รายละเอียด

โครงงานนี้เป็นการออกแบบพัฒนากลไกแขนหุ่นยนต์อัตโนมัติสำหรับเก็บผลสตรอว์เบอร์รีที่ปลูกในโรง งานพืช
มุ่งเน้นพัฒนากลไกหัวคีบและระบบตรวจจับผลสตรอว์เบอร์รี โดยแบ่งงานเป็น 4 ส่วน ได้แก่ 1) การพัฒนาระบบระบุตำแหน่ง
ผลสตรอว์เบอร์โดยใช้อัลกอริทีม YOLOv8 ร่วมกับ Depth Camera 2) การพัฒนาระบบประเมินระดับความสุกแก่ของผลสต
รอว์เบอร์รีด้วยการวิเคราะห์สี R,G,B ด้วย OpenCV 3) การเพิ่มความแม่นยำของการระบุตำแหน่งโดยทำงานร่วมกับระบบ
ติดตามผลสตรอว์เบอร์รีทำให้สามารถระบุพิกัดของผล (x,y,z) และสามารถระบุความกว้างของผลสตรอว์เบอร์รี (dmax) และ 4)
การพัฒนากลไกหัวคีบที่ถูกออกแบบให้มีการคีบที่แบบขนาน (parallel gripper) เคลื่อนที่คีบผลสตรอว์เบอร์รีด้วยระยะยืด
(z) กำหนดตำแหน่งการคีบที่ระดับความสูง (y) และการออกแบบกรรไกรตัดขั้วผลที่ทำงานหลังจากหัวคีบจับผลสตรอว์เบอร์รี
แล้ว จากการทดสอบระบบตรวจจับผลสตรอว์เบอร์รี พบว่าที่ระยะห่างกล้อง 30 และ 50 เซนติเมตร ความถูกต้องในการ
ตรวจจับผล คือ 88 และ 96.5 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ และความถูกต้องในการประเมินความสุก คือ 88 และ 88.5 เปอร์เซ็นต์
ตามลำดับ ในระบบติดตามผล เปรียบเทียบระหว่างหุ่นยนต์เคลื่อนที่จนกระทั่งผลสตรอว์เบอร์รีอยู่กึ่งกลางเฟรมภาพกับอยู่ชิด
ขอบซ้ายสุดของเฟรมภาพ การให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่จนชิดขอบซ้ายสุดของเฟรมภาพทำให้เวลาปฏิบัติงานลดลงได้ประมาณ 1
นาที จากการทดสอบการคีบและการตัดขั้วพบว่ากลไกหัวคีบสามารถเก็บเกี่ยวผลสตรอว์เบอร์รีได้ทุกขนาด โดย d๓ax ของผล
สตรอว์เบอร์รี่ที่ทดลองอยู่ในช่วง 20 ถึง 32 มิลลิเมตร และกรรไกรตัดขั้วสามารถตัดได้

วัตถุประสงค์

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

ผู้จัดทำ

ธนวัฒน์ บุญตัน

TANAWAT BOONTAN

#นักศึกษา

สมาชิก

ธนภัทร ชัยมัง

THANAPHAT CHAIMUNG

#นักศึกษา

สมาชิก

พงศุภสร ประพันธ์พัฒน์

PONGSUPHASORN PRAPANPAT

#นักศึกษา

สมาชิก

จิราพร ศรีภิญโญวณิชย์ จงยิ่งเจริญ

Jiraporn Sripinyowanich Jongyingcharoen

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษา

จรัสชัย เย็นพยับ

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษาร่วม

โหวตนวัตกรรมนี้