2014 Fiscal Year Annual Research Report

収穫ロボットの多機能化による高品質イチゴの生産評価手法の開発

Research Project

Project/Area Number	26292133
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	小林研独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物系特定産業技術研究支援センター・生産システム研究部, 部長 (90391490)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	清水浩京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (50206207) 伊藤史朗愛媛県農林水産研究所, 企画環境部・農業研究部, 主任研究員 (50504130) 林茂彦独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 本部・総合企画調整部, 上席研究員 (80391530) 手島司独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物系特定産業技術研究支援センター・園芸工学研究部, 主任研究員 (10391509)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	農業工学 / 生物・生体工学 / 知能機械
Outline of Annual Research Achievements	１　収穫ロボットへの糖度選別機能の追加については、分離型糖度計測システムの構成検討および試験装置の構築を行った。計測方法は三次元座標制御が可能なマニピュレータに収穫ロボットのエンドエフェクタを搭載し、果柄で把持したイチゴの赤道部を収穫箱に収容する前に反射式非破壊糖度計のセンサ部にかざす方式とした。イチゴを鉛直方向に動かしながらレーザセンサで定点からイチゴ表面までの水平距離を測定し、最短距離となる赤道部を検出することで、糖度計センサ先端部に赤道部を位置決めするシステムを試作した。イチゴ表面は傷つきやすいことから非接触測定の可能性も検討するため、この装置を用いて糖度計センサ先端部から赤道部を一定距離だけ離した場合と接触時の測定値を比較する等の基礎的な試験を行いデータの蓄積を図った。２　超音波放射圧を利用した機械受粉装置の利用技術では、これまで手動でイチゴの花に超音波焦点を合わせていたが、焦点は目に見えないため設定した時間だけ花を加振することが困難であり正確なデータの蓄積が難しいことが判明した。そこで、26年度は画像処理による花の三次元座標の抽出およびその座標データをもとに超音波焦点の位置決めをすることを優先して実施した。具体的にはKinectを入力デバイスとして用い、原画像の色情報から花だけを抽出するアルゴリズムの開発を試みた。３　光や温度等の栽培環境のイチゴ移動栽培装置による均一化が果実品質に及ぼす影響を解明するテーマでは、栽培期間中のイチゴ果実品質の推移を把握するための手法として、可視・近赤外分光光度計を使用した糖及び色素含量の非破壊計測法を用い、その推定精度を検討した。その結果、糖度については近赤外領域である856、884、902nm、色素については可視領域の540、652nmの各波長の測定値とそれぞれ相関が見られたため、含量を推定する際に利用できると考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason １　収穫ロボットへの糖度選別機能の追加という目的に対して、26年度は分離型糖度計測装置に必要とされる要件の検討や実際にシステムの構築を行い、果柄を把持した果実赤道部の自動検出と糖度計センサ先端部への自動位置決めシステムの試作まで行った。27年度に計画している一体型糖度計測システム構築に向けてセンサ構成等が明らかになり、基礎的データの取得も行えたと考える。２　超音波による受粉に必要な加振時間を評価するため、ターゲットとなる花の画像処理技術を用いた抽出とその三次元座標の取得、想定している時間（１秒や２秒など）超音波放射圧を目標座標へ正確に照射する実験系がほぼ組み上がっている。また、イチゴについては四季成り品種の「ELAN」を必要数グロースチャンバで栽培して、第一段階として外乱の少ない人工光条件下（グロースチャンバ内）で画像取込みから二値化までの処理を行っている。３　栽培期間中の糖や色素含量などのイチゴの果実品質の推移を把握するに当たっては、個体間差が大きいことから同一果実での調査実施が望ましい。同一果実で糖や色素含量を確認するためには非破壊計測法を用いる方法が考えられるが、本法の開発に当たっては、糖や色素と相関の高い波長を探索する業務が大きな割合を占める。多様な品種（11品種）から構成される良質な果実サンプルを用いており、効率的な探索業務を推進できる状況にある。以上のことから研究の目的に対して「おおむね順調に進展している」と考える。
Strategy for Future Research Activity	１　分離型糖度計測システムでは、果柄把持後に糖度計センサ先端部まで移動して赤道部をかざす動作があるが、これらの動作にかかる時間を短縮する方法について検討する。具体的には、小型の糖度センサを組み込んだエンドエフェクタで果柄を把持した後、収穫箱に収容する動作の中で赤道部に対するセンサ部の位置決めと糖度測定を行うようにすることを計画している。糖度センサはこの一体型システムに適したものを試作することとし、この計測システムの構築により、従来のロボット収穫と同程度の作業能率で、イチゴ糖度を計測可能かどうか明らかにする。２　26年度に構築した、画像処理を使って花の三次元座標を取得し、その座標を焦点として超音波を放射する実験系を用いて、複数の加振時間での実験を行う。着果率や製品化率を測定し、美しい円錐形のイチゴ果実を得るために必要な受粉時間（加振時間）を特定するとともに、マイクロスコープによる雌しべへの花粉の付着状況を観察する予定である。また、焦点を上下方向に振るスキャン方式と画像によるピンポイント受粉のいずれが現場での利用に適しているかについて検討する。３　栽培期間中のイチゴ果実品質の推移を明らかにするため、イチゴ果実中の糖及び色素含量の非破壊計測法の推定精度について検討する。また、栽培環境が異なる条件で収穫されたイチゴ果実の品質を調査し、栽培環境が果実品質に及ぼす影響について比較検討を行う。あわせて、イチゴ栽培施設内の複数地点において光・温度等の栽培環境を調査し、施設内の栽培環境条件のばらつきを調査する。これら調査結果から、イチゴ移動栽培装置で収穫されたイチゴ果実の品質の優位性について検討する。
Causes of Carryover	１　現在ある移動栽培装置について、生育差の発生を考慮できる実証規模で栽培を行って生育・品質データを得る目的で装置の規模拡大を行う計画であったが、26年度に取った見積費用が想定以上となり、年度内の発注を見合わせたため。２　26年度は画像処理関係の研究開発に重点を置き、当初計画していた超音波装置の開発に関する消耗品費が未使用となったため。
Expenditure Plan for Carryover Budget	１　27年度予算を加えた可能な範囲内で、装置の規模拡大と実証栽培を行う。２　超音波受粉装置の開発に関する消耗品を購入する予定である。