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私の研究

水田雑草抑草用ロボット「アイガモロボット」
成瀬 継太郎（なるせ けいたろう）
公立大学法人会津大学
情報システム学部門画像処理学講座
上級准教授

を抜くという除草というより、雑草を生えにくく

１．はじめに皆さんはアイガモ農法をご存知ですか？

これするという抑草を行っていると考えられます。

は有機農法のひとつで、たくさんのアイガモを水一方で、アイガモ農法が普及しない理由の一つ田に放ち、水田内で自由にさせることにより除草として、害獣、害鳥対策に手間がかかることが挙を行い、無農薬で稲作ができるというものです。

げられます。アイガモ農法では、稲を傷つけない

図１に実際のアイガモ農法の写真を示します。

ためと稲の穂を食べないためにアイガモのヒナを使いますが、このヒナがイタチやカラスに狙われます。この被害を防ぐためにネットを張って対策をしますが、これが大きな負担になっています。
図１の写真にもネットとロープが写っていますね。
また、ヒナを使うため、翌年はまた別のヒナを入手しなければなりません。さらには除草が終わった後のヒナの処分も考えなければなりません。
私たちの研究グループでは、この原理をロボットにより実現することに取り組んでいます。すな

図１

わち、水田雑草抑草ロボット「アイガモロボッ

実際のアイガモ農法の様子

ト」の開発です。ロボットでしたら、害獣、害鳥アイガモによる除草の原理は、アイガモが水田を動くことにより、雑草のタネを水田の土から浮かび上がらせ、発芽させないことと、させないことにより、雑草の発芽を抑えることと考えられています。つまり、生えてしまった雑草

福島の進路 2017. 2

ますからね。

水田の水を濁し、太陽の光を散乱させ、土の温度を上昇

対策は必要ないですし、毎年同じロボットを使え

２．アイガモロボットの開発
前述の抑草原理をロボットで実現するには、どうしたら良いでしょうか？

土の表面の雑草の種

私の研究
子を巻き上げれば良いので、車輪型ロボットで水型の車両のように車輪を大きくすると埋まりませ

田の隅から隅までを移動すれば良さそうです。同んが、そうなるとアイガモのような小型のロボッ

時に、ロボットが移動することにより水田の水もトではなくなってしまいます。

濁りそうなので一石二鳥です。イメージとしては、そこで柔らかな土でも動けるようにロッド型車

水田の掃除ロボットです。家庭用掃除ロボットは輪を開発しました。また、当初は予想していませ

ゴミを吸い込みながら、部屋のすべての領域を移んでしたが、嬉しい副産物として、このロッド型動によってカバーします。この領域カバーのこと

車輪は稲の苗の上を移動しても、苗を抜かないこを以降では掃引と呼ぶことにします。アイガモロとが分かりました。もちろん、田植え直後の根がボットでは、雑草のタネは吸い込みませんが、そ活着していない苗では無理ですが、田植えから５の代わりにタネを土から巻き上げながら水田を掃日も経過すると問題ありません。図３は実際の水引します。

田でアイガモロボットの試作機が苗の上を移動す

つまりロボット開発のポイントは、⑴水田の中るときの写真です。ロボットが通り過ぎた後の苗で安定に動くことができる車輪型移動機構の開発は倒れてはいますが、抜けることはなく、数日でと、⑵水田の全面を掃引するナビゲーションシス回復します。また、ロボットが移動した後の水はテムの開発です。

濁っており、抑草原理も実現できていることが分かります。

２．１

水田用車輪型移動機構

はじめに開発した移動機構を見てもらいましょう。図２が私たちのアイガモロボットの外観です。
左が小型で、右が大型のものですが、原理と構造は同じです。

図３

ロッド型車輪による苗の上の移動

一方、ロボットに取り付けられているシャモジ
図２

アイガモロボットの外観は、ロボットを移動させるために重要な役割を果たしています。このロボットの機械的な構造は、小型も大型も円筒形の両端に、細い棒がたくさ

円筒形の内部にモータがあり、それらが車輪を回ん付いた円盤が取り付けられていますが、これが転させるという単純なものです。そのため、車輪車輪です。私たちはこの細い棒のことをロッドとを回転させても摩擦の状況によっては、ロボット呼び、この車輪をロッド型車輪と呼んでいますが、が移動するのではなく、円筒部が逆向きに回転しこれが移動と抑草のためのキーポイントです。てしまうことがあります。その対策がこのシャモ

水田の土は柔らかいため、通常のタイヤ型車輪ジです。

では駆動力が大きく接地面積も広いため、回転すロボットの内部には、モータ、ギアボックス、ると土を掘りその場に埋まってしまいます。乗用制御用マイコン、通信機器、GPS、加速度センサ、福島の進路 2017. 2

私の研究ジャイロセンサが入っています。ロボットは外部するため、左右の車輪を同じ速度で回転させてもからヒトが操縦することも、自律的に動作するこ真っ直ぐには進みません。さらに水田の土壌はかともできるように設計しています。

なりの不整地です。条の間はどうしても低くなってしまうし、足跡のような穴もあります。そのよ

抑草のためのナビゲーションシステム

うな場所ではロボットの向きが意図しない方向に私たちが、現在、主に取り組んでいるのがこの変化してしまい、次の位置が不確かになってしま

２．２

水田抑草のためのナビゲーションシステム開発でいます。

す。目的はロボットが水田を隅から隅まで動くこ

こちらに関しても、学生と一緒に研究を進めてとなのですが、これを実際の水田で行うとなるいます。例えば、スリップのような確率的な外乱と、難しい問題になってしまいます。具体的には、が入る中で、どのように車輪速度を与えたら比較ロボットの自己位置取得と不整地での掃引ナビゲーションです。
まず、ロボットの自己位置取得についてです。
ロボットの抑草作業の範囲はロボットのサイズを一回り大きくした程度で約50㎝四方です。したがって、ロボットを自律的に動作させるためには、的真っ直ぐ進むのか、また外乱は不可避であり、時間がかかっても良いので確実に掃引するためにはどのような経路計画にしたら良いのか、などです。
これらの課題を解決し、アイガモロボットを稲作の現場で使えるように研究を進めています。

屋外で50㎝の位置精度で自己位置を知る必要がありますが、これにピッタリなセンサがありません。

３．様々な機関や地域との連携

GPS は身近ですが、安価なものだと位置精度はここまで述べてきたアイガモロボットですが、２〜３ｍで不十分です。位置精度が数㎝の高精度

2011年から会津地域のものづくり企業と一緒に研の GPS もありますが、これは１台百万円以上す究開発を始めました。会津大学はコンピュータ専るものでアイガモロボットには高すぎます。

門の大学であり、情報処理の研究はできますが、この問題を解決するために、会津大学の学生とロボットの機体の開発はできません。そこで企業一緒に様々な取り組みをしています。例えば、水が機体周りの設計と製作を行い、大学でソフト田近辺に設置した固定カメラの画像から、画像処ウェアと情報システムの開発を行っています。こ理を用いてロボットの位置を推定する方法です。の研究開発グループは、会津発のアイガモロボッ

この手法だとカメラとロボットの位置が近い場合トを目指して、アイヅ＋アイガモということで、は高い精度が得られますが、ロボットが遠い場合「アイガモヅ」と名付けて活動しています。現在は、は誤差が大きくなってしまいます。そこで複数カ

北日本金型、玉川エンジニアリング、メカテック、メラを利用した方式を開発しています。さらに、アイザック、ビーアンドプラスと会津大学がメン画像を使うものは天候の影響を大きく受けてしまバーです。

うので、その対応なども考えていきます。

また、アイガモロボットの実証実験のために次は、不整地での掃引ナビゲーションの難しさ2013年から会津若松市の農家さんにもご協力をいです。ナビゲーションはロボットが次にどこに移ただき、一つの水田をアイガモロボット専用に提動すべきかを指示するものですが、アイガモロ供していただいています。ロボットによる抑草作

ボットは水田を移動するため、次の位置が正確に業は春先から夏前に行うのですが、その前後の作は分かりません。そもそも水田では車輪はひんぱ業を行っていただいています。図４は2014年の実んにスリップし、またスリップ量も時々刻々変化

証実験のときの水田の様子です。このときは手動

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私の研究操作によりロボットを移動させ、無農薬で稲作ができるかを検証しました。５月と６月にアイガモロボットを動作させ、無事、収穫が実現できました。
さらに、2015年からは福島県の農業総合セン
ターの有機農業推進室との共同研究を行い、農学的な見地からアイガモロボットの性能を評価してもらっています。

４．おわりに
本稿では、水田雑草抑草ロボットアイガモロボットの研究開発事例について紹介しました。ロボットの開発の現状としては、機体の基本構造はほぼ完成し、掃引ナビゲーションの研究開発を行っているところです。
その先に、アイガモロボットを本当に使ってもらえる農業ロボットにするためには、運用方法に関する調査と研究が必要と考えています。このロボットはどの時期に、何回使ったら、どの程度の雑草抑草効果があるのか、一反を作業するにはロボットが何台で何時間かかるのか、などです。
さらには、まだ着手していませんが、アイガモロボットにセンサを取り付けて、水田の細かな土壌情報を取得することも可能になるかもしれません。そして、ちょっと夢物語になりますが、今まで言葉で説明できなかったコメ作り名人のノウハ
ウが、アイガモロボットの運用を通じて見えるよ
図４

アイガモロボットの実証実験の様子

うになると良いなと考えています。

＜プロフィール＞
1968年 生まれ。1990年 北海道大学工学部卒業、1992年 同大学大学院工学研究科博士前期課程修了、1995年 同大学院博士後期課程修了。博士（工学）。
1995から98年まで米国ニュージャージー工業大学でポストドクター研究員。1998年から2004年
まで北海道大学大学院情報科学研究科で助手。2004年に講師で会津大学に着任。現在、上級准教授。
研究テーマとして、本稿の水田除草用ロボットの開発に加えて、異種複数ロボットのための情報システムの開発と、ロボットに関する産学連携事業に取り組んでいる。

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