing portion presses the crop to a predetermined pressure or less when the pressurizing portion presses the crop,
Wherein,
The blade portion is moved to the cutting position of the stem when receiving a second signal from the second sensor portion, which is a signal to confirm that the pressing portion has finished gripping the harvest matter at a predetermined pressure or less, Wherein the main body portion is rotated with a direction perpendicular to the longitudinal direction of the crop to be pivoted so as to cut the portion of the stem corresponding to the cutting position when it is judged to be located at the cutting position End effector.

delete

The method according to claim 1,
The blade portion includes:
And a marker is provided at an end of the paprika harvesting end effector.

delete