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我が国における農業機械の通信制御共通化 技術と農作業ロボット開発の

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我が国における農業機械の通信制御共通化 技術と農作業ロボット開発の
National Agriculture and Food Research Organization
農業・食品産業技術総合研究機構
我が国における農業機械の通信制御共通化
技術と農作業ロボット開発の取り組み
開催日時:平成26年4月11日(金)9時10分~9時40分
合
開催場所: 中央農業総合研究センター大会議室
共通
リモコン
農研機構 北海道農業研究センター
Hokkaido Agricultural Research Center(HARC)
大規模IT農業プロジェクト
澁谷 幸憲 Yukinori
Y ki
i Shibuya
Shib
トラクタECU
(電⼦制御
ユニット)
作業機ECU
(電⼦制御
ユニット)
農研機構は食料・農業・農村に関する研究開発などを総合的に行う我が国最大の機関です
本⽇の内容
1.背景
1
背景 GPSの普及状況など
2.農業機械の通信制御の共通化技術と開発状況
3.土地利用型農業における農作業ロボットの開発状況
4 北海道での「革新事業」のIT/RT関連課題の取組予定
4.北海道での「革新事業」のIT/RT関連課題の取組予定
-1-
背景:GPS利⽤機器の普及状況
2012年度 北海道農政部技術普及課調査より
⽇本で今すぐ使えるGPS関連機器
GPSガイダンス
画⾯でどの⽅向にどのくらいずれているかを指⽰、適切な進⾏⽅向を⽰す。
・画⾯でどの⽅向にどのくらいずれているかを指⽰、適切な進⾏⽅向を⽰す。
・機種により、直線誘導、曲線誘導、枕地誘導、傾斜補正など機能あり
・作業幅の⼤きい作業(ブームスプレーヤ他)、作業後の⾒にくい作業(ブ
ロ ドキ スタ 代かき他)で有効
ロードキャスタ、代かき他)で有効
ニコントリンブル
IHIスター
緊プロ:ナビキャスター
→ナビライナー
トプコン
ジオサーフ
クロダ農機(Outback)
(各社ホームページより引⽤)
-2-
GPSの⾼度利⽤:⾃動操舵システム
ニコン・トリンブル カタログホームページより引⽤
http://www.nikon-trimble.co.jp/products/pdf/machinecontrol/ez_guide.pdf
通信制御共通化技術の開発背景
 高度化した農業機械の利用が徐々に進んでいる
 GPS利用
GPS利用、電子制御化
電子制御化
 従来の手動による機械設定を運転席から専用の表示・制
御端末
御端末ソフトウエアで簡便に実現
トウ
簡便に実現
 トラクタと作業機で情報通信することで高度な作業を実現
農業者
○
トラクタと作業機を
⼀度に買い換えなんて
できない…
×
様々な⽅式に対応
するのはもううんざり!
○
農機メ カ
農機メーカー
-3-
農業機械の通信制御の共通化
技術開発
国際標準(ISO11783)
に準拠した通信制御を⾏う
後付け型の通信制御共通化
システム
協⼒分担関係
共通
リモコン
北海道農業研究センター
中央農業総合研究センター
近畿中国四国農業研究センター
作業機
メーカー
トラクタ
メーカー
メ カ
トラクタ
ECU(電⼦
制御ユニッ
制御
ッ
ト)
⼯業試験場
中央農業試験場
⼗勝農業試験場
作業機ECU
(電⼦制御
ユニット)
評価・普及⽀援
JAMMA
⽇本農業機械⼯業会
①作業適⽤性・相互接続性実証
②規格化⽀援→国内規格の制定を⽀援
格
格
○
○
○
つながる・かしこい国産農業機械の実現をめざす
研究の経緯
 通信制御方式の共通化技術開発
 欧米が先行して取り組み→
欧米が先行して取り組み
国際標準
国際標準ISO11783が制定
が制定
 農業機械間の通信手順の規定
 農業機械の制御に必要なほとんどの情報が規定
 接続コネクタが大きく高価であるため国産の小型農業
機械には不向き
 通信仕様が複雑、ハード・ソフトの開発が困難
通信仕様 複雑、
ソ
開発 困難
-4-
国内規格への提⾔
農研機構、農業機械メー
カー11 社、(一社)日本
農業機械工業会で構成
される「農業機械通信制
御技術共通化検討会」に
おいて北海道農業研究
センターが提言し、採択
された「農業機械通信制
御技術共通化に係る申
し合わせ事項」に基づき
、日本農業機械工業会
日本農業機械工業会
が制定*。
L
日本農業機械工業会規格(JAMMAS 0021
0021-2012)
2012)
で制定された2種類の接続コネクタ
*(一社)日本農業機械工業会(2012):「トラクタと作業機間の通信用接続コネクタ(JAMMAS 0021-2012)」
共通化ハードウエアの開発
強⼒で安価なCPU:
NXP LPC1769
(ARM-Cortex3)
様々な外部機器を
駆動可能な
デジタル信号出⼒回路
農業機械間で共通化した
情報通信を⾏うための
通信⽤回路
既存農業機械との
接続を考慮した
アナログ信号
⼊⼒回路
耐久性を重視した
デジタル信号
⼊⼒回路
⽣産コスト低減を
考慮した部品配置
電磁ノイズ耐性を
考慮した基板設計
これに用途別のソフトウエアを書き込むことによりトラクタECUや各種作業機ECUと
して利用できる
-5-
トラクタECUの開発
表示・制御用端末
トラクタECU
トラクタに搭載したトラクタECU(右)と市販の表示・制御用端末(左)
本機を搭載したトラクタを共通通信制御機能を持った作業機に接続できる
共通通信制御機能を持つ施肥機と接続できる
たとえばトラクタの車速センサからの情報と組み合わせて利用することにより、
たとえばトラクタの車速センサからの情報と組み合わせて利用することにより
車速が変化しても一定量を散布するといった制御(=高度な農作業)が実現
作業機ECUの開発
表示・制御用端末
市販施肥機の
施 機
シャッタ開度制御
ユニット
作業機ECU
作業機ECUによる国産の市販施肥機のシャッター開度制御試験事例
共通化ハードウエアに施肥機用のソフトウエアを搭載した作業機ECU
共通化
ドウ アに施肥機用の フトウ アを搭載した作業機ECU
をシャッタ開度制御ユニット付きの施肥機に装着すると・・・
この施肥機を共通通信制御機能を持ったトラクタに接続できる
たとえば、トラクタ運転席から施肥機のシャッタ開度を制御できる
-6-
共通リモコンの開発
トラクタや作業機の情報表示と
作業機の操作をできる
作業機の操作を行うために複数
の作業機に共通的に利用できる
作業機毎に複数のリモコンを用
意する必要がなく、表示機能も簡
素化
大幅にコスト削減できる仕様
共通化リモコン(点線内)
つながる農業機械から
 より高度な作業の実現
 圃場内の場所毎の地力や生育のムラの情報にもとづき施
肥量を制御した農作業→資材費削減、安定生産に寄与
 速度の変動にかかわらずに薬剤散布量を設定した散布密
度で散布できる農作業→農薬の適正散布に寄与
 より高度な農業情報の活用方法の提案
より高度な農業情報 活用方法 提案
 走行軌跡や接続した作業機の制御情報から作業日誌や
機
帳簿の自動生成など作業情報を自動収集→生産管理シス
テムの記録機能の高度化
-7-
なぜ「ロボット」?
「少ない⼈数で可能」≒ 「⾼能率作業」解決策
例えば 能率を2倍 にするには
・作業の省略
:例えば、移植→直播
・作業の複合
:耕耘・施肥・播種同時作業
・作業幅の拡⼤ :作業幅2倍
・作業速度の拡⼤:作業速度を2倍
・1⼈で2台
:ロボット化
⼟地利⽤型農業での農作業ロボット
トラクタ:耕耘
トラクタ:代かき
⽥植機:移植
コンバイン:収穫
-8-
農作業ロボットの基本構成
○既存の農業機械(トラクタ、⽥植機、コンバイン等)
CANバス利⽤で
航法センサ等の
共通化
○RTK-GPS+IMU(姿勢センサ)
○RTK GPS+IMU(姿勢センサ)
○⾃律⾛⾏ 作業部の⾃動動作機能
○⾃律⾛⾏+作業部の⾃動動作機能
(予め経路を設定)
共通化のためのCANバス利⽤
RTK-GPS
IMU
ECU
ECU
CANバス
操舵
⾞速
ECU
ECU
ECU
ECU
PC
作業部
共通化したセンサ・制御装置
農作業ロボット動作側
ISO11783:トラクタ(有⼈)+作業機の情報通信ネットワーク
-9-
農作業ロボットの共通化イメージ
準天頂衛星
GLONASS衛星
GPS衛星
GNSS: Global Navigation Satellite System
PC
PC
耕耘・代かき
PC
収穫
⽥植え
IMU
PC
RTK-GPS+IMU(姿勢センサ)
+PC
農研機構プロジェクト「農作業ロボット」
農研機構交付⾦プロジェクト
解決策
「農作業ロボットによる分散錯圃に対応した超省⼒作業技術の開発」
農作業ロボットによる分散錯圃に対応した超省⼒作業技術の開発」
研究期間:2008〜2010年
⽔稲、⻨、⼤⾖の農作業ロボットの開発
GPS
農作業ロボットの安全対策
トラクタロボット
⽥植えロボット
農作業ロボットの共通化
技術の開発
堆肥散布ロボット 収穫ロボット
農作業ロボット導⼊の最
適モデル策定
⽔⽥管理
ロボット
農業の規模拡⼤→⽇本農業の体質強化
-10-
農⽔委託プロ「アシストプロ」
課題名:「稲⻨⼤⾖作等⼟地利⽤型農業における⾃動農作
業体系化技術 開発」
業体系化技術の開発」
中核機関:北海道⼤学(研究開発責任者:野⼝伸教授)
共同研究機関:京都⼤学、農研機構(平成23年から参加)
ヤンマー(農機メーカー)
⽇⽴ソリューションズ(GIS、運⾏計画)
トプコン(GPS、安価に)
プ
ボッシュ(⾃動⾞部品、安全機器)
研究期間:平成22年〜26年(5カ年)
平成22 24年 基本技術開発
平成22〜24年:基本技術開発
平成25〜26年:現地実証
⼤規模農業地帯(北海道)
分散⽔⽥地帯(関東)
これまでの達成状況
1.圃場内の作業⾃動化が達成
2.“ロボットならでは”の⾃動作業が達成
1)⻑時間(夜間)作業が可能
2)2台の運⾏が可能→作業員半減がほぼ可能
) 台 運⾏が可能 作業員半減がほぼ可能
3)追⾛体系、伴⾛体系
4)⾛⾏精度
3 監視 遠隔操縦
3.監視・遠隔操縦
4 ロボット作業管理(⽇⽴ソリューションズ)
4.ロボット作業管理(⽇⽴ソリュ
ションズ)
5.GNSS+IMU(トプコン)
-11-
今後の展望:安全性の確保
実⽤化に向け「農作業ロボットの安全性確保」
ロボットシステム
ハードウェア
ハ ドウ
トウ
+ ソフトウェア
社会システム
教育
法制度、制度規制
保険制度
農作業ロボットへの期待
政府:科学技術イノベーション総合戦略(H25.6.7閣議決定)
地域資源を強みとした地域の再⽣
IT・ロボット技術による⽣産システムの⾼度化
IT ロボット導⼊等の⼤規模実証
→IT・ロボット導⼊等の⼤規模実証
労働コスト、作業負荷の⼤幅な削減
政府:攻めの農林⽔産業推進本部→農業を成⻑産業へ
「強み」の発揮に向けた農業分野でのイノベーション
・・・IT、ロボットなどの新技術を活⽤して、他産業との
連携等により農業分野でのイノベーションを実現する。
・無⼈化・⾃動化による省⼒化・規模拡⼤を実現
・先⾏する他産業とも連携して、ロボットの農業導⼊のための
ブレークスルーに取り組む。先⾏的に実現可能なものから現地
実 等を実施 実 化 必
安全確保策等 検討
実証等を実施。実⽤化に必要な安全確保策等の検討。
-12-
⾰新事業における取り組み予定
• 北海道におけるIT・RT関連課題
• 網羅型2課題、個別要素技術3課題
網羅型2課題 個別要素技術3課題
http://www.s.affrc.go.jp/docs/kakusin/pdf/41hokkaido.pdfより引用
-13-
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