농업 분야의 노동력이 부족해지면서 농업 자동화의 필요성이 증대되었고 로봇과 관제 시스템을 통해 작물을 관리하고 수확할 수 있는 스마트팜이 등장하였다. 특히 사람의 손을 대체하여 과수를 수확할 수 있는 로봇 엔드이펙터 관련 연구가 많이 진행되고 있다. 사람의 손을 모방하여 과수의 꼭지와 가지를 분리하는 엔드이펙터를 플럭킹 그리퍼라고 한다. 플럭킹 그리퍼는 과수의 열매 부분을 파지하고 꼭지와 수직 방향으로 회전시킨 후 꼭지와 같은 방향으로 잡아당겨 과수를 수확한다. 본 논문에서는 토마토의 손상 없이 수확이 가능한 플럭킹 소프트 그리퍼 개발을 목적으로 하며, ...
농업 분야의 노동력이 부족해지면서 농업 자동화의 필요성이 증대되었고 로봇과 관제 시스템을 통해 작물을 관리하고 수확할 수 있는 스마트팜이 등장하였다. 특히 사람의 손을 대체하여 과수를 수확할 수 있는 로봇 엔드이펙터 관련 연구가 많이 진행되고 있다. 사람의 손을 모방하여 과수의 꼭지와 가지를 분리하는 엔드이펙터를 플럭킹 그리퍼라고 한다. 플럭킹 그리퍼는 과수의 열매 부분을 파지하고 꼭지와 수직 방향으로 회전시킨 후 꼭지와 같은 방향으로 잡아당겨 과수를 수확한다. 본 논문에서는 토마토의 손상 없이 수확이 가능한 플럭킹 소프트 그리퍼 개발을 목적으로 하며, 하이브리드적응형 소프트 그리퍼와 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼를 제안한다. 기존의 소프트 그리퍼는 무른 과수를 손상 없이 취급하는 데 효과적이지만, 유연한 재질로 구성되어 파지 과정 중의 파지힘과 고정력이 약하다는 단점이 있다. 기존 소프트 그리퍼의 단점인 파지힘과 고정력 부족을 보완해 실리콘과 플라스틱을 함께 사용하여 유연함과 강건함을 모두 가지는 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼를 설계하였다. 또한, 코끼리 코의 파지 메커니즘을 모방해 물체에 흡착힘과 파지힘을 가해줄 수 있는 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼를 설계하였다. 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼는 토마토의 비정형적인 표면에 유연하게 적응하며 파지힘을 가하고 파지 후 수확 과정에서 강건한 당김힘을 발휘하며 단단하게 토마토를 고정한다. 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼는 실리콘으로만 주조되어 벨로우즈 원형 석션컵에 음압을 가하여 토마토의 굴곡진 표면에 밀착하여 흡착하고, 날개 내부 챔버에 양압을 가하여 토마토의 표면을 감싸며 파지하여 플럭킹이 가능하도록 토마토를 고정한다. 토마토 농원에서의 수확 데이터와 선행 연구를 기반으로 토마토를 손상 없이 수확하기 위해 필요한 그리퍼의 설계 변수를 결정하였다. 그리퍼의 설계 변수는 파지힘, 당김힘, 플럭킹 토크이며, 토마토 수확 시 그리퍼가 버틸 수 있는 당김힘을 6N~20N, 플럭킹 토크가 2.2Nm의 근처에 나오도록 설정하였다. 제작한 두 가지 그리퍼의 파지 성능을 확인하기 당김힘과 플럭킹 토크를 측정하였다. 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼는 최대 19.03N, 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼는 최대 20.01N의 당김힘을 버틸 수 있었다. 각 그리퍼의 파지 성능을 확인한 후 실제 토마토를 수확하는 실험을 진행하였다. 토마토의 꼭지와 가지가 분리되었는지와 수확 과정 중 토마토에 손상이 없는지를 수확 성공 지표로 지정하였다. 실험 결과 두 가지의 그리퍼 모두 파지 및 수확에 성공하였다. 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼는 최대 1.71Nm, 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼는 최대 1.36Nm의 플럭킹 토크를 나타냈다. 두 가지 그리퍼 모두 당김힘에 관한 설계 변수를 만족하였고, 플럭킹 토크가 2.2Nm에 도달하지 않아도 수확이 가능함을 확인하였다. 제안한 두 가지 플럭킹 소프트 그리퍼는 로봇을 이용한 수확 작업에 적용하여 실제 토마토 수확에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
농업 분야의 노동력이 부족해지면서 농업 자동화의 필요성이 증대되었고 로봇과 관제 시스템을 통해 작물을 관리하고 수확할 수 있는 스마트팜이 등장하였다. 특히 사람의 손을 대체하여 과수를 수확할 수 있는 로봇 엔드이펙터 관련 연구가 많이 진행되고 있다. 사람의 손을 모방하여 과수의 꼭지와 가지를 분리하는 엔드이펙터를 플럭킹 그리퍼라고 한다. 플럭킹 그리퍼는 과수의 열매 부분을 파지하고 꼭지와 수직 방향으로 회전시킨 후 꼭지와 같은 방향으로 잡아당겨 과수를 수확한다. 본 논문에서는 토마토의 손상 없이 수확이 가능한 플럭킹 소프트 그리퍼 개발을 목적으로 하며, 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼와 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼를 제안한다. 기존의 소프트 그리퍼는 무른 과수를 손상 없이 취급하는 데 효과적이지만, 유연한 재질로 구성되어 파지 과정 중의 파지힘과 고정력이 약하다는 단점이 있다. 기존 소프트 그리퍼의 단점인 파지힘과 고정력 부족을 보완해 실리콘과 플라스틱을 함께 사용하여 유연함과 강건함을 모두 가지는 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼를 설계하였다. 또한, 코끼리 코의 파지 메커니즘을 모방해 물체에 흡착힘과 파지힘을 가해줄 수 있는 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼를 설계하였다. 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼는 토마토의 비정형적인 표면에 유연하게 적응하며 파지힘을 가하고 파지 후 수확 과정에서 강건한 당김힘을 발휘하며 단단하게 토마토를 고정한다. 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼는 실리콘으로만 주조되어 벨로우즈 원형 석션컵에 음압을 가하여 토마토의 굴곡진 표면에 밀착하여 흡착하고, 날개 내부 챔버에 양압을 가하여 토마토의 표면을 감싸며 파지하여 플럭킹이 가능하도록 토마토를 고정한다. 토마토 농원에서의 수확 데이터와 선행 연구를 기반으로 토마토를 손상 없이 수확하기 위해 필요한 그리퍼의 설계 변수를 결정하였다. 그리퍼의 설계 변수는 파지힘, 당김힘, 플럭킹 토크이며, 토마토 수확 시 그리퍼가 버틸 수 있는 당김힘을 6N~20N, 플럭킹 토크가 2.2Nm의 근처에 나오도록 설정하였다. 제작한 두 가지 그리퍼의 파지 성능을 확인하기 당김힘과 플럭킹 토크를 측정하였다. 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼는 최대 19.03N, 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼는 최대 20.01N의 당김힘을 버틸 수 있었다. 각 그리퍼의 파지 성능을 확인한 후 실제 토마토를 수확하는 실험을 진행하였다. 토마토의 꼭지와 가지가 분리되었는지와 수확 과정 중 토마토에 손상이 없는지를 수확 성공 지표로 지정하였다. 실험 결과 두 가지의 그리퍼 모두 파지 및 수확에 성공하였다. 하이브리드 적응형 소프트 그리퍼는 최대 1.71Nm, 코끼리 코 모방 소프트 그리퍼는 최대 1.36Nm의 플럭킹 토크를 나타냈다. 두 가지 그리퍼 모두 당김힘에 관한 설계 변수를 만족하였고, 플럭킹 토크가 2.2Nm에 도달하지 않아도 수확이 가능함을 확인하였다. 제안한 두 가지 플럭킹 소프트 그리퍼는 로봇을 이용한 수확 작업에 적용하여 실제 토마토 수확에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
As labor shortages in the agriculture increased, the need for agricultural automation increased, and smart farm that can manage and harvest crops using robots and control systems have emerged. In particular, a lot of research have been conducted on robot end-effectors that can harvest fruit. An end-...
As labor shortages in the agriculture increased, the need for agricultural automation increased, and smart farm that can manage and harvest crops using robots and control systems have emerged. In particular, a lot of research have been conducted on robot end-effectors that can harvest fruit. An end-effector that separates the stem and branch of a fruit by imitating a human hand is called a plucking gripper. The plucking gripper grips the fruit, rotates it in a direction perpendicular to the stem, and then pulls it. This paper aims to develop a plucking soft gripper capable of harvesting tomatoes without damaging them. A hybrid adaptive soft gripper and an elephant’s nose-inspired soft gripper are proposed. Previous soft grippers are effective in handling soft fruit without damage, but have a disadvantage in that they are made of flexible materials and have weak gripping and holding power during the gripping process. A hybrid adaptive soft gripper with both flexibility and robustness is designed by using silicon and plastic together to compensate for the lack of gripping force and fixing force, which are the disadvantages of the existing soft gripper. The elephant’s nose-inspired soft gripper is proposed to apply suction force and gripping force to an object by imitating the gripping mechanism of an elephant trunk. The hybrid adaptive soft gripper flexibly adapts to the atypical surface of tomatoes and applies gripping force. The soft gripper that mimics the elephant's nose is made by casting with silicon. The negative pressure is applied into the bellows circular suction cup, to adhere closely to the curved surface of the tomato. And the positive pressure is applied into the inner chamber of the wing to cover and grip the surface of the tomato to enable plucking. Based on the harvesting data and previous studies in tomato farms, the design parameters of the gripper required to harvest tomatoes without damage were determined. The design variables of the gripper are gripping force, pulling force, and plucking torque, and the pulling force that the gripper can withstand when harvesting tomatoes is set to be 6N to 20N and the flocking torque to be around 2.2Nm. The pulling force is measured to evaluate the gripping performance of the proposed grippers. The hybrid adaptive soft gripper is able to withstand a maximum of 19.03N and the elephant’s nose-inspired soft gripper is able to withstand a maximum of 20.01N. After evaluating the gripping performance of each gripper, an actual tomato harvesting experiment is conducted. Whether the top and branch of the tomato were separated and whether there was any damage to the tomato during the harvesting process are defined as harvest success criteria. As a result of the experiment, both grippers are successful in grasping and harvesting. The hybrid adaptive soft gripper showed a maximum of 1.71 Nm and the elephant’s nose-inspired soft gripper showed a maximum of 1.36 Nm of plucking torque. Both grippers satisfied the design parameters for pulling force, and it was confirmed that harvesting was possible even if the plucking torque did not reach 2.2 Nm. The two proposed plucking soft grippers are expected to be used for actual tomato harvesting by applying them to harvesting using robots.
As labor shortages in the agriculture increased, the need for agricultural automation increased, and smart farm that can manage and harvest crops using robots and control systems have emerged. In particular, a lot of research have been conducted on robot end-effectors that can harvest fruit. An end-effector that separates the stem and branch of a fruit by imitating a human hand is called a plucking gripper. The plucking gripper grips the fruit, rotates it in a direction perpendicular to the stem, and then pulls it. This paper aims to develop a plucking soft gripper capable of harvesting tomatoes without damaging them. A hybrid adaptive soft gripper and an elephant’s nose-inspired soft gripper are proposed. Previous soft grippers are effective in handling soft fruit without damage, but have a disadvantage in that they are made of flexible materials and have weak gripping and holding power during the gripping process. A hybrid adaptive soft gripper with both flexibility and robustness is designed by using silicon and plastic together to compensate for the lack of gripping force and fixing force, which are the disadvantages of the existing soft gripper. The elephant’s nose-inspired soft gripper is proposed to apply suction force and gripping force to an object by imitating the gripping mechanism of an elephant trunk. The hybrid adaptive soft gripper flexibly adapts to the atypical surface of tomatoes and applies gripping force. The soft gripper that mimics the elephant's nose is made by casting with silicon. The negative pressure is applied into the bellows circular suction cup, to adhere closely to the curved surface of the tomato. And the positive pressure is applied into the inner chamber of the wing to cover and grip the surface of the tomato to enable plucking. Based on the harvesting data and previous studies in tomato farms, the design parameters of the gripper required to harvest tomatoes without damage were determined. The design variables of the gripper are gripping force, pulling force, and plucking torque, and the pulling force that the gripper can withstand when harvesting tomatoes is set to be 6N to 20N and the flocking torque to be around 2.2Nm. The pulling force is measured to evaluate the gripping performance of the proposed grippers. The hybrid adaptive soft gripper is able to withstand a maximum of 19.03N and the elephant’s nose-inspired soft gripper is able to withstand a maximum of 20.01N. After evaluating the gripping performance of each gripper, an actual tomato harvesting experiment is conducted. Whether the top and branch of the tomato were separated and whether there was any damage to the tomato during the harvesting process are defined as harvest success criteria. As a result of the experiment, both grippers are successful in grasping and harvesting. The hybrid adaptive soft gripper showed a maximum of 1.71 Nm and the elephant’s nose-inspired soft gripper showed a maximum of 1.36 Nm of plucking torque. Both grippers satisfied the design parameters for pulling force, and it was confirmed that harvesting was possible even if the plucking torque did not reach 2.2 Nm. The two proposed plucking soft grippers are expected to be used for actual tomato harvesting by applying them to harvesting using robots.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.