JP2001128575A - 搾乳ロボットの昇降装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構成部品の小能力化によるコストダウン及びマ
ニュアル操作時の作業性向上を図るとともに、故障や停
電時における機構系の損傷を回避する。 【解決手段】ティートカップＴ…を支持するエンドエフ
ェクタ２を昇降させる昇降駆動部３を備える搾乳ロボッ
トＲの昇降装置１を構成するに際して、エンドエフェク
タ２側から昇降駆動部３に付加される荷重Ｆｐに対抗す
る力Ｆｎを付与して昇降駆動部３を補助する補助シリン
ダ４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ティートカップを
支持するエンドエフェクタを昇降させる昇降駆動部を備
える搾乳ロボットの昇降装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、乳頭に装着するティートカップを
支持するエンドエフェクタを昇降駆動部により昇降させ
る搾乳ロボットの昇降装置としては、既に、本出願人が
提案した特開平１１−５６１４２号公報で開示される自
動搾乳機に備える搾乳ロボットの昇降装置が知られてい
る。

【０００３】同公報に開示される搾乳ロボットは、乳頭
にティートカップを装着するエンドエフェクタをＸ方向
に移動させるＸ方向移動機構部と、エンドエフェクタを
Ｙ方向に移動させるＹ方向移動機構部と、エンドエフェ
クタをＺ方向に移動させるＺ方向移動機構部（昇降装
置）を有し、この昇降装置はエンドエフェクタを昇降さ
せる昇降駆動部を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した搾乳
ロボットに備える昇降装置は、次のような改善すべき点
も存在した。

【０００５】第一に、電気配線やアーム等を含むエンド
エフェクタ側の重量は、全体で相当に重くなるため、例
えば、昇降駆動部としてエアシリンダを使用した場合、
駆動能力の大きい大型のエアシリンダやサーボバルブ等
が必要となり、大幅なコストアップを招く。

【０００６】第二に、エアシリンダ（昇降駆動部）の駆
動力を解除してマニュアル操作により作業を行う場合に
は、エンドエフェクタ側を上昇させるかなりの労力が必
要になり、作業性の低下を招く。

【０００７】第三に、故障や停電によりエアシリンダ
（昇降駆動部）の駆動が解除された場合、エンドエフェ
クタ側が急激に落下し、落下衝撃により機構系の損傷を
招く虞れがある。

【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、構成部品の小能力化によ
るコストダウン及びマニュアル操作時の作業性向上を図
れるとともに、故障や停電時における機構系の損傷を回
避できる搾乳ロボットの昇降装置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、ティートカップＴ…を支持するエンドエフェクタ２
を昇降させる昇降駆動部３を備える搾乳ロボットＲの昇
降装置１を構成するに際して、エンドエフェクタ２側か
ら昇降駆動部３に付加される荷重Ｆｐに対抗する力Ｆｎ
を付与して昇降駆動部３を補助する補助シリンダ４を設
けたことを特徴とする。この場合、好適な実施の形態に
より、昇降駆動部３は、サーボバルブ５を介してエア供
給部６側に接続したエアシリンダ３ｃを用いるととも
に、補助シリンダ４は、ハイリリーフレギュレータ７を
介してエア供給部６側に接続したエアシリンダ４ｃを用
いる。

【００１０】このような昇降装置１によれば、補助シリ
ンダ４から付与される力Ｆｎにより、エンドエフェクタ
２側からの荷重Ｆｐが相殺されるため、昇降駆動部３側
は小能力の小型部品（エアシリンダ３ｃ，サーボバルブ
５）で足りるとともに、マニュアル操作により作業を行
う場合の労力も軽減される。また、故障や停電により昇
降駆動部３（エアシリンダ３ｃ）の駆動力が解除されて
も、補助シリンダ４には圧力が残存するため、エンドエ
フェクタ２側の急激な落下が回避される。

【００１１】

【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。

【００１２】まず、搾乳ロボットＲを付設するストール
Ａの概要について、図３を参照して説明する。

【００１３】ストールＡは、複数のフレーム１００…の
組合わせにより構成し、前部には餌槽１０１を備える。
また、ストールＡの左後半部には後扉１０２を付設す
る。後扉１０２は前端を回動支点に開閉し、開くことに
より乳牛ＣはストールＡの内部に進入できる。一方、ス
トールＡの左前半部には前扉１０３を付設する。前扉１
０３は後端を回動支点に開閉し、開くことにより乳牛Ｃ
はストールＡから退出できる。他方、ストールＡの右側
面を構成するフレーム１００…には、図４に示す支持フ
レーム１０４を固定し、この支持フレーム１０４により
搾乳ロボットＲを支持する。

【００１４】次に、本実施例に係る昇降装置１を備える
搾乳ロボットＲの構成について、図１〜図４を参照して
説明する。

【００１５】搾乳ロボットＲはマニュピレータ３０を備
える。マニュピレータ３０は、Ｘ方向移動機構部３１，
Ｚ方向移動機構部を構成する本実施例に係る昇降装置１
及びＹ方向移動機構部３２を備え、このＹ方向移動機構
部３２によりエンドエフェクタ２を支持する。

【００１６】Ｘ方向移動機構部３１は、支持フレーム１
０４に固定した上下一対のＸ方向ガイドレール３３，３
４を備え、このガイドレール３３，３４に移動シャーシ
１０を移動自在に装填する。また、ガイドレール３３と
３４間に位置する支持フレーム１０４には、ロッドレス
タイプのエアシリンダ３６を取付け、このエアシリンダ
３６のスライダは移動シャーシ１０に結合する。これに
より、エアシリンダ３６を駆動制御すれば、エンドエフ
ェクタ２をＸ方向（前後方向）へ移動させることができ
る。

【００１７】一方、移動シャーシ１０には、図２及び図
４に示すように、昇降装置１を配設する。まず、移動シ
ャーシ１０の表面部１０ｆには、左右一対のＺ方向ガイ
ドレール１１，１２を固定し、このガイドレール１１，
１２に、昇降盤１３を昇降自在に装填する。また、ガイ
ドレール１１と１２間にはロッドレスタイプのエアシリ
ンダ３ｃ（昇降駆動部３）を配し、このエアシリンダ３
ｃは表面部１０ｆに取付ける。エアシリンダ３ｃは駆動
シリンダとして機能し、このエアシリンダ３ｃのスライ
ダ３ｃｓは、結合リンク１４を介して昇降盤１３に結合
する。さらに、移動シャーシ１０の裏面部１０ｒには、
片ロッドタイプのエアシリンダ４ｃ（補助シリンダ４）
を取付ける。エアシリンダ４ｃは、エアシリンダ３ｃに
対して平行に配するとともに、ロッド４ｃｒは下方に向
け、先端はジョイント１５を介して昇降盤１３に結合す
る。これにより、エアシリンダ３ｃのスライダ３ｃｓと
エアシリンダ４ｃのロッド４ｃｒは、昇降盤１３を介し
て一体化される。なお、移動シャーシ１０にはジョイン
ト１５の昇降を許容する開口スリット１６を形成する。

【００１８】図１には、昇降装置１を駆動する駆動回路
２０を示す。６はエアコンプレッサを含むエア供給部で
あり、エアシリンダ３ｃは５ポートのサーボバルブ５及
びレギュレータ２１を介してエア供給部６に接続する。
また、エアシリンダ４ｃの後室はサイレンサ２２を介し
て大気に連通させるとともに、前室はハイリリーフレギ
ュレータ７を介してエア供給部６に接続する。

【００１９】他方、昇降盤１３には、Ｙ方向移動機構部
３２を取付ける。Ｙ方向移動機構部３２は、昇降盤１３
に固定したブラケット３７により一端部が回動自在に支
持される駆動アーム３８を備え、この駆動アーム３８の
他端部に、エンドエフェクタ２から突出したエフェクタ
アーム３９の端部を回動自在に支持する。駆動アーム３
８には図に現れないロッドレスタイプのエアシリンダを
用いた駆動部を内蔵し、この駆動部により駆動アーム３
８をブラケット３７を支点に回動変位させることができ
る。また、エフェクタアーム３９と昇降盤１３間には、
平行リンク機構を構成するリンク部が架設されており、
エフェクタアーム３９の向きを一定にしたまま移動させ
ることができる。なお、エフェクタアーム３９は円弧に
沿ってＹ方向に旋回移動するため、駆動アーム３８の回
転角に応じてＸ方向移動機構部３１を制御し、当該駆動
アーム３８の回転に基づくエフェクタアーム３９のＸ方
向変位を零にする補正機能を備えている。よって、Ｙ方
向移動機構部３２によりエンドエフェクタ２をＹ方向
（左右方向）へ移動させることができる。

【００２０】また、エンドエフェクタ２は、エフェクタ
アーム３９に対してＬ形に連続したベース部２ｂを有
し、このベース部２ｂの先端側上面に、伸縮機構Ｍ…を
介して四つのティートカップＴ…が支持される。

【００２１】次に、本実施例に係る昇降装置１の動作を
含む搾乳ロボットＲの機能について、各図を参照して説
明する。

【００２２】まず、ストールＡの後扉１０２を開けば、
乳牛ＣはストールＡ内に進入する。ストールＡ内に乳牛
Ｃが進入したなら、後扉１０２を閉じて乳牛Ｃの識別処
理を行う。乳牛ＣはＩＤコードを設定した首輪を掛けて
おり、ストールＡに取付けた牛体識別センサにより当該
ＩＤコードを読取って乳牛Ｃの識別を行う。そして、乳
牛Ｃを識別したなら、当該乳牛Ｃにおける乳頭の位置を
データベースから読出す。また、牛体位置検出装置によ
り牛体の位置を検出する。

【００２３】次いで、搾乳ロボットＲのマニュピレータ
３０、即ち、Ｘ方向移動機構部３１，Ｙ方向移動機構部
３２及び昇降装置（Ｚ方向移動機構部）１を駆動制御
し、エンドエフェクタ２を、図３に仮想線で示す位置
（乳房の下方）へ移動させる。そして、マニュピレータ
３０及びエンドエフェクタ２に備える各駆動系を制御し
てティートカップＴ…を乳牛Ｃの乳頭に自動装着する。
なお、この際の具体的な装着方法及び離脱方法は、特開
平１１−５６１４２号公報で開示される方法と同じであ
る。

【００２４】また、昇降装置１は次のように動作する。
まず、ハイリリーフレギュレータ７は、エアシリンダ４
ｃから昇降盤１３に上方への力Ｆｎを付与し、エンドエ
フェクタ２側からエアシリンダ３ｃに付加される荷重Ｆ
ｐを相殺するように圧力設定されている。したがって、
サーボバルブ５に上昇制御信号を付与すれば、エアシリ
ンダ３ｃにより昇降盤１３を上昇させることができると
ともに、昇降盤１３にはエアシリンダ４ｃから上方への
力Ｆｎが付与されるため、エンドエフェクタ２側から付
加される荷重Ｆｐが相殺され、エアシリンダ３ｃは極め
て小さい力で昇降盤１３を上昇させることができる。こ
の際、昇降盤１３の上昇によりエアシリンダ４ｃのロッ
ド４ｃｒも上昇し、エアシリンダ４ｃの前室の圧力は低
下するも、ハイリリーフレギュレータ７を通して直ちに
当該前室に圧縮空気が供給されるため、力Ｆｎの大きさ
は維持される。

【００２５】一方、サーボバルブ５に下降制御信号を付
与すれば、エアシリンダ３ｃにより昇降盤１３を下降さ
せることができる。この際、昇降盤１３の下降によりエ
アシリンダ４ｃのロッド４ｃｒも下降し、エアシリンダ
４ｃの前室の圧力は上昇するも、圧力の上昇を伴う余分
なエアは、ハイリリーフレギュレータ７からサイレンサ
２３を通して大気中に放出されるため、力Ｆｎの大きさ
は維持される。

【００２６】よって、このような昇降装置１によれば、
補助シリンダ４から付与される力Ｆｎにより、エンドエ
フェクタ２側からエアシリンダ３ｃに付加される荷重Ｆ
ｐが相殺されるため、昇降駆動部３側の構成は、小能力
かつ小型のエアシリンダ３ｃ及びサーボバルブ５で足
り、大幅なコストダウンが図られるとともに、特に、サ
ーボバルブ５の小型化によりエア消費量も少なくなり、
省エネルギ性及び経済性も高められる。また、サーボバ
ルブ５をサーボフリーにしてマニュアル操作により作業
を行う場合の労力も軽減され、作業性の向上が図られ
る。さらに、故障や停電によりエアコンプレッサが停止
するなどによって、エアシリンダ３ｃの駆動が解除され
ても、補助シリンダ４には圧力が残存するため、エンド
エフェクタ２側の急激な落下に伴う機構系の損傷が回避
される。

【００２７】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く、
細部の構成，形状，構成部品等において、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することが
できる。例えば、昇降駆動部３として、サーボバルブ５
を介してエア供給部６側に接続したエアシリンダ３ｃを
例示したが、昇降駆動部３は駆動モータ及びボールネジ
機構等を利用した他の構成であってもよい。

【００２８】

【発明の効果】このように、本発明に係る搾乳ロボット
の昇降装置は、ティートカップを支持するエンドエフェ
クタを昇降させる昇降駆動部を備えるとともに、エンド
エフェクタ側から昇降駆動部に付加される荷重に対抗す
る力を付与して昇降駆動部を補助する補助シリンダを設
けたため、次のような顕著な効果を奏する。

【００２９】 昇降駆動部側の構成は、小能力かつ小
型の構成部品で足り、大幅なコストダウンを図ることが
できる。

【００３０】 昇降駆動部に対する駆動力を解除して
マニュアル操作により作業を行う場合の労力を軽減で
き、作業性の向上を図ることができる。

【００３１】 停電や故障により昇降駆動部の駆動が
解除されても、補助シリンダには圧力が残存するため、
エンドエフェクタ側の急激な落下に伴う機構系の損傷を
回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例に係る昇降装置の駆動回
路図、

【図２】同昇降装置における昇降駆動部と補助シリンダ
を含む一部断面側面図、

【図３】同昇降装置を備える搾乳ロボット及び同搾乳ロ
ボットを付設したストールの平面図、

【図４】同昇降装置を備える搾乳ロボットの斜視図、

【符号の説明】

１ 昇降装置 ２ エンドエフェクタ ３ 昇降駆動部 ３ｃ エアシリンダ ４ 補助シリンダ ４ｃ エアシリンダ ５ サーボバルブ ６ エア供給部 ７ ハイリリーフレギュレータ Ｔ… ティートカップ Ｒ 搾乳ロボット Ｆｐ 荷重 Ｆｎ 力

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ティートカップを支持するエンドエフェ
   クタを昇降させる昇降駆動部を備える搾乳ロボットの昇
   降装置において、前記エンドエフェクタ側から前記昇降
   駆動部に付加される荷重に対抗する力を付与して前記昇
   降駆動部を補助する補助シリンダを備えることを特徴と
   する搾乳ロボットの昇降装置。
2. 【請求項２】 前記昇降駆動部は、サーボバルブを介し
   てエア供給部側に接続したエアシリンダであることを特
   徴とする請求項１記載の搾乳ロボットの昇降装置。
3. 【請求項３】 前記補助シリンダは、ハイリリーフレギ
   ュレータを介してエア供給部側に接続したエアシリンダ
   であることを特徴とする請求項１記載の搾乳ロボットの
   昇降装置。