농업 로봇은 농업 목적으로 배치 된 로봇입니다. 오늘날 농업 분야에서 로봇의 주요 적용 분야는 수확 단계입니다. 농업에 로봇이나 드론을 사용하는 것은 잡초 방제, 구름 파종, 씨 뿌리기, 수확, 환경 모니터링 및 토양 분석을 포함합니다.

일반
과일 따기 로봇, 운전자없는 트랙터 / 스프레이 어 및 양털 깎기 로봇은 인간의 노동을 대신하도록 설계되었습니다. 대부분의 경우, 작업 시작 전에 많은 요인 (예 : 과일의 크기 및 색상)을 고려해야합니다. 로봇은 가지 치기, 제초, 분사 및 모니터링과 같은 다른 원예 작업에 사용될 수 있습니다. 로봇은 자동 착유, 세차, 거세와 같은 가축 어플리케이션 (가축 로보틱스)에도 사용할 수 있습니다. 이러한 로봇은 신선 농산물의 품질 향상, 생산 원가 절감, 육체 노동의 필요성 감소 등 농업 산업에 많은 이점을 제공합니다. 또한 잡초 또는 고사리 살포와 같은 수동 작업을 자동화하는 데 사용할 수 있습니다.이 작업에서는 트랙터 및 기타 유인 차량의 사용이 작업자에게 너무 위험합니다.

디자인
기계 설계는 엔드 이펙터, 매니퓰레이터 및 그리퍼로 구성됩니다. 매니퓰레이터의 설계에는 작업, 경제적 효율 및 필요한 동작을 비롯한 몇 가지 요소를 고려해야합니다. 엔드 이펙터는 과일의 시장 가치에 영향을 미치고 그리퍼의 디자인은 수확되는 작물을 기반으로합니다.

엔드 이펙터
농업 로봇의 엔드 이펙터는 로봇 팔의 끝에서 발견되는 장치로 다양한 농업 작업에 사용됩니다. 여러 종류의 엔드 이펙터가 개발되었습니다. 일본의 포도와 관련된 농업 작업에서 말단 작동기 (end effector)는 수확, 베리 닝 (berry-thinning), 분무 및 포장을 위해 사용됩니다. 각각은 작업의 성격과 대상 과일의 모양과 크기에 따라 설계되었습니다. 예를 들어, 수확을 위해 사용 된 엔드 이펙터는 포도의 움큼을 움켜 쥐고, 자르고, 밀도록 설계되었습니다.

베리 숱이는 포도에서 수행되는 또 다른 작업으로 포도의 시장 가치를 높이고 포도의 크기를 늘리며 낱장을 만드는 데 사용됩니다. 베리 시린지의 경우 엔드 이펙터는 상단, 중간 및 하단으로 구성됩니다. 윗부분에는 두 개의 판과 개폐 가능한 고무가 있습니다. 두 개의 판은 포도를 압축하여 rachis 가지를 잘라 포도 무리를 추출합니다. 중간 부분에는 바늘 판, 압축 스프링 및 표면에 구멍이 뚫려있는 판이 있습니다. 두 개의 판이 압축되면 바늘이 포도에 구멍을 뚫습니다. 다음으로, 하부에는 그 길이를 표준화하기 위해 묶음을자를 수있는 절단 장치가 있습니다.

스프레이 작업의 경우 엔드 이펙터는 매니퓰레이터에 부착 된 스프레이 노즐로 구성됩니다. 실제로, 생산자는 약액이 묶음 전체에 균등하게 분배되도록 보장하기를 원합니다. 따라서, 설계는 노즐을 타겟으로부터의 거리를 유지하면서 일정한 속도로 이동시킴으로써 화학 물질의 균일 한 분포를 허용한다.

포도 생산의 마지막 단계는 포장 공정입니다. 포대 엔드 이펙터는 백 피더와 두 개의 기계적 핑거로 설계되었습니다. 배깅 공정에서, 백 피더는 손가락을 위아래로 연속적으로 공급하는 슬릿으로 구성된다. 백이 손가락에 공급되는 동안 백의 상단에있는 두 개의 판 스프링이 백을 열어 둡니다. 가방은 포도를 다발에 담아 생산됩니다. 배깅 프로세스가 완료되면 손가락이 열리고 가방을 놓습니다. 이렇게하면 봉지를 닫아 봉지가 다시 열리지 않습니다.

집게
집게는 대상 작물을 수확하는 데 사용되는 파지 장치입니다. 클램프의 디자인은 단순성, 낮은 비용 및 효율성을 기반으로합니다. 따라서 설계는 대개 작업 수행시 동기화가 가능한 두 개의 기계적 핑거로 구성됩니다. 기술적 기능은 할당 된 작업에 따라 다릅니다. 예를 들어 수확을 위해 플랜트 부품을 절단하는 절차 인 경우, 그립 핑 장치에는 커팅 블레이드가 장착됩니다.

조작 팔
매니퓰레이터 암은 그리퍼와 이펙터가 자신의 환경을 탐색 할 수있게 해주는 기계 장치입니다. 그립의 위치와 높이를 유지하는 4 개의 막대가있는 평행 막대로 구성됩니다. 조작자는 1 개, 2 개 또는 3 개의 공압식 액추에이터를 사용할 수도 있습니다. 액추에이터 타이어는 압축 공기를 선형 또는 회전식으로 에너지로 변환시키는 운동을 일으키는 모터입니다. 공압 액추에이터는 동력비가 높기 때문에 농업용 로봇에 가장 효율적입니다. 매니퓰레이터 암의 경우 비용면에서 가장 효율적인 설계는 단일 액추에이터 구성이지만이 옵션은 유연성이 가장 낮습니다.

그리퍼
그리퍼는 대상 작물을 수확하는 데 사용되는 파지 장치입니다. 그리퍼 설계는 단순성, 저렴한 비용 및 효율성을 기반으로합니다. 따라서 디자인은 일반적으로 작업 수행시 동시에 움직일 수있는 두 개의 기계적 핑거로 구성됩니다. 디자인의 세부 사항은 수행중인 작업에 따라 다릅니다. 예를 들어, 수확을 위해 식물을 자르는 절차에서 그리퍼는 날카로운 잎을 갖추고있었습니다.

속이는 사람
조작자는 그리퍼와 엔드 이펙터가 자신의 환경을 탐색 할 수있게합니다. 매니퓰레이터는 그리퍼의 위치와 높이를 유지하는 4 개의 막대 평행 링크로 구성됩니다. 매니퓰레이터는 또한 1 개, 2 개 또는 3 개의 공압식 액추에이터를 사용할 수 있습니다. 공압식 액추에이터는 압축 공기를 에너지로 변환하여 선형 및 회전 운동을 생성하는 모터입니다. 공압식 액추에이터는 동력비가 높기 때문에 농업용 로봇에 가장 효과적인 액추에이터입니다. 매니퓰레이터의 가장 비용 효율적인 설계는 단일 액츄에이터 구성이지만, 이것은 가장 유연성이 적은 옵션입니다.

개발
농업에서의 로봇 공학의 첫 번째 개발은 농업에 대한 자동 차량 안내를 구체화하기위한 연구와 함께 1920 년대 초로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 이 연구는 1950 년대와 60 년대의 자치 농업 차량 사이의 발전을 가져왔다. 개념은 그러나 차량이 아직도 그들의 길을 안내하는 케이블 시스템을 필요로하는 것에 완전하지 않았다. 다른 부문의 기술이 발전하기 시작하면서 농업 분야의 로봇이 계속 개발되었습니다. 기계 시각지도가 가능해진 것은 컴퓨터 개발에 뒤이어 1980 년대가되었습니다.

오랜 세월 동안의 다른 발전으로는 프랑스와 미국에서 로봇을 사용하여 오렌지를 수확하는 것이 포함되었습니다.

로봇은 수십 년 동안 실내 산업 환경에 통합되어 왔지만, 농업을위한 실외용 로봇은 더 복잡하고 개발이 어려웠습니다. 이것은 안전에 대한 우려뿐만 아니라 다른 환경 요인과 예측 불가능한 작물 선택의 복잡성 때문이기도합니다.

시장 수요
농업 부문에 필요한 노동량에 대한 우려가 있습니다. 인구 고령화로 일본은 농업 노동 시장의 요구를 충족시킬 수 없다. 마찬가지로, 미국은 현재 많은 수의 이민자 근로자들에 의존하지만, 계절적 농민들의 감소와 정부의 이민을 막기위한 노력의 증가와 함께, 그들은 또한 수요를 충족시킬 수 없다. 기업들은 계절이 끝날 무렵에 곡물을 모두 가져올 수 없기 때문에 농작물을 부패하게 만듭니다. 또한 다음 해에 먹이를 먹어야 할 인구 증가에 대한 우려가 있습니다. 이 때문에 농기구를 지속적으로 사용할 수 있도록 비용 효율이 높고 실용적으로 만들기 위해 농기계를 개선하고자하는 큰 바람이 있습니다.

현재의 응용 및 추세
현재 연구의 대부분은 자율 농업 차량을 향해 계속해서 작업하고 있습니다. 이 연구는 운전자 보조 시스템 및자가 운전 차량의 발전을 기반으로합니다.

로봇은 이미 많은 농작물 분야에 통합되어 있지만, 다양한 작물의 수확에는 아직 많이 빠져 있습니다. 기업이 농장에서 더 구체적인 작업을 완료하는 로봇을 개발하기 시작하면서이 점이 변화하기 시작했습니다. 작물을 수확하는 로봇에 대한 가장 큰 우려는 쉽게 손상되거나 완전히 빠질 수있는 딸기와 같은 부드러운 작물을 수확하는 데 있습니다. 이러한 우려에도 불구하고이 분야의 발전이 이루어지고 있습니다. Harvest Croo Robotics의 공동 창립자 인 Gary Wishnatzki에 따르면, 현재 플로리다에서 실험중인 딸기 피커 중 한 명은 “3 일 만에 25 에이커의 땅을 골라 약 30 명의 농장 노동자의 승무원을 대신 할 수 있습니다”라고합니다. 사과, 포도 및 기타 작물 수확에서도 비슷한 진전이있었습니다.

농업 회사가 설정하는 또 다른 목표는 데이터 수집을 포함합니다. 증가하는 인구와 그들에게 먹을 수있는 노동력의 감소에 대한 우려가 커지고 있습니다. 데이터 수집은 농장의 생산성을 높이는 방법으로 개발되고 있습니다. AgriData는 현재이 작업을 수행하고 과일 나무를 스캔하여 작물 수확에 가장 적합한시기를 더 잘 결정할 수있는 새로운 기술을 개발 중입니다.

응용 프로그램
로봇은 농업 분야에서 많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 로봇의 몇 가지 예와 프로토 타입에는 Merlin Robot Milker, Rosphere, Harvest Automation, Orange Harvester, lettuce bot 및 weeder가 있습니다. 농사에 로봇을 대규모로 사용하는 사례는 우유 봇입니다. 영국의 낙농업은 효율성과 비 요구 때문에 이동이 용이합니다. David Gardner (영국 왕립회 (Royal Agricultural Society of England) 최고 경영자)에 따르면 로봇은 반복적 인 작업과 로봇이 한 곳에 앉는 것이 허용되면 복잡한 작업을 완료 할 수 있다고합니다. 또한, 반복적 인 작업 (예 : 착유)을하는 로봇은 일관되고 특정한 표준에 대한 역할을 수행합니다.

농업용 로봇의 대규모 사용 사례는 착유 로봇의 경우입니다. 영국 유제품 농장은 그 효과와 여행 요구 사항 부재로 인해 매우 일반적입니다. David Gardner (영국 왕립회 (Royal Agricultural Society of England) 전무 이사)에 따르면 로봇은 반복적이고 로봇이 움직이지 않으면 복잡한 작업을 수행 할 수 있다고합니다. 또한 반복적 인 작업 (예 : 착유)을하는 로봇은 훌륭한 규칙 성 및 작업 별 적응으로 자신의 역할을 수행합니다.

또 다른 응용 분야는 원예입니다. 원예 응용 프로그램은 Harvest Automation Inc.에서 개발 한 RV 100입니다.이 로봇은 화분을 심은 식물을 온실 또는 야외 원예 작업으로 운송하도록 설계되었습니다. 화분에 심은 식물의 취급과 조직에서의 RV 100의 기능에는 간격, 수집 및 통합 기능도 포함됩니다. 이 작업을 위해 RV 100을 사용할 때의 장점은 화분 배치 정밀도, 외부 및 내부 작동의 자율성 및 생산 비용 절감입니다.

응용 분야의 또 다른 분야는 원예학입니다. RV 100은 온실 또는 야외 환경에서 화분에 심은 식물을 운송하도록 설계되었습니다. 화분에 심은 식물을 다루고 조직 할 때 RV100의 기능에는 간격 기능, 수집 및 통합이 포함됩니다. 이 작업에 RV100을 사용하면 얻을 수있는 이점으로는 높은 배치 정확도, 자율적 인 실외 및 실내 기능 및 생산 비용 절감이 있습니다.

예제들
Vinobot과 Vinoculer
LSU의 AgBot
Harvest Automation은 전직 iRobot 직원이 온실 용 로봇을 개발하기 위해 설립 한 회사입니다.
로봇 수확 및 Agrobot에서 딸기 따기 로봇.
Casmobot 차세대 슬로프 모어
Fieldrobot 이벤트는 모바일 농업 로봇 분야의 경쟁입니다
HortiBot – 식물 간호 로봇,
양상추 Bot – 양상추의 유기농 잡초 제거 및 얇게 썰기
일본 농업 연구 센터에서 개발 한 쌀 심기 로봇
개발중인 극한 지형을위한 IBEX 자율 분사 시스템
FarmBot, 오픈 소스 CNC 농업
아르헨티나의 ag-tech 신생 기업이 개발중인 VAE는 정밀 살포부터 가축 취급에 이르기까지 다양한 농업 응용 분야에서 보편적 인 플랫폼이되는 것을 목표로하고 있습니다.
ACFR RIPPA : 현장 스프레이 용
ACFR SwagBot; 가축 모니터링 용
ACFR Digital Farmhand : 스프레이, 제초 및 파종 용