| 研究課題/領域番号 |
23580342
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| 研究機関 | 帯広畜産大学 |
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研究代表者 |
佐藤 禎稔 帯広畜産大学, 畜産学部, 教授 (90142794)
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| キーワード | 農業機械 / テンサイ / ビートタッパ / タッピング作業 / CAD / CAE / 運動機構解析 / シミュレーション |
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| 研究概要 |
北海道のテンサイ収穫は高能率な機械作業が要求され，その際ビートタッパによるタッピング作業が必要である。しかし，高速で作業を行う場合，タッピング精度が低下することから，高速高精度なビートタッパの開発が望まれている。そこで本研究は，3D-CADとCAEの運動機構解析ソフトを利用し，コンピュータシミュレーションによって高速作業を可能にする新たなビートタッパを開発することを目的とする。これまでに，慣行のビートタッパを供試し，その3DモデルをコンピュータのCAD上に構築し，CAEを利用してタッピング機構の性能を評価してきた。
そこで本研究は，高速化のための改良としてフィーラホィールの軽量化やダンパを追加し，CAEによる評価と実際に改造機を試作してその効果を室内実験と圃場実験で評価した。
1.改造機のCAEと室内実験による評価 フィーラホィールを慣行の炭素鋼製からアルミ製に変更して55％軽量化した結果，テンサイの地上高に対する追従性が向上した。さらに，軽量化と共にダンパを追加した改造を行ったところ，CAEのシミュレーションや室内実験でもその改造の効果が確認された。
2.改造機の圃場実験による評価 改造機のタッピング精度を農家圃場で作業速度1.25～2.25m/sの条件で評価した結果，アルミ製フィーラホィールとダンパ（減衰定数5N/mm/s）を組み合わせた改造機では通常の作業速度1.3m/sから1.75m/sに増速しても十分なタッピング精度が得られることが判明し，本研究の成果が圃場実験でも確認できた。
本研究はビートタッパの高速・高精度化を目的に3次元CADとCAEを利用した新たな開発手法について提案し，実際に改造機を試作して圃場実験で実証したものである。今後，さらに種々の検討を行う必要があるものの，本研究は農業機械の新たな開発手法の基礎となる有意義な研究であると言える。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は，テンサイ収穫時に行われるタッピング作業の高能率化を図るため，利用が拡大しているパソコン用の3D-CADとCAEソフトを利用し，高速・高精度化に対応する次世代型ビートタッパを開発することを目的としている。本研究の骨子は，慣行のビートタッパを供試し，各部品等を採寸してその3Dモデルをコンピュータ上に構築した。つぎに，運動機構解析のCAEを利用して，供試機のタッピング機構の挙動をコンピュータシミュレーションによって検証した。また，CAEの解析性能を評価するために，テンサイ模擬走行シミュレータを試作してビートタッパのタッピングナイフの挙動とCAEのシミュレーション結果を比較し，供試したCAEの運動解析性能の妥当性を確認した。そこで，3D-CADとCAEを利用して，高速化に向けた慣行機の改造等をシミュレーションした結果，フィーラホィールの軽量化とサスペンション機構にダンパを追加することで，高速作業でも追従性が向上することの知見を得た。
平成25年度は，CAEのシミュレーション結果を元に慣行機を改造し，走行シミュレータを利用して室内実験で高速作業時のタッピング性能を計測して評価した。さらに，改造機と慣行機を実際の圃場でタッピング性能を評価した結果，高速でもほぼ十分なタッピング精度が得られることを明らかにした。
以上のように，本研究は農業機械の性能向上に関する研究であり，そのプロセスとしては3D-CADによる設計とCAEのコンピュータシミュレーションを行い，高速化のための改造および設計・製作を行った。最終的に新たにビートタッバを製作して圃場試験を実施した結果，本研究の当初の目的を十分に達成することができたと自己評価できる。
しかし，テンサイの収穫は晩秋に実施されるため，圃場実験の遅れやその後の解析に時間を要したことから，研究成果を当該年度に学会等で発表するまでには至らなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は，3D-CADとCAEを利用して高速化に対応する新たなビートタッパを開発することを目的とし，これまでにコンピュータシミュレーションや室内および圃場実験で新たなビートタッパのタッピング性能などを実験し，その研究成果がある程度評価できる知見を得た。しかし，テンサイの収穫は10月下旬から実施されるため，圃場実験の遅れやその後の解析に時間を要したことから，研究成果を当該年度に学会等で発表することや農業機械メーカーなどに普及するまでには至らなかった。
本研究は，平成25年度が最終年度であるが，公表を予定している学会は年一度の開催である。そこで，まず国内学会の発表としては平成26年5月に開催される農業食料工学会・沖縄大会を予定している。また，平成26年5月にはISMAB 2014（台湾）の国際学会で発表を予定している。また，これらの研究成果を特許等の取得や学会誌などに投稿を予定している。さらに，本研究で得られた研究成果を農業機械メーカーなどに紹介し，農業機械分野での新たな開発手法の技術普及並びに指導等を継続的に行う予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本研究は，3D-CADとCAEを利用して高速・高精度化に対応する次世代型ビートタッパを開発することを目的としている。これまでに，コンピュータシミュレーションや室内および圃場実験で新たなビートタッパのタッピング性能を実験した結果，その研究成果をある程度評価できる知見を得た。しかし，テンサイの収穫は10月下旬から実施されるため，圃場実験の遅れやその後の解析に時間を要したことから，研究成果を当該年度に学会等で発表するまでには至らなかった。
本研究は，平成25年度が最終年度であるが，公表を予定している学会は年一度の開催である。そこで，まず国内学会の発表としては平成26年5月に開催される農業食料工学会・沖縄大会を予定している。また，平成26年5月には国際学会のISMAB 2014（台湾）での発表を予定している。事業期間を延長すると共に残りの科学研究費の使途は，これらの学会に参加する旅費および投稿論文の英文校閲等に利用する予定である。
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