JPH1033079A - 自動搾乳機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】搾乳ロボット全体の小型コンパクト化，低コス
ト化，軽量化及び高速化を図るとともに、経済性，安全
性，耐久性及び信頼性の向上を図る。 【解決手段】エンドエフェクタ２に、ティートカップＴ
ａ…をＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向へ変位自在に支持する
Ｘ方向変位部５ａｘ…，Ｙ方向変位部５ａｙ…及びＺ方
向変位部５ａｚ…を有する変位機構部５ａ…を設けると
ともに、エンドエフェクタ２以外の部位に、Ｘ方向変位
部５ａｘ…，Ｙ方向変位部５ａｙ…及びＺ方向変位部５
ａｚ…に対応した駆動部６ａｘ…，６ａｙ…及び６ａｚ
…を設け、当該駆動部６ａｘ…と対応するＸ方向変位部
５ａｘ…，Ｙ方向変位部５ａｙ…及びＺ方向変位部５ａ
ｚ…を、遠隔操作用伝達部７ａｘ…，７ａｙ…及び７ａ
ｚ…により接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は乳頭にティートカッ
プを自動で装着する搾乳ロボットを備える自動搾乳機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、乳頭にティートカップを自動で装
着する搾乳ロボットを備える自動搾乳機としては、ヨー
ロッパ特許Ｎｏ．３００１１５Ａ１公報等で開示される
自動搾乳機が知られている。

【０００３】ところで、この種の自動搾乳機はＸ方向，
Ｙ方向及びＺ方向に移動する移動機構を備え、乳頭位置
検出装置により乳頭の位置を検出するとともに、移動機
構により、四つのティートカップを一つずつ順番に乳頭
に装着するため、四つのティートカップを全て装着する
には相当の時間がかかり、効率面で極めて不利になる難
点があった。

【０００４】このため、装着時間の短縮と効率アップを
図れるように、ロボット機能を各ティートカップ毎に個
別に設けることにより、四つのティートカップを同時に
装着できるようにした自動搾乳機も、米国特許第５２７
９２５３号公報等で知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した四つ
のティートカップを同時に装着する従来の自動搾乳機
は、各ティートカップをＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向にそ
れぞれ変位させる四つの変位駆動機構部を、搾乳ロボッ
ト先端側に位置するエンドエフェクタに配設することに
より、各ティートカップを対応する乳頭に対して同時に
位置合わせする必要があるため、次のような問題があっ
た。

【０００６】第一に、エンドエフェクタは相当重くなる
ため、エンドエフェクタを移動させる大型のマニピュレ
ータが必要になり、全体の大型化，高コスト化及びエネ
ルギ消費の増大に伴う経済性の悪化を招くとともに、動
作の高速化を図れない。

【０００７】第二に、エンドエフェクタの大型化により
牛体に対する安全性を確保しにくいとともに、エンドエ
フェクタの重量化により、制御誤差が生じやすく、しか
も、耐久性や信頼性の低下を招く。

【０００８】本発明はこのような従来の技術に存在する
課題を解決したものであり、搾乳ロボット全体の小型コ
ンパクト化，低コスト化，軽量化及び高速化を図るとと
もに、経済性，安全性，耐久性及び信頼性の向上を図る
ことができる自動搾乳機の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び実施の形態】本発明
は、乳頭Ｈ…に対応した複数のティートカップＴａ…を
支持するエンドエフェクタ２と、このエンドエフェクタ
２を移動させるマニピュレータ３と、エンドエフェクタ
２に対して各ティートカップＴａ…をそれぞれ変位させ
る複数の変位駆動機構部４ａ…を有することにより、テ
ィートカップＴａ…を乳頭Ｈ…に自動で装着する搾乳ロ
ボットＭを備える自動搾乳機１を構成するに際して、エ
ンドエフェクタ２に、ティートカップＴａ…をＸ方向，
Ｙ方向及びＺ方向へ変位自在に支持するＸ方向変位部５
ａｘ…，Ｙ方向変位部５ａｙ…及びＺ方向変位部５ａｚ
…を有する変位機構部５ａ…を設けるとともに、エンド
エフェクタ２以外の部位に、Ｘ方向変位部５ａｘ…，Ｙ
方向変位部５ａｙ…及びＺ方向変位部５ａｚ…の全部
（又は一部）に対応した駆動部６ａｘ…，６ａｙ…及び
６ａｚ…を設け、当該駆動部６ａｘ…と対応するＸ方向
変位部５ａｘ…，Ｙ方向変位部５ａｙ…及びＺ方向変位
部５ａｚ…の全部（又は一部）を、遠隔操作用伝達部７
ａｘ…，７ａｙ…及び７ａｚ…を介して接続した変位駆
動機構部４ａ…を備えることを特徴とする。

【００１０】この場合、好適な実施の形態により、Ｘ方
向変位部５ａｘ…はエンドエフェクタ２のベース部１０
にスライド自在に設けることによりＸ方向に変位するス
ライド部材１１ａ…を有するとともに、Ｙ方向変位部５
ａｙ…はスライド部材１１ａ…に後端部を回動自在に設
けることにより前端部がＹ方向に変位するアーム部材１
２ａ…を有する。また、Ｚ方向変位部５ａｚ…はアーム
部材１２ａ…の前端部に昇降自在に設けることによりＺ
方向に変位する昇降部材１３ａ…を有し、この昇降部材
１３ａ…によりティートカップＴａ…を支持する。一
方、マニピュレータ３はエンドエフェクタ２をＸ方向，
Ｙ方向及びＺ方向に移動させるＸ方向移動部１５，Ｙ方
向移動部１６及びＺ方向移動部１７を備える。この場
合、Ｙ方向移動部１６は前端部がＹ方向に移動する回動
アーム１８を備え、この回動アーム１８の後端部をＸ方
向移動部１５及びＺ方向移動部１６により移動可能に支
持するとともに、当該回動アーム１８の前端部にエンド
エフェクタ２を支持する。他方、回動アーム１８の後端
部と一体に移動し、かつ駆動部６ａｘ…を収容した駆動
ユニット１９を備える。また、駆動部６ａｘ…は直動ア
クチュエータ２０…を用いるとともに、遠隔操作用伝達
部７ａｘ…は伝達方向に対して位置を固定したアウタチ
ューブ２１ａｘ…と、このアウタチューブ２１ａｘ…の
内部にスライド自在に挿通し、かつ伝達方向に剛性を有
するインナワイヤ２２ａｘ…を有する。

【００１１】このような構成により、エンドエフェクタ
２はマニピュレータ３によりＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向
に移動する。即ち、エンドエフェクタ２（及びＹ方向移
動部１６）は、Ｘ方向移動部１５及びＺ方向移動部１７
により、Ｘ方向及びＺ方向に移動するとともに、Ｙ方向
移動部１７を構成する回動アーム１８の回動変位により
Ｙ方向に移動する。また、エンドエフェクタ２に備える
各ティートカップＴａ…は、対応する変位駆動機構部４
ａ…により、それぞれＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向に変位
する。即ち、エンドエフェクタ２以外の部位となるマニ
ピュレータ３における回動アーム１８の後端部と一体に
移動する駆動ユニット１９に収容した駆動部６ａｘ…の
変位は、遠隔操作用伝達部７ａｘ…を介して変位機構部
５ａ…におけるＸ方向変位部５ａｘ…，Ｙ方向変位部５
ａｙ…及びＺ方向変位部５ａｚ…に伝達され、ティート
カップＴａ…はＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向に変位する。
具体的には、駆動部６ａｘ…を構成する直動アクチュエ
ータ２０…の進退変位は、遠隔操作用伝達部７ａｘ…を
構成するインナワイヤ２２ａｘ…を介して、エンドエフ
ェクタ２のベース部１０にスライド自在に設けたスライ
ド部材１１ａ…に伝達され、当該スライド部材１１ａ…
はＸ方向に変位するとともに、同様に駆動部６ａｙ…の
進退変位は、当該スライド部材１１ａ…に回動自在に設
けたアーム部材１２ａ…に伝達され、当該アーム部材１
２ａ…の前端部はＹ方向に変位し、さらに、駆動部６ａ
ｚ…の進退変位は、当該アーム部材１２ａ…の前端部に
設けた昇降部材１３ａ…に伝達され、当該昇降部材１３
ａ…はＺ方向に変位する。この結果、昇降部材１３ａ…
に支持される各ティートカップＴａ…はＸ方向，Ｙ方向
及びＺ方向にそれぞれ変位する。

【００１２】よって、乳頭Ｈ…の位置を検出すれば、各
乳頭Ｈ…に対応するティートカップＴａ…を同時に位置
合わせすることができる。この場合、エンドエフェクタ
２には比較的重い駆動部６ａｘ…が存在しないため、搾
乳ロボットＭ全体の小型コンパクト化及び軽量化が図ら
れ、エンドエフェクタ２を移動（変位）させる際の高速
化が可能になるとともに、エネルギ消費の低減に伴う経
済性，エンドエフェクタ２の小型化に伴う牛体への安全
性，さらには、エンドエフェクタ２の軽量化に伴う耐久
性及び信頼性の向上が図られる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図
面に基づき詳細に説明する。

【００１４】まず、本実施例に係る自動搾乳機１を備え
るストールＡの全体構成について、図４及び図５を参照
して説明する。

【００１５】ストールＡは一頭の乳牛Ｃを収容するため
の区画である。ストールＡは複数のフレームＦ…の組み
合わせにより構成し、前部には餌槽１１１を備える。ま
た、ストールＡの左後半部には後扉１１２を付設すると
ともに、左前半部には前扉１１３を付設し、後扉１１２
は前端部を、前扉１１３は後端部をそれぞれ回動支点と
して開閉する。１１４は乳牛Ｃの動きを抑制するための
踏台である。一方、１はストールＡに付設した自動搾乳
機であり、搾乳ロボットＭを備える。

【００１６】次に、搾乳ロボットＭの構成について、図
１〜図９を参照して具体的に説明する。

【００１７】搾乳ロボットＭは大別して、乳頭Ｈ…に対
応した四つのティートカップＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ及びＴｄ
を支持するエンドエフェクタ２と、このエンドエフェク
タ２を移動させるマニピュレータ３と、エンドエフェク
タ２に対して各ティートカップＴａ…をそれぞれ変位さ
せる変位駆動機構部４ａ，４ｂ，４ｃ及び４ｄを有す
る。

【００１８】一方、ストールＡの近傍にはロボット支持
フレーム３１を設置し、このロボット支持フレーム３１
の上部にＸ方向移動部１５を取付ける。Ｘ方向移動部１
５はＸ方向に移動する可動部３２を有する。Ｘ方向移動
部１５としては、例えば、サーボモータとボールネジ機
構を組合わせた直動アクチュエータを利用できる。ま
た、可動部３２にはＺ方向移動部１７を取付ける。Ｚ方
向移動部１７はＺ方向に移動する可動部３３を有する。
Ｚ方向移動部１７もＸ方向移動部１５と同様の直動アク
チュエータを利用できる。そして、可動部３３にはケー
シング３４を有する駆動ユニット１９を取付ける。な
お、駆動ユニット１９の側面には表示部３５ｄ及び操作
部３５ｃを有する制御盤３５を配設する。

【００１９】また、ケーシング３４の下部にはＹ方向移
動部１６を構成する回動アーム１８の後端部を、ステッ
ピングモータ３６により回動変位可能に取付ける。これ
により、回動アーム１８の前端部はＹ方向に移動する。
一方、回動アーム１８の前端部にはエンドエフェクタ２
のベース部１０を、ステッピングモータ３７により回動
変位可能に取付ける。これにより、エンドエフェクタ２
はＹ方向に平行移動する。

【００２０】他方、ティートカップＴａは、エンドエフ
ェクタ２のベース部１０に設けた変位機構部５ａにより
支持される。変位機構部５ａはＸ方向変位部５ａｘ，Ｙ
方向変位部５ａｙ及びＺ方向変位部５ａｚを有し、これ
により、ティートカップＴａはＸ方向，Ｙ方向及びＺ方
向に変位自在となる。この場合、Ｘ方向変位部５ａｘは
ベース部１０にスライド自在に設けることによりＸ方向
に変位するスライド部材１１ａを有するとともに、Ｙ方
向変位部５ａｙは当該スライド部材１１ａに後端部を回
動自在に設けることにより、前端部がＹ方向に変位する
アーム部材１２ａを有する。また、Ｚ方向変位部５ａｚ
は当該アーム部材１２ａの前端部に昇降自在に設けるこ
とによりＺ方向に変位する昇降部材１３ａを有し、ティ
ートカップＴａはこの昇降部材１３ａにより支持され
る。

【００２１】この場合、Ｚ方向変位部５ａｚは図６に示
すように、下方に延出したガイドロッド４２を有するカ
ップ係合部４１を有し、ガイドロッド４２はアーム部材
１２ａの前端部に設けたガイド孔部４３によりＺ方向へ
スライド自在に支持される。また、ティートカップＴａ
の上部にはフランジ部４４を一体に有し、このフランジ
部４４の一端部に引戻ワイヤ４５の前端を結合する。こ
の引戻ワイヤ４５は下方に導き、カップ係合部４１に設
けた挿通孔部４６に挿通させる。なお、４７は凹状に形
成した嵌合部であり、フランジ部４４の下面に設けた被
嵌合部４８と嵌合してティートカップＴａとカップ係合
部４１の位置決めを行う。

【００２２】他方、前記駆動ユニット１９には、変位機
構部５ａにおけるＸ方向変位部５ａｘ，Ｙ方向変位部５
ａｙ及びＺ方向変位部５ａｚに対応する駆動部６ａｘ，
６ａｙ及び６ａｚを収容する。駆動部６ａｘ（６ａｙ及
び６ａｚも同じ）は、図９に示すように、サーボモータ
５１とボールネジ機構５２を用いた直動アクチュエータ
２０を利用できる。なお、直動アクチュエータ２０には
可動部の進退変位ストロークを検出するポテンショメー
タ５３を付設する。

【００２３】また、駆動部６ａｘ，６ａｙ及び６ａｚ
と、対応するＸ方向変位部５ａｘ，Ｙ方向変位部５ａｙ
及びＺ方向変位部５ａｚは、それぞれ遠隔操作用伝達部
７ａｘ，７ａｙ及び７ａｚにより連結する。即ち、遠隔
操作用伝達部７ａｘはアウタチューブ２１ａｘと、この
アウタチューブ２１ａｘの内部にスライド自在に挿通
し、かつ伝達方向に剛性を有するインナワイヤ２２ａｘ
を有し、アウタチューブ２１ａｘの前端はベース部１０
に固定した固定ブラケット６１ａに結合するとともに、
後端は駆動ユニット１９に固定した固定プレート６２に
結合することにより、伝達方向の位置を固定する。そし
て、インナワイヤ２２ａｘの前端はスライド部材１１ａ
に結合するとともに、後端は駆動部６ａｘの可動部に結
合する。一方、遠隔操作用伝達部７ａｙも同様のアウタ
チューブ２１ａｙとインナワイヤ２２ａｙを有し、アウ
タチューブ２１ａｙの前端は固定ブラケット６１ａに結
合するとともに、後端は固定プレート６２に結合するこ
とにより、伝達方向の位置を固定する。そして、インナ
ワイヤ２２ａｙの前端は図２に示すように、アーム部材
１２ａのレバー部６３に回動自在に結合するとともに、
後端は駆動部６ａｙの可動部に結合する。他方、遠隔操
作用伝達部７ａｚも同様のアウタチューブ２１ａｚとイ
ンナワイヤ２２ａｚを有し、アウタチューブ２１ａｚの
前端はアーム部材１２ａの前端に結合するとともに、後
端は固定プレート６２に結合することにより、伝達方向
の位置を固定する。そして、インナワイヤ２２ａｚの前
端は昇降部材１３ａに結合するとともに、後端は駆動部
６ａｚの可動部に結合する。このような、変位機構部５
ａ、駆動部６ａｘ，６ａｙ，６ａｚ及び遠隔操作用伝達
部７ａｘ，７ａｙ，７ａｚは、エンドエフェクタ２に対
してティートカップＴａを変位させる変位駆動機構部４
ａを構成する。

【００２４】他方、アーム部材１２ａの前端部と駆動ユ
ニット１９に固定した支持プレート６５間には、引戻用
アウタチューブ６６の両端をそれぞれ結合するととも
に、引戻用アウタチューブ６６の内部に前記引戻ワイヤ
４５をスライド自在に挿通させ、引戻ワイヤ４５の後端
は駆動ユニット１９に収容した巻上機構部６７により巻
上可能に構成する。巻上機構部６７は巻上モータ６８と
この巻上モータ６８の回転軸に取付けた巻取プーリ６９
を備える。

【００２５】また、エンドエフェクタ２のベース部１０
には、このような変位駆動機構部４ａと同様に構成した
変位駆動機構部４ｂ，４ｃ及び４ｄを備え、対応する他
のティートカップＴｂ，Ｔｃ，Ｔｄを変位させる。この
場合、変位駆動機構部４ｂ，４ｃ及び４ｄは構成要素の
配設位置及び形状の相違を除き、変位駆動機構部４ａと
同じである。

【００２６】一方、搾乳ロボットＭには乳牛Ｃの乳頭Ｈ
…の位置を検出する位置検出部を備える。

【００２７】まず、７１はストールＡに進入した乳牛Ｃ
（牛体）の位置を検出する牛体位置センサであり、牛体
の後端に当接板７２を当接させることにより乳牛Ｃの前
後方向位置を検出するとともに、当該当接板７２と一体
に移動し、かつ横方からレーザ或いは超音波等を発する
反射型光学センサ７３により乳牛Ｃの左右方向位置を検
出する。

【００２８】また、７４，７５はエンドエフェクタ２に
おけるベース部１０の左右に配設した一対のレーザセン
サ（反射型光学センサ）である。この場合、右側に位置
するレーザセンサ７４は左側に位置する二つの乳頭Ｈ…
の位置を検出するとともに、左側に位置するレーザセン
サ７５は右側に位置する二つの乳頭Ｈ…の位置を検出す
る。一方のレーザセンサ７４はベース部１０に固定した
センサ支持部７６に昇降自在に支持されるセンサ昇降部
７７を有するとともに、このセンサ昇降部７７の上面に
回動部７８ｒを介して回動自在に取付けたセンサカバー
７８を有する。このセンサカバー７８は外光による影響
を防止するもので、前方が開放されたボックス状に形成
し、内部にレーザセンサ本体７４ｍを収容する。

【００２９】一方、駆動ユニット１９には駆動部７９，
８０を収容し、駆動部７９とセンサ昇降部７７を遠隔操
作用伝達部８１により連結するとともに、駆動部８０と
センサカバー７８を遠隔操作用伝達部８４により連結す
る。即ち、遠隔操作用伝達部８１はアウタチューブ８２
と、このアウタチューブ８２の内部にスライド自在に挿
通し、かつ伝達方向に剛性を有するインナワイヤ８３を
有し、アウタチューブ８２の前端はセンサ支持部７６に
結合するとともに、後端は駆動ユニット１９の固定プレ
ート６２に結合することにより、伝達方向の位置を固定
する。そして、インナワイヤ８３の前端はセンサ昇降部
７７に結合するとともに、後端は駆動部７９の可動部に
結合する。他方、遠隔操作用伝達部８４も同様のアウタ
チューブ８５とインナワイヤ８６を有し、アウタチュー
ブ８５の前端はセンサ昇降部７７に結合するとともに、
後端は固定プレート６２に結合することにより、伝達方
向の位置を固定する。そして、インナワイヤ８６の前端
は図３に示すように、センサカバー７８に設けたレバー
部８７に回動自在に結合するとともに、後端は駆動部８
０の可動部に結合する。なお、他方のレーザセンサ７５
もレーザセンサ７４と同様に構成する。

【００３０】さらに、一つのティートカップＴａに対し
てフォトアレイセンサ９０を付設する。９１はベース部
１０に配設した昇降支持部であり、この昇降支持部９１
の上端部にフォトアレイセンサ９０を取付ける。これに
より、フォトアレイセンサ９０はティートカップＴａの
上方に位置し、昇降支持部９１により昇降する。フォト
アレイセンサ９０は図８に示すように、矩形枠状のセン
サフレーム９２を有し、内側に乳頭Ｈを入れることがで
きる。センサフレーム９２は，左フレーム部９２ａ，右
フレーム部９２ｂ，前フレーム部９２ｃ及び後フレーム
部９２ｄからなり、センサフレーム９２のフレーム内部
には図８に示すように、発光部９３…と受光部９４…か
らなる複数組の光学センサを配設する。これにより、セ
ンサフレーム９２の内方の空間にはマトリクス状の光路
Ｅ…が形成される。

【００３１】次に、自動搾乳機１における搾乳ロボット
Ｍの制御系統について、図９を参照して説明する。

【００３２】図９中、１００はコントローラであり、制
御部１０１，記憶部１０２及びドライブ部１０３を備え
る。また、制御部１０１には牛体識別センサ１０４及び
牛体位置センサ７１を接続するとともに、レーザセンサ
７４，７５及びフォトアレイセンサ９０を接続する。一
方、マニピュレータ３（ステッピングモータ３６，３
７、Ｘ方向移動部１５，Ｚ方向移動部１７）は制御部１
０１に接続する。また、駆動部６ａｘ…（他の駆動部も
同じ）はドライブ部１０３に接続するとともに、駆動部
６ａｘ…（他の駆動部も同じ）に付設したポテンショメ
ータ５３…は制御部１０１に接続する。

【００３３】次に、本実施例に係る自動搾乳機１の動
作、特にティートカップの装着手順について、図１２に
示すフローチャート及び図１〜図１１を参照して説明す
る。

【００３４】今、ストールＡ内に乳牛Ｃが進入すれば、
扉１１２を閉じ、牛体識別センサ１０４により乳牛Ｃの
識別処理を行う（ステップＳ１，Ｓ２）。乳牛ＣはＩＤ
コードを記憶した首輪を掛けており、ストールＡの前部
に配設した不図示のコード読取器によりＩＤコードを読
取って乳牛Ｃを識別する。そして、識別した乳牛Ｃのデ
ータを記憶部１０２に記憶したデータベースから読み出
すとともに、牛体位置センサ７１により乳牛Ｃの位置を
検出し、データベース及び位置の検出結果に基づいて、
エンドエフェタ２を図５に実線で示すホームポジョンか
ら標準位置となる仮想線位置まで移動させる（ステップ
Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５）。この場合、制御部１０１によりマ
ニピュレータ３を駆動制御する。

【００３５】次いで、レーザセンサ７４を図１０に示す
設定角度Ｑだけ回動変位させ、右側に位置する二つの乳
頭Ｈ…の位置を検出する。この際、レーザセンサ７４
は、最初に、図１１に仮想線で示すホームポジション
（下限位置）において検出を行う。この際、検出しない
場合には予め設定した一定量のストロークＫｏだけレー
ザセンサ７４を上昇させることにより、同様にレーザセ
ンサ７４を設定角度Ｑだけ回動変位させ、乳頭Ｈ…の位
置を検出する処理を繰り返す（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ
８）。この場合、駆動部７９を駆動制御すれば、インナ
ワイヤ８３が進退変位し、レーザセンサ７４（センサカ
バー７８）を回動変位させることができるとともに、駆
動部８０を駆動制御すれば、インナワイヤ８６が前進変
位し、レーザセンサ７４を上昇させることができる。な
お、図１０はレーザセンサ７４をホームポジションから
ストロークＫｕだけ上昇させた際に、乳頭Ｈ…を検出し
た状態を示している。これにより、乳頭Ｈ…までの高さ
（Ｚ方向位置）と乳頭Ｈ…の位置（Ｘ方向位置及びＹ方
向位置）を検出できる。同様の処理はレーザセンサ７５
においても行う。

【００３６】そして、レーザセンサ７４，７５による検
出結果に基づいて、各ティートカップＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ
及びＴｄを対応する乳頭Ｈ…の下方に位置させる（ステ
ップＳ９）。この場合、各駆動部６ａｘ…を駆動制御
し、インナワイヤ２２ａｘ…を進退変位させることによ
り、各ティートカップＴａ…をＸ方向及びＹ方向に変位
させる。

【００３７】次いで、フォトアレイセンサ９０を上昇さ
せ、乳頭Ｈをセンサフレーム９１に入れることにより乳
頭Ｈの位置を検出する。即ち、センサフレーム９１の内
方の空間に形成されたマトリクス状の光路Ｅ…の一部は
乳頭Ｈにより遮断されるため、この情報に基づいて制御
部１０１は乳頭Ｈの位置を検出する（ステップＳ１
０）。この場合、光路Ｅ…はマトリクス状のため、正確
（高精度）に検出できる。一方、制御部１０１はこの位
置検出結果に基づいて、Ｘ方向移動部１５とＹ方向移動
部１６を駆動制御し、乳頭Ｈがセンサフレーム９１の内
方の空間の中心（ティートカップＴｃの中心）に位置す
るようにマニピュレータ３によりエンドエフェクタ２を
移動させて位置決めする（ステップＳ１１）。

【００３８】そして、乳頭Ｈがセンサフレーム９１の中
心に位置するように位置決めしたなら、各ティートカッ
プＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ及びＴｄを同時に上昇させる。即
ち、駆動部６ａｚ…を駆動制御し、インナワイヤ２２ａ
ｚ…を前進変位させることにより、カップ係合部４１…
を上昇させれば、カップ係合部４１…の上面にフランジ
部４４…が載った状態でティートカップＴａ…も一緒に
上昇する。この際、嵌合部４７…と被嵌合部４８…は嵌
合して位置決めされる。一方、ティートカップＴａ…が
ある程度上昇すれば、負圧により乳頭Ｈ…が吸い込まれ
て真空接続される（ステップＳ１２）。接続されたなら
ティートカップＴａ…の上昇を停止するとともに、カッ
プ係合部４１…を下降させる。これにより、カップ係合
部４１…はフランジ部４４…から離間し、ティートカッ
プＴａ…と昇降部材１３ａ…間は引戻ワイヤ４５のみと
なり、ティートカップＴａ…は水平方向へ変位自在とな
る。ティートカップＴａ…の装着が終了したなら搾乳を
開始する。他方、搾乳が終了したなら、巻上機構部６７
…によりワイヤ４５…を巻上げれば、フランジ部４４…
が下方に引張られ、ティートカップＴａ…は下限位置に
戻される。

【００３９】以上、実施例について詳細に説明したが、
本発明はこのような実施例に限定されるものではない。
例えば、駆動部は全部を駆動ユニットに収容したが、一
部であってもよい。また、駆動部は駆動ユニットに収容
したが、他の部位、例えば、回動アームの下面等に配設
してもよい。さらに、遠隔操作用伝達部はワイヤ部材を
用いたが、リンク部材の組合わせ等により構成してもよ
い。その他、細部の構成，形状等において、本発明の精
神を逸脱しない範囲で任意に変更できる。

【００４０】

【発明の効果】このように本発明に係る自動搾乳機は、
エンドエフェクタに、ティートカップをＸ方向，Ｙ方向
及びＺ方向へ変位自在に支持するＸ方向変位部，Ｙ方向
変位部及びＺ方向変位部を有する変位機構部を設けると
ともに、エンドエフェクタ以外の部位に、Ｘ方向変位
部，Ｙ方向変位部及びＺ方向変位部に対応した駆動部を
設け、当該駆動部と対応するＸ方向変位部，Ｙ方向変位
部及びＺ方向変位部を、遠隔操作用伝達部により接続し
たため、次のような顕著な効果を奏する。

【００４１】 エンドエフェクタの大幅な軽量化によ
り、エンドエフェクタを移動させる大型のマニピュレー
タが不要になるため、搾乳ロボットの低コスト化及び動
作の高速化を図れるとともに、エネルギ消費の低減に伴
う経済性向上、制御誤差の低減，耐久性及び信頼性の向
上を図ることができる。

【００４２】 エンドエフェクタの小型化及び搾乳ロ
ボット全体の小型コンパクト化を図れるとともに、特
に、エンドエフェクタの小型化により、牛体に対する安
全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動搾乳機における搾乳ロボット
に備える変位駆動機構部の構成図、

【図２】同搾乳ロボットに備えるエンドエフェクタの平
面図、

【図３】同搾乳ロボットに備えるレーザセンサの一部断
面平面図、

【図４】本発明に係る自動搾乳機を備えるストールの側
面図、

【図５】同自動搾乳機を備えるストールの平面図、

【図６】同自動搾乳機の搾乳ロボットに備える変位駆動
機構部におけるＺ方向変位部の側面図、

【図７】同自動搾乳機の搾乳ロボットに備えるレーザセ
ンサの一部断面側面図、

【図８】同自動搾乳機の搾乳ロボットに備えるフォトア
レイセンサの断面平面図、

【図９】同自動搾乳機の搾乳ロボットにおける制御系の
ブロック系統図、

【図１０】同自動搾乳機の搾乳ロボットにおけるレーザ
センサの動作説明図、

【図１１】同自動搾乳機の搾乳ロボットにおけるレーザ
センサの他の動作説明図、

【図１２】同自動搾乳機によるティートカップの装着手
順を示すフローチャート、

【符号の説明】

１ 自動搾乳機 ２ エンドエフェクタ ３ マニピュレータ ４ａ… 変位駆動機構部 ５ａｘ… Ｘ方向変位部 ５ａｙ… Ｙ方向変位部 ５ａｚ… Ｚ方向変位部 ５ａ… 変位機構部 ６ａｘ… 駆動部 ６ａｙ… 駆動部 ６ａｚ… 駆動部 ７ａｘ… 遠隔操作用伝達部 ７ａｙ… 遠隔操作用伝達部 ７ａｚ… 遠隔操作用伝達部 １０ ベース部 １１ａ… スライド部材 １２ａ… アーム部材 １３ａ… 昇降部材 １５ Ｘ方向移動部 １６ Ｙ方向移動部 １７ Ｚ方向移動部 １８ 回動アーム １９ 駆動ユニット ２０… 直動アクチュエータ ２１ａｘ… アウタチューブ ２２ａｘ… インナワイヤ Ｍ 搾乳ロボット Ｈ… 乳頭 Ｔａ… ティートカップ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年９月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】次に、本実施例に係る自動搾乳機１の動
作、特にティートカップの装着手順について、図１〜図
１１を参照して説明する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】今、ストールＡ内に乳牛Ｃが進入すれば、
扉１１２を閉じ、牛体識別センサ１０４により乳牛Ｃの
識別処理を行う。乳牛ＣはＩＤコードを記憶した首輪を
掛けており、ストールＡの前部に配設した不図示のコー
ド読取器によりＩＤコードを読取って乳牛Ｃを識別す
る。そして、識別した乳牛Ｃのデータを記憶部１０２に
記憶したデータベースから読み出すとともに、牛体位置
センサ７１により乳牛Ｃの位置を検出し、データベース
及び位置の検出結果に基づいて、エンドエフェタ２を図
５に実線で示すホームポジョンから標準位置となる仮想
線位置まで移動させる。この場合、制御部１０１により
マニピュレータ３を駆動制御する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】次いで、レーザセンサ７４を図１０に示す
設定角度Ｑだけ回動変位させ、右側に位置する二つの乳
頭Ｈ…の位置を検出する。この際、レーザセンサ７４
は、最初に、図１１に仮想線で示すホームポジション
（下限位置）において検出を行う。この際、検出しない
場合には予め設定した一定量のストロークＫｌｏだけレ
ーザセンサ７４を上昇させることにより、同様にレーザ
センサ７４を設定角度Ｑだけ回動変位させ、乳頭Ｈ…の
位置を検出する処理を繰り返す。この場合、駆動部７９
を駆動制御すれば、インナワイヤ８３が進退変位し、レ
ーザセンサ７４（センサカバー７８）を回動変位させる
ことができるとともに、駆動部８０を駆動制御すれば、
インナワイヤ８６が前進変位し、レーザセンサ７４を上
昇させることができる。なお、図１０はレーザセンサ７
４をホームポジションからストロークＫｕだけ上昇させ
た際に、乳頭Ｈ…を検出した状態を示している。これに
より、乳頭Ｈ…までの高さ（Ｚ方向位置）と乳頭Ｈ…の
位置（Ｘ方向位置及びＹ方向位置）を検出できる。同様
の処理はレーザセンサ７５においても行う。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】そして、レーザセンサ７４，７５による検
出結果に基づいて、各ティートカップＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ
及びＴｄを対応する乳頭Ｈ…の下方に位置させる。この
場合、各駆動部６ａｘ…を駆動制御し、インナワイヤ２
２ａｘ…を進退変位させることにより、各ティートカッ
プＴａ…をＸ方向及びＹ方向に変位させる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】次いで、フォトアレイセンサ９０を上昇さ
せ、乳頭Ｈをセンサフレーム９１に入れることにより乳
頭Ｈの位置を検出する。即ち、センサフレーム９１の内
方の空間に形成されたマトリクス状の光路Ｅ…の一部は
乳頭Ｈにより遮断されるため、この情報に基づいて制御
部１０１は乳頭Ｈの位置を検出する。この場合、光路Ｅ
…はマトリクス状のため、正確（高精度）に検出でき
る。一方、制御部１０１はこの位置検出結果に基づい
て、Ｘ方向移動部１５とＹ方向移動部１６を駆動制御
し、乳頭Ｈがセンサフレーム９１の内方の空間の中心
（ティートカップＴｃの中心）に位置するようにマニピ
ュレータ３によりエンドエフェクタ２を移動させて位置
決めする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】そして、乳頭Ｈがセンサフレーム９１の中
心に位置するように位置決めしたなら、各ティートカッ
プＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ及びＴｄを同時に上昇させる。即
ち、駆動部６ａｚ…を駆動制御し、インナワイヤ２２ａ
ｚ…を前進変位させることにより、カップ係合部４１…
を上昇させれば、カップ係合部４１…の上面にフランジ
部４４…が載った状態でティートカップＴａ…も一緒に
上昇する。この際、嵌合部４７…と被嵌合部４８…は嵌
合して位置決めされる。一方、ティートカップＴａ…が
ある程度上昇すれば、負圧により乳頭Ｈ…が吸い込まれ
て真空接続される。接続されたならティートカップＴａ
…の上昇を停止するとともに、カップ係合部４１…を下
降させる。これにより、カップ係合部４１…はフランジ
部４４…から離間し、ティートカップＴａ…と昇降部材
１３ａ…間は引戻ワイヤ４５のみとなり、ティートカッ
プＴａ…は水平方向へ変位自在となる。ティートカップ
Ｔａ…の装着が終了したなら搾乳を開始する。他方、搾
乳が終了したなら、巻上機構部６７…によりワイヤ４５
…を巻上げれば、フランジ部４４…が下方に引張られ、
ティートカップＴａ…は下限位置に戻される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動搾乳機における搾乳ロボット
に備える変位駆動機構部の構成図、

【図２】同搾乳ロボットに備えるエンドエフェクタの平
面図、

【図３】同搾乳ロボットに備えるレーザセンサの一部断
面平面図、

【図４】本発明に係る自動搾乳機を備えるストールの側
面図、

【図５】同自動搾乳機を備えるストールの平面図、

【図６】同自動搾乳機の搾乳ロボットに備える変位駆動
機構部におけるＺ方向変位部の側面図、

【図７】同自動搾乳機の搾乳ロボットに備えるレーザセ
ンサの一部断面側面図、

【図８】同自動搾乳機の搾乳ロボットに備えるフォトア
レイセンサの断面平面図、

【図９】同自動搾乳機の搾乳ロボットにおける制御系の
ブロック系統図、

【図１０】同自動搾乳機の搾乳ロボットにおけるレーザ
センサの動作説明図、

【図１１】同自動搾乳機の搾乳ロボットにおけるレーザ
センサの他の動作説明図、

【符号の説明】 １ 自動搾乳機 ２ エンドエフェクタ ３ マニピュレータ ４ａ… 変位駆動機構部 ５ａｘ… Ｘ方向変位部 ５ａｙ… Ｙ方向変位部 ５ａｚ… Ｚ方向変位部 ５ａ… 変位機構部 ６ａｘ… 駆動部 ６ａｙ… 駆動部 ６ａｚ… 駆動部 ７ａｘ… 遠隔操作用伝達部 ７ａｙ… 遠隔操作用伝達部 ７ａｚ… 遠隔操作用伝達部 １０ ベース部 １１ａ… スライド部材 １２ａ… アーム部材 １３ａ… 昇降部材 １５ Ｘ方向移動部 １６ Ｙ方向移動部 １７ Ｚ方向移動部 １８ 回動アーム １９ 駆動ユニット ２０… 直動アクチュエータ ２１ａｘ… アウタチューブ ２２ａｘ… インナワイヤ Ｍ 搾乳ロボット Ｈ… 乳頭 Ｔａ… ティートカップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 栄一 東京都港区赤坂２丁目３番６号 コマツエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 太田 哲郎 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乳頭に対応した複数のティートカップを
   支持するエンドエフェクタと、このエンドエフェクタを
   移動させるマニピュレータと、前記エンドエフェクタに
   対して各ティートカップをそれぞれ変位させる複数の変
   位駆動機構部を有することにより、前記ティートカップ
   を前記乳頭に自動で装着する搾乳ロボットを備える自動
   搾乳機において、前記エンドエフェクタに、ティートカ
   ップをＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向へ変位自在に支持する
   Ｘ方向変位部，Ｙ方向変位部及びＺ方向変位部を有する
   変位機構部を設けるとともに、前記エンドエフェクタ以
   外の部位に、前記Ｘ方向変位部，Ｙ方向変位部及びＺ方
   向変位部の全部（又は一部）に対応した駆動部を設け、
   当該駆動部と対応するＸ方向変位部，Ｙ方向変位部及び
   Ｚ方向変位部の全部（又は一部）を、遠隔操作用伝達部
   を介して接続した変位駆動機構部を備えることを特徴と
   する自動搾乳機。
2. 【請求項２】 前記Ｘ方向変位部は前記エンドエフェク
   タのベース部にスライド自在に設けることによりＸ方向
   に変位するスライド部材を有することを特徴とする請求
   項１記載の自動搾乳機。
3. 【請求項３】 前記Ｙ方向変位部は前記スライド部材に
   後端部を回動自在に設けることにより前端部がＹ方向に
   変位するアーム部材を有することを特徴とする請求項１
   又は２記載の自動搾乳機。
4. 【請求項４】 前記Ｚ方向変位部は前記アーム部材の前
   端部に昇降自在に設けることによりＺ方向に変位する昇
   降部材を有し、この昇降部材により前記ティートカップ
   を支持することを特徴とする請求項１又は３記載の自動
   搾乳機。
5. 【請求項５】 前記遠隔操作用伝達部は伝達方向に対し
   て位置を固定したアウタチューブと、このアウタチュー
   ブの内部にスライド自在に挿通し、かつ伝達方向に剛性
   を有するインナワイヤを有することを特徴とする請求項
   １記載の自動搾乳機。
6. 【請求項６】 前記マニピュレータはエンドエフェクタ
   をＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向に移動させるＸ方向移動
   部，Ｙ方向移動部及びＺ方向移動部を備えることを特徴
   とする請求項１記載の自動搾乳機。
7. 【請求項７】 前記Ｙ方向移動部は前端部がＹ方向に移
   動する回動アームを備え、この回動アームの後端部を前
   記Ｘ方向移動部及び前記Ｚ方向移動部により移動可能に
   支持するとともに、当該回動アームの前端部に前記エン
   ドエフェクタを支持することを特徴とする請求項６記載
   の自動搾乳機。
8. 【請求項８】 前記回動アームの後端部と一体に移動
   し、かつ前記駆動部を収容した駆動ユニットを備えるこ
   とを特徴とする請求項１又は６記載の自動搾乳機。
9. 【請求項９】 前記駆動部は直動アクチュエータを用い
   ることを特徴とする請求項１又は８記載の自動搾乳機。