JP2005040127A - ロボット芝スタッカ - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット芝スタッカ
【解決手段】芝収穫機に取り付けられる数値制御ロボットマニピュレータアーム２２は、互いに回転自在に連結されている２つのセグメントを備えている。第１のセグメントは、収穫機の固定ベースに回転可能に連結されているのに対して、第２のセグメント４２は、そのセグメントに対して回転することが可能なピックアップヘッド４４を保持している。ピックアップヘッドは、芝のロールを持ち上げ、保持し、解放することができる。アームは、積み重ねられた芝のロールの様々な形状が達成されることが可能なようにプログラミング可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、芝収穫機に関し、特に、地面から芝のストリップ（ｓｔｒｉｐ）をカットし、ロールにされた芝のストリップのスタックを自動的に形成する機械に関する。

芝収穫機は、通常、芝を所望の幅にカットする２つの鉛直側面ブレードと協働して、所望の厚さに、地面から芝を切断する水平ブレードを有している。従って、連続ストリップの芝は、収穫機がそのカッティング経路に走行するときに形成される。横鉛直カッタブレードは、そのストリップを長さに応じてカットするために、アンダーカッティングブレードに近接する芝に周期的に駆動される。

そのストリップの芝がカットされると、それは、ロールに形成するために、そのカッタブレードから離れて、通常、傾斜したコンベヤの上方へ運ばれる。特許文献１は、このような傾斜したコンベヤを含む先行技術の芝収穫機について開示し、その芝のロールは、コンベヤの上方端部に近接して形成される。特許文献１に開示されているこの芝収穫機は、収穫機が推進される電源装置の側面に取り付けられるように設計されている。

特許文献２は、自己推進芝収穫機について開示している。この収穫機は、ロールを形成するために、互いにほぼ直角に配置されている１対のコンベヤを含む独立したロール形成エンクロージャにそのストリップの芝を送る傾斜したコンベヤを含んでいる。形成されたロールは、カートの両側で、次に通過するときにハーベストがない方へ、形成されたロールを運ぶことが可能である収穫機の端部にあるカート上に排出される。特許文献２は、さらに、この収穫機のない形成されたロールを排出する湾曲したコンベヤについても開示している。

ロボットは、繰返しの手動操作を行う人間のオペレータに取って代わるように産業界において長く使用されている。ロボットは、一貫性、正確性、スピードおよび疲れることがないなどの利点を有している。オートメーション化したプロセス、あるいは、オートマティックマシンは、これらの利点を共有するが、ロボットは、融通性という追加の利点を有している。換言すれば、オートマティックマシンは、１つの繰返しの作業を行うことができるのに対して、ロボットは、様々な作業を行うようにプログラムされることが可能である。ロボットは、２つの事柄から利益を得る。第一に、制御方法は、通常、コンピュータを用いてプログラミング可能である。第二に、メカニカルマニピュレータは、多種多様の作業が可能である。

通常、ロボットは、固定ベースを有している。ロボットは、同じ場所でずっと作業を行う。例を挙げると、溶接、塗装、製造工程にある製品、あるいは、工作器具の移動および材料のパレットへの積載運搬などである。さらに、あちらこちらに移動することが可能な移動ロボットが存在している。移動ロボットの例を挙げると、工場内で材料を移動する、あるいは、倉庫内で物品を選び取って、移動する輸送手段である。一般に、これらのロボットのフレキシブルで、プログラミング可能な機能は、１つの場所から別の場所への物体の運搬と移動とを含んでいる。

さらに、農産物を収集し、積み重ねるオートマティックマシンが存在している。例として挙げると、長方形のベール梱包の干し草を収集し、積み重ねるオートマティックベールワゴン、圃場内のカートンを積載し、積み重ねるオートマティックマシンなどである。しかしながら、これら先行技術のマシンには、ロボットのプログラミング可能性およびフレキシブルなマニピュレータがない。

少なくともこの２０年間、収集、あるいは、収穫の時点で、芝の自動スタッキングの必要性に気が付いていた。その期間を通じて、産業ロボットが現存していることは周知であった。さらに、その期間を通じて、異なる領域の芝栽培者は、異なるサイズの芝ロールおよび異なる相対的配置（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ）の芝ロールのスタックを使用しているということに気が付いていた。たとえそうだとしても、その期間の間、そのために開発されるマシンといえば、比較的大きくて、プログラミングができない、スタッキングの単一のサイズまたは方法専用の自動スタッカだけであった。そのうえ、スタックの安定性を高めるために、最上層のスタックは、下方層よりも小さくなるように手動で芝を積み重ねることが一般的な方法であった。メカニカルスタッカは、このスタッキング方法を達成するための方法を提供しなかった。
米国特許第３，５０９，９４４号（Ｂｒｏｕｗｅｒら） 米国特許第４，８３２，１３０号（Ｂｒｏｕｗｅｒら）

本発明は、収集の時点で、芝をスタックに積み上げる移動ロボットを提供することを意図するものである。本発明の１つの目的は、地域市場選択に基づき様々なスタッキング構成で、たとえば、１６インチ（約４０．６４ｃｍ）および２４インチ（約６０．９６ｃｍ）幅の様々なサイズの芝ロールを積み重ねることが可能な単一のマシンを提供することである。別の目的は、下方層よりも小さいスタックの最上層を配置し、ずっと安定したスタックを結果として生ずることが可能なメカニカル芝スタッカを提供することである。さらなる目的は、前に開発された自動スタッカよりもかなり小さくて、機械的に簡単なメカニカル芝スタッカを提供することである。

本発明の一実施形態によれば、１対の機構が、従来の小さいロール芝収穫機の後方に、あるいは、芝草の芝をカットし、ロールにする他のマシンに取り付けられている。第１の機構は、サブグループの芝ロールを収集するアキュムレータである。第２の機構は、プログラミング可能なコンピュータによって制御され、サブグループの芝を持ち上げ、予め定められているが、フレキシブルなパターンでスタック上にそれらを配置するピックアップヘッド付き関節アームである。アキュムレータおよびピックアップヘッド付き関節アームの設計が開示されており、それらの全てが先行技術の問題を解決する。

本発明の適用可能性のさらなる領域は、下文に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の好ましい実施形態を示す詳細な説明および特定の例は、単に例示のために意図されるものであり、本発明の範囲を限定するように意図されるものではないということは理解されるべきである。

本発明がいっそう明確に理解されることができるために、ここでは、例示として本発明の好ましい実施形態を示している添付の図面を参照とする。

発明を実施するための最良形態

好ましい実施形態の以下の説明は、まったく単なる例示的なもので、けっして、本発明、その適用、あるいは、使用を限定するように意図されるものではない。

図１は、複数の芝ストリップをカットする水平カッティング機構を支持し、芝生フィールドを横断するホイール付きシャーシに搭載され、アキュムレータ装置２２とピックアップヘッド付き関節アーム２４の形状のロボットとが装着されている小さなロール芝収穫機２０の全体の等角図である。本発明の内容において、ロボットは、デジタル方式で制御されるアームとして定義されている。通称では、マシンは、人間のオペレータがそれを遠隔制御するとしても、ロボットと称されることがある。

参照符号２８は、ロールにされた芝を芝収穫機の後方へ送るコンベヤを示している。このロールにされた芝は、コンベヤ２８からトレイ３０上へ配置される。センサが、そのロールの存在を検出して、コントローラを促し、プッシャ３２を右から左へ横方向に移動させ、指標付け可能なアキュムレータコンベヤ３４上へ芝のロールを移動させる。この指標付けラグを有する、ゴム製のアキュムレータコンベヤ３４は、芝ロールのサブグループが蓄積されるまで、芝ロールがその上に移動される度毎に前進する。このとき、コンピュータ（図示せず）は、芝ロールのサブグループを持ち上げ、これらを積み重ねキャビティ（ｐｉｌｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ）３６に配置するように、ピックアップヘッド付き関節アーム２４を制御する。この点については、積み重ねキャビティ３６は１対の作動フォークを有し、この作動フォークは、芝支持スキッド（ｓｏｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｋｉｄ）あるいはスキッドなしの芝スタック３７を保持する。任意に、アキュムレータコンベヤは、指標付けラグの間でコンベヤに連結されている複数の保持バスケットを有することが可能である。これら保持バスケットは、矩形、あるいは、カーブした横断面を有することが可能である。

前記トレイ３０およびプッシャ３２は、ロールにされた芝をアキュムレータコンベヤ３４に運ぶように機能する。しかしながら、トレイ３０およびプッシャ３２は、本発明にとって絶対に必要なものではない。これらは、積み重ねキャビティ３６に近接する位置へ芝のロールを移し換えるために使用され、この結果、関節アームは今までのところ、これらを持ち上げるために移動する必要がなく、かくして生産性が増大する。コンベヤ２８とアキュムレータコンベヤ３４との同一線形位置決めは、トレイ３０とプッシャ３２との必要性を回避する。

図１５を主に参照すると、前記関節アーム２４は、垂直軸Ｘ−Ｘまわりで回転するようにベース３８に取り付けられている。第１のアームセグメント４０の１つの端部が、垂直軸Ｘ−Ｘまわりで回転するようにベース３８に回転自在に取り付けられ、第２のアームセグメント４２の１つの端部が、水平軸まわりで回転自在にセグメント４０のもう１つの端部に取り付けられている。ピックアップヘッド４４が、垂直軸まわりで回転するようにセグメント４２のもう１つの端部に取り付けられている。油圧シリンダが、これらの回転動作の４つすべてを駆動する。電子フィードバックが、コンピュータに各シリンダの正確な場所を知らせる。コンピュータは、各シリンダの位置決めとスピードとの両方を制御する。コンピュータは、最大生産性のために、ピックアップヘッドの移動時間を最適化するようにプログラムされることが可能である。

さらに、アームの場所は、グリップフォークからの圧力変換器情報を使用して、コンピュータによって制御される。この圧力変換器は、ロールがフォーク上、あるいは、先の列上に降ろされ始めるときを検知するのに使用される。この特徴は、ロボットが、異なる直径のロールの位置を補正することを可能とし、それにより、異なる厚みの層を結果として生ずる。芝がスタックの上に降ろされ始めるとき圧力の減少を検知することによって、サイクル時間を短縮する。

参照符号４６は、関節アームアセンブリ２４全体をアームベース３８上で回転軸Ｘ−Ｘまわりに回転させる油圧シリンダを示している。符号４８は、アームセグメント４０を昇降するシリンダを示している。符号５０は、アームセグメント４２を伸縮するシリンダを示している。また、符号５２は、ピックアップヘッド４４を回転するシリンダを示している。このヘッド４４は、さらに、水平軸まわりに回転自在にアームセグメント４２に連結されているが、自己水平リンク装置によって水平に保持されている。

前記ピックアップヘッド４４の正しい機能に対して必要なことは、ピックアップヘッド４４が、常に水平でなければならないことである。これは、図１５において参照符号１１６、１１８で示されている２つの自己水平リンク装置によって達成される。自己水平リンク装置１１６は、これの底部で、関節アームの枢支ベース１１２に回動自在に連結されている。これの頂部において、自己水平リンク装置は、リンク装置１１４に回動自在に連結されている。この自己水平リンク装置１１６の長さは、アーム４０の長さと同じであり、アーム４０のピボットに対する端部ピボットポイントの方向付けは、同じである。この４つの棒状リンク装置は、水兵に対して不変の角度にリンク１１４を維持する役割を果たす。同様に、自己水平リンク装置１１８は、アームセグメント４２を含む４つの棒状リンク装置の１つの部材として構成され、ピックアップヘッド４４を常に水平に維持する役割を果たす。この自己水平リンクがなければ、追加のシリンダおよび制御装置は、アームセグメント４２がその上方ピボットポイントまわりで動くとき、ヘッドを水平に維持するのに必要とされる。

前記自己水平リンク装置１１６は、２つのほぼ平行な部材から形成されている第１のアーム構造に連結されている。各部材は、それぞれの基部端部でベース１１２に連結されている。各部材は、さらに、各部材のそれぞれの部材の末端部で第１のリンク装置１１４に回動可能に連結されている。この構造は、第１のリンク装置１１４の角度のある方向付けを維持するように作用する４つの棒状リンク装置の相対的配置を形成する。

第１のリンク装置１１４には、１対のほぼ平行な部材４２、１１８で形成されている第２のアーム構造が連結されている。これら部材の各々は、第１の端部で第１のリンク装置に、また、第２の端部で第２のリンク装置に回転可能に連結されている。第１のアクチュエータ４８が、ベース１１２と第１の部材４０との間に配置されており、第２のアクチュエータ５０が、第１の部材４０と第３の部材４２との間に配置されている。コントローラは、アーム構造の作動を制御するために、これらのアクチュエータ４８、５０に連結されている。

図２および図３は、ロボットスタッカを使用して可能となる様々なスタッキング相対的配置を示している。スタックのベースを、４８インチ（約１２１．９２）×４８インチ（約１２１．９２）と想定すると、参照符号５４、５６、５８、６０は、ベースのディメンションを満たす層の相対的配置を示している。参照符号５４、５６は、２４インチ（６０．９６ｃｍ）幅の芝のロールを示し、このため、この層は５つのロールからなる２列で構成されている。参照符号５８、６０は１６インチ幅の芝のロールを示し、このため、この層は５つのロールからなる３列で構成されている。これらの層を交互に互いに９０度回転させる方向付けは、スタックの安定性に寄与する。スタックが高くなるに従って、安定性は、最上層を下方層よりも連続的に小さくさせることによって高められる。プログラミング可能なロボットを用いて、これはいくつかの方法で達成されることが可能である。

たとえば、参照符号６２により示されている相対的配置を考慮すると、５つのサブグループからなる２つの１６インチ（４０．６４ｃｍ）のロールが、互いに近接して配置され、これらのサブグループの間に配置されている２つの追加のロールのための空間を残している。この２つの追加のロールは、５つからなる次の２つのサブグループから落下され、最上層のために４つからなる２つの列を残している。（図３の６４を参照）
参照符号６６は、２４インチ（６０．９６ｃｍ）幅のロールの小さな層を示し、それぞれが、４つのロールからなる２つのサブグループで構成されている。これは、４番目のロールが、アキュムレータコンベヤ上に配置された後、そのサブグループをより早く持ち上げることによって達成される。参照符号６８は、２つのロールからなる１つのサブグループで構成されている最上層を示している。異なる数のロールを持ち上げ、そのサブグループを独立して落下させ、様々な位置にその層を配置できる能力が、多種多様なスタッキング方法を生じさせるということが分かる。

関節アームとピックアップヘッドの回動動作を駆動する油圧シリンダは、市販で入手可能な比例油圧バルブを有する市販で入手可能なプログラミング可能なコントローラ（コンピュータ）を使用して制御される。

コントローラが、比例バルブよりもかなり費用がかかるサーボモータ、あるいは、サーボバルブで処理するように設計されていることが難点である。互換性がないことは、異なる応答時間のためである。サーボモータおよびサーボバルブは、比例バルブに対してきわめて早い応答時間を有している。換言すれば、コントローラがサーボモータに信号を送る場合、それはほとんど瞬間的に応答する。同じコントローラが、比例バルブに信号を送る場合、その応答に多少遅延がある。本発明の特徴は、コントローラと比例バルブとの間の増幅器の特性であり、これは比例バルブから瞬間的な応答を得る方法を含んでいる。

図４および図５を参照すると、コンピュータは、＋１０ボルトないし−１０ボルトの信号を出す。ゼロボルト出力はバルブが作動しないことを意味し、正の電圧は一方向への動きを意味し、負の電圧は他方向への動きを意味する。バルブ入力信号は、＋３ボルトと＋９ボルトとの間でなければならず、その場合、＋６ボルトは動かない状態を結果として生じ、６より大きいと１つの方向への動きを生じ、６未満ではもう１つの方向への動きを生じる。その遅い応答は、ほぼ＋／−０．３ボルト（５．７と６．３との間）のデッドバンドのためであり、その範囲内では、バルブは応答しない。バルブのスプールは、それが開き始める前にわずかに移動する必要がある。本発明によれば、増幅器は、デッドバンドを調整する方法として設けられている。換言すれば、コンピュータから出るあらゆる正の電圧で、バルブへの増幅器出力は、ほぼ６．３ボルトに、あるいは、特定のバルブの特性に調節された値に直ちに切り換わる。

このことは、図５に示されている。ブロック図は、＋１０Ｖのコンピュータ出力制御信号（Ａ）が増幅器に送られることを示している。増幅器は、これを＋３Ｖから＋９Ｖの制御信号（Ｂ）に変換する。この信号は、ロボットシリンダに油圧オイル（Ｃ）を供給する比例バルブを制御する。エンコーダは、物理的にシリンダに連結され、フィードバック位置信号（Ｄ）をコンピュータに供給する。

理想的な状態（第１のカラム−図４）では、瞬間的応答がある。コンピュータからのあらゆる制御信号は、直ちにオイルフローを結果として生ずる。実際の状態（第２のカラム）では、増幅器出力が６．３ボルトから５．７ボルトである間に、デッドバンドが生ずる。このデッドバンドは、コンピュータがエンコーダからの高速フィードバック位置信号を探索しているので、望ましくない。補正状態（第３のカラム）では、増幅器は、制御信号の変換においてステップを追加することを指定されている。信号Ａが＋１０Ｖからゼロに近づくにつれて、増幅器出力信号Ｂは、６ではなく６．３に近づく。信号Ａが−１０Ｖからゼロに近づくにつれて、増幅器出力信号Ｂは、６ではなく５．７に近づく。これにより、コンピュータ制御信号へのオイルフローの線形応答を結果として生ずる。再度、実際値は、６．３および５．７からわずかに変わることができるが、増幅器は、バルブに適合するように回転されることが可能である。

理想的な状態（第１のカラム）は、制御信号送信とフィードバック信号受信との間に遅延がないことを意味している。制御ループは、完全にバランスがよい状態にある。ロボットは、プログラムされた通り正確に動くであろう。（理想的な円滑な作動）
実際の状態（第２のカラム）は、制御信号送信とフィードバック信号受信との間にかなりの遅延があることを意味している。制御ループは、かなりバランスが崩れている。コンピュータは、１ミリセカンド内のフィードバック信号を期待している。このフィードバック信号は、ほぼ５００ミリセカンドである。これは、コンピュータがフィードバック信号を受信しない期間の１ミリセカンド毎に、予め定められた定数（Ｐ−ゲイン）でその制御信号を増大することを意味している。コンピュータがフィードバック信号を受信する期間とすると、制御信号がはるかに大きく、コンピュータは、次の５００ミリセカンドの間に再度徐々に制御信号を減少する。これは、完全な停止状態を結果として生ずる。ロボットは、円滑で線形であるべきプログラムされた動きに沿って、きわめて激しい動きをスタート、激しく停止することになる。普通は、制御ループのため下方比例設定（Ｐ−ゲイン）が設定されている。この設定は、フィードバック信号への反応を減衰し、コンピュータソフトウェア内に設定されることが可能である。しかしながら、制御ループの反応時間は、大きい（不適当！）ので、この設定方法は、ロボットの物理的動きへの効果をほとんどもたない。

この振幅は、バルブがあまりにも遅過ぎると制御ループと同じ速度で進むことができないので、確かに属性として断定できる。補正カラムでは、制御ループ内の応答時間は、デッドバンド補正のために、ほぼ５０ミリセカンドに減少された。ソフトウェアにおける比例（Ｐ−ゲイン）設定を用いて、システムのあらゆる不自然な反応が円滑にされることが可能であり、ロボットが制御されることができる。

図５は、上述されている「デッドバンド」問題を解決するために、油圧回路に増幅器を含むという原理を示している。図６は、ロボットアームを動かすコンピュータ制御比例バルブのための増幅器を含む、図１のロボット芝スタッカのための制御回路全体を示す概略図である。実際には、２つの回路、つまり、１つは油圧オイル回路、もう１つは電気制御回路、が示されていることに留意されたい。グリッパフィンガ、プッシャおよびアキュムレータコンベヤを作動するなどの他の「オン−オフ」機能は、市販で入手可能なＰＬＣ（プログラマブルロジック制御（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌｓ））で制御される。

以下に、ピックアップヘッド４４を、最初に図７を参照として詳細に説明する。ヘッド４４は、共通のフレームまたはサポート７２に取り付けられる５つの個々のグリッパモジュール７０を含んでいる。各グリッパモジュール７０は、１つのフレーム７４と、２組のグリッパフィンガ７６とを有している。凹状ストリッパ７８は、フレーム７４の一部である。その２組のフィンガ７６は、それぞれ、フレーム７４のピボットシャフト８２に取り付けられるフィンガフレーム８０に設置されている。各モジュールにおける２つのフィンガフレーム８０は、ポイント（ａ）および（ｂ）でグリッパシリンダ８４によって連結されている（図８）。このグリッパシリンダ８４が伸びると、フィンガ７６はストリッパ７８の下の位置７６’に回転する。この動きで、芝のロールは解放される。この芝のロールが制御された方法で落下されるということが確実に行われる、すなわち、１組のフィンガが他の組の前に収縮することを防止する準備が行われ、それにより、ロールが位置からはずれて移動することを結果として生ずる。この準備は、２つのフィンガフレーム８０をリンク８６と共に結合することによって達成される（図１１）。各リンク８６は、一端部でフィンガフレーム８０に、他端部でディスク８８に連結され、このディスクは、フレーム７４に取り付けられる垂直シャフト９０で回転する。グリッパシリンダ８４が伸びたり収縮したりすると、ディスク８８は回転し、２つのフィンガフレーム８０は同じ間隔を移動するように抑制されている。

５対のグリッパフィンガが同時に作動することが望ましい。これは、５方向フローディバイダまたは連続連結によって達成されることが可能である。１つ以上のグリッパシリンダは、選択的にセレクタバルブと分離されることができ、１つ以上のロールの芝が、他のものとは無関係に落下されることを可能とする。

５つのグリッパモジュール７０のうち４つは、それらが互いに接近したり離れたりしてスライドすることができるように、フレーム７２に取り付けられる。これにより、マシンが、芝のロールを下方のレベルの１つの（広い）スペーシング、および上方レベルの異なる（近接した）スペーシングのスタックの上に配置することが可能となる。このスタッキング方法は、スタックに顕著な安定性を与えるために、通常、手動で積み重ねられた芝に使用される。４つのスライディンググリッパモジュールフレーム７４のそれぞれは、２対の線形ブッシュ９２を有している。２対の代わりに、２つの個々の（長い）ブッシュもさらに使用できる。このブッシュ９２は２つのロッド９３上をスライドし、１つはピックアップヘッドフレーム９２の各側面に堅固に締めつけられている。第５のグリッパモジュール９６は、ピックアップヘッドフレーム７２に堅固に連結されている。

図１３に最もよく示されるように、第５のグリッパモジュール９６のスライディングは、２つのスライダシリンダ９６によって達成される。各スライダシリンダ９６は、一端部で、ポイント（ｃ）でピックアップヘッドフレーム７２に連結されている。他端部で、スライダシリンダは、ポイント（ｄ）でクランクフレーム９８に連結されている。クランクフレーム９８は、ピボットシャフト１００によってピックアップヘッドフレームに取り付けられている。クランクフレーム９８は、さらに、ポイント（ｅ）および（ｆ）を有し、これらはリンク１０２および１０４のための連結ポイントである。リンク１０２は、クランクフレームのポイント（ｅ）をグリッパモジュール７０のポイント（ｇ）に連結する。リンク１０４は、クランクフレーム９８のポイント（ｆ）をグリッパモジュール１０６のポイント（ｈ）に連結する。

シリンダ９６が収縮すると、クランクフレーム９８は、ピボットシャフト１００まわりに反時計方向に回転する。これは、リンク１０２、１０４を引っ張り、グリッパモジュール７０をこれらの外側位置に移動させて、芝のロールに一定の間隔をあける。シリンダ９６が伸びると、クランクフレーム９８は、ピボットシャフト１００まわりに時計方向に回転する。これにより、リンク１０２、１０４を押し、グリッパモジュールをこれらの内側位置に移動させて、芝のロールを互いに近接して離間させる。ポイント（ｆ）は、ピボットシャフト１００からポイント（ｅ）の２倍であるので、グリッパモジュール１０６は、グリッパモジュール７０の２倍移動する。したがって、グリッパモジュール７０が定置のグリッパモジュール９６の方に移動するにつれて、グリッパモジュール１０６は、グリッパモジュール７０に近接して同じ間隔を移動する。内側および外側位置の両方において、芝のロールは従って均等に間隔が置かれる。

同じスライディング作用は、ピックアップヘッドの他の端部で他の２つのグリッパモジュール７０に対して生じている。２組のグリッパモジュールの動きを同期化するために、もう１つのリンク１０８が設けられている。リンク１０８は、クランクフレーム９８のポイント（ｉ）をモジュール１１０のポイント（ｊ）に連結する。これにより、同じスピードで、２対のグリッパモジュールをスライドインおよびスライドアウトさせる。これにより、スライディングの動きが、芝のロールを分離するために最低量の加速で生ずることが可能となる。

図１６および図１７は、本発明の別の実施形態による別のアキュムレータコンベヤ９４を示している。このアキュムレータコンベヤ９４は、アキュムレータコンベヤフレーム９８を支持するように構成されている支持フレーム９６で形成されている。このフレーム９８には、バイパス機構１００が連結されている。このバイパス機構は、オペレータが、特定の芝のロールを拒否することを可能にするように作用する。この点について、オペレータは、アキュムレータコンベヤ９４の部分を収縮するバイパス機構１００を作動させる。アキュムレータコンベヤ９４を収縮することによって、オペレータは、そのロールをランプ１０４の上に落下させ、芝のロールを地面に落とすことが可能となる。

収縮バイパス１００は、第１のコンベヤスプロケット１１０を支持する３つの収縮可能な支持アーム１０５を備えている。追加として、収縮器機構は、作動されるとき、車両の後方へ向ってスプロケット１１０を引っ張る収縮可能なアイドラータイプのアーム１１２を有している。作動時、アイドラーアーム１１２は、第１のピボットポイントまわりに回転され、スプロケットを下方に下げ、アキュムレータコンベヤ９４の引っ張り力を増大する。加えられた引っ張り力は、付勢された収縮可能アーム１０５を支持フレーム９８の方へ引っ張るように機能する。バイパス機構１００を解除後、収縮可能アーム１０５に連結されている付勢スプリング、あるいは、空気シリンダ（図示せず）は、支持アーム１０５を、したがって第１のコンベヤスプロケット１１０をそのもとの方向付けへ押すように機能する。

図１８は、本発明の別のシステムを利用する車両（ホイール付きシャーシ）を示している。上述されているように、カッティングアセンブリは、コンベヤおよびアキュムレータ機構９４と同一線形にすることが可能である。ロボットアームは、上記に述べられているように、アキュムレータ９４からロールにされた芝を取り除き、それをスキッドに位置決めするように機能する。示されているように、アキュムレータ機構９４は、複数のバスケットを含むことが可能である。

本発明のこの態様の重要な特徴は、スライディング作用と共にロールを押しつける概念と、他の４つから独立して１つのロールを落下させる能力とである。これにより、８つのロールが、最上層に配置され、次の１つ下には、１２個のロールが配置されることが可能となる。これは、いっそう安定したスタックへと寄与する
図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、ピックアップヘッド４４のための別のリンク装置を示している、５つのグリッパモジュール７０のうち４つは、それらが互いに近接したり離れたりしてスライドすることを可能にするようにフレーム７２に取り付けられている。これにより、マシンが、下方レベルに１つの（幅広い）スペーシング、および上方レベルに異なる（近接した）スペーシングで、芝のロールをスタックに配置することが可能となる。このスタッキング方法は通常、スタックに顕著な安定性を与えるために、手動で積み重ねられた芝に使用されている。４つのスライディンググリッパモジュールフレーム７４のそれぞれは、リンク装置１０１または１０２に連結されている。リンク装置１０１または１０２は、この場合、複数の回転可能な連結部材１０７を介してアクチュエータ１０４に連結されている。図２０（ｂ）に示されているように、アクチュエータ１０４の収縮は、それらのそれぞれのピボットポイント１１１まわりに連結部材１０７の回転を生ずる。連結部材１０７のこの回転は、リンク装置１０１または１０２に力を印加し、５つのグリッパモジュール７０のうち４つの変位を生ずる。第５の、つまり中央のグリッパモジュール９６は、堅固にピックアップヘッドフレーム７２に連結されている。

図２０（ａ）〜図２０（ｅ）は、外されているグリッパーと収縮された位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わしている。

図２１（ａ）〜図２１（ｅ）は、係合されたグリッパーと伸ばされた位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わしている。

図２２は、本発明のシステムの作動のフローチャートを表わしている。プロセスは、必要なスタック相対的配置に関してオペレータに問い合わせる問い合わせブロック１２０で開始する。これらのスタック相対的配置のそれぞれと関連するのは、予め定められた数のロボットアームの動きパターンだけでなく、パレット指標付けおよび芝スペーシング情報である。問合せ完了後、システムは、プロセスブロック１２２においてワークスクリーンを表示する。ワークスクリーンは、芝が積載される間、スキッドの絵で表わした表示を含んでいる。この点については、オペレータは、スクリーンを観察することによってスキッドの状態をチェックすることが可能である（図２３〜図３１を参照）。システムは、スキッド１２４をその適切な方向付けへ指標付けすることによってスキッド積載を開始する。オペレータによって選択されるそのスタック相対的配置に基づいて、所定の層の芝のための１列あたりのロールカウントが、メモリロケーション１２６から検索される。さらにまた、メモリ１２８とセット１３０とから検索されるのは、ヘッドのグリッパモジュールのスペーシングである１２８。ロボットアームの経路は、作動ブロック１３２において設定される。

システムはプロセスブロック１３４において芝のカッティングを開始する。芝は、プロセスブロック１３６においてロールにされ、アキュムレータベルト１３８の上に配置されている。このプロセスは、所望の芝のロールすべてが、所定の列のためにアキュムレータベルト１３８の上に配置されるまで繰返される。図２３ないし３１に見られるように、芝のロールの方向付けは、オペレータによって調節可能である。この点については、その調節は、所望のロール方向付けを実現するために、コンベヤ上の芝ストリップをロールにする時間を調整することによって行われる。ロボットアームは次に作動され１４０、充填されたアキュムレータ９４の上にそのヘッドを配置する。グリッパは、芝のロールを把握するためにプロセスブロック１４２において作動される。

ロボットアームは、プロセスブロック１４４において、スタックの上に芝ロールの列を移動し、プロセスブロック１４６においてその芝を解放する。この点については、システムは、任意に、芝をスタックの上に解放するための適切な時間を決定するためにアクチュエータからのフィードバックを使用することができる。システムは、次に、芝の次の列の積載を開始するために、プロセスブロック１２３へ戻る。

スタッカの基本的な操作を要約すると下記の通りである：
１）芝が、カットされ、現行の確立された方法を使用してロールにされる。

２）このロールは、メインコンベヤの後方から排出される。ここで、それはプッシャの前に落下し、プッシャはそれを左の方向にバッファコンベヤの上へ押す。別の方法として、ロールは、メインコンベヤから直接アキュムレータベルトの上へ落下される。

３）バッファ、あるいは、アキュムレータコンベヤは、最大５ロールの芝を含有するまで指標付けする。

４）ロボットアームは、バッファコンベヤから最大５ロールの芝を持ち上げ、スタックの上へそれらを配置する。

５）スタックが完了するまで、ロボットアームは、コントローラによって指図されるように、常に異なる位置決めおよび方向付けにおいて芝をスタックの上に配置し続ける。

６）オペレータは、収穫機の前進運動を停止し、スタックを降ろすために後退し、ロボットを再始動する。

ロボットのオートスタッカは、別の設計にわたりいくつかの商業上の利点を有している。オートスタッカは、昔からあるトラクタ取り付け芝収穫機のエンベロープ内にほぼ嵌め込む軽量で小さい。オートスタッカは、フレキシブルであり、ロボットは、１６または２４インチ幅の芝のロールを異なる高さのスタックに積み重ねるようにプログラムされることが可能である。ピックアップヘッドは、２つの特徴を有し、頂部の２つの層を「ピラミッド」型に積み重ねるのに使用されることが可能である。ピックアップヘッドの５つのグリッパ７０は、互いに圧搾されることが可能であり、それにより、それがスタックの上に配置されるとき列を圧縮することになる。さらに、５つのロールのうち１つは独立して落下されることが可能であり、それにより、５つからなる２列を有し、中間に横向きに方向を変えられている２つの個々のロールを有する最後の層から２番目と、４つのロールをそれぞれ有する最後の層を積み重ねることが可能となる。ロボットは、実のところは、それが最初に配置された後、これらの列の１つを持ち上げ、再位置決めする。換言すれば、芝が積み重ねられる方法にはかなりの融通性があり、安定したスタックが、余分の覆いなく達成されることが可能である。

小さなサイズおよび融通性の他に、このマシンは、最近市場に出ている他のオートスタッカよりも費用がかからないことが期待される。これは、ある程度までは、コストが高いサーボバルブの代わりに、コストの低い比例バルブの使用のためである。これは、コントローラとバルブとの間の独特のインターフェースによって可能とされている。

本発明の説明は、まったく単なる例示的なものであり、したがって、本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲内にあると意図されるものである。このような変更は、本発明の精神と範囲からの逸脱とみなされない。特に、ロボットアームを使用して芝のロールを移し変えるためのシステムが開示されていると同時に、このアームは、芝の積み重ねられたスラブを移動するのに使用されることが可能であることが構想されている。

本発明の一実施形態による芝収穫機の後方および上方からの簡素化された斜視図である。 芝のロールが、本発明による芝スタッカーを使用して配置されることができる様々な相対的配置を示す概略平面図である。 芝のロールが、本発明による芝スタッカーを使用して配置されることができる様々な相対的配置を示す概略平面図である。 本発明の特徴による比例バルブによって油圧シリンダの作動を示す一連のグラフである。 本発明の特徴による比例バルブによって油圧シリンダの作動を示す一連の概略回路図である。 図１に示されている油圧シリンダが、本発明により作動される方法を示す概略回路図である。 本発明によるグリッパーヘッドを示す立面図である。 本発明によるグリッパーヘッドを示す立面図であり、図７に示されてない作動シリンダを示す。 上方から見る実際のグリッパーヘッドの写真の複製である。 上方から見る実際のグリッパーヘッドの写真の複製である。 グリッパーヘッドを示す平面図である。 グリッパーヘッドを示す立面図である。 グリッパーヘッドの設計の特徴を示す、図７および図８に見られるグリッパーヘッドの概略立面図である。 本発明による芝スタッカーを使用して達成されることが可能な芝のスタックの異なる層における芝ロールの様々な配列を示すいくつかの概略図を含んでいる。 ピックアップヘッドのための自己水平リンク装置を示している図である。 本発明の教示による別のアキュムレーターの斜視図である。 本発明の教示による別のアキュムレーターの斜視図である。 本発明の教示による芝収穫機の斜視図を表わす。 ピックアップヘッドのための別のリンク装置を表わす。 外されているグリッパーと収縮された位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす斜視図である。 外されているグリッパーと収縮された位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす端面図である。 外されているグリッパーと収縮された位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす側面図である。 外されているグリッパーと収縮された位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす平面図である。 外されているグリッパーと収縮された位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす平面図である。 係合されたグリッパーと伸ばされた位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす斜視図である。 係合されたグリッパーと伸ばされた位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす端面図である。 係合されたグリッパーと伸ばされた位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす側面図である。 係合されたグリッパーと伸ばされた位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす平面図である。 係合されたグリッパーと伸ばされた位置におけるヘッドとを有する図１９（ａ）および図１９（ｂ）に表わされているピックアップヘッドを表わす平面図である。 図１に示されているシステムの制御のフローチャートを表わす。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。 本発明の制御パネルに示されているビジュアル要素を描いている。

符号の説明

２０ ロール芝の収穫機
２２ アキュムレータ装置
２４ 関節アーム
２８ コンベヤ
３０ トレイ
３２ プッシャ
３４ アキュムレータコンベヤ
３６ スキッドなしの芝スタック
３８ アームベース
４０ 第１のアームセグメント
４２ 第２のアームセグメント
４４ ピックアップヘッド
４６ 油圧シリンダ
４８ 第１のアクチュエータ
５０ 第２のアクチュエータ

Claims (21)

1. 芝のロールをカットし、積み重ねるための装置であって、
   芝生フィールドを横断するホイール付きシャーシと、
   複数の芝ストリップをカットする水平カッティング機構と、
   前記複数の芝ストリップを保持するように構成されているアキュムレータと、
   前記アキュムレータに前記芝を移し換える前に、前記芝ストリップをロールにするように構成されている芝ローラと、
   前記カッティング機構から前記アキュムレータに芝を移し換えるように構成されているコンベヤと、
   前記アキュムレータから芝貯蔵場所に前記複数の芝ストリップを持ち上げるように構成されているロボットアームと、
   前記アキュムレータと前記ロボットアームの作動を制御するように構成されているコントローラとを具備している装置。
2. 前記アキュムレータは、セグメント化されたコンベヤである請求項１に記載のアキュムレータ。
3. 前記アキュムレータは、オペレータが、廃棄された芝のロールを前記芝生フィールドに戻すことを可能とする収縮可能部分を備えている請求項１に記載の装置。
4. さらに、前記収縮可能部分の下に配置されているランプを具備している請求項３に記載の装置。
5. 前記ロボットアームは、複数のグリッパモジュールを有する水平ピックアップヘッドを備え、各グリッパモジュールは、独立した個々の芝のロールと係合するように構成されている請求項３に記載の装置。
6. 各グリッパモジュールは、１対の係合可能なフィンガを備え、これら係合可能なフィンガは、前記アキュムレータに配置される芝のロールと係合するように回転可能に位置決めされている請求項５に記載の装置。
7. 前記フィンガは、グリッパアクチュエータに連結され、このグリッパアクチュエータは、伸長位置を有し、この位置で、前記フィンガは、凹状ストリッパーの下の位置の方へ回転される請求項６に記載の装置。
8. 前記フィンガは、フィンガが前記独立した芝のロールに同時に係合させるように互いに連結されている請求項６に記載の装置。
9. 前記水平ピックアップヘッドは、別のグリッパモジュールに対して少なくとも１つのグリッパモジュールを移動させるように構成されているセパレータ機構を有している請求項６に記載の装置。
10. さらに、前記ロボットアームの動きを調整するように構成されているコントローラを具備している請求項６に記載の装置。
11. 前記ロボットアームは、油圧により駆動され、前記コントローラは、少なくとも１つの油圧バルブを制御するように構成されている請求項１０に記載の装置。
12. 前記コントローラは、前記グリッパモジュールを制御するように構成され、電気的に連結されている請求項１０に記載の装置。
13. 前記コントローラは、前記水平ピックアップヘッドを水平に保つように構成されている複数のアクチュエータに連結されている請求項１０に記載の装置。
14. さらに、前記芝貯蔵場所にパレットを保持するように構成されている１対のフォークを具備し、前記コントローラは、第１のパレット場所から第２のパレット場所へ前記フォークの移動を制御するように構成されている請求項１０に記載の装置。
15. 芝生フィールドから芝を除去し、ロールにされた芝をピラミッド状スタックに配置する芝収穫機であって、
    スキッドを支持するように構成されている芝貯蔵場所を有するシャーシのためのホイールと、
    前記シャーシに連結され、水平ピックアップヘッドを有し、この水平ピックアップヘッドが、複数のグリッパモジュールを有し、各グリッパモジュールは、同時に芝のロールを係合するように構成されている、ロボットアームと、
    数列のロールにされた芝を前記芝貯蔵場所に配置させるように、前記ロボットアームを制御するように構成されているコントローラとを具備している芝収穫機。
16. 前記ロボットアームは、同時に前記複数の芝のロールをアキュムレータ内から前記パレット積載運搬スキッドに移動するように構成されている請求項１５に記載の芝収穫機。
17. さらに、芝をストリップにカットするように構成されている水平カッティング機構を具備している請求項１６に記載の芝収穫機。
18. さらに、前記水平カッティング機構と前記アキュムレータとの間に配置されているコンベヤを具備している請求項１７に記載の芝収穫機。
19. さらに、芝ストリップをロールにする手段を具備している請求項１８に記載の芝収穫機。
20. さらに、前記コンベヤから前記アキュムレータに前記芝を移し換えるように構成されている機構を具備している請求項１９に記載の芝収穫機。
21. 前記アキュムレータは、セグメント化され、指標付けされたコンベヤである請求項２０に記載の機構。

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