수확 작업에서 이용되는 농업 로봇 중 과채류 수확 로봇의 사례

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문서 내 토픽

• 1. 수확 로봇의 도입 배경

  몇 년 전부터 심화되기 시작한 농업인구의 감소 문제로 인해 농업 생산성 증대가 요구되고 있다. 이에 따라서 농업 자동화에 대한 관심이 증가하고 있는데, 최근 인공지능, 로봇 기술 등의 연구가 발전함에 따라 농업 분야에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서 많은 노동력을 요구하는 과채류 수확 작업의 자동화를 위해 수확 로봇이 적극적으로 연구되면서 도입되고 있다.

• 2. 원예작물 수확용 다수 로봇 시스템

  작물의 위치와 자세를 인식하는 AI기술을 적용해 정확하게 작물의 위치를 인식하고, 인식한 작물은 특수 제작한 수확용 로봇손을 이용하여 수확한다. 이렇게 수확한 작물은 수확 로봇에 임시 저장했다가 박스가 차면 이송 로봇을 불러 작물을 전달한다. 수확에만 그치는 것이 아니라 다수의 로봇 기반 수확-운반 연계 기술을 구축해 원예시설 전체에 대한 작물 수확 작업의 자동화가 가능하도록 했다.

• 3. 과채류를 수확하는 인간중심 로봇

  과채류를 수확할 때 작업자가 수확 대상 작물들을 인식한 후 수확할 순서를 결정하고 작물을 하나씩 차례대로 수확하는 행동을 참고하여, 연구팀이 개발한 과채류 수확용 로봇은 인간 작업자가 수확할 때 보이는 행동들을 차례로 인식(perception), 수확 순서 최적화(harvesting ordering), 영상 기반 추적제어(visual servoing), 그리퍼(gripper)로 치환해 작물 수확을 보조한다.

• 4. 토마토 수확로봇

  높이가 약 2m인 수확 로봇은 토마토 덩굴줄기 사이를 이동하며 과일 하나하나를 스캔해 익은 토마토를 식별하고 로봇 양쪽에 하나씩 달린 로봇팔을 사용해 작물 표면에 흠집이 나지 않게 토마토를 딸 수 있다. 또한, 로봇 투입 시 노동시간을 80% 절감, 인건비를 절반으로 줄일 수 있다.

• 5. 소프트로봇 그리퍼

  센서를 내장하지 않고도 주변 환경과 소프트 로봇 간에 일어나는 상호작용을 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용한 소프트 그리퍼는 자동 수확 과정에서 과일이 제대로 익었는지를 판단할 수 있고, 로봇 손가락에 센서를 내장할 필요가 없다. 소프트 그리퍼는 4개의 부드러운 손가락을 이용해 토마토를 잡은 다음, 회전시켜 따낼 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 수확 로봇의 도입 배경

  수확 로봇의 도입 배경은 농업 분야에서 인력 부족과 노동 강도 증가 문제를 해결하기 위한 것이다. 농업 인구의 고령화와 청년층의 농업 기피로 인해 농작물 수확 인력이 부족해지고 있다. 또한 수작업 수확은 장시간 노동과 반복적인 동작으로 인한 근골격계 질환 등 건강상 문제가 발생하고 있다. 이에 따라 수확 작업의 자동화와 로봇화를 통해 이러한 문제를 해결하고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 수확 로봇은 정확성, 효율성, 안전성 등의 측면에서 인간 작업자를 대체할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 특히 첨단 센서와 제어 기술의 발달로 인해 복잡한 농작물 수확 작업도 자동화가 가능해지고 있다. 따라서 수확 로봇의 도입은 농업 분야의 생산성 향상과 근로 환경 개선에 기여할 것으로 기대된다.

• 2. 원예작물 수확용 다수 로봇 시스템

  원예작물 수확용 다수 로봇 시스템은 단일 로봇으로는 한계가 있는 대규모 농장의 수확 작업을 효율적으로 수행하기 위한 솔루션이다. 이 시스템은 여러 대의 로봇이 협력하여 작업을 수행함으로써 작업 속도와 생산성을 높일 수 있다. 각 로봇은 센서와 제어 기술을 통해 작물의 성숙도, 위치, 상태 등을 인식하고 이를 바탕으로 최적의 수확 시기와 방법을 판단할 수 있다. 또한 로봇 간 통신과 협업을 통해 작업 영역을 효과적으로 분담하고 중복을 방지할 수 있다. 이러한 다수 로봇 시스템은 대규모 농장의 노동력 부족 문제를 해결하고 생산성을 향상시킬 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 다만 시스템 구축과 운영에 따른 초기 투자비용이 높다는 단점이 있어 이를 해결하기 위한 기술적, 경제적 노력이 필요할 것으로 보인다.

• 3. 과채류를 수확하는 인간중심 로봇

  과채류를 수확하는 인간중심 로봇은 농작물 수확 작업에서 인간 작업자와 로봇이 협력하는 방식을 의미한다. 이 방식은 로봇의 정확성과 효율성을 활용하면서도 인간의 유연성과 판단력을 보완하는 것을 목표로 한다. 예를 들어 로봇이 작물의 성숙도와 위치를 감지하고 수확 시기를 판단하면, 인간 작업자가 이를 확인하고 실제 수확 작업을 수행하는 방식이다. 이를 통해 작업의 정확성과 안전성을 높일 수 있다. 또한 인간 작업자의 숙련도와 경험을 활용함으로써 작물 손상을 최소화할 수 있다. 인간중심 로봇 시스템은 농업 분야의 노동력 부족 문제를 해결하면서도 작업의 질적 수준을 유지할 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 다만 인간과 로봇의 역할 분담, 협업 체계 구축 등 기술적, 조직적 과제가 해결되어야 할 것으로 보인다.

• 4. 토마토 수확로봇

  토마토 수확로봇은 농업 분야에서 가장 활발하게 연구되고 있는 수확 로봇 중 하나이다. 토마토는 크기, 모양, 색상 등이 다양하고 부서지기 쉬워 수작업 수확이 어려운 작물이다. 따라서 토마토 수확 작업의 자동화는 농업 생산성 향상을 위해 매우 중요하다. 토마토 수확로봇은 고해상도 카메라, 3D 센서, 로봇 팔 등의 기술을 활용하여 토마토의 성숙도와 위치를 정확하게 인식하고 손상 없이 수확할 수 있다. 또한 작업 속도와 효율성이 높아 대규모 토마토 농장에 적용하기 적합하다. 최근에는 딥러닝 기반의 인공지능 기술을 활용하여 토마토 수확 작업의 정확성과 유연성을 더욱 높이는 연구가 진행되고 있다. 토마토 수확로봇은 농업 자동화의 대표적인 사례로서 향후 다른 작물로의 확산이 기대된다.

• 5. 소프트로봇 그리퍼

  소프트로봇 그리퍼는 농작물 수확 작업에서 작물 손상을 최소화하기 위해 개발된 기술이다. 기존의 경성 그리퍼는 작물의 형태와 질감에 따라 손상을 일으킬 수 있었지만, 소프트로봇 그리퍼는 유연하고 부드러운 재질로 제작되어 작물에 가해지는 압력을 최소화할 수 있다. 이를 통해 작물의 신선도와 품질을 유지할 수 있다. 소프트로봇 그리퍼는 주로 과채류, 과일 등 부서지기 쉬운 작물의 수확에 활용되고 있다. 또한 작물의 형태와 크기에 따라 그리퍼의 형태를 유연하게 변형할 수 있어 다양한 작물에 적용이 가능하다. 이러한 소프트로봇 그리퍼 기술은 농업 자동화의 핵심 요소로 자리잡고 있으며, 향후 더욱 발전하여 작물 손상을 최소화하는 수확 로봇 시스템 구현에 기여할 것으로 기대된다.