農業課題の解決に向けた「農業用搬送ローバー」の複数台同時自律走行の実証について(報告)

掲載日: 2020年11月06日 /提供:ドローン・ジャパン

~オープンソースソフトウェア「ArduPilot」に、内閣府の準天頂衛星「みちびき」のテクノロジーを加えることで、複数台の自律走行農業用搬送ローバーの高精度な制御技術を確立~

ドローン・ジャパン株式会社(本社:東京都千代田区、代表取締役:勝俣喜一朗https://www.drone-j.com/)は、国が推進するスマート農業の実現に向け、農業へのドローン活用に関する技術開発及び対応する技術者育成に創業(*1)以来一貫して取り組んで参りました。ドローンを農業の分野で様々な用途に活用するためのソフトウェアとしてオープンソースソフトウェア「ArduPilot」(*2)に注目し、そのオープンソースの特性を活かし、高度なドローンの制御を低価格で提供することを目標に技術開発を進めてきましたが、今般その技術を地上走行するローバー等の車両制御に転用すべく事業へのステップとしての実証実験を、準天頂衛星システムサービス株式会社の委託事業として実施しました。


報道関係各位
2020年11月6日
ドローン・ジャパン株式会社

農業課題の解決に向けた「農業用搬送ローバー」の複数台同時自律走行の
実証について(報告)

~オープンソースソフトウェア「ArduPilot」に、内閣府の準天頂衛星「みちびき」のテクノロジーを加えることで、複数台の自律走行農業用搬送ローバーの高精度な制御技術を確立~
農地搬送ローバー
ドローン・ジャパン株式会社(本社:東京都千代田区、代表取締役:勝俣喜一朗https://www.drone-j.com/) は、国が推進するスマート農業の実現に向け、農業へのドローン活用に関する技術開発及び対応する技術者育成に創業(*1)以来一貫して取り組んで参りました。ドローンを農業の分野で様々な用途に活用するためのソフトウェアとしてオープンソースソフトウェア「ArduPilot」(*2)に注目し、そのオープンソースの特性を活かし、高度なドローンの制御を低価格で提供することを目標に技術開発を進めてきましたが、今般その技術を地上走行するローバー等の車両制御に転用すべく事業へのステップとしての実証実験を、準天頂衛星システムサービス株式会社の委託事業として実施しました。


空中を飛行するドローンの制御においては、若干の位置制御誤差も許容されますが、田畑での地上走行を想定する上では高精度な位置情報を基にした制御が求められてきます。そこで、高精度測位を可能とする準天頂衛星システム「みちびき」に注目し、「ArduPilot x みちびき」による自律制御を可能とする農業搬送用ローバーの開発に取り組むことにいたしました。
少子高齢化の波は、農業分野においても就農者数の減少と高齢化という2つの現象として表れており、農具、肥料や収穫物等の重量物の搬送は農家の大きな課題として顕在化しています。ドローン・ジャパンは、この課題を自動搬送ローバーという形で安価に提供するための技術開発に取り組むこととし、技術実証の成功に併せて2022年度での事業化向けた活動を開始します。 

日本の就農者人口は、総就農者数の減少に加え高齢者に大きく偏り、農作業時の「重量作物の運搬」の負担が大きな農業課題として顕在化しています。また、「収穫・搬送用農業機械」は用途別の仕様となっていることに加え、其々が高額な機械であり作物ごとに購入・調達が必要であることから農家の大きな負担となっており機械化の障害となっています。このため、収穫物等の重量物搬送の「自動化」「普及価格化」が急務となっています。

そこで、無人で自律走行する収穫物搬送機械を従来と比べ大幅なコスト低減を実現した普及価格帯での商品提供を目指し、

オープンソース「ArduPilot」を活用したドローンの自律制御のためのソフトウェア開発技術
「準天頂衛星システム(みちびき)」による高精度測位技術

を活用することで自律陸上走行する収穫物搬送機の試作をつくり技術実証してきました。

<実証内容>
今回の取り組みにおいては、農業現場での多様な用途を想定し3種類の自律走行搬送ローバーを新たに設計開発し実際の利用状況を想定し3台を自律的に同時走行させる実証実験を実施したしました。


■特性の違う3種の実験車両の開発
–両輪の回転差で走行制御する自作自律ローバー
自律搬送ローバー1
–エンジン式市販クローラーの自律化

自律搬送ローバー2
–4輪走行車でステアリング走行制御する市販ローバーの自律化

自律見回りローバー
■複数ローバーのコントロールセンターでの設定

■実証実験圃場でのテスト
–単車動作確認、環境地図作成
–複数動作確認

■公開実証実験
公開実証実験を通じ、畑作露地作物の複数台の自律ローバーによる自動搬送を事前に走路(農地~倉庫)を設定し、それに伴う自動搬送(作物や農業資材など)させ下記検証を行った。
1.空中ドローン用フライトコントローラーの陸上への適用時の課題の整理
? 開発の容易性
? 操作の簡素化
? 総コストの低減
2.陸上における複数機体での精緻な走行検証
? 設定コースの正確なトレースの検証
? 衝突防止
? 誤差範囲と搬送への影響の整理
3.既存のGNSS/GPSと、みちびき(SLAS/CLAS)(*3)の比較検証
? 測位精度と実走行への課題整理
? 開発の容易性、操作の簡素化
? エラー事例の抽出と解決のための課題整理
? コスト
4.複数機体の運用に関する技術検証
? 複数台同時自律走行
? 各役割に関する動作など

実証結果
「ArduPilot」と「みちびきSLAS/CLAS」の技術を農地走行車(圃場=土や傾斜が存在する場所)に活用することで、圃場や農地を自律走行する搬送型農業機械の開発は可能であることが確認されました。また、オープンソースや国が整備した測位衛星等の汎用技術の活用による実現であるため、開発に要するコストを中小農家においても導入可能な価格レベルまで低減させる効果があることを確認できました。クローズド専用技術による新規開発する自律農業機械に比べて安価なコストでの提供が可能となれば、自動化やIT農業化の取り組みが遅れている中小規模農家にとっても導入可能な農業機械が提供できると期待されます。さらに、ここで確認された技術は、収穫・搬送分野だけではなく様々な農業機械への応用へのつながり、「ArduPilot」と「みちびきSLAS/CLAS」の技術活用の余地は大きいものと想定されます。
一方、安定的な自律化に向けて、空中とは異なる陸上走行での障害物対策、振動対策、市販ガソリンエンジン車の自律化のためのデジタル-アナログのアクチュエーターの高度化など、事業化へむけた課題も明確に確認することができました。

<「ドローン・ジャパン 農業用搬送用ローバー特徴
1) ドローン及びローバーリモートセンシングデータ解析に基づく搬送設定 
2016年から2020年の5か年・55,000Ha・25作物分のデータをセンシング解析してきており、各々の収穫適期・収穫量・収穫場所を事前予測し搬送ローバーの稼働時期・走行場所を特定しながら搬送設定。
2)搬送ローバーを制御するオープンソースソフトウェア「ArduPilot」の技術者
2016年5月より、「ArduPilot」の技術者育成事業を実施し350人(2020年11月末現在・国内最大)のArduPilot技術者を育成してきており、オープンソースフリー、柔軟性の高い短期間開発可能とするためのリソースを確保。
ドローン・ジャパンの農業事業とドローン技術者育成事業が連動し、ドローン及びローバーがこの搬送用ローバーの開発以外にも農業シーンにおいて様々なドローンの活用・応用が広がりはじめている。
3)高精度測位技術および農業機械工学研究の第一人者・海津准教授との「みちびき・CLAS」の精度実証
東京大学院農学生命科学研究科生物機械工学研究室 海津准教授(ドローン・ジャパン技術顧問)との5年にわたる様々な田畑圃場での自律ローバー実証を行っている。陸上・特に農地では空中に比べ、より精緻な走行が求めらるなかで、「みちびきCLASの高精度測位」により搬送用ローバ機の仕様を策定・実証することができた。

<「ドローン・ジャパン 農業用搬送用ローバー」 今後の予定
― 2020年度に共同開発パートナー(農業機械メーカー)との商品開発開始
― 来年度に協力農家でのテスト稼働確認後、商品販売・出荷開始予定
ドローン・ジャパンは、

Open&Freeソース「ArduPilotによるソフトウェア技術」
Open&Freeな利用ができる「みちびきによる高精度測位技術」

という“2つのOpen&Free”の技術を用いたローバードローンで、農業課題解決が求められる収穫物搬送の「自動化」「普及価格化」に向け、取り組んで参ります。


【注釈】
(*1) ドローン・ジャパンは、2015年12月14日に創業し、農業分野を中心にドローンを活用した企画立案及び農業関連サービスの開発事業に携わってまいりました。創業以来の5年間においては、多様な農地・農作物をドローンによるリモートセンシングを実施し、多くのデータ収集・解析をしてまいりました。 蓄積してきたリモートセンシングデータの解析結果も活用し農業機械の自律走行化、複数台同時走行等の高精度な制御技術をドローンオープンソースソフトウェア「ArduPilot」を活用し実現してまいります。

(*2) 「ArduPilot」は多種多様なドローンを自律制御するためのオープンソースのソフトウェアプログラムであり、世界中の専門技術者とコンピュータ科学者が日々最新のソフトウェアモジュールを開発し開発者間で共有されています。 多くの周辺サプライヤーがエコシステムを提供しているオープンソフトウェアであるため、非常に多くのソフトウェア技術者が存在することから実証実験後においても周囲の技術進化に遅れることなくスムーズな事業活用につながることが期待されます。(https://www.drone-j.com/ades

(*3) 参照:みちびきウェブサイト(https://qzss.go.jp/

【動画解説】 
https://youtu.be/dkRL_NnNz_Y

【会社概要】
会社名:ドローン・ジャパン株式会社
所在地:東京都千代田区
代表者:勝俣喜一朗
設立:2015年12月
URL:https://www.drone-j.com/
事業内容:
1) 農業関連者向けドローン+ローバー開発・企画
2) 事業者向けドローン事業の新規立ち上げ、開発・企画・活用コンサルティング
3) ドローンソフトウェア技術者育成 (ドローンエンジニア養成塾)

【実証協力】
内閣府宇宙開発戦略推進事務局
準天頂衛星システムサービス株式会社

【お客様からのお問い合わせ先】
問い合わせ
e-mail: info@drone-j.com
電話:03-6869-1384
【本リリースに関する報道お問い合わせ先】
ドローン・ジャパン株式会社 代表 勝俣喜一朗・春原久徳
e-mail: info@drone-j.com
電話:03-6869-1384

提供元:PR TIMES

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