農業用トラクター自動運転総合実習
種別
総合実習
開講期
2024/9/2（月）～9/13（金）（土日除）
（10日間、4コマ/日、40コマ・60時間相当）
講師
九工大・石井教授、安川准教授、西田准教授、片山助教
内容
■実習概要：
本実習はスマート農業用IoTデバイスやロボットの自動制御システムを開発するための基礎技術を習得する．基本的な半導体素子を用いてセンサデータを取得する電気回路の製作やモータ制御回路の製作，半導体の集積回路であるマイクロコンピュータ（マイコン）のしくみやプログラム開発手順，タブレット端末用のプログラム開発と画像処理について学ぶ．実習の前半部は農業用ハウス環境制御総合実習と共同で実施し, 後半はタブレット端末を用いた環境情報の取得,マイコンからのステアリングモータの制御について実習し，最終的にトラクターの自動運転システムを開発する．
■日程： 9月2日（月）～9月13日（金）
※授業時間：10:00～17:00（12:00～13:00は休憩）
9/2(月) ： オリエンテーション （1コマ）
Arduinoマイコンを用いた基本プログラムの演習 （3コマ）
9/3（火） ： 半導体素子を用いたセンサ回路設計演習 （4コマ）
9/4（水） ： マイコンによるモータ制御，通信プログラムの演習 （4コマ）
9/5（木） ： Unityを用いたタブレット端末用プログラム入門，GUI作成 （4コマ）
9/96金） ： タブレット端末のセンサ情報取得プログラム演習 （4コマ）
9/9（月） ： タブレット端末用の通信プログラム演習 （4コマ）
9/10（火） ： 自己位置推定，障害物回避プログラム演習 （4コマ）
9/11（水） ： トラクターの自動運転システムの開発 （4コマ）
9/12（木） ：トラクターの自動運転システムの開発 （4コマ）
9/1（金） ： 成果発表会 （4コマ）
■講師およびTA：
教員 ：石井和男, 片山大悟，西田祐也，安川真輔
TA ：佐藤光（M2），中鶴優斗（M2），升田翔雲（M1）
■場所：
1F MACS（前半の演習），HIBIKINO ODORIVA, 学研都市内の敷地（後半の演習）
■人数・班構成：
参加者16名以内，コンテスト4〜5班構成
■機材：
トラクター1台, ステアリング・速度制御装置1式，WiFi接続機器, ノートパソコン, デスクトップPC４〜５台, iPad Pro 等
■実習内容：
本実習は, 農業用トラクターの自動運転を題材として実習を行う. 3日目までは農業用ハウス環境制御総合実習と合同で講習を行い, 4日目以降はタブレット端末のアプリケーションの開発, ならびにトラクターの自動運転システムの構築に必要な技術要素について講習を行う. 2週目にはグループに分かれてトラクターの自動運転システムの開発を行い, 最終日その成果を発表する.
１）メカトロニクス演習：
メカトロニクス実習では，基本的な半導体素子であるダイオードやトランジスタ，オペアンプを用いたフィルタ回路や増幅回路，集積回路であるマイコンのしくみについて学ぶ．前半ではマイコンプログラミングでは，Arduino互換マイコンを対象に，農業用IoTセンサモジュールからのデータ取得方法，センサ周辺回路の設計，デジタルI/O，A/D変換，PWM出力などArduinoの基本的なAPIの使い方やLED制御回路など基本機能を学ぶ．後半では，nチェンネルエンハンスメント型FETを用いたDCモータドライバー回路を作成，モータ制御方法を学ぶ．モータ回転数を計測するノイズフィルタと増幅回路を設計し，フィードバック制御について学ぶ．
２）タブレット端末を用いた自動運転用アプリケーションの構築演習：
タブレット端末を対象としたプログラミングを学ぶ．タブレット端末に搭載されているセンサ情報を取得し, センサ情報の可視化, ならびにトラクターの状態を表示するGUIを備えたアプリケーションを開発する. 前半はアプリケーションの開発環境であるUnityと開発言語であるC#について学ぶ. 後半はLiDARセンサ, 加速度センサ, ジャイロセンサ, GPSなどの情報の取得について学ぶ, また, 自動運転ユニットに搭載されたArduino互換マイコンであるM5Stackとの通信方法についても学ぶ.
３）トラクターの自動運転システムの構築および成果発表会
複数のグループに分かれトラクターの自動運転システムを開発する．始めに, トラクターの自動運転に必要なロボットの運動学，移動軌道シミュレーションを学び，ステアリング制御, 軌道計画と連携するプログラムを作成する．１）２）で学んだ技術を活用し，トラクターの自動運転を目標に, タブレット端末用アプリケーションとアクチュエータ制御を行うマイコンプログラムとのシステム統合を行う. 最終日には, 開発したシステムのプレゼンテーション, ウェイポイントの追従，障害物回避のデモンストレーションを行い，学んだ成果を発表する．
■レポート：実習終了後1週間以内に、各人の担当分をレポートに作成して提出。
集合時間・場所
・初日集合時間： 2024/9/2 13:00 （ただし，インターンシップ生は午前中集合．別途連絡）
・初日集合場所： 生命体工学研究科 1F ロビー
・持参物：筆記用具など
・コンテスト時間： 2024/9/13（時間は別途連絡）
・コンテスト場所： 別途連絡
・他総合実習コンテスト見学：別途連絡
