Details

This project is a design and development of an automatic robot arm mechanism for harvesting
strawberries grown in a plant factory, focusing on developing a robot gripper and strawberry fruit detection
system. The work was divided into 4 parts: 1) Developing a system for detecting strawberry fruits using the
YOLOv8 algorithm with Depth Camera, 2) Developing a system for estimating the degree of ripeness of
strawberry fruits by R,G,B color analysis with OpenCV, 3) Increasing the accuracy of tracking by generating
the strawberry tracking system capable to specify the coordinates of the fruit (x,y,z) and to specify the width
of the strawberry fruit (dmax), and 4) Developing a robot gripper designed to grab a strawberry fruit with an
extension distance (z) that corresponds to dmax of the fruit, determination of the gripping position at height
(y), and design of a scissor that works after the strawberry has been grabbed by the gripper. It was found
from the test of the strawberry fruit detection system that at camera distances of 30 and 50 centimeters,
the accuracy in fruit detection was 88 and 96.5 percent, respectively, and the accuracy in assessing ripeness
was 88 and 88.5 percent, respectively. In the tracking system, comparing the robot moving until the
strawberry is in the center of the frame and at the far-left edge of the frame, having the latter reduced the
operation time by approximately 1 minute. From the gripping and cutting tests, the gripper was able to
harvest strawberry fruit of any size. The dmax of the strawberry fruits tested was in the range of 20 to 32
millimeters and the cutting scissors were able to cut them.

Objective

การปลูกสตรอว์เบอร์รีในโรงงานผลิตพืช (Plant factory) สามารถให้ผลผลิตได้ตลอดทั้งปี เป็นรูปแบบการผลิตที่
ยั่งยืน และยังขจัดผลกระทบจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น สภาพอากาศ โรคพืช ศัตรูพืช เป็นต้น การใช้โรงงานผลิตพืชเพื่อปลูกสต
รอว์เบอร์รียังช่วยลดการใช้ทรัพยากรในการเพาะปลูก เช่น พื้นที่ น้ำ และปุ๋ย เมื่อเทียบกับการปลูกธรรมชาติ ทั้งนี้ แนวโน้มใน
อนาคตจะมีการนำหุ่นยนต์เก็บเกี่ยวผลสตรอว์เบอร์รีมาใช้ในโรงงานผลิตพืช ซึ่งจะช่วยลดเวลา ลดต้นทุนแรงงาน และลดการ
สูญเสียที่อาจจะเกิดขึ้นในกระบวนการเก็บเกี่ยวได้ การใช้หุ่นยนต์เก็บเกี่ยวยังเปิดโอกาสในการพัฒนานวัตกรรมใหม่ ๆ ในการ
ทำงานในสวนผลไม้และการทำเกษตรกรรมอื่น ๆ ด้วย
ในการใช้หุ่นยนต์เก็บเกี่ยวผลสตรอว์เบอร์รี จำเป็นจะต้องเริ่มต้นด้วยการพัฒนาระบบประกอบของหุ่นยนต์หลาย
ระบบ ส่วนการมองเห็นผล (vision) เพื่อการระบุตำแหน่งของผลแบบเรียลไทม์ โดยจากงานวิจัยก่อนหน้าที่นำเสนอระบบการ
คัดแยกความสุกของสตรอว์เบอร์รีด้วยซัพพอร์ตเวกเตอร์แมชชีน (SVM) แบ่งความสุกของสตรอว์เบอร์รีเป็นสามระดับ คือ สุก
มาก สุก และเริ่มสุก โดยพิจารณาจากค่าองศาสี ถ่ายภาพผลสตรอว์เบอร์รีด้วยกล้องกล้องเว็ปแคมที่ความละเอียดต่ำขนาด
640 X 480 พิกเซล และกล้องมีราคาไม่สูงมาก ซึ่งข้อดีคือ มีต้นทุนที่ไม่สูง จึงมีความเหมาะสมที่จะสามารถพัฒนาไปใช้ใน
การเกษตรได้เป็นอย่างดี แต่ข้อเสียคือ วิธีนี้ยังไม่สามารถใช้งานแบบเรียลไทม์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในหุ่นยนต์ที่ต้องมีการ
ตรวจจับแบบเรียลไทม์ (เทอดศักดิ์ เงินมูล และคณะ, 2561) หุ่นยนต์เก็บเกี่ยวยังต้องมีระบบการติดตามตำแหน่งของผลเมื่อ
หุ่นยนต์เคลื่อนที่เพื่อช่วยให้การตรวจจับแบบเรียลไทม์ทำได้ดีขึ้น ในการติดตามการจับคู่พื้นที่ การติดตามวัตถุจะดำเนินการ
โดยจับคู่กรอบของวัตถุที่ทำนายกับวัตถุจริงและอัปเดตตำแหน่งของวัตถุอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นการคำนวณจึงลดลงอย่างมาก
และความเร็วในการดำเนินการระบุกรอบวัตถุจะรวดเร็วขึ้น (Zhao et al., 2015) เมื่อหุ่นยนต์ประมวลภาพเรียบร้อยแล้ว
จะต้องมีส่วนการเก็บผล (harvesting) ซึ่งมีงานวิจัยก่อนหน้าแสดงการพัฒนาหัวคีบสำหรับการเก็บเกี่ยวสตรอว์เบอร์รีไว้หลาย
รูปแบบ เช่น แบบกรรไกรตัดขั้ว อุปกรณ์ตัดพร้อมอุปกรณ์ดูด อุปกรณ์จับยึดแบบใช้แรงดึงในการเก็บเกี่ยว ปัญหาที่พบใน
อุปกรณ์ตัดคือในการออกผลกันเป็นกลุ่มของสตรอว์เบอร์รีส่งผลให้ยากต่อระบบการมองเห็นและมีโอกาสอย่างมากในการตัด
ขั้วที่ไม่ได้ต้องการตัดและปัญหาที่พบในอุปกรณ์จับยึดแบบใช้แรงดึงในการเก็บเกี่ยวคือจะทำให้สตรอว์เบอร์รีเกิดความเสียหาย
ได้ง่ายมาก ดังนั้นการพัฒนากริปเปอร์ที่ช่วยแก้ปัญหาในการเก็บเกี่ยวข้างต้นจึงเป็นเรื่องที่ดี
จากความต้องการในการพัฒนาระบบประกอบของหุ่นยนต์เก็บเกี่ยวผลสตรอว์เบอร์รีที่ดียิ่งขึ้น ดังนั้น โครงงานนี้จึงมี
วัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาระบบระบุตำแหน่ง ระบบติดตามตำแหน่ง และหัวคีบสำหรับการเก็บเกี่ยวสตรอว์เบอร์รี ในการระบุ
ตำแหน่งของผล ระบบระบุตำแหน่งต้องสามารถจำแนกผลตามความสุก ระบุจำนวน และระบุพิกัดแกน x, y และ z ของผลได้
ส่วนการติดตามตำแหน่งของผล ระบบติดตามตำแหน่งต้องทำงานร่วมกับการตรวจจับผล โดยทำนายการเคลื่อนที่ของวัตถุตรวจสอบความถูกต้องและตั้งชื่อ (Object ID) ให้กับวัตถุ และกำหนดเงื่อนไขการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ใหม่ได้ และในส่วนของ
หัวคีบผลสตรอว์เบอร์รี หัวคีบที่พัฒนาขึ้นต้องมีแรงกระทำต่อผลสตรอว์เบอร์รีต่ำที่สุดเพื่อป้องกันไม่ให้ผลสตรอว์เบอร์รี
เสียหาย ในขณะที่ยังคงจับผลได้แน่นและตัดก้านผลเพื่อเก็บเกี่ยวได้สำเร็จ โครงงานนี้เป็นโครงงานสหกิจศึกษาที่ร่วมกับบริษัท
สมาร์ท เอไอ โซลูชั่น จำกัด ซึ่งจะต่อยอดผลงานประกอบเป็นหุ่นยนต์เก็บเกี่ยวผลสตรอว์เบอร์รีที่มีศักยภาพสูงต่อไป

Project Members

ธนวัฒน์ บุญตัน

TANAWAT BOONTAN

#นักศึกษา

Member

ธนภัทร ชัยมัง

THANAPHAT CHAIMUNG

#นักศึกษา

Member

พงศุภสร ประพันธ์พัฒน์

PONGSUPHASORN PRAPANPAT

#นักศึกษา

Member

จิราพร ศรีภิญโญวณิชย์ จงยิ่งเจริญ

Jiraporn Sripinyowanich Jongyingcharoen

#อาจารย์

Advisor

จรัสชัย เย็นพยับ

#อาจารย์

Co-advisor

Vote for this Innovation!