科学研究費助成事業(科学研究費補助金)研究成果報告書：基盤研究(B)2009-2011課題番号：2138015

TAKIGAWA TOMOHIRO

瀧川 具弘

Tsukuba Repository

スキル獲得と車両運動データベースによる農作業用
ヒューマン・インターフェースの開発
著者 瀧川 具弘
発行年 2012
その他のタイトル Development of Agricultural Human Interface by
Vehicle Motion Database and Skill Acquisition
URL http://hdl.handle.net/2241/118472
 様式Ｃ－１９ 
 
科学研究費助成事業（科学研究費補助金）研究成果報告書 
平成 24年 6月 1日現在 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
研究成果の概要（和文）： 
本研究の目的は、ヒューマンインターフェースを介して車両運動データベースを参照すること
で、比較的初心者でも車両の運転を安全に行うことができるシステムの開発にある。具体的に
は、初歩的な技能しか持たない運転者が車両を安全に誘導する技術、クローラ型の車両を正確
に誘導する技術、初心者でもトラクタに装着したトレーラを目標点まで後退走行させる技術を
検討した。さらには、GPSを利用できない果樹園環境でも、樹木の幹をレーザーセンサでスキ
ャンしてルートを探索するシステムを開発した。 
 
研究成果の概要（英文）： 
First purpose of this study is the system development of vehicle controller that enables 
less experienced driver can steers vehicle by referring vehicle motion control database 
for safety. In addition navigation of crawler tractor with accurately guidance has been 
tested. Human support system that makes less experienced driver can travel vehicle 
backward was developed. From the experiments it was found that laser systems can 
find tree trunks so that the vehicle can travel on the route in the fields. 
 
交付決定額 
                               （金額単位：円） 
 直接経費 間接経費 合 計 
2009年度 4,100,000 1,230,000 5,330,000 
2010年度 3,300,000 990,000 4,290,000 
2011年度 2,200,000 660,000 2,860,000 
年度    
  年度    
総 計 9,600,000 2,880,000 12,480,000 
 
 
研究分野：農業環境工学 
科研費の分科・細目：農業工学・農業環境工学 
キーワード：自律走行車両 
 
１．研究開始当初の背景 
（1）第 1 次産業である農林業の従事者は、
毎年減少しつづけており、現時点では 65 歳
以上の老年労働者がかろうじて農業生産を
支えている状況にある。あと 10年もたてば、
農業経験をもつ高齢者の多くがリタイアし、
中核的な農業者がさらに減少することが懸
念される。大規模農業を行っている諸国では
農地の集約による大規模化可能であるが、日
本の場合、土地の値段が極端に高いため耕地
の拡大は困難である。よって、大規模な農業
は条件の良いところに限定されているのが
現状である。こうした状況を打開する方法と
して、経験に乏しいが農業に従事したいと考
機関番号：12102 
研究種目：基盤研究（B） 
研究期間：2009～2011 
課題番号：21380153 
研究課題名（和文）  スキル獲得と車両運動データベースによる農作業用ヒューマン 
インターフェースの開発                     
研究課題名（英文） Development of Agricultural Human Interface by Vehicle Motion  
Database and Skill Acquisition 
研究代表者          
 瀧川 具弘（TAKIGAWA TOMOHIRO） 
筑波大学・生命環境系・教授 
  研究者番号：00236382 
 
 
える都市近郊住民に農作業に従事して頂く
ことである。しかし、農業には経験が必要で
ある。特に機械作業などでは危険が大きい。 
そこで比較的容易に農業機械を利用できる
ように、運転補助機能をもつ農業機械を開発
することを目的とした。 
実際、就農意欲をもつ住民や、都市近郊の
在住で農作業への従事を希望する者が増え
つつあり、棚田の保全などには多くの都市十
問がボランティアとして参加しており、一定
の満足を得ていることが報告されている。 
しかし、実際に農業に従事する場合、特に
農業機械を利用するには、トレーニングを繰
り返し行ってスキルを獲得することが必要
になる。この過程は、都市住民にとってかな
り高いハードルとなっている。こうした現状
を踏まえ、未経験者が最小限のトレーニング
により、速やかに農作業に従事できるように
なるために、人の機械操作を簡略化・安全化
するヒューマンインターフェースの開発を
提案した。 
ここでいうヒューマンインターフェース
とは、トラクタの持つ機能を経験の少ない都
市近郊農業者でも一定の運転技術を比較的
短時間でマスターし、実際農業を実施できる
ように運転操作を簡単にする装置を言って
いる。コンピュータでこのアイデアはデータ
ベースとヒューマンインターフェースによ
って、未熟練者を補助することで、最善では
ないが、安全に農作業を実施可能とすること
を目指した。 
実験ではインターフェースにより、劣駆動
特性をもつピボットターンと直進走行のみ
が可能な履帯型トラクタを用いて、トレーラ
を後退走行させて、目標とする地点に誘導す
るための運転制御方法を開発し、スキルを実
現できるかを実験的に検証することを第 2の
課題とした。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 1 実験に用いたゲーム用のハンドル 
 
 
 
２．研究の目的 
人の運転をコンピュータが補助すること
で、農業の未経験者であっても、簡単な農作
業や運搬作業などを短時間で実施可能とな
るインターフェースの開発を目的とした。 
今回の研究では、インターフェースが人の
運転を翻訳して、運転者の希望する方向を知
り、車両を誘導する実験を行うこととした。  
さらに、運転未経験者でも運転が可能であ
るかを比較検討することとした。さらに、運
転操作が難しい履帯式のトラクタの新たな
制御方法の開発についても研究を行うこと
とした。履帯式の車両は、一点を中心として
旋回可能であるため、急ターンが可能となる
と考えられるので、その特性を活用したナビ
ゲーションを行う。この場合には、データベ
ースを利用したコンピュータによる処理が
必須となった。 
 
３．研究の方法 
（1）図１は実験に用いた基礎的検討におい
て用いたシステムの一部である。図から分か
るように、操舵系はコンピュータゲーム機の
ハンドルである。実際に用いる場合には、人
が入力するが、難しい操縦、例えば先に述べ
たようなトレーラの後退運転のように、熟練
者しか実現できないような運転を可能にす
るシステムの構築と実験的な検証を行った。  
実験結果を、図 2に示した。全くの未経験
者でも、ゲーム用のハンドルを回すだけで、
車両のコンピュータがトレーラを後退制御
可能とすることができた。その際の、運転角
度の変化を図 2に示した。トレーラの後退運
転であるため、トラクタとトレーラとの角度
は増大してしまう。しかし、コンピュータは
それをセンスしてほぼ一定の角度を維持で
きている。これはヒューマンインターフェー
スの持つ利点といえる。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図 2 トレーラ後退時の安全確保機能 
 
（2） ヒッチ角度に対する安全装置 
トレーラが過剰に曲がると前述したよう
に、後退したままでは走行不要となり、その
まま後退を続けるとトラクタとトレーラは
接触することになる。ジャックナイフ現象が
起こらなくても、ヒッチ角が大きくなるとト
ラクタの挙動に対してのトレーラの応答性
は悪化してしまう。これらを防ぐために、一
定以上のヒッチ角になると、それ以上ヒッチ
角が大きくならぬよう操舵することが必要
となる。今回は左右それぞれ 45 度以上にな
るとセーフティが働き、ヒッチ角が 45 度以
内に戻るまで強制的に操舵された。供試トラ
クタのステアリングは、左右それぞれ 45 度
程度まで操舵が可能となっている。 
しかしながら、人にとっては電子的に制御
したために、運転者が大きく操舵して走行不
能となることもあった。特にコンピュータゲ
ーム機では非常に軽くステアリングできる
状態になったため、運転が収束しない場合が
多く見られた。 
さらに、トラクタにトレーラを装着した場
合での実験も行った。この場合も、運転が軽
すぎるために誤差が多くなったが、数回のト
レーニングでもトレーラを精度よく運転で
きる被験者も多かった。 
 
（3）さらに、狭隘な農業道路においてナビ
ゲーションを行うシステムの開発を行った。
農道や林道などの曲がりくねった経路での
ナビゲーションを GPS 等のナビゲーション
システムを用いずに、環境に存在するランド
マークのみで走行するシステムの検討を行
った。さらに、果樹園に存在する果樹の位置
を計測して滑らかに走行するアルゴリズム
の開発を目的とした。 
 
4. 研究成果 
初めに、ピボットターンと前進・後退のみ
が可能な劣駆動特性をもつ履帯型車両によ
る車両系の運動制御について研究した。直進
かピボットターンのみが可能な車両の場合
には、トラクタが後退すると、トラクタとト
レーラがなす角度が発散的に増大する。運転
者は、トラクタ・トレーラ間の角度を調整す
るためにピボットターンを繰り返すことに
なる。さらに、トレーラの動きは、コンピュ
ータにより計算することはできるが、簡単に
は推定できない。そこで本研究では、コンピ
ュータが目的地に到達できるか否かを、旋回
が終わった時点まで計算することで、誘導を
可能とする方法を提案した。 
 
図はトラクタが目的とする位置に後退走
行している時の図である。トラクタは直線的
に後退走行することと、トラクタ及びトレー
ラを後退させることしかできない。一方では、
操縦操作が単純であるため、狭隘な場所、例
えば果樹園での走行には利点を有している。
そこで、この特徴を生かした、トラクタ・ト
レーラ系の操縦制御について研究した。 
  
下図では、トラクタが後退しているがトラ
クタの走行に従い角度φが急速に増大して
しまう。そこで、次の手順で目的地にトレー
ラを誘導することができる。 
 
 
（STEP 1） 
 まずトラクタをピボットターンさせて、後
退走行した場合、トレーラの中心点と目標す
る点が一致する経路を計算する。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（STEP 2） 
トレーラとトラクタとがなす角度をもとに、
トラクタがピボットターンした場合の位置
を計算する。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（STEP 3） 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
(2)トラクタとトレーラの位置が定まったの
で、トラクタを旋回させた場合のトレーラ位
置を計算し、トレーラが目標地点に到達する
のに必要なトラクタの旋回角度を挟み撃ち
法で決定することでトレーラの精密な制御
が可能となった。 
 
（3）さらには、果樹園での走行制御の高度
化について研究した。果樹園には大きな果樹
が連続的に植えつけられているため、GPS な
どによる位置決めが不可能なことが多い。本 
実験では、まず SICK 社製のレーザーレンジ
ファインダーにより樹幹を検出する実験を
行った。レンジファインダーによる樹幹の検
出は可能であったが、ノイズによる位置検出
失敗が問題となった。 
その原因は、センサの検出能力、第 2には
車両が旋回するために、検出した樹木の幹が、
どの幹と適合しているのが分からなくなる
点にある。そこで、車両の移動と、見かけ上
の幹の移動を検出することで、果樹に衝突す
ることなく走行できることを確認した。 
しかし、果樹列が曲がっている場合や、隣
の列の樹木を検出などの問題が生じた。さら
には、雑草などが風などで揺れていると果樹
を見失い、誤認識を繰り返すことがあった。 
そこで、RTK-GPS を装備した自律走行車両
を用いて確認しながら、実験での精度確認を
おこなった。その結果、果樹園などでの自動
走行に応用できることが分かった。 
しかし、雑草や風による細い樹木の動きは
ノイズとなることや、走行の妨げになること
が多かった。今後はより風などや雑草といっ
た環境条件の影響が少なくなる装置を開発
していく予定である。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図３ 果樹園での無人走行軌跡 
 
（●が樹木、線がトラクタの走行軌跡） 
 
 
 
 
５．主な発表論文等 
（研究代表者、研究分担者及び連携研究者に
は下線） 
 
〔雑誌論文〕（計 1件） 
Supachai Kulmutiwat, Pawin Thanpattranon, 
Tomohiro Takigawa: 農業車両に牽引される
２台のトレーラ用の多項式経路設計(2011), 
47, 14-15, 2011,日本農作業学会 京都 査
読無 
  
〔学会発表〕（計 1件） 
Tofael Ahamed, Supachai Kulmutiwat, Pawin 
Thanpattranon, Sasiwimon Tuntiwut, Noguchi 
Ryozo, Tomohiro Takigawa.  Monitoring of 
Plant Growth Using Laser Range Finder. ASABE 
Paper No. 1111373, St. Joseph, Michigan,  
Louisville, Kentucky, August 7-10, 2011   
 
〔図書〕（計 1件） 
Tofael Ahamed, MIN Khan, Noguchi 
Ryozo, Tomohiro Takigawa. GIS and 
Participatory Approaches for Developing 
Resource Maps for Agricultural Policy. 
Agricultural Policies New 
Developments, Nova Publishers, USA, ISBN  
978-1-61209-630-8, 243-241, 2012 
 
〔その他〕 
ホームページ等 
http://www.agbi.tsukuba.ac.jp/~aeng/ 
faculty-1.htm 
 
 
６．研究組織 
(1) 研究代表者 
  瀧川 具弘（Takigawa Tomohiro） 
    筑波大学・生命環境系・教授 
  研究者番号：00236382 
 
(2) 研究分担者 
長谷川英夫（Hideo Hasegawa） 
農学部・生産環境科学科・准教授 
研究者番号：80292514 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Development of Agricultural Human Interface by Vehicle Motion Database and Skill Acquisition

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