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스마트팜 내 다중 UGV 시스템을 위한 경로 계획 및 조정 알고리즘의 사전 연구
조유성 ( Yuseung Jo ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
현재 스마트팜이 점점 대규모화되는 추세이고 비용 절감 등 여러 측면에서 인력의 투입 최소화가 필요하다. 따라서 이를 위해 무인 자동화 기술이 주목받고 있다. 이중 작물 생장 측면에서 온도, 습도, 광량 등의 제어를 위한 지능화가 빠르게 이루어지고 있다. 하지만 작물 생장 관련 많은 연구에 비해서 수확 및 운송작업의 무인 자동화는 아직 미흡하다. 수확 및 운송작업은 다수의 작업자가 협동적으로 작업하기에 다수의 무인 지상 로봇 (UGV)의 운용이 작업 효율 측면에서 무인 수확 및 운송작업에 더욱 효과적이다. 이때 각각의 UGV는 출발 위치에서 목적지까지 경로 계획을 하여 유도선 또는 SLAM을 통해 자율 주행하게 되며, 다중 에이전트 경로 탐색 (MAPF, Multi-Agent Path Finding) 알고리즘을 통해 경로 계획 및 조정을 하게 된다. 본 연구는 여러 가지 MAPF 알고리즘 중에서 (Ⅰ)Conflict Based Search (CBS), (Ⅱ)Enhanced Conflict Based Search (ECBS), (Ⅲ)Push and Rotate (PAR)의 성능을 비교 및 평가하고자 시뮬레이션 기반의 실험을 수행하였다. 실험의 성능 지표는 (ⅰ)충돌 발생 수, (ⅱ)총 주행 길이, (ⅲ)성공률로 선정하였으며 시뮬레이션 환경은 스마트팜 환경과 유사하게 구성하였다. 정량적 평가 및 통계분석을 위해 UGV의 수를 10, 15, 20으로 증가시켰으며, 각 케이스에 대해 세 알고리즘의 연산을 20회씩 반복 수행하였다. 실험 결과로부터 PAR 알고리즘이 스마트팜 환경에서 가장 강인한 성능을 보였다. 본 연구에서는 스마트팜 환경에서 다중 UGV 시스템을 위해 MAPF 알고리즘들을 정량적으로 평가하였으며, 무인 수확 및 운송작업에서 다중 UGV 사용 가능성을 제시하였다.
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문어 빨판과 종이접기에서 영감받은 오이수확로봇의 엔드-이펙터를 위한 석션 컵 설계
조유성 ( Yuseung Jo ),박용현 ( Yonghyun Park ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1
머니퓰레이터를 사용한 수확 과정에서 흔들리기 쉬운 작물을 수확하려고 할 때 엔드-이펙터에 석션 모듈을 장착하여 작물을 지지한 후 절단 과정을 수행하는 연구가 존재한다. 마찬가지로 오이 또한 수확 과정 중 흔들리는 경우가 많아 작물을 지지할 필요가 있다. 그러나 이러한 상황에서 기존의 일반적인 돔 형태의 석션 컵으로는 오이의 굴곡이 많은 표면 형상으로 인해 초기 부착이 쉽지 않다. 마찬가지로 일반적인 석션 컵은 절단 과정에서 석션에 외력이 주어질 경우 진공 유지가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 오이 수확 로봇을 위한 문어 빨판과 종이접기 구조에서 영감받은 석션 컵을 제안한다. 설계 목표로서 석션 컵은 오이의 굴곡진 표면에도 초기 흡착이 이루어져야 하며, 절단 과정의 외력에도 흡착이 유지되어야 한다. 목표에 따라 제안된 석션 컵의 흡착은 다음과 같은 과정으로 이루어진다. (1) 오이가 문어 돌기에 먼저 접촉하여 초기 흡착된다. (2) 이후 종이접기 구조로 인해 석션 컵이 접히며 오이에 완전히 흡착되게 된다. 이 과정에서 제안된 석션은 오이의 표면 곡률에 따라 접히며 일반적인 석션보다 외력에 더 강인하도록 설계하였다. 제안된 석션 컵의 성능 평가를 위해 이전 연구에서 제작된 엔드-이펙터의 석션 컵과 오이 흡입 성능을 비교하였다. 결과적으로 설계한 바와 같이 오이 수확을 위한 흡입 과정에서 오이 표면 형상에 따라 석션 컵이 변형됨을 확인하였다. 또한 제한된 석션은 절단 과정에서의 외력에서도 흡착이 유지됨을 확인하였다. 따라서 제안된 석션 컵이 오이 수확 로봇의 엔드-이펙터에 석션 모듈로 적합함을 확인하였다.
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