사례 연구

산업: 농업
제품: Helios2+ 3D 카메라
응용 분야: 젖소 자동 세정
SDK: Cognex Designer & Deep Learning Studio, Arena SDK

3D 비전과 로보틱스로 구현한 낙농 위생 자동화

낙농 현장은 젖소 착유 전의 유방 및 젖꼭지 세정 등 노동 집약적인 공정을 자동화하는 데 지속적인 과제를 안고 있습니다. 위생 관리의 일관성은 법적 요구사항일 뿐 아니라, 가축의 건강과 우유 품질에 직접적인 영향을 줍니다. 수작업 세정은 일관성이 떨어지고, 기존의 기계식 세정 장비도 농장별 환경에 따라 안정적인 결과를 유지하기 어려웠습니다.

이 문제를 해결하기 위해, 영국의 머신비전 시스템 통합업체 Fisher Smith는 젖소를 자동으로 세정하는 로봇 시스템을 개발했습니다. 회전식 착유 캐러셀 위에서 시스템이 유방 위치를 감지하고 세정을 수행한 후, 착유 장치를 자동으로 장착합니다.

과제

상업용 농장에서 젖소를 안전하고 효율적으로 세정하기 위해서는 여러 기술적 도전 과제를 극복해야 했습니다. 헛간은 먼지, 습기, 유기물 등 가혹한 환경 조건을 가지고 있어, 견고한 카메라 하우징과 자동 렌즈 세정 기능이 필요했습니다.

정확도 또한 핵심 과제였습니다. 로봇 세정 암이 생체와 직접 상호 작용하기 때문에, 높은 정밀도의 위치 제어가 요구되었습니다. 이를 위해 로봇과 카메라 간의 정밀한 보정 및 기준 정렬이 수행되어, 반복성과 안전성이 확보되었습니다.

영상 처리 또한 까다로웠습니다. 캐러셀과 로봇의 움직임에 대응하기 위해 X, Y, Z 및 강도 데이터를 포함한 복잡한 3D 데이터를 실시간으로 처리해야 했습니다. 젖꼭지를 꼬리나 배경 등 다른 요소와 구별하기 위해 맞춤형 딥러닝 파이프라인이 구축되었습니다. 이러한 과정은 기존의 수동 혹은 기계식 세정 시스템의 한계를 명확히 보여주었습니다.

utomatically cleaning each cow before milking

Fisher Smith는 회전식 캐러셀에서 자동 세정과 착유 장착을 수행하는 로봇 시스템을 개발했습니다.

솔루션

LUCID의 Helios2+ Time-of-Flight(ToF) 카메라는 영국 공식 유통 파트너인 ClearView Imaging을 통해 공급되었으며, 이 프로젝트의 핵심 구성 요소로 사용되었습니다. IP67 방진방수 하우징과 HDR 및 고속 동작 모드가 결합되어 낙농 환경에 최적화되었습니다. Helios2+는 젖소 하단의 정확한 3D 깊이 이미지를 생성하여, Fisher Smith가 신뢰성 높은 딥러닝 기반 검사 파이프라인을 구축할 수 있도록 지원했습니다. Cognex Designer 및 Deep Learning Studio 내에서 XYZ 맵 데이터를 활용하여 젖꼭지 위치를 고정밀도로 식별합니다.

Fisher Smith는 Cognex 플랫폼과의 원활한 통신을 위해 자체 DLL을 개발했습니다. LUCID의 ArenaView 소프트웨어를 사용하여 카메라 프로파일을 구성하고 깊이 정확도를 최적화했습니다. Helios2+는 GigE Vision을 통해 PC와 연결되어 빠르고 안정적인 데이터 전송을 제공합니다. 처리된 영상 데이터는 6축 로봇의 움직임을 제어하여, 각 젖꼭지를 정확하게 세정하도록 합니다.

이 시스템은 로봇 제어를 위한 고정밀 실시간 3D 데이터를 제공하며, 위생 기준을 충족하고 수작업을 크게 줄였습니다. 또한 딥러닝 모델은 다른 농장 환경에도 쉽게 적용할 수 있어, 최소한의 재학습으로 확장이 가능합니다. Helios2+의 도입으로 불규칙하던 세정 공정이 정밀하고 자동화된 프로세스로 전환되었습니다.

System safely cleans cows in a commercial farm environment

자동 세정 시스템은 인력을 크게 절감합니다.

이 시스템의 강점은 속도나 정밀도뿐 아니라 결과의 일관성에 있습니다. 인공지능은 사람과 달리 근무 시간이나 환경에 관계없이 동일한 기준으로 검사합니다. 새로운 데이터를 통해 즉시 학습하고, 복잡한 재프로그래밍 없이도 성능을 개선할 수 있습니다. PLC와의 통합도 용이하며, MES나 ERP 시스템과의 연동도 가능합니다.

비용 효율적인 표준 하드웨어와 모듈형 소프트웨어를 채택하여 유지보수가 쉽고 확장성이 높습니다. 운영자의 별도 개입 없이도 작동하며, 다른 생산 라인이나 시설에도 손쉽게 적용할 수 있습니다.

결론

로보틱스, AI, 그리고 3D 비전을 결합함으로써 낙농 장비 공급업체는 오랫동안 해결되지 않았던 젖소 세정 자동화 문제를 해결했습니다. Helios2+는 세정 공정에 필요한 정밀도, 내구성, 반복성을 제공하여 효율적이고 안정적인 작업을 구현했습니다.

이 솔루션은 위생 기준 준수를 넘어 인건비 절감, 처리 속도 향상, 가축 복지 개선에도 기여합니다. 다양한 농장 환경에 유연하게 적용할 수 있어, 현대 낙농 자동화를 위한 확장 가능한 접근 방식을 제공합니다. LUCID의 산업용 3D 비전 기술과 Fisher Smith의 전문성이 결합되어 농업 분야의 정밀 로보틱스와 AI 적용을 한 단계 끌어올렸습니다.