2018 Fiscal Year Annual Research Report
土と剛体の相互作用を考慮した制御技術の構築と農業分野への応用展開
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16H02352
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
千田 有一 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00345753)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 正人 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00324228)
飯塚 浩二郎 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (10453672)
西村 秀和 慶應義塾大学, システムデザイン・マネジメント研究科(日吉), 教授 (70228229)
成澤 慶宜 信州大学, 工学部, 研究員 (10804685)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 運動解析 / 個別要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、当初の研究計画としていた「(課題3) 土の挙動を考慮した制御用モデルの構築」および、「(課題4) 土の作用を活用した経路追従制御系の設計方法の確立」について実施した。特に、研究代表者が原理を開発したほうれん草自動収穫装置に応用可能な制御方法を念頭に置いた検討を行った。開発した自動収穫装置では、根の切断刃を設定された経路に沿って土中進行させるが、経路条件によっては土からの反力が装置本体に外乱として加わり、本体が揺動するなどの悪影響が有った。この点を改善させるため、土からの反力に伴う揺動を発生させない経路生成とそれへの追従制御の方法を検討した。この方法が確立できれば、土からの反力を土中に潜らせる操作量としてのみ機能させ、外乱要因とならない形で根の切断刃を経路追従制御させることが可能となる。この方法論の開発および検証は、平成29年度までに設計製作した実験室内における実験装置を用いた。まず、(課題3)について検討した。開発した自動収穫装置では、根の切断刃を一定角度に傾斜させた状態で進行させることで、表層から鉛直下向きに刃を潜らせている。このときの傾斜角度を変数とし、鉛直下向きの変位量を実験的に計測することで鉛直下向きの運動モデルを構築した。さらに、その運動モデルに基づいて、根の切断刃の目標経路を再設計する方法を提案した。再設計された目標経路によれば、根の切断刃が鉛直下向きに滑らかに運動し、なおかつ土からの抵抗力を受けない経路とできる。そのため、装置本体に外乱が加わらない。実験装置を用いて再設計した目標経路の性能を検証したところ、提案方法によれば、目標経路の変更前に比較して土からの抵抗力を低減化させることができることを確認した。以上より、(課題4)の方法としての有効性を確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度で計画していた「(課題3) 土の挙動を考慮した制御用モデルの構築」および、「(課題4) 土の作用を活用した経路追従制御系の設計方法の確立」について実施した。さらに、研究代表者らが実現原理を開発したほうれん草自動収穫装置では、根の切断刃を土中において進行させた場合に、土からの反力によって装置本体が揺動するなどの問題点が見られたが、この問題を解決できる方法を提案し、実対象への応用可能な技術として構築できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、（課題4）について実施する計画である。具体的には、平成30年度に開発した根の切断刃の目標経路の設計方法を、ほうれん草自動収穫装置のプロトタイプモデルに搭載し、実験圃場での動作試験を実施する。それによって、提案した目標経路の再設計方法の効果を検証する。また、本年度までに得られた成果は、実験計測データに基づいた方法であった。そのため、個別要素法を用いた解析モデルベースの運動解析と制御設計応用の可能性についても継続して取り組む予定である。
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