첨단 기계기술과 인공지능 기술, 자율주행기술 활용해 수확·이송 전자동화 로봇 개발

스마트팜과 같은 시설원예에서 사람의 도움 없이 스스로 작물을 수확하고 운반하는 로봇 시스템이 개발됐다.

한국기계연구원(원장 박상진) AI로봇 연구본부 로봇메카트로닉스연구실 최태용 책임연구원 연구팀은 인력 부족이 심각한 농업 현장에서 사람을 도와 작물을 자동으로 수확하고, 수확한 작물을 자율주행을 통해 하역장으로 나를 수 있는 원예작물 수확을 위한 다수 로봇 시스템을 개발했다.

수확 로봇과 이송 로봇으로 구성된 원예작물 수확용 다수 로봇 시스템은 최근 인력난이 극심해져 농사를 짓고도 수확을 못해 갈아엎는 농업 현장의 어려움을 해결하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 원예시설 전체 공정의 수확과 이송 과정을 전자동화하여 수확뿐만 아니라 농업 현장의 다양한 노동 집약 작업을 무인화 할 수 있는 가능성을 보여주었다.

농업 환경은 로봇을 적용하기에 복잡하고 변화가 심해 요구 기술의 수준이 매우 높다. 시설원예 환경의 수확을 위한 로봇 연구가 초기 연구수준에 머물러 있었던 것도 이 때문이다. 기존 원예작물 수확을 위한 로봇 기술은 단일 작물 수확 기능 구현에 국한돼 있었다. 네덜란드의 스위퍼(SWEEPER) 로봇은 파프리카만을 수확하기 위해서 개발되었고, 국내에서는 딸기, 오이, 참외 등의 수확 전용 로봇이 개발되고 있다.

반면, 이번에 기계연구원이 개발한 원예작물 수확을 위한 다수 로봇 시스템은 단순히 수확에는 그치는 것이 아니라 다수의 로봇 기반 수확-운반 연계 기술을 구축하여 원예시설 전체에 대한 작물 수확 작업의 자동화가 가능하도록 했다. 실제 작물을 수확하는 작물 수확 로봇과 수확한 작물을 후방으로 운반하는 이송 로봇으로 구성되어 있으며, 대수의 제한은 없어 복수의 수확 로봇이 작물 수확을 동시에 하고, 복수의 이송 로봇이 후방으로 나르는 것이 가능하다.

특히 수확 로봇은 기계연구원의 첨단 기계기술과 인공지능 기술을 적용하여 시설원예 환경에서 작물의 정보를 높은 속도와 정밀도로 인식하고, 로봇팔과 직접 개발한 고파워 로봇손을 이용하여 질긴 작물도 무리 없이 수확하도록 했다. 또한 이송 로봇은 시설원예 환경에서 정밀 자율주행이 가능하다.

수확 로봇은 작물의 위치와 자세를 인식하는 AI 기술을 적용하여 정확하게 작물의 위치를 인식하고, 인식한 작물은 특수 제작한 수확용 로봇손을 이용하여 수확한다. 수확한 작물은 수확 로봇에 임시 저장하였다가, 박스가 어느 정도 차면 이송 로봇을 불러 작물을 전달한다. 연구팀은 작물인식률 90% 이상, 24시간 동작을 가정하여 사람 대비 80% 효율로 작물 수확이 가능하도록 개발하는 데에 성공했다.

기계연구원 최태용 책임연구원은 “이번에 개발한 원예작물 수확을 위한 다수 로봇 시스템은 소멸해가고 있는 농촌의 일손 부족 문제를 해결하기 위한 연구의 시작”이라며, “향후 성능 강화와 기능 보강을 통하여 실내 시설원예 뿐만 아니라 과수원과 같은 실외 환경의 다양한 수작업에도 적용하기 위한 연구를 지속하겠다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 농림축산식품부 농림식품기술기획평가원에서 관리하는 ‘첨단농기계산업화 기술개발사업’으로 진행됐으며, ㈜하다, 국립농업과학원, 충북대학교, 충남대학교에서 참여했다.