2021 Fiscal Year Final Research Report

Development of small spherical robots to promote smart agriculture

Research Project

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Project/Area Number	20K21354
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
Research Institution	Prefectural University of Kumamoto
Principal Investigator	MATSUZOE NAOTAKA 熊本県立大学, 環境共生学部, 教授 (50239018)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小田川裕之熊本高等専門学校, 拠点化プロジェクト系地域協働プロジェクトグループ, 教授 (00250845) 大塚弘文熊本高等専門学校, 企画運営部, 教授 (10223869) 加藤達也熊本高等専門学校, 電子情報システム工学系CIグループ, 助教 (10707970) 高山耕二鹿児島大学, 農水産獣医学域農学系, 准教授 (50381190)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2022-03-31
Keywords	水田 / 除草 / ロボット / 球体 / GPS / 自己位置認識
Outline of Final Research Achievements	For the purpose of developing a robot that weeds in paddy fields, we manufactured a small spherical rolling robot inside which a two-wheeled mobile robot is placed within a waterproof plastic ball. The weeding ability of the robot in the paddy field was evaluated using a robot with a diameter of 12 cm (a protrusion with a height of 3 mm or 10 mm is placed on the sphere). The results indicated that the robot has the potential to effectively pull-out weeds by a rolling motion to soil. On the other hand, another experiment in paddy fields revealed that the robot impairs rice plant growth due to its rotational movement. Therefore, it is necessary to equip the robot with a control function that does not hinder the growth of rice. For example, a function is needed to ensure the robot does not trample rice plants. Furthermore, as a long-term autonomous movement function, a self-guiding recognition system based on GPS positioning was implemented in the robot.
Free Research Field	環境農学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究では、水田内の新しい雑草防除方法として小型球体ロボットを提案できた。ロボットに付けた突起の形状や大きさにより、除草効果が異なることが分かった。また、アイガモによる除草方法と比較することで、ロボットの除草のメカニズムを明らかにできた。一方、ロボットの改良点も見つかり、実用化に向けての新しいロボット開発を進めるアイディアが生まれた。本研究成果は、除草剤を使用できない有機農業水田並びに作業機として乗用型除草機械の導入が難しい小面積・不整形な水田や棚田での除草の高率化技術の開発に貢献できる。また、農水省が推進している「スマート農業」の一つの技術として利用できる。