KR20150105661A - 농업용 로봇시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농업용 로봇시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 레이저 빔(laser beam)으로 과실의 과병을 절단하거나 꽃솎기 함으로써 작업을 빠르게 할 수 있고, 무접촉 작업으로 작물의 손상 방지와 바이러스 및 병균의 전염을 막을 수 있고 노동력 절감을 할 수 있는 농업용 로봇시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은,
레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기와; 상기 레이저 빔 발생기에서 출력된 레이저 빔을 스캔시켜 과병절단 또는 꽃솎기하는 스캐너와; 상기 스캐너의 스캔 면을 향하여 마주보게 설치되며 과실 또는 꽃을 촬영하는 카메라와; 상기 카메라로부터 상기 과실 또는 꽃을 포함하는 화상을 촬영하는 화상취득부와; 상기 화상취득부에서 촬영한 화상에서 과실과 과병 그리고 꽃을 인식하는 화상인식부와; 상기 화상인식부의 화상인식정보로부터 과병절단 및 꽃솎기 대상영역을 검출하는 대상영역검출부로 구성되며, 상기 대상영역검출부에서 검출한 대상영역 정보를 근거하여 상기 스캐너로 상기 대상영역에 상기 레이저 빔을 스캔시켜 과병절단 및 꽃솎기 하는 것을 특징으로 한다.

Description

농업용 로봇시스템{Agricultural Robot System}

본 발명은 농업용 로봇시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 스캐너(scanner)를 통해 레이저 빔을 스캔시켜서 과병절단 및 꽃솎기(꽃을 익히거나 태워서 솎아냄)를 보다 신속하고 위생적으로 할 수 있도록 한 농업용 로봇시스템에 관한 것이다.

종래에는 딸기, 포도, 토마토 또는 체리 등의 작물에 대한 수확, 과실솎기, 꽃솎기 그리고 꽃눈속기 등의 작업을 주로 수작업에 의존해왔다. 최근에는 양액재배와 같이 발전된 재배기술로 인해 많은 부분 기계화가 진행되었지만 추가적으로 작업효율을 높이고 노동력을 절감하며 신속하고 위생적인 기계화에 대한 요구가 더욱 커지고 있다. 이러한 요구로, 정보처리기술과 로봇제어기술 발전에 힘입어 화상처리(image processing) 기술이나 모션컨트롤(motion control) 기술 등을 융합한 로봇제어기술을 이용하여 과실을 수확하는 장치가 개발, 실용화되고 있다.

최근 개발되고 있는 수확장치들은 주로 다관절 머니플레이터(manipulator)를 구비하고, 머니플레이터 종단의 엔드이펙트(end-effector)에 과병 절단을 위한 칼날 등 절단장치를 구비하고 있으며, 수확 시 엔드이펙터가 수확대상 과실에 접근하여 과병에 물리적인 힘을 가함으로써 과병을 절단한다.

따라서, 머니플레이터와 절단장치의 복잡한 구조로 인하여 가격이 비싸고, 머니플레이터를 이용한 엔드이펙터의 이동에 많은 시간이 소요되며, 엔드이펙터의 크기나 구조로 인해 과병절단대상물 외의 과실, 줄기, 잎 등에 닿아 작물에 손상을 주는 등 문제점이 있었다.

또한 엔드이펙터의 가위, 칼 등과 같은 절단장치는 과병절단 시 작물 개체 간에 각종 바이러스나 병균을 전염시킬 수도 있어서 작물위생에도 좋지 못하다.

또한, 최근의 꽃솎기장치(blossom thinner)들은 주로 다수의 와이어(wire)가 부착된 축(axle)을 회전시키며 꽃이 달린 가지를 강하게 때리도록 구성되어 있어서 원하는 위치에 꽃을 달지 못하고 작물의 가지가 부러지는 등의 문제가 있었다.

한편, 과병절단 또는 꽃솎기하는 방법은 작물에 따라 달라지며, 그에 따라 다양한 기존의 과병절단용 로봇이 개발되고 있다. 한국특허등록 제784830호에는 딸기를 수확하기 위한 벤치 재배형 딸기 수확 로봇 시스템이 개시되고 있고, 미국특허등록 제4663925호에는 나무 가지에 달린 과일을 수확하기 위한 과일 수확용 로봇핸드가 개시되고, 일본특허등록 제5360832호에는 과병절단 및 과실수확장치가 개시되고, 일본특허등록 제3052470호, 제3052471호에는 경사진 재배 면에서 재배되는 오이를 수확하기위한 과실수확로봇이 개시되고 있다.

특허 등록번호10-0784830 출원일 2006. 6. 19. 미국특허 US 7765780 B2 출원일 2004. 12. 9.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스캐너를 통해 레이저 빔을 스캔시켜서 과병을 절단하거나 꽃을 버닝(burning : 태우거나 익힘)함으로써 과병절단 및 꽃솎기를 보다 신속하고 위생적으로 할 수 있도록 한 농업용 로봇시스템을 제공하는데 목적이 있다.

이하 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기와; 상기 레이저 빔 발생기에서 출력된 레이저 빔을 스캔시켜 과병절단 또는 꽃솎기하는 스캐너와; 상기 스캐너의 스캔 면을 향하여 마주보게 설치되며 상기 과실 또는 꽃을 촬영하는 카메라와; 상기 카메라로부터 상기 과실 또는 꽃을 포함하는 화상을 촬영하는 화상취득부와; 상기 화상취득부에서 촬영한 화상에서 과실과 과병 그리고 꽃을 인식하는 화상인식부와; 상기 화상인식부의 화상인식정보로부터 과병절단 및 꽃솎기 대상영역을 검출하는 대상영역검출부로 구성되며, 상기 대상영역검출부에서 검출한 대상영역 정보를 근거하여 상기 스캐너로 상기 대상영역에 상기 레이저 빔을 스캔시켜 과병절단 및 꽃솎기 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스캐너를 이용해 무접촉으로 레이저 빔을 스캔시켜서 과병절단하거나 꽃솎기하는 농업용 로봇시스템을 제공하여, 작물의 손상 및 병균의 전염을 막을 수 있고 신속한 작업 및 노동력 절감을 할 수 있는 등 다양한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템 및 그 딸기 수확장치가 설치된 고설재배농장의 일부를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템을 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 엔드이펙터에 복수의 스캐너와 카메라를 구비한 농업용 로봇시스템을 도시한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너 및 레이저 빔 발생기를 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너, 카메라 그리고 스캔 면을 도시한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템의 내부 제어장치를 도시하는 블록도이다.
도 7은, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템의 흐름도를 도시하는 순서도이다.
도 8은, 본 발명의 일실시예에 따른 과병절단 및 꽃속기 대상영역을 설명하기 위한 입력 화상이다.
도 9는, 본 발명의 일실시예에 따른 과병절단 및 꽃속기 대상영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일실시예에 따른 엔드이펙터에 있어서, X축미러모터와 Y축미러모터 그리고 X축미러와 Y축미러를 대신하여 델타로봇을 구비한 상태를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

단, 본 일실시예에 기재되어 있는 작목, 과실재배방식, 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한은 본 발명의 범위를 거기에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템 및 그 딸기 수확장치가 설치된 고설재배농장의 일부를 나타내는 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템을 도시한 도면이며, 도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 엔드이펙터에 복수의 스캐너와 카메라를 구비한 농업용 로봇시스템을 도시한 도면이고, 도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너 및 레이저 빔 발생기를 도시한 도면이며, 도 5는, 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너, 카메라 그리고 스캔 면을 도시한 도면이고, 도 6은, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템의 내부 제어장치를 도시하는 블록도이며, 도 7은, 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템의 흐름도를 도시하는 순서도이고, 도 8은, 본 발명의 일실시예에 따른 과병절단 및 꽃속기 대상영역을 설명하기 위한 입력 화상이고, 도 9는, 본 발명의 일실시예에 따른 과병절단 및 꽃속기 대상영역을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은, 본 발명의 일실시예에 따른 엔드이펙터에 있어서, X축미러모터와 Y축미러모터 그리고 X축미러와 Y축미러를 대신하여 델타로봇을 구비한 상태를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 고설재배에는 딸기가 결실 시 과실의 자중에 의해 딸기가 처지도록 고안된 재배받침대(400)와 소정의 높이로 지지하는 복수의 다리(410)가 설치되어 있다.

본 발명에 따른 농업용 로봇시스템(10)은, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이,

레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기(250)와;

상기 레이저 빔 발생기(250)에서 출력된 레이저 빔(251)을 스캔시켜 과병절단 또는 꽃솎기하는 스캐너(210)와;

상기 스캐너(210)의 스캔 면(255)을 향하여 마주보게 설치되며 상기 과실 또는 꽃을 촬영하는 카메라(220)와;

상기 카메라(220)로부터 상기 과실 또는 꽃을 포함하는 화상을 촬영하는 화상취득부(910)와;

상기 화상취득부(910)에서 촬영한 화상에서 과실과 과병 그리고 꽃을 인식하는 화상인식부(920)와;

상기 화상인식부(920)의 화상인식정보로부터 과병절단 및 꽃솎기 대상영역을 검출하는 대상영역검출부(930)로 구성되며,

상기 대상영역검출부(930)에서 검출한 대상영역 정보를 근거하여 상기 스캐너(210)를 구동하여 상기 대상영역에 상기 레이저 빔(251)을 스캔시켜 과병절단 및 꽃솎기 하도록 형성된다.

상기와 같은 구성으로 본 발명에 따른 농업용 로봇시스템(10)을 설명하면,

지면상에 부설되며 상기 재배받침대(400)의 긴 방향으로 길이가 거의 동일하고 나란히 설치된 레일(190)을 따라 이동하며 이동장치(980)와 제어장치(900)를 구비하며 과실을 수집하기 위한 트레이(110)와 과실을 상기 트레이(110)로 이송시키는 이송기(120)를 구비한 본체(100)와;

상기 본체(100) 위에 설치되며 지지대(140)를 상기 재배받침대(400)의 층수와 높이에 따라 상·하 또는 회전이 용이하게 하는 샤프트(160)와;

상기 지지대(140)의 선단부에 부착되며 레이저 빔을 출력하는 레이저 빔 발생기(250)을 구비하고 상기 레이저 빔 발생기(250)에서 출력된 레이저 빔을 과실의 과병 또는 꽃에 스캔하여 과병절단 또는 꽃솎기하는 스캐너(210)를 구비하며 상기 재배받침대(400)을 향하며 상기 과실 또는 꽃을 촬영하는 카메라(220)를 구비하고 상기 카메라(220)의 촬영에 필요한 조명(230)을 구비하며 공기 또는 액체(약액 및 꽃가루혼합액)를 분사하는 분사노즐(240)을 구비한 엔드이펙터(200)와;

과병절단되어 떨어지는 과실을 모우는 호퍼(300)와 맞닿아 형성되며 상기 지지대(140)와 연결대(150)에 고정되고 상기 스캐너(210)에 의해 스캔된 레이저 빔이 작업영역 범위를 벗어나지 못하도록 차단하는 레이저 빔 차폐판(310)을 형성하여 구성된다.

바람직하게, 상기 카메라(220)의 개수는, 레일(190) 등을 설치하여 상기 카메라(220)와 피사체(과실 또는 꽃)의 간격이 소정 범위 내에서 일정하게 유지되는 경우 하나의 카메라를, 상기 카메라(220)와 피사체(과실 또는 꽃)의 간격이 일정하지 않아서 영상 내 깊이(Z축 : 카메라와 피사체 사이의 거리)정보 산출이 필요하거나 상기 본체(100) 및 상기 엔드이펙터(200)의 위치 및 자세를 스스로 조절할 수 있어야 하는 환경에서는 다수의 카메라(스테레오 카메라 등)를 구비한다.

바람직하게, 상기 호퍼(300)의 내측은, 떨어지는 딸기가 손상되지 않도록 탄성부재로 이루어져 있다.

바람직하게, 상기 호퍼(300)와 상기 레이저 빔 차폐판(310)은 작업종류와 작목 그리고 재배환경에 따라 탈착 또는 부착하여 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 지지대(140)와 상기 샤프트(160)를 대신하여 엔드이펙터(200)의 위치 및 자세는 직교좌표로봇(cartesian robot) 또는 다관절로봇(articulated robot) 또는 델타로봇(delta robot) 등을 구비하여 조절할 수도 있다.

바람직하게, 상기 레일(190)은 지면뿐만 아니라 상기 다리(410) 또는 상기 재배받침대(400)에 부착하여 설치되거나, 상기 재배받침대(400)의 상부로부터 매달아 설치될 수 있으며 또한, 상호 이격되어 나란히 설치된 상기 재배받침대(400) 또는 상기 다리(410) 사이에 부착하여 설치될 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 이동장치(980)는, 상기 본체(100)가 상기 레일(190)을 따라 움직이도록 구현되었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 라인 트레이서(line tracer)를 이용하는 방법이나 상기 제어장치(900) 또는 원격서버에 미리 저장된 경로를 따라 주행하는 방법 등 다양한 방법으로 상기 본체(100)를 이동시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 분사노즐(240)의 공기분사는, 바람을 일으켜 꽃가루가 암술에 닿도록 하여 수분을 돕거나, 바람의 힘으로 과실 및 꽃의 위치를 이동시키고자할 때 사용된다.

바람직하게, 본 발명에서의 꽃솎기는 꽃 및 꽃눈을 솎아내는 것을 뜻한다.

도 3을 참조하여 본 발명 농업용 로봇시스템을 설명하면, 상기 본체(100)의 상·하 및 좌·우에 복수의 상기 스캐너(210)와 상기 카메라(220)를 구비한 다양한 형상의 엔드이펙터(200)를 형성하면 보다 다양한 작목에 응용될 수 있고 작업의 속도와 효율 등을 더욱 개선할 수 있다.

도 4를 참조하여 상기 엔드이펙터(200)의 내부에 구비된 상기 스캐너(210)는, 상기 레이저 빔을 반사하는 X축미러(212)와 Y축미러(214), 그리고 상기 X축미러(212)와 Y축미러(214)를 각각 회전시키는 X축미러모터(211)와 Y축미러모터(213)로 구성된다.

또한, 상기 엔드이펙터(200) 내부에 있는 상기 스캐너(210)의 일단에는 상기 레이저 빔을 발생시키기 위한 상기 레이저 빔 발생기(250)가 설치되어있다.

도 5를 참조하여 상기 레이저 빔 발생기(250)에서 출력된 상기 레이저 빔(251)은, 상기 스캐너(210)의 상기 X축미러(212) 및 Y축미러(214)를 통해 반사되면서 스캔 면(255)에 다양한 모양의 선이나 영역 그리고 점으로 출력될 수 있으며, 상기 레이저 빔 발생기(250)의 출력강도에 따라 레이저 빔으로 금속, 돌, 나무 그리고 섬유 등을 절단, 마킹, 버닝 그리고 광학적 표시 등을 할 수 있다.

상기 레이저 빔 발생기(250)는 상기 제어장치(900) 신호에 따라 상기 레이저 빔(251)의 강도를 조절하여 출력하며, 과병절단 시에는 상기 레이저 빔(251)의 강도를 강하게 하여 과병(501)을 절단하고, 꽃솎기 시에는 레이저 빔(251)의 강도를 약하게 하여 꽃의 암술을 익히거나 태워서 꽃 또는 꽃눈이 더 이상 기능을 하지 못하도록 한다.

또한, 상기 스캐너(210)의 스캔 면(255)을 향하여 마주보게 설치된 상기 카메라(220)는, 상기 재배받침대(400)에서 재배되며 아래로 처져 있는 상기 과실, 꽃 그리고 꽃눈을 포함하는 화상신호를 상기 제어장치(900)의 화상취득부(910)로 전송한다(도 6 참조).

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 레이저 빔 발생기(250)는 상기 스캐너(210)의 일단에 설치되었지만, 본 발명은 이에 한정된 것은 아니다. 상기 레이저 빔 발생기(250)의 출력용량이 클 경우 상기 본체(100)에 설치되며, 이때에는 레이저 빔이 상기 스케너(210)의 소정위치에 투입될 수 있도록 미러 또는 광섬유 등을 통하여 레이저 빔의 경로가 유도된다.

바람직하게, 본 발명에서는 상기 X축미러모터(211)와 Y축미러모터(213)를 이용한 스캐너(210)를 구동하여 상기 레이저빔(251)을 스캔면(255)으로 스캔하였으나 본 발명은 이에 한정된 것은 아니다. 상기 X축미러모터(211)와 Y축미러모터(213) 그리고 X축미러(212)와 Y축미러(214)를 대신하는 델타로봇(290) 또는 직교좌표로봇 또는 다관절로봇 등을 구비한 스캐너로 상기 스캔면(255)의 특정위치로 상기 레이저빔(251)을 스캔할 수 있도록 엔드이펙트(200)를 형성할 수 있다(도 10 참조).

도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템(10)의 제어장치(900)는,

적어도 하나의 상기 카메라(220)로부터 상기 과실 및 꽃을 포함하는 화상을 취득하는 상기 화상취득부(910)와, 상기 화상취득부(910)에서 취득한 화상으로부터 과실 및 과병 그리고 꽃을 분류하며 상기 과실, 과병 그리고 꽃의 상태와 개수를 산출하는 화상인식부(920)와, 상기 화상인식부(920)에서 산출한 상기 과실, 과병, 꽃, 꽃눈 그리고 꽃대의 상태와 개수에 따라 과병절단 및 꽃솎기 대상역역을 검출하는 대상영역검출부(930)와, 상기 카메라(220) 좌표와 상기 스캐너(210) 좌표를 캘리브레이션(calibration)하고 상기 대상영역검출부(930)에 보정정보를 제공하는 캘리브레이션부(940)와, 상기 스캐너(210)와 이송기(120) 그리고 이동장치(980) 등 본 발명의 일실시예에 따른 전반적인 동작을 제어하고 외부로 신호를 입력 및 출력하는 제어부(950)로 구성된다.

바람직하게, 상기 화상인식부(920)는, 상기 화상이 다수의 상기 카메라(220)로부터 취득한 화상일 경우에는 각 화상으로부터 분류 및 인식된 정보를 이용하여 상관관계 및 깊이 정보를 산출하는 것을 포함한다.

도 7 본 발명의 일실시예에 따른 농업용 로봇시스템(10)의 흐름도를 참조하여 작동상태를 살펴보면,

먼저, S10 단계에서는 작업개시 명령이 있는지를 판단한다. 작업개시 명령 방법은, 작업자가 상기 제어장치(900)의 입력장치(960)에 입력하는 방법과 미리 설정된 정보에 의한 방법 그리고 원격제어에 의한 방법 등이 있다. 여기서의 판단이 부정되면 작업개시 명령이 있을 때까지 S10 단계를 반복 실행하며 대기하고, 긍정이면 다음으로 이동한다.

다음 S20 단계에서는, 화상취득부(910)가 카메라(220) 입력신호로부터 화상을 취득하여 화상인식부(920)로 전달한다.

다음 S30 단계에서는 화상인식부(920)가 화상에서 과실, 과병, 꽃, 꽃눈 그리고 꽃대를 추출하고 인식하여 라벨링한 다음 대상영역검출부(930)로 전달한다(도 8 참조).

바람직하게, 화상인식 결과는, 분류값, 영역정보, 상관관계, 상태정보 그리고 라벨링 등을 포함한다.

바람직하게, 화상인식 조건은 작물의 품종 및 작업환경에 따라 다르며 사전에 설정 및 선택된다.

바람직하게, 과실은 과실과 과병으로 분류하여 인식하고, 꽃은 꽃잎과 암술로 분류하여 인식하며, 꽃눈은 꽃받침과 꽃잎으로 분류하여 인식한다.

바람직하게, 수확하는 적색과실은, 소정크기의 적색영역과, 상기 적색영역 내에 다수의 씨앗으로 인한 다수의 점이 일정하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하여 인식한다.

바람직하게, 미숙과실은, 소정크기보다 큰 백색영역과, 적색영역이 소정크기보다 작고, 백색영역과 적색영역 내에 다수의 씨앗으로 인한 다수의 점이 일정하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하여 인식한다.

바람직하게, 과병은, 과실의 위쪽을 덮고 있는 꽃받침(녹색) 상단 중간에서 시작하여 위쪽을 향해 소정범위의 기울기로 녹색의 긴 선 모양을 가지는 것을 특징으로 하여 인식한다.

바람직하게, 암술(노란색의 고주파영역 및 작고 많은 점을 포함하는 영역) 및 수술(노란색이며 암술보다 상대적으로 저주파 영역)이 추출되어 있고 그 가장자리가 꽃잎(흰색)이면 꽃으로 인식하며, 그리고 소정크기의 꽃받침(녹색)과 개화하지 않아 매우 작은 크기의 꽃잎(흰색)이 인접하거나 소정크기의 꽃받침 내에 상기 매우 작은 크기의 꽃잎이 포함되어 있으면 꽃눈으로 인식한다.

바람직하게 꽃대는 상·하 방향 또는 소정의 기울기로 녹색의 긴 선 모양과 다수의 과병으로 분기되는 것을 특징으로 하여 인식한다.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 화상인식부(920)에서는 칼라(color)화상, 회색(gray)화상 그리고 흑백(black and white)화상 정보를 단독 또는 병행 이용하여 구현한다.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 딸기의 인식은 적색과실과 미숙과실로 분류하여 인식하였으나, 본 발명은 이에 한정된 것은 아니다. 예를 들면, 기형 및 감염 딸기를 함께 인식하여 과일솎기기능을 할 수 있다.

다음 S40 단계 대상영역검출부(930)에서는, 사전 설정된 과병절단 및 꽃솎기 조건(색상, 수량, 상관관계, 위치 등)에 만족하는 과실 및 꽃에 대하여 작업 대상영역으로 검출한다(도 9 참조).

바람직하게, 과병절단 및 꽃솎기 조건은 작물의 품종 및 작업환경에 따라 다르며 사전에 설정을 한다. 예를 들면, 꽃대 하나 당 과실과 과병의 합이 4를 초과하지 못하게 설정되어 있을 때 꽃대의 끝부분(과실이 먼저 열리는 부문)에서부터 과실과 꽃을 합산하여 순서대로 4개만 남기고 나머지의 꽃이나 꽃눈은 솎아내기 작업을 한다(도 9 참조).

바람직하게, 대상영역(레이저 빔을 스캔할 영역)의 지정은, 화상범위 내에서 과실의 경우에는 과병절단 대상 과실의 과병 절단부분(기울기와 두께를 가지는 직선 형상)이고, 꽃의 경우에는 암술 전체부분(비정형의 속이 채워진 원 또는 타원 형상), 꽃눈의 경우에는 꽃받침 또는 꽃잎의 중심부분(속이 채워진 원 형상)을 대상영역으로 한다(도 9 참조).

바람직하게, 과병절단 시 과병의 길이 및 절단위치는 품종 및 작업환경에 따라 조절할 수 있다. 예를 들면, 과실 간의 충돌로 인한 과실 손상이 우려된다면 과병길이를 매우 짧게 절단하여 다른 과실을 찌르지 못하게 하거나 또는 과병길이가 가능한 길게 절단하여 다른 과실과 충돌하더라도 과병이 휘어지며 다른 과실에 손상을 주지 않도록 할 수 있다.

다음 S50 단계에서는, 대상영역검출부(930)가 검출한 과병절단 및 꽃솎기 대상영역이 있는지를 판단한다. 여기서 부정되면 S170 단계로 이동하여 실행하고, 긍정이면 다음 단계로 이동한다.

다음 S60 단계에서는, 다시 꽃솎기 작업이 있는지 판단하고, 부정이면 S90으로 이동하여 수행하고, 긍정이면 다음 단계로 이동한다.

다음 S70 단계에서는, 꽃솎기 작업에 맞는 레이저 빔 강도로 출력조절 한다.

다음 S80 단계에서는, 꽃솎기 작업의 실행단계로써 각각의 꽃솎기 대상영역에 대하여 정해진 순서에 따라 레이저 빔을 스캔하여 꽃솎기를 마친다.

다음 S90단계에서는, 과병절단할 대상영역이 있는지를 판단한다. 여기서 부정이면 S170 단계로 이동하여 수행하고, 긍정이면 다음 단계로 이동한다.

다음 S100 단계에서는, 레이저 빔을 과병절단 강도로 조정한다.

다음 S110 단계에서는, 과병절단 작업의 실행단계로써 대상영역검출부(930)에서 정해준 순서에 따라 하나의 과병에 레이저 빔을 스캔하여 절단한다.

다음 S120 단계에서는, 직전 S110단계의 과병절단 작업의 성공여부 판단(S140)과 나머지 과병들의 절단 위치를 보정을 위하여 화상을 다시 취득한다.

다음 S130 단계에서는, 상기S30 단계에서와 같은 방법으로 화상인식부(920)가 화상에서 과실 및 과병을 추출하고 인식하여 라벨링한 다음 S140 단계인 대상영역검출부(930)로 전송한다.

다음 S140 단계에서는, 상기 S110단계에서 수행한 과병절단 작업의 성공여부를 판단한다.

레이저 빔에 의해 과병이 절단되면 과실은 자중에 의해 아래로 떨어지기 때문에 이 S140 단계에서 해당 과실이 화면에 나타나지 않으면 과병절단 작업은 성공한 것이므로 긍정되어 다음 단계인 S150을 수행한다. 반대로, 부정이면 S100에서부터 S140까지의 단계를 반복하며 동일 과병절단 대상역역에 대하여 과병절단 작업을 다시 수행한다.

다음 S150단계에서는, 상기 S130의 화상인식 결과범위 내에서, 상기 S40 단계에서와 같은 방법으로 대상영역검출부(930)가 사전 설정된 과병절단 조건(색상, 상관관계, 위치 등)에 만족하는 과실에 대하여 작업 대상영역으로 검출한다.

다음 S160단계에서는, S150단계 대상영역검출부(930)에서 검출한 과병절단 대상영역이 있는지를 판단한다. 긍정이면 S100으로 이동하여 새로운 과병절단 작업을 수행하고, 부정이면 다음의 S170으로 이동한다.

다음 S170단계에서는, 작업종료 명령이 있는지를 판단하고, 부정이면 본체(100)를 다음 작업 위치로 이동시킨 후 상기 순서를 반복하여 수행하고, 반대로, 긍정이면 종료한다.

따라서, 본 발명에 따른 농업용 로봇시스템은 신속하고 정확한 작업이 가능해지고 노동인력 및 생산비용의 절감을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 작물의 손상과 바이러스나 병균의 전염을 막을 수 있고, 과실의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

10 : 농업용 로봇시스템
100 : 본체 110 : 트레이
120 : 이송기 130 : 적과용 폐기구
140 : 지지대 150 : 연결대
160 : 승강 및 회전 샤프트 170 : 다용도통
180 : 바퀴 190 : 레일
200 : 엔드이펙터 210 : 스캐너
211 : X축 미러 모터(motor) 212 : X축 미러(mirror)
213 : Y축 미러 모터 214 : Y축 미러
220 : 카메라 230 : 조명
240 : 분사노즐
250 : 레이저 빔 발생기
251 : 레이저 빔 255 : 스캔 면
252 : 과병절단 대상영역 253 : 꽃솎기 대상영역
300 : 호퍼(hopper) 310 : 레이저 빔 차폐판
320 : 과실분류기
400 : 재배받침대 410 : 다리
500 : 적색과실 501 : 과병
510 : 미숙과실 520 : 꽃
530 : 꽃눈 540 : 꽃대
290 : 델타로봇

Claims (2)

1. 농업용 로봇시스템에 있어서,
   레이저 빔을 발생시키는 레이저 빔 발생기와;
   상기 레이저 빔 발생기에서 출력된 레이저 빔을 스캔시켜 과병절단 또는 꽃솎기하는 스캐너와;
   상기 스캐너의 스캔면을 향하여 마주보게 설치되며 과실 또는 꽃을 촬영하는 카메라와;
   상기 카메라로부터 상기 과실 또는 꽃을 포함하는 화상을 촬영하는 화상취득부와;
   상기 화상취득부에서 촬영한 화상에서 과실과 과병 그리고 꽃을 인식하는 화상인식부와;
   상기 화상인식부의 화상인식정보로부터 과병절단 또는 꽃솎기 대상영역을 검출하는 대상영역검출부로 구성되며,
   상기 대상영역검출부에서 검출한 대상영역 정보를 근거하여 상기 스캐너로 상기 대상영역에 상기 레이저 빔을 스캔시켜 과병절단 또는 꽃솎기 또는 과병절단 및 꽃솎기 하는 것을 특징으로 하는 농업용 로봇시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 스캐너가 직교좌표로봇 또는 다관절로봇 또는 델타로봇을 구비하여 형성된 것을 특징으로 하는 농업용 로봇시스템.

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