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農業ロボティクスarXiv:2603.13987

視覚誘導によるパプリカ収穫用自律二腕抽出ロボット

Vision-guided Autonomous Dual-arm Extraction Robot for Bell Pepper Harvesting

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屋外環境でのパプリカ収穫を目的とした、視覚認識と二腕協調プランニングを統合した移動マニピュレーションシステムを提案し、60%超の収穫成功率と100秒未満のサイクルタイムを実証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 屋外環境でのbell pepper収穫を目的とした自律型dual-arm mobile manipulation system「VADER」を提案。 - 知覚パイプラインとdual-arm planning frameworkを統合し、gripping armとcutting armを協調させて収穫を行う。 - 収穫成功率60%以上、1果実あたりのcycle time 100秒未満を実現。 - GELLO teleoperation frameworkに基づくfail-safeも備える。 - 3,200枚以上の画像からなる階層的datasetも貢献。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 制御されたgreenhouse環境での自動化は先行研究で有望視されているが、非構造化屋外農場での収穫は環境変動やocclusionのため未解決課題。 - 本研究は屋外環境に特化したdual-arm mobile manipulation systemを開発し、実環境での有効性を示した点が新しい。 - また、coarse-to-fine学習を可能にする階層的datasetを提供し、知覚の堅牢性向上に貢献。

3. 技術・手法の肝は?

- 堅牢なperception pipelineとdual-arm planning frameworkを統合。 - gripping armとcutting armを協調させるplanningを実施。 - 知覚ではwide-field scene imagesとclose-up pepper imagesを組み合わせたcoarse-to-fine training strategyを採用。 - fruit detectionから高精度pose estimationまでを段階的に学習。 - teleoperation fail-safeとしてGELLO teleoperation frameworkを利用。

4. どうやって有効だと検証した?

- 様々な現実的な条件下でのトライアルを実施。 - 収穫成功率60%以上、cycle time 100秒未満を達成。 - 屋外環境での有効性を実証。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法として、greenhouse環境での自動収穫システム、GELLO teleoperation framework、dual-arm manipulation、coarse-to-fine perceptionなどが挙げられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Kshitij Madhav Bhat, Tom Gao, Abhishek Mathur, Rohit Satishkumar, Francisco Yandun, Dominik Bauer, Nancy Pollard

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Agricultural robotics has emerged as a critical solution to the labor shortages and rising costs associated with manual crop harvesting. Bell pepper harvesting, in particular, is a labor-intensive task, accounting for up to 50% of total production costs. While automated solutions have shown promise in controlled greenhouse environments, harvesting in unstructured outdoor farms remains an open challenge due to environmental variability and occlusion. This paper presents VADER (Vision-guided Autonomous Dual-arm Extraction Robot), a dual-arm mobile manipulation system designed specifically for the autonomous harvesting of bell peppers in outdoor environments. The system integrates a robust perception pipeline coupled with a dual-arm planning framework that coordinates a gripping arm and a cutting arm for extraction. We validate the system through trials in various realistic conditions, demonstrating a harvest success rate exceeding 60% with a cycle time of under 100 seconds per fruit, while also featuring a teleoperation fail-safe based on the GELLO teleoperation framework to ensure robustness. To support robust perception, we contribute a hierarchically structured dataset of over 3,200 images spanning indoor and outdoor domains, pairing wide-field scene images with close-up pepper images to enable a coarse-to-fine training strategy from fruit detection to high-precision pose estimation. The code and dataset will be made publicly available upon acceptance.

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