코끼리코 모사 소프트 그리퍼와 이동 플랫폼을 이용한비전 기반 식품 분류 및 ROS 제어 시스템 개발 = Development of a Vision-Based Food Classification and ROS Control System Using an Elephant-Trunk-Inspired Soft Gripper and a Mobile Platform

국문 초록 (Abstract)

요 약 본 논문에서는 연성 식품을 자동으로 취급하기 위해, 생체 모사 3축 현수형 소프트 그리퍼 어레이, 베이스 장착 RGB-D 비전 모듈, 6자유도 로봇 팔, 자기 라인 트래킹 이동 플랫폼을 통합한 이동 매니퓰레이션 시스템을 제안한다. 제안 그리퍼는 Dragon Skin 30 실리콘과 PET 제한층을 사용하여 제작되며, 굽힘 곡률과 내구성, 탈형 신뢰성을 향상시키기 위해 일체형 공압 채널을 포함한 몰드 구조를 단계적으로 재설계하였다. 굽힘 실험 결과, 제안 그리퍼는 최대 약 0.025 mm⁻¹의 곡률을 달성하여 동일 압력에서 상용 소프트 그리퍼 대비 약 3배 높은 굽힘 성능을 보이면서도 50 kPa까지 파손 없이 견디는 것으로 확인되었다. YOLOv11 기반 검출기와 ArUco 마커를 이용해 귤과 고기 시편의 3차원 자세를 추정하고, ROS 기반 모션 플래닝 파이프라인을 통해 그립 자세를 생성·실행하였다. 통합 pick–transmission–place 실험에서 비전 인식 성공률은 각각 88%, 82%, 정지 파지 성공률은 98%, 96%, 이송 파지 성공률은 89.7%, 83.3%, 비파손율은 88%, 82%로 나타났다. 이러한 결과는 제안 시스템이 손상을 최소화하면서 유연한 식품 이송 및 공정 물류에 적용 가능함을 보여준다..

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Abstract This paper proposes a mobile manipulation system that combines a bio-inspired three-axis hanging soft gripper array, a base-mounted RGB-D vision module, a 6-DOF robot arm, and a line-tracking mobile platform for automated handling of fragile foods. The actuator is fabricated from Dragon Skin 30 with a PET strain-limiting layer, and its molds are stepwise redesigned, including an integrated pneumatic channel, to improve bending curvature, durability, and demolding reliability. Bending tests show that the proposed gripper achieves a maximum curvature of about 0.025 mm⁻¹, approximately three times that of a commercial soft gripper at the same pressure, while withstanding up to 50 kPa without tearing. A YOLOv11-based detector and ArUco markers estimate the 3D pose of mandarin and meat samples and generate grasp poses that are executed through a ROS-based motion-planning pipeline on the mobile platform. Integrated pick–transmission–place experiments yield vision success rates of 88% and 82%, static grasp success rates of 98% and 96%, transport grasp success rates of 89.7% and 83.3%, and undamaged rates of 88% and 82% for mandarin and meat, respectively. These results demonstrate the feasibility of the proposed mobile soft-gripper system for gentle, damage-aware food handling and flexible in-factory logistics.