JP2002514057A - 動物の自動搾乳装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の動物の自動搾乳装置は、ティートカップ（２１）を坦持するようになっているロボットアーム（１４）を備えた搾乳ロボットを含む。ロボットアーム（１４）にはティートカップ（２１）を洗浄するための洗浄エレメントを設ける。これら洗浄エレメントはティートカップ（２１）が連結される洗浄ヘッド（３７）により構成される。ティートカップ（２１）が洗浄エレメントに連結されると、これらは洗浄管系統の１部を構成し、該洗浄管系統において洸浄エレメントを介して洗浄液が、ティートカップ（２１）に連結されたミルク管（３９）とこのミルク管系統にさらに含まれるバルブとを介して排出される。

Description

【発明の詳細な説明】 動物の自動搾乳装置 本発明は、ティートカップを坦持するためのロボットアームを備えた搾乳ロボ ットを含む、乳牛等の動物を自動的に搾乳するための装置に関する。このような 装置は通常ティートカップ及びこれに連結されたミルク管のための洗浄管系統を 備えている。この洗浄管系統は、搾乳装置に取り付けられ、ティートカップが近 づいて連結される洗浄ヘッドによって構成される洗浄エレメントを含む。ティー トカップを坦持するロボットアームのそのような移動には相当の時間がかかる。 この欠点を少なくともかなりの程度まで削減するため冒頭に記載の装置は、ロボ ットアームにティートカップを洗浄するための洗浄エレメントを設けたことを特 徴とする。これらの洗浄エレメントは好適にはロボットアーム自体に配置され、 ティートカップがそれに連結される洗浄ヘッドで構成される。 第１の実施例では、搾乳ロボットの非作用位置でティートカップは洗浄エレメ ントに連結される。このことは、搾乳が完了しティートカップが搾乳動物の乳頭 から取り外されるや否や、該ティートカップが直ちにロボットアームに戻り洗浄 エレメントに連結される位置に移動することを意昧する。 別の実施例では、ティートカップが非作用位置から作用位置に移動する間に洗 浄エレメントに連結することができるように、該ティートカップをロボットアー ムに載せることができる。この状態では、ティートカップを非作用位置から直接 搾乳動物の乳頭に連結するか、または直接洗浄エレメントに連結することができ る。ティートカップは洗浄エレメントに連結されると、洗浄液が洗浄エレメント を介してティートカップに導入される洗浄管系統の１部を構成する。この洗浄液 は、ティートカップに連結されたミルク管とミルク管系統にさらに含まれるバル ブを介して排出される。ティートカップの洗浄ヘッドへの連結、 並びに洗浄液の供給と排出とはコンピュータで制御される。 ティートカップを搾乳動物の乳頭に連結するには、検出器の存在が有利である 。この検出器は、搾乳動物の乳頭位置を確認するため好適にはロボットアームに 配置される。該検出器は、洗浄部材を下部に設けた支持エレメントに配置しても よい。検出器としてレーザ検出器を利用することが知られているが、その場合は レーザビームにより水平面において走査運動が行われ、異なる角度で固定された ２台のカメラをロボットアームに配置することが出来る。もちろん２台の固定カ メラの代わりに１台の旋回カメラをロボットアームに装着することも可能である 。或いは搾乳動物の検出対象部分の画像を、相互に対してある角度をなすように 、鏡等の２個の反射エレメントを介して異なる光学角度から見ることの出来る１ 台の固定配置のカメラを装着することも出来る。 本発明の他の態様によれば、ロボットアームに固着された乳量計を装置に設け てもよい。こうしてティートカップから乳量計に到る４本のミルク管を比較的短 く設計することが出来る。従って本発明はさらに、ティートカップと乳量計とを 坦持するようにされたロボットアームを備えた搾乳ロボットを含む、乳牛等の動 物を自動的に搾乳するための装置にも関し、この装置は該乳量計がロボットアー ムに固着されていることを特徴とする。この装置はさらにロボットアームに固着 されたミルク緩衝容器を含んでもよく、ティートカップからミルク緩衝容器まで のミルク管において、ロボットアームに固着されたミルク流量計が設けられる。 添付図面を参照して本発明をさらに詳述する。 第１図は、本発明による構造を適用したロボットアームを含む搾乳ロボットを 示し、 第２図は、この搾乳ロボットの側面図、 第３図は、本発明による構造を適用したロボットアームを含む搾乳ロボットの 別型を示し、 第４図は、非作用位置における本発明による構造の横断側面図、 第５乃至８図は、連結中及び搾乳中のハウジングとティートカップがとる様々 な位置を示し、 第９図は、乳頭の位置を確認するための１個またはそれ以上のカメラで構成し た検出器の機能を図解する線図である。 図中対応する部材は同一参照番号で示す。 第１図及び第２図に示す搾乳ボックス１はフェンス２によって通常の方法で囲 まれ、（図示しない）入り口及び出口ドアを備えている。搾乳ボックスの内部及 びその直近に自動搾乳機械が設けられ、これは通常の搾乳機器の外に、搾乳ボッ クス内に居る搾乳動物の乳頭にティートカップを自動的に連結し、この動物を自 動的に搾乳し、かつ乳頭からティートカップを自動的に取り外すための搾乳ロボ ットを備える。搾乳ロボットは、搾乳ボックス１の長手方向に移動可能なロボッ トアーム構造３を含む。該ロボットアーム構造には、レール５、６に沿って移動 可能な支持ユニット４を設ける。図示の実施例では、レール５は管状で、フェン ス２に取り付けた支持片７によって、搾乳ボックスの上部中央に搾乳ボックス１ の長手方向に配置されている。レール６は搾乳ボックス１の高さの約半分の高さ で、フェンス２の長手方向側に、より詳細にはロボットアーム構造が置かれた側 に配置される。レール６は角形断面で構成され、支持ユニット４が移動できるそ の接触面は、搾乳ボックス１に対し約４５度の角度で斜め下方にかつ外方に向け て配置されている。 支持ユニット４の上下両端にはローラ８、９がそれぞれ設けてある。該ローラ ８、９は相互に９０度の角度で、かつ搾乳ボックスの長手方向の垂直面に対して は約４５度の角度で支持ユニット４に取り付けられ、該支持ユニット４がローラ ８によりレール５上に支持され、ローラ９によりレール６上に支持されるように なっている。 支持ユニット４がレール５、６から押し出されるのを防ぐため、レール６に設 けた直立エッジ１０などにより構成するロック手段を設ける。或いは支持ユニッ ト４に取り付けられ、レール５を挟んでローラ８の直径方向反対側に配置 された（図示しない）別のローラをロック手段として設ける。レール５は従って これらローラの間に延びる。支持ユニット４はモータ１１によってレール５、６ に沿って移動可能である。 ロボットアーム構造にはさらに、実質的に下方に延びるキャリア１３と、これ に取り付けたロボットアーム１４とを含む横方向に旋回可能な部材１２を設ける 。該横方向旋回可能部材１２と従ってロボットアーム１４とは、搾乳ボックス１ の上側またはその近くに長手方向に配置された、実質的に水平の枢軸１５を中心 に旋回可能である。枢軸１５とレール５の中心線とは、実質的に垂直面上に位置 する。 部材１２の横方向旋回運動は、該旋回部材１２と支持ユニット４との間に配置 された操作シリンダ１６によって実行される。既に述べたように横方向旋回可能 部材１２は、キャリア１３とロボットアーム１４とを含む。ロボットアーム１４ は操作シリンダ１７によって、キャリア１３に上下方向に移動可能に連結されて いる。該操作シリンダ１７と平行に、キャリア１３に対する操作シリンダ１７の 長手方向の軸を中心とするロボットアーム１４の回転運動に反作用する、１個ま たはそれ以上の案内ロッド１８が設けられる。 ロボットアーム１４は、搾乳ボックスの方向に斜め下方に延長する部分１９と 、水平に延長する部分２０とを含む。後者の部分２０は、ティートカップ２１の ためのキャリアとして働くようになっているが、これについては後述する。上記 部分２０の上に、乳頭の位置を確定する検出器２２がさらに配置されている。 動物が搾乳ロボットに損傷を与えずに搾乳ボックス１に入ることを可能にする ため、ロボットアーム１４がほぼ完全に搾乳ボックス１の外に位置するようにな るまで、ロボットアーム構造の横方向旋回可能部材１２を外方に旋回させること ができる。動物が搾乳ボックスの中にいてティートカップ２１を連結せねばなら ない場合、ロボットアーム構造３がまずモータ１１により、ロボットアーム１４ が搾乳ボックスの完全に外または殆ど外まで旋回した位置になるま で、搾乳ボックスの長手方向に移動することが必要で、ついで検出手段２２が乳 頭の位置を確認できる位置まで、ロボットアーム１４が操作シリンダ１６により 動物の下で旋回することができる。引き続きモータ１１、操作シリンダ１６、１ ７を操作することにより、ティートカップ２１を乳頭に連結することが可能にな る。ティートカップを対応する乳頭に連結するため正確な位置に調節する際、ロ ボットアーム１４が枢軸１５を中心に旋回出来ることは、前回の搾乳から相当の 時間が経過しているような場合に特に起こる状況であるが、その動物の乳頭がや や外向きである場合には非常に有利である。 第３図には、フェンス２と第１、２図に示したものとは異なるタイプのロボッ トアーム構造２３とを含む搾乳ボックス１を示す。この場合も、ロボットアーム 構造２３は、レール２４に沿ってローラ２５を利用しつつ搾乳ボックスの長手方 向に、モータにより移動可能である。ロボットアーム構造２３は、平行四辺形構 造と操作シリンダとにより上下に調節可能なキャリアを含み、このキャリアは上 記レール２４に沿ってキャリアフレームにより移動可能である。該キャリアの下 側に、水平面で旋回可能な部分２０を含むロボットアーム２６が取り付けてある 。操作シリンダ２７、２８により、該旋回可能部分２０はフェンス２の外側の位 置から搾乳動物の乳房の下へ旋回可能である。第３図のロボットアーム構造は、 既にヨーロッパ公開公報第５１９５４４号に詳細に記載されている。その記載が 本発明の図面に関する説明の１部を構成するものと考えられる。ロボットアーム の水平に延びる部分２０は、第１図乃至第３図において同一であり、以下に第４ 図乃至第８図を参照して説明する。 水平に延びるロボットアーム部分２０は、支持エレメント２９を含む。この支 持エレメントは少なくとも上側部３０と後側部３１とを含む。第１図及び２図の ロボットアームに組み込むために、該支持エレメントにはさらに側方プレートを 設け、該側方プレートは、ボルト３２により下方に延びるロボットアーム部分１ ９に固定されている（第１図）。第３図のロボットアームに組み込むために、支 持エレメントには２個の突起３３を設け、これらに垂直回転軸３４ が挿通され（第３図）、この回転軸によって水平に延びるロボットアーム部分２ ０が操作シリンダ２８の制御の下に、搾乳動物の乳房の下で水平面において移動 可能である。 このティートカップ２１が非作用位置にある時、これらティートカップが洗浄 管系統に連結されているか、またはこの非作用位置から急速に洗浄管系統に連結 することができれば便利である。そのため本発明においては、支持エレメント２ ９の上側部３０の下に洗浄ヘッドで構成された洗浄エレメント３７を設ける。第 ４図に示す非作用位置では、ティートカップ２１はこの洗浄ヘッド３７に連結さ れ、洗浄管系統の１部を構成する。この洗浄管系統では、洗浄液が管３８と洗浄 ヘッド３７とを介してティートカップ２１を通過し、該ティートカップ２１に連 結されたミルク管３９から排出される。図では見えないが管３８は部分的にロボ ットアームを介して延び、洗浄液容器と連結した共通の洗浄液供給管に連結され ている。 各ティートカップ２１にはハウジング３５が設けてある。このハウジングは枢 軸ピン３６を中心に枢働可能かつ回転可能に支持エレメント２９に連結されてお り、その間にティートカップ２１が移動可能に配置された２枚のプレートからな る。各ハウジング３５は第１の操作シリンダ４０を備え、これは１端で枢支ピン ４１を中心に回転可能にハウジング３５の１枚乃至２枚のプレートと連結し、他 端で枢支ピン４２を中心に回転可能にティートカップ２１の坦持シュー４３と連 結している。該坦持シュー４３はさらに、枢支ピン４４を中心に回転可能にハウ ジング３５と連結している。 ハウジング３５内には第２の操作シリンダ４５が設けられ、これは１端で枢支 ピン４６を中心に凹転可能に支持エレメント２９に連結し、他端で枢支ピン４７ を中心にハウジング３５の１枚乃至２枚のプレートと連結している。第４図では 、操作シリンダ４５は部分的に引き込まれているので、ハウジング３５が最低位 置をとり、坦持シュー４３によって坦持されるティートカップが該坦持シューに よって斜め後方に支持されるような位置となる。この位置即ち非作 用位置で、ティートカップ２１の開口上部が対応する洗浄ヘッド３７に連結され る。 操作ジリンダ４５がさらに後退すると、軸３６を中心に回転するハウジング３ ５は下方に移動し、その間にティートカップ２１は対応する洗浄ヘッド３７から 離脱する。そしてハウジング３５とティートカップ２１は第５図に示す位置に達 する。 続いて操作シリンダ４０が駆動されると、坦持シュー４３とティートカップ２ １は一緒に軸４４を中心に回転してハウジング３５のストッパ４８により係止さ れる。坦持シュー４３により坦持されるティートカップ２１はこうして作用位置 即ち、ティートカップの開口上部がもはや蓋をされない位置に調節される。第６ 図に示すこの位置からティートカップ２１は上方に移動できる。操作シリンダ４ ５を第４図に示す位置よりもさらに引き出すことによってこの上方移動は達成さ れ、ハウジング３５は枢支ピン３６を中心に回転して上方に押し上げられる。こ の状態を第７図に示す。 この上方移動の後ティートカップ２１は対応の乳頭に連結され、ハウジング３ ５は下方に移動する。これは操作シリンダ４５を反対方向に駆動し、従って詳細 には第８図の位置まで後退させることによって行われる。ティートカップ内の負 圧によって乳頭と連結したままのティートカップ２１は、こうして坦持シュー４ ３から解放されるが、ティートカップ２１とハウジングとの連結はコード、ケー ブル、ひも等の可撓性エレメント４９によって維持されている。この可撓性エレ ーメント４９は、ティートカップ２１の底部から坦持シュー４３を介して、ハウ ジング３５の下部で２枚の側方プレートの間に設けたローラ５０の下を第３の操 作シリンダ５１まで延びる。 ハウジングの下方旋回移動の間、この操作シリンダ５１は解放されていなけれ ばならず、もともとティートカップ２１を坦持シュー４３に対して引き寄せてい た可撓性エレメントは、ティートカップが洗浄ヘッドから離脱し、次に坦持シュ ーから離脱するのを妨げない。操作シリンダ５１が不必要に長くならな いように、可撓性エレメント４９をシリンダロッド５３の１端の案内エレメント ５２の上を通過させ、シリンダハウジング５４に固定する。第８図は、ハウジン グ３５が支持エレメント２９に対し下降して、ティートカップ２１がロボットア ーム１４から解放された後の操作シリンダ５１の位置を示す。 対応する乳房からのミルク流が終了またはほぼ終了すると、ティートカップは 対応する乳頭から取り外されねばならない。ティートカップ内の負圧が取り除か れ操作シリンダ５１が駆動されると、ティートカップが落下して直ちに坦持シュ ー４３に引き寄せられ、第６図の位置に達する。続いて操作シリンダ４０を駆動 することにより、ティートカップは作用位置から再び調節され、ティートカップ の開口上部が対応する洗浄ヘッド３７の下に入る位置に達する。続いて操作シリ ンダ４５を部分的に引き出すことにより、ティートカップ２１を再び対応の洗浄 ヘッド３７に連結することが可能となり、第４図の非作用位置に戻る。 第４図ではさらに、ティートカップ２１に連結されたミルク管３９がハウジン グ３５を通って延びる様子を示す。このミルク管はティートカップ２１との連結 点から操作シリンダ５１の上を延び、その後ろを通過して連結ブロック５５との 連結点まで下降する。この連結ブロックにはさらに別のミルク管が連結されてい るが、図示しない。このミルク管が比較的大きなループを描くので、連結したテ ィートカップからロボットアームを充分に遠方まで移動させることが出来る。 ティートカップをロボットアームに引き取る際、操作シリンダ５１を引き出す と、同時にミルク管３９が案内エレメント５２により上方かつ後方へ移動するの で、該ミルク管の位置は常に制御されており、ミルク管が損傷を受ける危険はな い。 第５図に示す位置を非作用位置と考えると、第６乃至８図に示し且つこれまで 説明したと同様に、ティートカップは乳頭に連結され、搾乳後乳頭から取り外さ れ、第５図に示す位置に置き直される。この非作用位置から、必要に応じ て操作シリンダ４５により、第４図に示すように対応する洗浄ヘッド３７に連結 され、ティートカップとこれに運結したミルク管とを洗浄した後、第５図に示す 非作用位置に戻される。 ティートカップを対応する乳頭に上方旋回移動により連結するためには、ロボ ットアームに対する乳頭の位置を知らねばならない。この目的のため、検出器２ ２が設けられている。検出器２２はその前面上部に、搾乳動物の乳頭がこの検出 器に触れこれを汚染するのを防ぐための突出プレートを備えている。 検出器として回転または旋回レーザ検出器を使用してもよいが、好適には１台 の旋回カメラ、異なる角度で固定した２台のカメラ、または相互に対し小さい角 度で配置した鏡等の２個の反射エレメントを介して２つの相互に変位した厠像が 得られる１台の固定カメラが望ましい。 検出器を２４時間、従って搾乳ボックスが暗い時にも使用できるようにするに は、これらのカメラを赤外線カメラとして設計するのが好ましい。これらのカメ ラを使用する際、画像解析により特定の基準点Ｒ、例えばカメラがカバーする画 像の中央に対し乳頭の輪郭が確定される。例えば乳頭が基準点Ｒを通る垂直直径 の右側に距離ａの位置にあり、カメラが角度φだけ旋回移動した後垂直直径の左 側に距離ｂの位置になると、カメラに対する乳頭の距離として次式ｒ＝（ａ＋ｂ ）／φが適用される（第９図）。水平面上のカメラの位置に対する乳頭の角位置 βは、例えば上記の値をｒに代入するとａ＝β.ｒの関係によりβ＝ａφ／（ａ ＋ｂ）として確定することが出来る。乳頭の位置を確定する際ロボットアームが 位置する高さｈは、操作シリンダ１７の位置から知ることが出来るという事実の 結果として、シリンダ座標（ｒ、β、ｈ）で表される乳頭の位置は、永久的に最 新のものに保持することが出来る。前述のように相互に変位した２つの画像が、 小さい相互角度で配置された２台のカメラによって、または相互に小さい角度で 配置された２枚の鏡を介して１個の固定カメラによって得られる。 第１図にミルク瓶５６をさらに示す。一般に使用される搾乳装置において、 乳量計として機能するミルク瓶等のこのようなミルク緩衝容器が固定配置されて いる。しかし、ティートカップからミルク緩衝容器に延びる４本の比較的短いミ ルク管が必要であるという利点が得られるので、ミルク緩衝容器をロボットアー ム１４に固着するのが好ましい。ミルク緩衝容器からミルクタンクまでさらに別 のミルク管が延長している。 ミルク緩衝容器に乳量計としての機能をもたせる代わりに、ティートカップと ミルク緩衝容器との間のミルク管にいわゆるミルク流量計を設けることも出来る 。このミルク流量計はオランダ国公開公報第１００２６００号に記載されたタイ プのものであってもよい。その明細書の記載をここに挿入したものと仮定する。 この場合ミルク緩衝容器５６は、単に収集エレメントとして機能する。これらミ ルク流量計の１例５７を第１図に中断線で示す。これらミルク流量計の各々は、 連結ブロック５５を介して対応するミルク管３９と連結する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ティートカップ（２１）を坦持するようになっているロボットアーム（１４ ）を備えた搾乳ロボットを含む、乳牛等の動物を自動的に搾乳するための装置に おいて、ロボットアーム（１４）に、ティートカップ（２１）を洗浄するための 洗浄エレメントを設けたことを特徴とする動物の自動搾乳装置。 ２．前記洗浄エレメントがロボットアーム（１４）に配置されていることを特徴 とする請求項１に記載の動物の自動搾乳装置。 ３．搾乳ロボットが非作用位置にある時、ティートカップ（２１）が洗浄エレメ ントに連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の動物の自動搾 乳装置。 ４．ティートカップ（２１）が非作用位置から作用位置に移動する時に、該ティ ートカップ（２１）が洗浄エレメントに連結可能であることを特徴とする請求項 １または２に記載の動物の自動搾乳装置。 ５．洗浄エレメントが洗浄ヘッド（３７）で構成され、これら洗浄ヘッド（３７ ）の１つに各ティートカップ（２１）が連結可能であることを特徴とする請求項 １乃至４のいずれかに記載の動物の自動搾乳装置。 ６．ティートカップ（２１）を洗浄エレメントに連結すると、これらは洗浄液が 該洗浄エレメントを介してティートカップ（２１）に導入される洗浄管系統の１ 部を構成し、該洗浄液は、ティートカップ（２１）に連結されたミルク管（３９ ）とミルク管系統にさらに含まれるバルブとを介して排出されることを特徴とす る請求項１乃至５のいずれかに記載の動物の自動搾乳装置。 ７．ティートカップ（２１）の洗浄ヘッド（３７）への連結、並びに洗浄液の供 給及び排出はコンピュータで制御されることを特徴とする請求項１乃至６のいず れかに記載の動物の自動搾乳装置。 ８．搾乳動物の乳頭の位置を確定するための検出器（２２）をロボットアーム（ １４）に配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の動物 の自動搾乳装置。 ９．洗浄エレメントを下部に配置した支持エレメント（２９）に、該検出器（２ ２）を配置したことを特徴とする請求項８に記載の動物の自動搾乳装置。 １０．前記検出器（２２）が、異なる角度で固定して配置した２台のカメラを含 むことを特徴とする請求項８または９に記載の動物の自動搾乳装置。 １１．前記検出器（２２）が１台の旋回カメラを含むことを特徴とする請求項８ または９に記載の動物の自動搾乳装置。 １２．前記検出器（２２）が１個の固定配置のカメラを含み、搾乳動物の検出対 象部分の画像が、互いに角度をなすように配置された鏡等の２個の反射エレメン トを介して、異なる光学角度から観察できることを特徴とする請求項８または９ に記載の動物の自動搾乳装置。 １３．前記検出器（２２）が少なくとも１個の赤外線カメラを含むことを特徴と する請求項８または９に記載の動物の自動搾乳装置。 １４．ロボットアーム（１４）に固着された乳量計を設けたことを特徴とする請 求項１乃至１３のいずれかに記載の動物の自動搾乳装置。 １５．ティートカップ（２１）と乳量計とを坦持するようになっているロボット アーム（１４）を備えた搾乳ロボットを含む、乳牛等の動物を自動的に搾乳する ための装置において、該乳量計がロボットアーム（１４）に固着されていること を特徴とする動物の自動搾乳装置。 １６．ロボットアーム（１４）に固着されたミルク緩衝容器（５６）を設け、テ ィートカップ（２１）と該ミルク緩衝容器（５６）との間のミルク管（３９）に 、ロボットアーム（１４）に固着されたミルク流量計（５７）を設けたことを特 徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の動物の自動搾乳装置。 １７．前記装置の１側により多くのレッグルームを得るため、搾乳ボックスの横 方向旋回可能部材を装置に設けたことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか に記載の動物の自動搾乳装置。 １８．ティートカップ（２１）の少なくとも１部が装着できるヒンジを搾乳ボ ックスの側部に設けたことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の動 物の自動搾乳装置。 １９．ティートカップ（２１）を坦持する装置の１部が作用中旋回可能に装置に 連結され、時計の振り子に似た運動をすることを特徴とする請求項１乃至１８の いずれかに記載の動物の自動搾乳装置。 ２０．検出器（２２）がレーザ検出器であることを特徴とする請求項１乃至１９ のいずれかに記載の動物の自動搾乳装置。