표제지
국문 초록
목차
1. 서론 13
1.1. 연구 배경 13
1.2. 선행 연구 14
1.2.1. 그리퍼 14
1.2.2. 과수 분리방식 19
1.3. 연구 목적 22
2. 주머니형 로봇 그리퍼의 설계 25
2.1. 그리퍼의 설계 요구사항 25
2.2. 주머니형 그리퍼의 설계 및 제작 28
2.3. 주머니형 그리퍼의 성능검증 실험 31
2.3.1. 최대 위치 오차 허용범위의 측정 31
2.3.2. 최대 정하중 측정 34
2.3.3. 장애물 극복성능 확인 35
2.3.4. 최대 접촉력의 측정 39
3. 줄기 절단 메커니즘의 설계 42
3.1. 커터의 설계 요구사항 42
3.2. 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘 45
3.2.1. 메커니즘의 설계 45
3.2.2. 메커니즘의 거동분석과 절단력, 소요시간 모델링 48
3.2.3. 프로토타입의 제작 54
3.2.4. 실의 거리변화에 따른 소요시간 모델링의 검증 55
3.2.5. 실 다발의 반지름변화에 따른 소요시간 모델링의 검증 60
3.2.6. 토마토 줄기 절단실험 65
3.2.7. 장애물 극복성능 확인 69
3.3. 조리개형 줄기 절단 메커니즘 72
3.3.1. 메커니즘의 설계 72
3.3.2. 메커니즘의 거동분석과 절단력, 소요시간 모델링 74
3.3.3. 프로토타입의 제작 78
3.3.4. 토마토 줄기 절단실험 80
3.3.5. 장애물 극복성능 확인 85
4. 엔드이펙터의 수확실험 88
4.1. 플럭킹 방식을 이용한 수확실험 89
4.2. 줄기 절단 방식을 이용한 수확실험 94
4.2.1. 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘 94
4.2.2. 조리개형 줄기 절단 메커니즘 99
5. 결론 104
참고 문헌 107
Abstract 113
[표 1-1] 토마토의 숙도에 따른 경도 정리 24
[표 2-1] 수확 실패 원인 25
[표 2-2] 설계 요구사항 27
[표 2-3] 토마토의 기하학적 정보 정리 37
[표 2-4] 토마토 시료 정보 39
[표 2-5] 최대 접촉력 측정결과 정리 41
[표 3-1] 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘의 파라미터 값 46
[표 3-2] d₁의 값에 대한 ϵ과 Ψ의 변화 49
[표 3-3] d₁의 범위 설정과 실험 환경설정 57
[표 3-4] d₁의 변화에 대한 tcont 측정결과[이미지참조] 58
[표 3-5] 실 다발의 개수 변화에 따른 γ의 변화와 실험 환경설정 61
[표 3-6] γ의 변화에 대한 tcont측정결과[이미지참조] 63
[표 3-7] 실 다발의 줄 개수에 대한 τₘ의 변화와 최대 절단력 정리 64
[표 3-8] 토마토 줄기 절단 실험환경 설정 65
[표 3-9] 줄기 부분 절단 결과 정리 67
[표 3-10] 꼭지 부분 절단 결과 정리 68
[표 3-11] 토마토의 기하학적 정보 정리 69
[표 3-12] 조리개형 줄기 절단 메커니즘의 파라미터 값 73
[표 3-13] 조리개형 줄기 절단 메커니즘의 줄기 절단 실험결과 82
[표 3-14] 토마토의 기하학적 정보 정리 85
[표 4-1] 플럭킹으로 수확된 토마토의 기하학적 형상정보 91
[표 4-2] 플럭킹으로 수확된 토마토의 수확 결과 정리 93
[표 4-3] 줄기 절단으로 수확된 토마토의 기하학적 형상정보(줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘) 95
[표 4-4] 줄기 절단으로 수확된 토마토의 수확 결과 정리 (줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘) 97
[표 4-5] 줄기 절단으로 수확된 토마토의 기하학적 형상정보 (조리개형 줄기 절단 메커니즘) 100
[표 4-6] 줄기 절단으로 수확된 토마토의 수확 결과 정리 (조리개형 줄기 절단 메커니즘) 102
[그림 1-1] 손가락을 가지는 그리퍼 14
[그림 1-2] 석션 컵의 연구동향 16
[그림 1-3] 바구니와 같은 형태의 그리퍼 17
[그림 1-4] 플럭킹 움직임 종류와 한계 19
[그림 1-5] 엔드이펙터의 다양한 줄기 절단 방식 20
[그림 1-6] 토마토 첨단온실 수경재배현장 23
[그림 1-7] 토마토의 과수 분리방식 23
[그림 2-1] 주머니형 로봇 그리퍼의 설계 28
[그림 2-2] 그리퍼 구동부와 고정장치의 구성요소 29
[그림 2-3] 고정장치의 파지 영역 29
[그림 2-4] 주머니형 로봇 그리퍼의 프로토타입 30
[그림 2-5] 최대 위치 오차 허용범위 측정실험 31
[그림 2-6] 위치 오차에 따른 파지성공과 실패 33
[그림 2-7] 최대 정하중 측정실험 34
[그림 2-8] 그리퍼의 장애물 극복 성능 확인 결과 36
[그림 2-9] 실제 토마토 시료와 장애물 배치 모습 36
[그림 2-10] 실제 과일을 이용한 장애물 극복성능 확인 37
[그림 2-11] 장애물 극복성능 확인 후 시료의 모습 38
[그림 2-12] 그리퍼의 손가락 별 접촉력 분포 관측기 39
[그림 2-13] 토마토 파지 시 그리퍼 접촉력 측정 결과 40
[그림 3-1] 줄 꼬임 구동 메커니즘 43
[그림 3-2] 조리개 메커니즘 44
[그림 3-3] 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘의 설계 45
[그림 3-4] 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘의 칼날과 평판 45
[그림 3-5] 칼날과 평판이 만나기까지의 과정 48
[그림 3-6] 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘의 자유물체도 50
[그림 3-7] 칼날과 평판이 만났을 때의 자유물체도 53
[그림 3-8] 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘이 결합된 엔드이펙터 54
[그림 3-9] 실의 거리변화에 따른 식 (7)의 계산 결과 55
[그림 3-10] 실의 거리변화에 따른 접촉 소요시간 확인 56
[그림 3-11] 시간에 따른 절단력 그래프 1 57
[그림 3-12] 줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘의 복원 장면 59
[그림 3-13] 반지름의 변화에 따른 식 (7)의 계산 결과 60
[그림 3-14] 실 다발의 반지름 변화에 따른 접촉 소요시간 확인 61
[그림 3-15] 시간에 따른 절단력 그래프 2 62
[그림 3-16] 시간에 따른 모터 토크의 그래프 64
[그림 3-17] 토마토 줄기 절단실험을 위한 시료선정 65
[그림 3-18] 토마토 줄기 절단 실험환경 66
[그림 3-19] 토마토 줄기 부분의 절단실험 결과 67
[그림 3-20] 토마토 꼭지 부분의 절단실험 결과 68
[그림 3-21] 실제 토마토 시료와 장애물 배치 모습 69
[그림 3-22] 실제 과일을 이용한 장애물 극복성능 확인 70
[그림 3-23] 장애물 극복성능 확인 후 시료의 모습 71
[그림 3-24] 조리개형 줄기 절단 메커니즘의 설계 72
[그림 3-25] 조리개 메커니즘에 이용된 링크의 설계 72
[그림 3-26] 3절 링크가 오므라든 순간의 자유물체도 75
[그림 3-27] 줄기 절단 메커니즘이 결합된 엔드이펙터의 프로토타입 78
[그림 3-28] 조리개형 줄기 절단 메커니즘의 움직임 79
[그림 3-29] 조리개형 줄기 절단 메커니즘의 줄기 절단실험 80
[그림 3-30] 줄기 절단실험 시료 80
[그림 3-31] 1번 줄기부터 20번 줄기까지의 줄기 절단실험 결과 84
[그림 3-32] 실제 토마토 시료와 장애물 배치 모습 85
[그림 3-33] 실제 과일을 이용한 장애물 극복성능 확인 86
[그림 3-34] 장애물 극복성능 확인 후 시료의 모습 87
[그림 4-1] 토마토 재배를 위한 첨단온실 환경 88
[그림 4-2] 플럭킹 실험환경 설정 89
[그림 4-3] 토마토 수확 과정 (주머니형 로봇 엔드이펙터) 91
[그림 4-4] 수확된 토마토 시료 91
[그림 4-5] 플럭킹으로 수확된 토마토의 접촉력과 플럭킹 힘 93
[그림 4-6] 토마토 수확 과정 (줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘) 94
[그림 4-7] 수확된 토마토 시료 95
[그림 4-8] 줄기 절단으로 수확된 토마토의 접촉력과 절단력 및 모터토크 그래프 97
[그림 4-9] 토마토 5의 수확 장면 (줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘) 98
[그림 4-10] 토마토 4의 수확 장면 (줄 꼬임 구동형 줄기 절단 메커니즘) 98
[그림 4-11] 토마토 수확 과정 (조리개형 줄기 절단 메커니즘) 99
[그림 4-12] 수확된 토마토 시료 100
[그림 4-13] 줄기 절단으로 수확된 토마토의 접촉력과 절단력 및 모터 토크 그래프 102
[그림 4-14] 토마토 2의 수확 장면 (조리개형 줄기 절단 메커니즘) 103