플러그용 자동 모종 따기 메커니즘을 갖춘 소형 로봇 이식기의 설계, 개발 및 응용

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1883(2023) 이 기사 인용

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효율적이고 적시적인 운영을 보장하려면 묘목 이식과 같은 농업 운영의 자동화가 필요합니다. 로봇공학은 자동 육묘기의 미래를 위해 주목해야 할 분야입니다. 본 논문에서는 플러그 모종용 로봇 이식기(RT)의 설계, 개발 및 작동을 제시합니다. 개발된 RT는 세 가지 시스템으로 구성됩니다: (1) 로봇 시작; (2) 묘목 따기 메커니즘(SPM); (3) 차량 이동 시스템(VMS). SPM은 메인 프레임, 매니퓰레이터, 엔드 이펙터 및 제어 장치로 구성됩니다. 반면 VMS에는 광전 센서, 로봇 컨트롤러 및 DC 모터가 있습니다. 스테퍼 모터는 XY 방향으로 움직일 수 있도록 메인 프레임에 장착되었습니다. 조작기는 Z축에서 엔드 이펙터를 이동하는 데 사용되는 크로스바에 있었습니다. 픽업 메커니즘은 서보 모터로 제어되는 조(Jaw)형 그리퍼를 갖춘 엔드 이펙터로 구성됩니다. 제어 장치는 마이크로칩 16F877로 구성되며 시스템은 컴퓨터 프로그래밍으로 제어됩니다. 그리퍼는 프로트레이에 있는 각 모종으로 이동하여 모종을 잡고 픽업한 후 배송 지점으로 이동한 후 모종을 풀어줍니다. 머니퓰레이터는 프로 트레이로부터 토양 기반의 96개 묘목을 픽업 및 방출하기 위해 테스트 및 분석되었습니다. 초기 실험 결과, 30일령 고추 모종의 묘목 성공률, 누수율, 이식 성공률은 각각 95.1%, 7.6%, 90.3%로 나타났다. 로봇 기술은 비용이 많이 드는 것처럼 보이지만 그 범위는 수작업의 가용성 또는 높은 비용과 반복적인 현장 작업의 적시성을 보장하는 데 있습니다.

센서, 액츄에이터, 컨트롤러 등 첨단 장치의 사용으로 농업에 로봇공학과 인공지능(AI)의 적용이 급속히 증가하고 있습니다. 로봇을 이용한 묘목 이식이라는 원하는 목표를 달성하려면 전문가 시스템과 통합되어야 합니다. 정밀하고 정확하게 작업을 수행하여 입력 사용 효율성을 향상시킬 수 있는 기술입니다. 로봇 공학의 주요 기능은 필요할 때, 적절한 장소, 적절한 시간, 적절한 수량으로 현장별 투입물(종자, 비료, 살충제, 제초제, 물 등)을 적용하는 것입니다.

AI는 기술, 즉 기술을 사용합니다. 인간의 지능이 필요한 현장 작업을 수행하기 위해 컴퓨터 시스템을 통해 활성화될 수 있는 음성 인식, 시각적 인식, 의사 결정 및 언어 번역1. 로봇공학과 인공지능은 농업 업무 자동화에 있어 중요한 측면으로 간주됩니다. 주요 작업은 다양한 농업 작업, 즉 다양한 작업에서 수행되었습니다. 실시간 탐색 및 개체 감지2,3,4; UAV5,6을 이용한 농작물 모니터링; 원격으로 모바일 또는 웹 기반 애플리케이션을 사용하여 관개 일정 관리7; 시각 기반 알고리즘을 사용하여 작물 및 잡초의 잎병을 탐지합니다8,10,11; 실시간 가축 관리12,13,14,15; 컴퓨터 기반 지능형 시스템16,17,18,19,20,21,22. 비전이나 센서 기반 시스템을 사용해 묘목을 이식하는 데 AI와 로봇공학을 일부 적용한 사례도 보고됐다. 로봇 그리퍼, 파지, 센서 기반 방법 및 그 응용이 농업 작업에 대해 보고되었습니다. 묘목 이식기24,25에서 야채 묘목 이식을 자동화하기 위해 임베디드 시스템이 개발되었습니다. 전자 장치 및 컴퓨터 응용 프로그램의 확장된 사용으로 인해 다양한 현장 작업, 즉 로봇 시스템의 작업이 가능해졌습니다. 농업 및 원예 작물의 이식, 수확, 상호 재배 등26.

사용 가능한 이식기는 반자동 야채 이식기(SVT)와 자동 야채 이식기(AVT)로 분류됩니다. SVT의 단점을 살펴보겠습니다. 노동력 요구, 효율성 저하, 정확도 저하 등으로 인해 AVT28의 성장 방향으로 초점이 변경되었습니다. 이러한 AVT는 원하는 기능을 달성하기 위해 전기 기계 시스템을 사용합니다. 일부 자동 시스템도 고급 기술을 사용했습니다. 센서, 비전 기반 시스템 등이 이식 작업에 로봇 공학의 등장을 가져왔습니다. 로봇을 이용한 자동 묘목 이식은 묘목 이식과 같이 반복적인 작업이 필요한 경우 매우 유용합니다. 이러한 기술은 처음에는 비용이 많이 드는 것처럼 보이지만 인간의 노동력을 사용하여 높은 정밀도로 짧은 시간에 넓은 영역을 커버해야 할 때 보상될 것입니다24,27. 자동 메커니즘을 갖춘 로봇의 기본 기능은 건강한 묘목을 식별하고 프로 트레이에서 묘목을 픽업하여 원하는 위치로 이동한 후 배송 지점으로 방출하는 것입니다.