자동화된 사과 수확 로봇—시스템 설계에서 현장 평가까지

초록 노동력의 감소와 상승하는 비용은 미국과 많은 다른 국가의 사과 산업의 장기적인 수익성과 지속 가능성에 심각한 위협이 되고 있습니다. 따라서 수확 자동화가 시급히 필요합니다. 본 논문에서는 새로운 사과 수확 로봇의 통합 시스템 설계 및 현장 평가를 제시합니다. 이 로봇은 주로 특별히 설계된 인식 구성 요소, 4자유도 조작기, 개선된 진공 기반 소프트 엔드 이펙터, 그리고 수확한 과일을 받거나 운반하기 위한 낙하/포착 구성 요소로 구성됩니다. 소프트웨어 알고리즘은 도전적인 과수원 환경에서 효율적으로 자동화된 사과 수확을 위해 하드웨어 구성 요소의 협동 조정을 가능하게 합니다. 특히, 수정된 삼각 측량 및 이미지 처리 및 분석 알고리즘을 통합하여 강력한 사과 탐지 및 정확한 위치 지정을 달성하기 위한 새로운 인식 전략이 개발되었습니다. 로봇을 목표 위치로 안내하기 위해 개선된 계획 및 제어 알고리즘이 개발되었습니다. 로봇 시스템의 성능은 서로 다른 나무 구조와 잎사귀 조건을 가진 두 개의 사과 과수원에서 현장 시험을 통해 평가되었습니다. 나무가 젊고 잘 가지치기 된 과수원에서는 로봇이 82.4%의 성공적인 수확률을 달성했습니다. 두 번째, 가지와 잎이 밀집된 오래된 과수원에서는 로봇이 65.2%의 성공률을 기록했습니다. 과일을 수확하는 평균 사이클 시간은 약 6초였으며, 여기에는 소프트웨어 알고리즘 처리와 하드웨어 실행이 포함되었습니다. 더불어, 얻어진 결과의 심층 분석을 통해 한계 및 계획된 미래 작업에 대해 논의합니다.