| Project/Area Number |
23K23729
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| Project/Area Number (Other) |
22H02464 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 佳樹 筑波大学, システム情報系, 教授 (30373377)
河合 新 筑波大学, システム情報系, 助教 (40803549)
丸山 勉 筑波大学, システム情報系, 教授 (00292532)
林 久喜 筑波大学, 生命環境系, 研究員 (70251022)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
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| Keywords | ドローン / スマート農業 / ダウンウォッシュ / 除草 / 画像処理 / FPGA / 流体工学 / 制御モデル / 可変ロータ機構 / ピンポイント除草 / 3次元風速計測 / 可変ローター / 精密農業 / ステレオマッチング |
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| Outline of Research at the Start |
農業分野では、ドローン自身のロータが発する下向きの強力な風（ダウンウォッシュ）が計測時の致命的な外乱となり、圃場上の2から5メートルの超低空域は、ドローンによる計測やサンプルの物理的採取等が極めて困難な未踏の領域となっている。本研究では、飛行中にロータ角度を変化させることで、超低空域を安定飛行でき、かつダウンウォッシュの影響を対象物に及ぼさないドローンを開発する。その上で、肉眼計測をはるかに凌駕するミクロンオーダー（0.1mm/画素）の画像計測、ピンポイント除草（減農薬技術）を目指した、提案ドローンと軽量アームの連動による実証を行う。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research aimed to pioneer the unexplored domain of ultra-low altitude drone operation in agriculture. Its objectives were the development of a drone capable of stable flight free from downwash effects. First, the creation of a windless space directly beneath the aircraft was investigated using an H-frame and servo motors to alter rotor angles. Utilizing a custom-developed 3D airflow measurement system, it was confirmed that a windless space formed when rotor angles were set between 30 and 45 degrees. Next, a lightweight, practical flight-capable aircraft was implemented, featuring a mechanism that allowed for rotor angle control with a single servo motor, ensuring no center of gravity fluctuations. Indoor flight experiments demonstrated stable flight during rotor angle changes, and that at 30 degrees, the creation of a windless space prevented crops from being affected by downwash.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、ドローンがダウンウォッシュを克服し機体直下に無風空間を創出する、画期的な機体設計と制御手法を実証した。これは、ドローンと気流の新たな相互作用を確立し、「実環境エアロダイナミクス知能」創成の基礎を築く学術的意義を持つ。社会的意義としては、農業圃場の超低空域での精密作業を可能にし、環境負荷低減と生産性向上に貢献することが期待され、さらに、インフラ点検等、他分野へのドローン活用を拡大する大きな可能性を示すものである。
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