66巻2号

研究論文

画像フィードバック制御による水田除草用自律走行車両

高原茂幸・十川和士・山浦浩二

キーワード:自律走行車両,画像フィードバック制御,色成分抽出,Hough変換,水田除草,稲列倣い,枕地旋回

 

本研究は,水田除草を目的とした農業用車両を用い,周辺環境に適応して自律走行を行うための制御技術の開発を目的とする。そのために,画像情報によるフィードバック制御を行い,水田での稲列の倣い走行及び枕地での旋回走行を実現した。稲列の抽出と枕地の認識は,CCDカメラで取られたカラー画像の各RGB成分から色成分抽出法により抽出を行い,天候,水田内の浮遊物,稲の生育状況など作業環境の変化による影響を軽減した。さらに抽出された画像に対してHough変換を行うことで稲列を目標物として認識させ,それへの倣い走行が可能となった。また,ジャイロセンサとエンコーダにより,枕地での旋回走行も可能となった。

 

統計処理による動物性原料堆肥の品質評価方法の提案(第2報)

小峰法子・椎葉 究・神前 健・松本 聡

キーワード:堆肥化,畜ふん,汚泥,品質評価,主成分分析法,腐熟度

 

畜ふんおよび汚泥を原料とした動物性原料の堆肥の品質評価因子として,水溶性窒素成分および水溶性全糖に着目した。また,コマツナの生育度および発芽率,ECも入れた因子間の(重複した)相関性の処理もおこなった上で,主成分分析方法による統計処理を行った。第1主成分は主として堆肥化中微生物に利用されやすい窒素成分量を現わしているのに対し,第2主成分では同様の水溶性全糖量に関係があると考えられた。更に2主成分の各主成分得点と各寄与率の積から堆肥の品質を点数化し,CQI値とした。CQI値は,前報の豚ぷん堆肥の場合の品質評価方法と相関性が高く,堆肥品質指標として妥当性が高かった。牛ふん堆肥は,全体的に平均的な豚ぷん堆肥と比較して評点がやや高い傾向となり,一方鶏ふん堆肥は,評点が低い傾向となった。

 

コンバイン刈刃駆動部の力学モデルとその検証

井上英二・丸谷一郎・光岡宗司・平井康丸・松井正実・森  健・高瀬敬史・福島崇志

キーワード:コンバイン,刈取部,衝突振動,力学モデル,バランスウェイト,カオス時系列解析

 

コンバイン刈取部の主な振動源である刈刃駆動系にはクランク機構を採用しているものが主流である。刈取部の振動低減には構造が簡易で安価なバランスウェイトが用いられる場合が多いが,その最適な設計パラメータの算定法の確立までには至っていないのが現状である。本研究では刈取部動力伝達機構を力学モデルとして新たに提案し,実機試験を通じてモデルとの相違を検証することにより刈取部振動低減に関する設計指針を提案することを目的としている。検証実験の結果,提案したモデルとは異なる衝突振動(非線形振動)が生じている事が示唆されたことから,往復動刃による不平衡力のカオス時系列解析を行った。

 

花卉・野菜苗精密管理ロボットの開発(第1報)
――画像処理によるストック苗の鑑別――

崔 源煥・土肥 誠・石束宣明

キーワード:農業用ロボット,苗生産,鑑別,画像処理,ストック

 

花卉・野菜苗生産では発芽不良の種子や発芽後の環境及び病虫害によって欠株や生育不良苗が発生する。本研究は画像処理により苗の特徴量を求め,不良苗を識別してそれらを除去し,良質苗を鉢上げまたは移植するロボットの開発を目的とした。特に,本報では熟練を要し,最も鑑別が困難とされているストックを対象とし,八重咲き苗鑑別方法の開発に取り組んだ。これは,ストックで鑑別が可能となれば,ほとんどの野菜・花卉苗にロボットが適用できると考えたためである。このため,画像処理により育苗中のストックの八重咲き苗と一重咲き苗の特徴を捉えて選別するアルゴリズムを作成した。その結果,ストック子葉の葉面積,形状及び色によって,八重咲き苗の約89%の鑑別ができた。

 

花卉・野菜苗精密管理ロボットの開発(第2報)
――ウレタンキューブ育苗方式を用いた幼苗の鉢上げ・移植ロボット――

崔 源煥・土肥 誠・石束宣明

キーワード:農業用ロボット,苗生産,鑑別,ストック,鉢上げ

 

根鉢が未形成なセル成型苗を鉢上げ・移植するロボットを試作するため,苗の物理的特性と形態について調査した。その結果,既存の床土による育苗では移植は困難と判断された。このためにウレタンキューブを育苗資材とする方式を検討し,第1報で報告した画像処理システムと鑑別アルゴリズムで鑑別した苗をセルトレイから鉢上げ・移植するロボットを試作した。ロボットは3軸直角座標マニピュレータを持ち,その先端に取り付けたエンドエフェクタはウレタンキューブを取り出すピンセット形把持部と開孔・覆土部で構成した。移植実験の結果,91%の移植成功率が得られた。

 

リモートセンシングによるイネの窒素保有量の推定

柳 讚錫・村主勝彦・梅田幹雄・稲村達也

キーワード:精密農業,広域リモートセンシング技術,植生指数,葉面積指数,窒素保有量

 

イネを対象に精密農業を行うために必要な,広域リモートセンシング技術の応用による窒素保有量の推定の可能性について考察した。基肥3水準,穂肥3水準を組合わせた副圃場の幼穂分化期と出穂期にリモートセンシングにより得た画像を,サンプリング地点の平均値から得た植生指数(Vegetation index)と,試験区の全面積の平均値から得た植生指数の2つの方法で解析し,化学分析による窒素保有量と比較した。ただし,植生指数は4つの方法で算出した。窒素濃度を示す植生指数と株の体積を示すLAI(葉面積指数)及び乾物重の積,及びLAIと乾物重の代りに,4つの植生指数相互の積と,窒素保有量との相関を求めた。同様の方法を,主圃場の幼穂分化期の窒素保有量の推定に適用した。さらに,植生指数とLAI及び乾物重の積,植生指数相互の積を,窒素保有量の推定値であるSPAD値,生育指数,LAIと,化学分析による窒素保有量と比較し,それらによる窒素保有量の推定の可能性についても考察した。副圃場の幼穂分化期と出穂期では,4つの植生指数相互の積から窒素保有量を推定することが可能であった。しかし,穂肥計画のため窒素保有量の推定が必要である主圃場の幼穂分化期では,区画間の変動が少ないこと及びサンプリング時期のずれのため,副圃場と比べて推定精度は低くなった。

 

レーザスキャナを用いたロボットトラクタのための障害物認識システム
――トラクタを対象とした移動体の運動・形状認識――

木瀬道夫・野口 伸・石井一暢・寺尾日出男

キーワード:ロボットトラクタ,安全性,レーザスキャナ,障害物認識,テンプレートマッチング,拡張カルマンフィルタ

 

ロボットトラクタの運用において,作業の安全性を保障する機能は,実用化の際に不可欠となる。このような安全装置のうち,最も必要とされるのはロボットトラクタの作業領域内に進入した障害物の認識,認識に基づく回避行動を行う能力であろう。本研究ではレーザスキャナを用い,ほ場で作業するロボットトラクタの前方領域に進入した障害物(トラクタ)に対する障害物認識を行った。障害物を表わすテンプレートを自ら構築するアルゴリズムを考案した。拡張カルマンフィルタを用い,障害物の精度向上と方位推定を試みた。実機実験の結果,障害物と想定したトラクタの位置,速度,方位がそれぞれ2.7cm, 0.13m/s, 1.4°の精度で得られ,開発したシステムの有用性が証明された。

 

果菜類用簡易接ぎ木器具の開発に関する研究(第2報)
――割り接ぎ用穂木切断器具の試作――

森川信也・西浦芳史・藤浦建史・高浦裕司

キーワード:接ぎ木,割り接ぎ,ナス,穂木,くさび形,胚軸,切断器具

 

本報では,割り接ぎの省力化を目的に,穂木の胚軸をくさび形に成形する穂木切断器具を開発した。材料試験機等を用いて,開発した器具の切断特性を調べた結果,切断後の苗のくさび角は,操作速度には影響を受けないが,切断刃固定角,切断高さ及び胚軸硬さと比例関係にあった。また,ガイド板により切断高さを調整することで,苗の切断部形状を任意に設定できることが明らかとなった。開発した器具は,手作業と同等以上の切断精度を有し,さらに1本当たりの作業時間は7秒程度と,手作業の4割程度に短縮できる実用的な器具であることが明らかとなった。

 

移動型選果ロボット(第1報)
――ピーマン選果用ロボットシステムの開発――

喬  軍・笹尾 彰・澁澤 栄・近藤 直・森本英嗣

キーワード:精密農業,選果,ロボット,ピーマン,情報付き農産物

 

精密農業の実用化を目標とし,ほ場での情報付き農産物生産のため,新しい試みである移動型選果ロボットの開発を行った。試作機は作業者と共にほ場内を移動することによって,作業者が収穫した果実を直ちに選別し,寸法,色,形状,キズおよび病気だけでなく,果実の収穫位置および収穫時刻等の情報を付加することを目指したものである。本報では,マニピュレータ,エンドエフェクタ,マシンビジョン,および移動機構から成る移動型選果ロボットの試作を行うと同時に,5つの画像からピーマンの果実質量を予測することを試みた。8品種合計121個を4つのグループに分類して質量を推定した結果,果実の投影面積からほぼ予測可能であることがわかった。

 

技術論文

可変施肥機のための肥料繰出装置
――繰出装置の所要動力と軸トルク――

モアテス キラエリ・飯田訓久・梅田幹雄

キーワード:可変量施用,粒状施肥機,ゴム製ローラフィーダ,エッジ・セル・ローラフィーダ,化学肥料

 

本研究の目的は,可変施肥機に搭載する肥料繰出装置を開発するために,繰出装置の所要動力と軸トルクを低減することである。このため,2種類のローラフィーダを試作し,実験を行った。一つは柔軟なゴム製ローラフィーダであり,もう一つは硬質なプラスチック製のエッジ・セル・ローラフィーダである。化学肥料2種類を供試して,肥料を繰り出す際のローラフィーダの回転速度に対する軸トルクと繰り出した肥料質量を計測した。この結果,両方のローラフィーダはモータ回転速度に応じて,正確に肥料の繰出量を制御できた。また,モータの所要動力を算出した結果,エッジ・セル・ローラフィーダの方が小さな動力で肥料を繰り出せることができ,繰出装置ごとにモータを持つ可変施肥機には,所要動力の小さいエッジ・セル・ローラフィーダの方が有利と考えられた。

 

深耕ロータリ耕うんづめのすくい面長さによる耕うん性能

片岡 崇・岡本博史・寺脇正樹・端 俊一

キーワード:アップカット,ロータリ,耕うん,耕うんづめ,軸トルク

 

深耕ロータリ耕うんの切削抵抗において有利とされているすくい面の長さが短い耕うんづめ(短すくいづめ)の耕うん性能を,深耕ロータリ耕うん装置に標準装備されているすくいづめ(標準すくいづめ)と比較して,圃場実験から検証した。過負荷によるトラクタ機関回転数の低下に起因する耕うん速度の限界は,標準すくいづめが0.25m/s程度であったが,短すくいづめでは0.4m/sまで上げることができた。耕うん軸トルクは,短すくいづめの方が標準すくいづめより約10%小さく,その変動も小さかった。切削土の後方投てき性は,両耕うんづめの間に有意な差がなかった。すくい面の長さを短くすることで,少ない所要動力で十分耕うん作業が行えることが示された。

 

自脱コンバイン用収量計測システムに関する研究(第3報)
――情報収集,解析,マップ作成の体系化――

帖佐 直・柴田洋一・大嶺政朗・鳥山和伸・荒木 幹

キーワード:自脱コンバイン,GPS,収量マップ,精密農業

 

自脱コンバイ用収量計測システムを開発し,その有用性を示した。開発システムは,収穫作業中に,光学式センサと重量式センサを併用して収量をモニタリングし,GPSからの位置情報を同時に記録する。収穫後に,二番還元および刈り幅に関する補正を行い収量マップを作成する。開発システムを搭載した自脱コンバインにより,通常の収穫において収量情報を得ることができた。本システムにより作成された収量マップから,坪刈りで作成した収量マップと同様の情報を読み取ることができた。開発システムによる収量計測の誤差は約10%程度と判断した。