【研究分野】農業情報工学

【研究領域課題番号】17658111 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

全方位視覚センサ / オプティカルフロー / ナビゲーション / 画像処理 / 車両 / ロボット / 自律走行

【研究成果の概要】

自律走行や精密農法で用いられる高機能車両を普及させるため,全方位視覚センサによって圃場内の位置と移動速度,および姿勢変化を検出するシステムを構成し,高精度のナビゲーションシステムを低コストで提供することが本研究の目的である。研究の申請時はオプティカルフローにより車両の移動量を検出し,それを積分して車両の位置を計算することを目指していたが,18年度の研究で高解像度のカメラを使用すれば,圃場外に設置したランドマークの画像から,車両の絶対位置を測定できる可能性があることが判明した。移動量の積分では累積誤差が生じるが,絶対位置の測定ではそれが無いため,高精度のナビゲーションを行える可能性がある。そこで19年度はより広いスペースで実験を行い,位置測定の精度を調べた。実験は48m四方の平地で行い,その四隅に道路工事用のコーンを設置した。四角形内を12m間隔で区切るグリッドの交点である9箇所の地点で撮影を行い,四つのコーンの方位データからカメラの位置を同定した。その結果測定誤差は最大で35cm,平均で16.5cmであり,飼料生産に関わる作業など,それほど精度を要しない作業には十分適用できる測定精度が得られた。またオプティカルフローに関しては姿勢の変化を検出するプログラムを開発した。これらの研究によって測定精度については実作業に適用できる可能性が見い出されたが,リアルタイムで測定するにはプログラムの改善が必要であり,車両に搭載してナビゲーションを行うまでには至らなかった。今後,更に精度を向上させるとともに,処理速度の高速化を図る必要がある。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】農業機械学

【研究領域課題番号】09556053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

パラレルメカニズム / 機械除草 / 作物列追従 / 画像処理 / 自律走行 / パラレルマニピュレータ / ロボット / パラレルマニュピレータ

【研究成果の概要】

本年度は、除草用パラレルマニュピレータの動作確認ならびに圃場における自律走行実験を行った。
1)除草用マニュピレータとして試作したHEXAロボットの高速ハンドリング実験としての動作確認を行った。高速搬送装置としての利点を生かすため、エンドエフェクタの把持力が小さい場合に、搬送物の慣性力を利用して把持力を増加させる手法の開発を行った。また、機械除草装置をパラレル機構によって条列追従させるための基礎実験の検討を行った。
2)本年度は、画像処理アルゴリズムとして畝間を検出して自己位置同定を行う手法を開発した。色変換により畝間の土を検出しノイズ除去後、数本見える畝間形状が3角形になり、カメラ前方の畝間は面積が最大となる。ラベリング処理により最大面積の畝間だけを抽出する。境界点に対して最小自乗法により直線近似し、3次元透視変換によりカメラの方向ならびに作物との距離を計算した。本手法は、畑だけではなく水田における稲列検出にも用いることができるアルゴリズムである。その結果、位置推定精度は、最大誤差でオフセット4.5cm、方位角誤差1.2°であり、画像処理の実行速度は0.1秒以下であった。また、画像処理により実際の作物列追従実験を行った結果、軌跡の最大誤差は6cmであった(走行速度0.5m/s)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】13,700千円 (直接経費: 13,700千円)

【研究分野】農業機械学

【研究領域課題番号】06454106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

早期防除 / 除草剤 / 減量施用 / 自律走行 / 機械除草 / 画像処理 / 防除 / 除草 / 農薬施用低減 / 環境 / 初期防除 / 初期除草 / 微少画像 / 作業ツール / ロボット

【研究成果の概要】

将来の作業自動化への展開を前提として、除草剤の顕著な減量効果が期待できる施用方法について検討した。今回は、雑草への薬剤直接施用の効果を調べた結果について報告する。1995年4月〜12月に実施した実験では、要因として、雑草の種類(4水準)×除草剤の種類(3水準)×施用時期(3水準)×施用方法(3水準)×薬液濃度(3水準)×反復(10)を設定した。いずれの場合も〈全面散布〉の効果が高かったが、提案した〈塗布〉や〈注入-最大920倍の施用効果比が得られた〉の効果も比較的高いといえた。この場合、雑草の生育時期や除草剤の種類を選ぶことが重要であった。以上のことから、必ずしも雑草を枯死させる必要がなく作物との間に生育差を与えるだけでよいとするならば、今後本提案方法の実用化は十分考えられる。
一方、除草剤散布に対する規制から薬剤散布から機械式除草に移行する傾向にある。そのための雑草認識手法ならびに自律走行の手法が重要となる。そこで、葉菜類畑における位置認識技術として圃場内で走行する場合の畝間における位置認識技術について研究を進めた。作物列画像を色変換(HSI変換)して、色相より2値化条件を求める。2値化条件は判別分析法により行った。2値化画像で畝間と作物列との境界線をハフ変換で求める。消失点の座標ならびに直線のパラメータを3次元透視変換して自己位置を推定を行った。その結果、方向角度の誤差で0.5°以内、偏差で2cm以内で求めることが出来たため、自律走行の制御には十分であることが確認できた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1994 - 1996

【配分額】7,100千円 (直接経費: 7,100千円)

【研究分野】農業機械

【研究領域課題番号】04556035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ロボット / 自律走行 / 超音波 / 作物管理 / 除草 / 防除 / 作物列 / 薬剤散布 / 形状認識 / 走行システム

【研究成果の概要】

新しい機械除草システムや薬害のない防徐システムを求めて、圃場を自律走行するインテリジェント化されたロボットを設計、試作し、性能試験を行った。作業対象としては、畑作、ハウス栽培における作物管理作業を考えた。本ロボットは、基本的には超音波距離計を用いて環境を認識して自律走行するシステムを考えている。
本年度は、作物列検出の精度を高めるため、及び作物のみに選択的に薬剤を散布するために作物個体の三次元情報を超音波アレーセンサによる反射波から得る実験を行った。しかし、残念ながら再現性のある情報を得ることはできなかった。そこで、作業装置の研究に的を絞り、三本爪型把持鉗子を用いて機械除草を行う試験と、コンピュータ制御が可能な送液ポンプと散布ノズルを用いて液剤を散布する除試験を行った。多関節ロボットにCCD小型ビデオカメラを装備させ、画像処理によって目的対象物の特定及び位置検出を行い、次に把持鉗子を用いて除草を行う試験を行った。試験の結果、平面では作業可能であるが、Z軸方向については距離センサーの併用した方が確実であることが分かった。
防除試験では、コンピュータ駆動送液ポンプを用い、ノズルを多関節マニピュレータにつけて、方向制御をしながらポンプ回転数を変化させて植物体に適切な量の薬剤を散布する試験を行なった。しかし正確な選択的散布を行うには高度な三次元空間での位置検出機能が要求され、自動焦点カメラや超音波による距離センサー等を複合的に用いたセンサシステムが必要になる。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1992 - 1994

【配分額】16,700千円 (直接経費: 16,700千円)