計測自動制御学会東北支部第247回研究集会（2008．12．19）
資料番号247−4

水田用ロボットの開発
Developmentofaweedingrobotfbrricefields
O溝本紘達、斎藤直樹、嵯峨宣彦、長南征二、武田和時、干葉和夫、小林由貢也
O Hirom帽Hamamoto、NokiSaito、NorihikoSaga、SeuiTyounan
KazutokiTakeda、KazuoTiba、Yukiya Kobayasi

秋田県立大学
AkitaPreftcturalUniverslty
キーワード：水田（ricenelds），ロボット（robot），除草（Weeding），自走（Self・PrOpelled），有機栽培（Organichrming．）

連絡先：〒O15−0055 由利本荘市土谷字海老ノロ84−4 秋田県立大学バイオメカトロニクス研究室
濱本紘達，Tel．：0184−27−2000，FAX．0184・27−2180，E−mail：MO8AO16＠akita−Pu．aCJp

現状である．特に大規模な水田では、除草

1．緒論にかける時間は膨大になる．

そこで、本研究では、大きい水田におい日本の農業地帯における人口は、過疎と高齢化が進み、日本の基幹作物である米て、苗の植え付け後、約1ケ月間、除草のについても生産が維持できない現状にあために、稲株の間を走行して作業する自る．また、米の輸入の割合も年々大きくな走ロボットの開発を行い、実際の水田でり、人手不足やグローバル化に対応する評価しながら実用化を目指す．

水田の大型機械の導入などが進められている．しかし、水田の大規模化や大型機械の導入により効率化できる農作業は、耕れ、重要な除草作業はほとんど科学薬剤に依存している．加えて、近年の環境問題や人体の影響などから無農薬栽培に対す

二て那芸 匝饉

起、代かき、田植えと収穫などに限定さるニーズが大きいことから、付加価値のある有機栽培を行う農家が増えている．
この有機栽培おける稲作作業において、最も多くの作業時間を要するのは除草で♂や♂♂㌔￠♂請ぜあり、全作業の1／3を占める．この作業は、作業の種類高い作業精度が必要なことから機械化が困難で、ほとんど人手によっているのが図1．水稲の作業別労働時間

・1−2．クローラ型ロボット
水田用ロボットを開発するために、最初に水田における走行性能を調べるために、いくつかの条件からクローラ型のロボットを作成して、その走行性能を評価した．
作成したロボットを図2に示す．

時間【s］

図3．走行性能評価（速度）
a）固い床
21．8
1．6
1．4
1．2＼芦1

図2．クローラ型ロボット

0．8
0．6

2．1走行性能

y［nl］

0．4

作成したロボットを固い床とアクリル0．2

酸塩系超吸水性樹脂を使用した模擬水田0の二つの状況で走行性能の評価を行っ−0．2

0 0．2 0．4 0．6 0．811．21．41．61．8 2 2．2

た．

X［l［］

走行性能評価は、予め直進、900 旋回、b）模擬水田

1800 旋回などの走行経路のプログラム2を入力し、4台のCCDカメラを用い、ロボ1．8ットの運動解析を行った．その結果が図31．61．4と図4である．

図3より、模擬水田の抵抗は大きく速度は1．2y［m］170％程度低下することが分かった．図4よ0．8

り走行軌跡から、旋回に要するスペース0．6に違いは無く、ロボットの質量バランス0．40．2も取れていることがわかる．いずれの走0行路もズレを生じており車輪速のセンシ−0．2ングによる制御が必要である

0 0．0．4 0．6 0．811．21．41．61．8 2
X［nl］

図4．走行性能評価（軌跡）・2・今回作成したロボットを実際の水田走3．1模擬水田行させた．今回作成したクローラ型ロボ

クローラ型ロボットの時には、室内にアットは高さが足りずに抵抗が大きくほとクリル酸塩系超吸水性樹脂を使用した模んど進むことができなかった．試作のク擬水田を作成したが、今回は実際に屋外ローラのゴムは隙間が大きく間に土やいに泥土を使用して模擬水田を作成した．

ろいろなものが挟まって動かなくなっ

表1と図4に水田の測定値を示す．

た．

以上の結果から泥の深さ＝15cm〜20cm、定接地圧力2n朗／m2で2cm程度の沈下量
2．3 結論となるように泥の固さを調整して模擬水

クローラ型ロボットは、実験結果より優田を作成した．

秀な走行性能を持っていた．しかし、実際の水田で走行実験を行ったときに判明し

表1．泥の深さ測定結果（5ケ所）たクローラの形状に問題が判明した．

計測点

泥の深さ［cm］

その問題を解決するために行う測定や16

実験には非常に時間がかかることが予測Bされるためにクローラ型の採用を見送る

13．5

Cことにした．

D

22．5

E

3．車輪型ロボット00

前述の理由からクローラ型ロボットの0︵U︵UO O

ラグの羽の代わりにL字のフレームを取0T

一∈∈粛卜宅る車輪型の中からラグ車輪型ロボットと0採用を見送り、もうひとつの走行法であ−2 −3 ↓り付けた、L型フレームタイプの車輪型ロ−5 ．6一7−8ボットを試作した．

00．（氾050．001

0（氾】5

接地圧力脚／Im21

図6一 接地圧力と沈下量の関係

3．2 水田走行における車輪形状と重量の検討
水田を走行するときに車輪形状と重量の違いが車軸まわりのトルクにどのように影響を与えるかを検証する．模擬水田において，2種類のラグ車輪タイプのトルクと2図5．L型フレームタイプの車輪型ロボット

・3・0．002

0．0025

種類の大きさのL型フレームタイプの車輪

L型フレーム車輪のほうがラグ車輪よりものトルクを比較することにより，ロボット水田走行において有利であると考えられる．

走行に必要な回転トルクを見積もる．その3．3 結論結果を図7に示す．

水田走行においてはラグ車輪タイプより，L型フレーム車輪のような機構の方が泥層による抵抗が少ないということが分かった．
00864
000nU

﹇2UZ﹈小ミエ

4．結論
水田の除草ロボットの開発において、今回は、特に移動機構についての実験を中
0246810121416

合計重量［kg］心として行った．その結果、移動機構とし園．7ラグ車輪と」型フレーム車輪の車体重量と走行に必てL型フレーム車輪が適していることが要な車軸まわりのトルクの関係分かった．

今後は、ロボットの自立制御や、カメ
図7より、大型ラグ車輪と小径L型フラによるセンシングについて進めていく

レーム車輪では半径が同程度であるのに，予定である．

走行に必要な車軸まわりのトルクはL型フレーム車輪のほうが明らかに小さい．これより，車輪重量が小さいほうが水田走行に参考文献おける抵抗は小さいと考えられる．大径L型フレーム車輪と小径L型フレーム車輪の

1）田中孝 笈田明（著）：車両・機械と土系の力グラフを比較すると，大径の車輪のほうが学，4／134，学文社（1992）

必要なトルクが大きいことから，車輪径が2）山崎正浩・千葉和夫：除草機を利用した水田大きくなると車軸まわりで必要なトルクは雑草防除，東北の雑草，6：14／18（2006）大きくなることが分かる．また，小径ラグ
車輪と小径L型フレーム車輪を比較すると，L型フレームのほうが車輪径が大きいにも関わらず，トルクは近い値となっている．
これはL型フレーム車輪のほうがラグ車輪より，泥層に接触している部分が少ないために，水田走行における抵抗が小さくなっていると考えられるので，形状においても・4・