• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.53-53
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• 2017

연구목적: 국내 과일 산업의 한 단계 도약과 대외 경쟁력을 높이기 위해서는 수확작업의 기계화가 시급함. 이 연구는 국내외 과일 수확 기계화 현황과 문제점을 분석하고, 향후 수확작업 기계화 방향을 제시하고자 수행 수확기계 실용화 현황 및 고찰 (국내) 과일을 직접 수확이 아닌 수확 작업을 보조해주는 고지 작업기(수동형, 모터 진동형)와 고소 작업차가 대부분임. 수동형은 사과 감 등을 수확하지만, 작업능률이 낮고 작업자가 쉽게 피로하여 장시간 작업이 불가능하므로 실질적인 대안이 되지 못함. 진동형은 자체 동력을 이용하여 나무에 진동을 가하여 주로 대추 매실 등 소과류 수확에 이용되고, 수확능률은 우수하나 충격 손상이 많아 개선이 요구됨. 고소작업차는 동력원에 따라 충전식과 엔진식으로 구분되고, 충전식은 엔진식에 비해 진동 소음이 적어 쾌적하지만, 작업시간이 배터리 용량에 제한을 받음. 또한 작업대 작동방식에 따라 리프트형과 붐형으로 구분함. 리프트형은 리프트를 이용하여 작업대를 상하로 구동하는 방식으로 높은 위치의 과실 수확이 어렵고, 작업대 넓이 만큼의 작업 공간(과수간의 거리)이 필요함. 붐형은 필요한 곳으로 접근성이 우수하나 무거운 무게를 지탱하기 어렵기 때문에 본체를 무겁게 하거나 수시로 수확된 과일을 하차시켜야 함. (국외) 수확 후 가공되는 과일류와 포도 올리브 오렌지 매실 등 소과류 수확이 기계화되었지만, 사과 복숭아 등 신선과일은 아직도 외국의 값싼 노동자들에 의존하여 수확되고 있음. 현재 실용화된 수확 기계는 진동식 수확기계와 터널식 수확기계가 대표적임. 진동식은 집게형의 부착기를 나무 줄기에 고정한 후 트랙터 동력원으로 나무에 진동을 가하여 수확하고, 올리브 대추 등과 같은 소과류와 과피가 두꺼운 오렌지 등에 적용되고, 수확 작업능률이 매우 높으나 과일의 낙하 상처를 피할 수 없는 단점이 있음. 터널형은 규격화(과수 크기 및 형태, 재식거리)된 과수원에 잘 적응하도록 설계 제작되어, 과수 위를 지나가면서 내부에 설치된 진동장치와 컨테이너로 과일을 수확하고, 와인용 포도 수확기가 대표적임. 기계수확이 가능하도록 과수원 조성단계에서부터 재배양식(과수 좌우 및 전후 거리)을 기계의 제원(바퀴 간격, 작업부 간격 등)에 맞추어 재배함. 과일 수확로봇에 관한 연구는 활발하고 일부에서 실증시험단계에 있음. 결론: 구체적인 추진방향을 제시하면, 단기적으로는 과일 수확작업자의 작업편이성과 노동강도를 줄일 수 있도록 소형 저가 범용성이 우수한 보조기구/기계의 보급을 확대하고, 중장기적으로는 수확기계/수확로봇 개발을 위한 연구개발비 투자를 늘리는 동시에, 기계/로봇이 과수원에 잘 적응할 수 있도록 수형 재식거리 등 재배양식의 표준화가 추진되어야 함.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2002년도 하계 학술대회 논문집
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• pp.279-285
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• 2002

농업에서 소요되는 노동력 중에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것이 수확작업이다. 수확작업은 어렵고 힘든 지루한 작업이 반복적으로 수행되는 작업이다. 지상 1m내외에서 결과하는 과채류의 경우 수확 중 많은 노동력을 필요로 한다. 특히 과채류 수확은 연속된 단순 반복 작업으로 작업인의 피로도가 더욱 심화되는 실정으로 재배에 많은 어려움을 낳고 있다. 또한 농산물 수입개방으로 값싼 외국산농산물이 대량 유입되고 있는 실정으로 농산물의 생산비 절감을 통한 대외 경쟁력을 갖추기 위해서는 과채류 수확에 있어서 로봇의 엔드이펙터를 이용하여 수확하는 것이 필요한 실정이다. 그러므로 로봇 수확기의 개발에 있어서 중요한 요소 중 하나인 엔드이펙터 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 세가지 형태의 엔드이펙터를 설계 제작하여 실험을 통하여 비교 분석 후 최적의 엔드이펙터를 개발하였다. (중략)

• 한국생물환경조절학회:학술대회논문집
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• 한국생물환경조절학회 1999년도 정기총회 및 학술논문발표요지
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• pp.30-34
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• 1999

과채류 수확작업은 어렵고 힘든 지루한 작업이 반복적으로 수행된다. 지상 1m내외에서 결과하는 과채류의 경우 수확 중 많은 노동력을 필요로 한다. 특히 오이의 수확은 연속된 단순 반복 작업으로 작업인의 피로도가 매우 높다. 또한 농산물 수입개방으로 값싼 외국산 농산물이 대량 유입되고 있는 실정으로 농산물의 생산비 절감을 통한 대외 경쟁력을 갖추기 위해서는 과채류 수확에 있어서 로봇을 이용한 수확기 개발이 필요한 실정이다. (중략)

• 생물환경조절학회지
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• 제12권2호
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• pp.63-67
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• 2003

본 실험은 오이수확기의 메니퓰레이터에 장착하는 엔드이펙터를 생각한 것이다. 모터는 DC모터로 기어를 이용하여 작동되며, 동력전달에 있어 균형적인 배분을 이루었고, 따라서 부드러운 작동이 가능하였다. 또한 축을 이용한 베벨기어의 동력 전달로 모터에서 나온 회전력을 기어로 확실히 전달하였고, 결과적으로 오이 과병 절단 rpm에 있어서는 정확한 측정이 가능했다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 모터는 칼날을 회전시키는데 있어 제어가 쉽고, 정확한 동력전달로서의 베벨기어는 비교적 정확한 결과를 제시했다. 2.실험에서의 반복적인 오이 절단작업에 제시된 결과는, 모든 작물에 적용될 수는 없지만, 오이 과병의 절단은 적정 rpm라 각도를 구하여 기계적 최적상황을 찾았다. 수평에서 위로 30$^{\circ}$각도와 198 rpm에서 효율 적인 절단작업이 이루어 졌다. 3. 엔드이펙터의 구조는 간단하면서도 고장 없이 제작되어야 하고 또한 경량이며 수분에 부식되지 않는 재료를 사용하여 설계하였다

• 스마트미디어저널
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• 제12권10호
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• pp.19-28
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• 2023

과실 수확 분야에서 다양한 계절성과 수확 비용 상승 등으로 자동 로봇 수확에 대한 관심이 증가하고 있다. 빛의 변화, 바람에 의한 진동, 나뭇잎 및 가지 겹침 등 복잡한 과수원 환경에서 정확한 사과 검출은 어려운 문제이다. 본 논문에서는 로봇 자동 사과 수확에 유리한 데이터셋과 적응형 히트맵 회귀 모델을 소개한다. 사과 데이터셋은 사과 위치뿐만 아니라 가시성을 같이 레이블링하였다. 가시성에 따라 가우시안 모양을 조절하는 적응형 히트맵 회귀 모델을 사용하여 사과 중심점을 검출하는 방법을 제안한다. 실험 결과 MAP@K가 K=5와 K=10일 때 0.9809, 0.9801로 사과 수확 로봇에 응용 가능한 성능을 나타내었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제12권2호
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• pp.57-62
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• 2003

본 연구는 오이 수확기 개발을 위해 매니퓰레이터를 설계 제작하였다. 실험에 사용한 3축 매니퓰레이터는 견고성, 내구성, 모멘트를 줄이기 위해 모터 및 감속기의 하중이 실리지 않는 곳에 장착하였다. 주요 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 3차원 공간상의 좌표에 대하여 매니퓰레이터의 10회 반복 측정한 오차의 평균은 Z축에 관계없이 0.1 mm내외로 정확하게 작동하는 것으로 나타났다. 실내 실험에서 25개의 오이에 대한 실험 결과 22개의 절단하여 92%의 성공률을 보였으나, 원인은 오이가 기형과이며, 수확한 후 시간이 경과하여 오이 과병의 물성이 변한 것으로 판단된다. 실내 실험에서 오이 과병을 절단하지 못한 경우에도 매니퓰레이터는 오이 과병에 0.1 mm 내외로 엔드이펙터을 접근시켰다. 50개의 오이에 대하여 현장 실험을 한 결과 42개, 84%의 절단율을 보였다. 16%의 오차가 발생한 것은 수확적기가 지나서 오이의 과병이 짧고 뭉툭해서 나타난 것으로 판단된다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2006년도 하계 학술대회 논문집
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• pp.363-367
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• 2006

• 생물환경조절학회지
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• 제7권3호
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• pp.226-236
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• 1998

본 연구는 오이수확기 개발을 위하여 오이의 인식에 장해가 되는 잎의 부분적인 제거 및 기계화를 위한 재배방식이 오이의 생육과 수량에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 세가지 형태의 잎제거 방식과 두가지 형태의 정식간격, 그리고 3가지 형태의 줄기 유인방식을 정하여 오이의 전장, 수량과 1등급비율을 측정한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 잎제거 형태에 따른 오이의 생육을 관찰하기 위해서 전장을 측정한 결과, 관행적인 제거방식의 경우, 일정 실험기간동안 평균 52.2cm 생장하였다. 또한, 2일마다 하부잎 하나를 제거한 경우에는 평균 51.5cm 생장하였다. 수확한 오이가 있는 경우 하부의 잎을 모두 제거한 경우에는 평균 51cm가 생장한 것으로 보아 평균 3% 이내의 차이를 보였다. 또한, 24cm, 30cm의 주간간격에 따라서는 각각 평균 50.8cm, 51.8cm의 약 2%정도 생장에 차이를 보였다. 따라서 부분적인 잎제거는 오이의 생장에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다. 2. 판별변수의 하나인 수량과 1등급비율을 잎제거 형태에 따라 비교해 보면, 관행적인 제거방식의 경우, 평균 한주당 2.6개/일 를 수확하였다. 1등급 비율은 56.7%로 나타났다. 또한 2일마다 하부잎 하나를 제거한 경우에는 평균 한주당 2.47개/일의 수확이 있었으며, 1등급 비율은 53.1%로 나타났다. 마지막으로 수확한 오이가 있는 경우 하부의 잎을 모두 제거한 경우에는 한주당 평균 2.48개/일 를 수확하였으며, 1등급 비율이 56.3%로 나타났다. 따라서 수량의 차이는 약 6%정도이고 1등급 비율도 10% 이내로 큰 영향은 없는 것으로 판단되었다. 3. 오이의 주간간격에 따른 수량과 1등급비율을 측정한 결과, 24cm의 경우 한주당 2.3개/일의 평균수확이 되었다. 1등급비율은 59.8%, 30cm의 경우 한주당 평균 2.5개/일을 수확하였으며, 1등급은 57.2%로 나타났다. 따라서 수량은 24cm의 경우가 약간 적었지만 1등급의 비율로 환산하면 크게 차이가 없는 것을 알 수 있다. 따라서 농가전체 수량을 기준으로 한다면 24cm가 유리하다고 판단되었다. 4. 줄기유인 형식에 따라 수량과 1등급비율을 살펴보면, 관행적인 방법은 평균 한주당 2.9개/일, 42.8%, 직립후횡유인은 평균 한주당 2.2개/일, 61.3%, 직립후 가로줄유인은 평균 한주당 2.2개/일, 54.1%로 나타났다. 따라서 수량과 1등급을 동시에 고려하면, 큰 차이는 없지만, 직립후 횡유인방법과 직립후 가로줄유인의 경우는 오이가 지면에서 상대적으로 상부에 위치하므로 영상인식과 기계화 측면에서 유리할 것으로 생각되었다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제28권6호
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• pp.517-524
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• 2003

생물생산에 요구되는 다양한 작업들을 생력화하기 위한 연구 개발 노력이 전세계적으로 활발히 추진되어 왔다. 이러한 연구 개발은 주로 노동집약적인 작업, 고부가가치 농산물을 생산하기 위한 작업 그리고 작업자에 유해한 또는 가혹한 환경하의 작업 등에 주안점을 두고 추진되고 있다. 하지만, 생물생산 분야의 생력화를 추진하는데 있어서 다양한 작업성과 강건성이라는 작업성능 측면에서의 기술적인 문제와 고가의 시스템 및 설비 비용에 따른 경제성 문제가 항상 걸림돌이 되어 왔다. 본 연구에서는 언급한 문제점들 외에 기계가동률, 유지보수 등 생물생산분야의 생력화에 있어 내재되고 있는 문제점들을 효율적으로 해결하기 위하여 무선 원격로봇 시스템에 의거한 새로운 생력화 개념을 제안하였다. 새로운 개념의 생력화는 주어진 작업을 성공적으로 수행하기 위하여 작업자(농민), 컴퓨터 그리고 로봇을 위시한 자동화 작업설비를 대상으로 상대적으로 수월성을 갖는 기능을 중심으로 역할을 분담하는 것이다. 또한 시설재배에 요구되는 전정, 관수, 방제, 제초, 수확, 운반 등과 같은 다양한 작업들을 노동 투하정도와 기능적 유사성 측면을 고려하여 일관적으로 작업을 생력화하는 방안을 제시하였고 제안한 개념을 구현할 수 있는 시스템을 개발하였다. 대상 작목으로는 중량으로 인하여 비교적 취급이 어려운 수박을 선택하였다. 개발 시스템은 크게 무선원격 모니터링 및 작업제어 모듈, 무선원격 영상 획득 및 데이터 송수신 모듈, 4자유도 직교좌표형 로봇 암을 장착한 갠트리 장치부, 교체가 가능한 모듈형 선단 작업장치, 수박 운반 적재모듈의 5개 하드웨어 모듈로 구성하였다. 개발한 시스템은 그래픽 사용자 인터페이스를 통하여 터치 스크린 모니터를 이용하여 작업자와 컴퓨터간의 인터페이스를 구현하였으며 무선 원격데이타 송수신과 분산 제어기를 이용하여 작업자와 컴퓨터 그리고 로봇 작업기간의 인터페이스와 시스템 제어를 구현하였다. 개발 시스템의 성능을 시험하여 결과를 제시하였으며 본 논문에서 제안한 새로운 개념의 생력화 시스템은 생물생산분야의 생력화 방향을 새롭게 제시하는 실질적이고 실현 가능한 시스템이라는 것을 보여주었다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제29권3호
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• pp.281-286
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• 2004

The end-effector is the one of the important factors on development of the cucumber robot to harvester a cucumber. Three end-effectors were designed the single blade end-effector with one blade, the double blade end-effector with two blades and the triple blade end-effector with three blades. Performance tests of the end-effector, the fully integrated system, were conducted to determine the cutting rate by using two different kinds of cucumber. The success rates of cucumber cutting ratio of single end-effector, double end-effector and triple end-effector in laboratory. were 61.7%, 95%, 86.7%, respectively. The cutting rate of single blade or double blade was a little difference with respect to the different diameters of cucumber stem. However, the success cutting rate of the end-effector with triple blade was 61.7% under 29mm diameter of a grabbing stem section. The triple end-effector was not suitable for harvesting a cucumber, but was considered to be suitable for harvesting a grape, an apple and a tomato. The success rate of cucumber cutting ratio of triple end-effectors in greenhouse was 84%. The failure cutting rate was 16% which are due to abnormal shape of cucumber fruit.