KR100430898B1 - 착유기자동 이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착유기를 착유위치에 정확하고 신속하게 이동시켜 원활한 착유가 이루어지도록 하는 착유자동화시스템 중 매니퓰레이터에 관한 것으로, 구동모터의 구동으로 상하로 이동가능하게 설치되는 상하이동수단과; 상기 상하이동수단의 하측으로 다수의 관절축으로 서로 회동가능하게 연결된 회전암들이 설치되어 수평회전운동을 하는 수평회전수단과; 상기 회전암의 자유단에 기어로 회동가능 결합된 연결부와 상기 연결부 일단에 착유기를 착탈할 수 있는 착유핸드부를 포함하여 착유기를 착유위치로 이동 및 접촉시키도록 구성되어, 인력에 의존하던 착유작업을 자동화 한 것으로 작업자에 의한 이물질과 세균감염 등을 차단하여 보다 고품질의 우유를 생산하고, 소요인력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

착유기자동 이송장치{Transfer apparatus for automatic milking system}

본 발명은 착유기자동 이송장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 착유공정을 일련의 무인 시스템화하여 착유작업을 자동화 한 착유기자동 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로 착유하는 작업은, 착유할 젖소를 착유스톨(착유실)내에 입실시킨 후 젖소의 유방에 착유기를 부착하여 소정량의 원유를 얻는 것이 보편적이다.

이런 착유과정이 일반화된 종래 착유시스템의 경우, 반자동 착유장치들이 개발되어 일반 낙농가에 보급되어 있으나, 이들은 각 착유기를 사람들이 직접 잡고 착유하기 때문에 많은 노동력을 필요로 하였다. 또한 착유 후에 행하는 착유기의 세척과 소독이 자동화되지 않아 세척과 소독에 시간과 인력이 필요 이상으로 많이 소요되었다.

이상과 같이 착유작업과 세척 등, 착유공정이 별도로 이용되어 행함에 따라많은 노동력과 시간이 필요하게 되고 비용상승의 문제점이 있다. 따라서 젖소사육두수를 늘리는데는 한계가 있으며 가구당 한정된 노동력으로는 경쟁력 있는 규모의 낙농이 어려운 실정이다. 또한, 반자동 착유장치가 이용되는 경우에도 기계적 구동이 원활하지 아니하여 자연스런 착유가 이루어지지 못하여 우유의 착유량도 떨어질 뿐만 아니라, 젖소에게 생리적 부담을 주게 되었다.

이런 사유로 최근에 들어 착유자동화시스템이 선진 외국 등에서 연구 또는 일부 자동화가 이루어지고 있으나, 완전 자동화는 이루어지지 못하고 있는 실정이며, 세척을 비롯한 착유 과정들이 동일 착유 장소에서 일련의 작업이 수행되지 아니하고 공정별 장치가 별도 설치되어 운용되고 있어 신속하고 일괄된 작업이 불가능한 실정이다. 또한 각 착유공정별 장치들의 규모가 크고 구성이 복잡하여 가격이 고가이며 유지 관리가 어려워 선진국의 낙농가에서도 보급의 일반화에는 어려움이 많은 실정이다.

따라서 착유공정별 장치들은 시스템화하여 착유전과정을 한 장소에서 수행할 수 있는 장치가 필요로 하게 되었다.

상기의 문제점을 감안하여 안출 한 본 발명의 목적은, 착유공정에 있어 착유기를 젖소의 유방의 유두로 정확하게 이동시켜 접촉하여 착유할 수 있도록 하되 젖소의 착유가 완료시에는 소독과 세척이 완료된 착유기를 툴바장치로부터 착유기를 인출하여 이송, 새로 입실된 젖소의 유두에 접촉토록 하여 무인시스템화에 필요한 착유기자동 이송장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 일련의 장치들을 착유기자동 이송장치의 작동범위안에서 모든 착유공정이 이루어질 수 있게 하는 착유기자동 이송장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 착유기자동 이송장치를 보인 개략도,

도 2는 도 1의 이송장치를 나타낸 측단면도,

도 3은 도 1의 이송장치에 따른 수직이동수단을 나타낸 단면도,

도 4는 도 3의 수직이동수단의 작동을 나타낸 작용도,

도 5는 도 1의 이송장치에 착유기가 장착된 것을 나타낸 평면도,

도 6은 도 1의 이송장치에 따른 착유핸드부를 나타낸 단면도,

도 7은 도 1의 이송장치가 착유자동화시스템에서 작동되는 것을 나타낸 개략도.

( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 )

10 ; 매니퓰레이터 200 ; 수직이동수단

210 ; 모터박스 211 ; 회전축

212 ; 구동모터 215 ; 타이밍벨트

217 ; 축 베이스 218 ; 이동로드

219 ; 스크루축 220 ; 에어실린더

300 ; 수평회전수단 310,320,330,340 ; 회전암

312 ; 작동모터 314 ; 스크루

316 ; 웜기어 321,331,341 ; 관절축

400 ; 착유핸드부 401 ; 연결부

403 ; 웜기어 431 ; 스텝모터

432; 작동축 430 ; 착유기 작동부

500 ; 착유기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구동모터가 내장된 모터박스와; 상기 모터박스내에 수직축으로 결합되어 있고, 상기 구동모터에 연동하여 상하로 이동가능하게 설치되는 상하이동수단과; 상기 상하이동수단의 하측으로 다수의 관절축으로 서로 회동가능하게 연결된 회전암들이 설치되어 수평회전운동을 하는 수평회전수단과; 상기 회전암의 자유단에 기어로 회동가능 결합된 연결부와 상기 연결부 일단에 착유기를 착탈할 수 있는 착유핸드부를 포함하여 착유기를 착유위치로 이동 및 접촉시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

수평회전수단은, 회전암 단부의 관절축에 고정된 웜기어와 모터에 직결된 스크루의 치합으로 구성되어 수평운동을 하게 될 수 있다.

상하이동수단은, 상기 모터박스내에 내장된 구동모터와; 구동모터의 일측에 타이밍 벨트로 연결 설치되는 스크루축과; 상기 스크루축의 외측으로 결합되고, 스크루축의 구동시 모터박스내에서 상하로 이동되는 이동로드와; 상기 이동로드의 내측에 결합되며, 스크루축의 구동시 승강이동되는 스크루베이스와; 상기 이동로드 내측에 설치되어 스크루축의 상하 이동시 승강이동 밸런스를 조절하게 설치되는 에어실린더를 포함하여 구성될 수 있다.

착유핸드부는, 일단의 회전암에 연결 결합되어 있고, 그 연결부에는 상기 회전암의 내측에 설치되는 스크루에 치합되어 착유핸드부를 구동시키는 웜기어가 설치되며, 상기 연결부의 타단에는 스텝모터의 축과 치합구동되는 2개의 작동축이 착유기와 결합되게 하는 착유기 작동부로 구성될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 자동착유용 매니퓰레이터는 사람의 수작업에 의존하던 착유기 이송작업을 로봇팔이 대신함으로서 작업자를 단순 반복적인 작업에서 해방시켜줌과 동시에, 작업자에 의한 우유의 세균감염을 차단하여 보다 고품질의 우유를 생산할 수 있고, 작업에 소요되는 인력을 절감할 수 있기에 젖소를 대규모 사육하는 낙농가에서 보다 많은 젖소를 적은 일손으로 사육할 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 착유기자동 이송장치를 보인 개략도이고, 도 2는 도 1의 이송장치를 나타낸 측단면도이며, 도 3은 도 1의 이송장치에 따른 수직이동수단을 나타낸 단면도, 및 도 4는 도 3의 수직이동수단의 작동을 나타낸 작용도이다. 그리고 도 5는 도 1의 이송장치에 착유기가 장착된 것을 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 1의 이송장치에 따른 착유핸드부를 나타낸 단면도를 각각 도시하고 있고, 도 7은 도 1의 이송장치가 착유자동화시스템에서 작동되는 것을 나타낸 개략도를 도시하고 있다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 착유기자동 이송장치는, 구동모터(212)를 내설한 모터박스(210)와, 상기 구동모터(212)에 연동되어 수직방향으로 상하이동하는 스크루축(219)을 갖는 상하이동수단(200)과, 상기 상하이동수단(200)의 하부에 결합되고, 그 타단으로 암의 일측에 형성된 관절축(321)(331)(341)에 결합된 웜기어(316)와 서로 인접한 암(310)(320)(330)(340)에 내장된 모터(312)와 직결되어 형성된 스크루(314)와의 치합되어 회전운동이 가능한 수평회전수단(300)과, 상기 수평회전수단(300)과 회동가능하게 결합된 연결부(401)의 일단에 착유기(500)를 그립할 수 있는 착유핸드부(400)를 포함하여 구성되어 있다.

상하이동수단(200)은 도 3내지 도 4에 도시된 바와 같이 모터박스(210)에 내장된 구동모터(212)와, 상기 구동모터(212)와 연결되어 타이밍벨트(214)에 의거 권동되는 스크루축(219)과, 상기 스크루축(219)과 치합된 축베이스(217)에 결합되어 상하 이동하는 이동로드(218)와, 상기 이동로드(218)의 상하 이동시에 밸런스를 유지시키도록 이동로드(218)상부에 결합된 에어실린더(220)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서 상기 상하이동수단(200)의 작동은, 먼저 구동모터(212)의 기동에 따라 동력이 타이밍벨트(214)로 전동되고 이에 연동하여 스크루축(219)이 회전운동을 하게 되면, 그에 치합된 축베이스(217)는 스크루축(219)의 나사부(219a)를 따라 상하 이동하게 되어 상기 축베이스(217)와 결합된 이동로드(218)가 모터박스(210)내를 출몰하게 된다.

즉, 상기 축베이스(217)가 이동로드(218)에 연결 고정되어 있어 스크루축(219)은 구동모터(212)의 회전과 연동되어 이동로드(218)가 모터박스(210)내를 상하 운동을 하게 되는 것이며, 이에 따라 이동로드(218)상단에 고정된 에어실린더(220)도 상.하로 모터박스(210)내를 출몰하게 되며 밸런스가 원활하게 유지될 수 있게 되는 것이다.

수평회전수단(300)은, 상기 이동로드(218) 하단에 연결된 암(310)과 암의 일측에 형성된 관절축(321)(331)(341)으로 연결된 회전암(320)(330)(340)들이 설치되어 구성되어 있다.

그리고 상기 각 관절축(321)(331)(341)은 그 축상에 웜기어(316)들이 결합되어 있고, 상기 각 회전암(310)(320)(330)(340)의 내측으로는 각각의 작동모터(312)가 설치되며, 상기 작동모터(312)의 일단에는 스크루(314)가 각각 연결 형성되어 있다. 이때 상기 스크루(314)들은 각 회전축(311)(312)(313)과 결합된 웜기어(316)들과 치합되어 회동 가능하게 설치되어 있다.

착유핸드부(400)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 회전암(340)의 연결부(401)와 연결되어 있다. 그 연결부(401)에는 상기 회전암(340)의 내측에 설치되는 스크루(316)에 치합되어 착유핸드부(400)가 회전운동 할 수 있도록 웜기어(403)가 내측에 설치되어 있다.

그리고 상기 연결부(401)의 앞으로 형성되는 착유핸드부(400)내에는 착유기(500)를 장착하여 착유컵을 구동시킬 수 있는 2개의 구동축(432)과 연결된 스텝모터(431)가 설치되는 착유기 작동부(430)가 형성되어 있다.

한편 상기 수직이동수단(200)과 수평회전수단(300)의 각 관절은 AC서보 모터를 사용하여 구동되고, 상기 착유핸드부(400)에는 착유기 구동을 위한 구동 동력으로 2개의 스텝모터를 사용하여 작업하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성에 따라, 본 발명은 착유작업시 상하방향으로 착유기(500)를 이동 작업할 수 있는 스크루축(219)과 수평회전운동을 하는 3개의 관절과 연결부(401)를 원호운동 가능하도록 한 총 5축 매니퓰레이터로 제공되는 것이다.

여기서 마지막 관절에 결합된 착유핸드부(400)는 착유기를 그립(Grip)함과 동시에 2개의 동력으로 착유기(500)를 작동하도록 설치되어 있다.

아울러 도 7에 도시된 바와 같이 착유자동화시스템에 따른 착유과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 매니퓰레이터(10)는 착유핸드부(400)에 착유기(500)를 그립한 상태에서 착유스톨(20)에 입실된 젖소의 유방의 유두 측으로 이동하여 착유기(500)에 유두를 접촉토록 구성되며, 입실된 젖소의 착유가 완료되면 착유기(500)는 매니퓰레이터(10)에 의해 운반되어 세척룸(30)에 착유기(500)를 장착하게 된다. 이와 같은 착유 과정은 매니퓰레이터(10)의 작동범위 안에서 이루어지며 메인콘트롤러(40)의 제어신호에 따라 작동하는 수평회전수단(300)에 의해 이루어진다.

또한, 착유스톨(20)에 설치된 광센서(50)가 젖소의 입실유무에 따라 변화하는 광의 세기를 감지하고, 메인콘트롤러(40)는 상기 광센서(50)가 감지한 결과에 따라 매니퓰레이터(10)를 제어하여 착유기(500)가 착유스톨(20)내로 위치되도록 한다. 이때 착유스톨(20)내에 위치한 감시카메라(60)가 착유기(500)와 입실된 젖소의 유방을 모니터링하면, 관리자는 상기 모니터링한 영상이 표시되는 모니터를(70) 보고 있다가 착유기(500)가 젖소의 유방위치에 해당될 때 조작키를 조정하고, 이에메인콘트롤러(40)는 상기 해당 조작키 신호에 따라 콘트롤박스(80)에 제어신호를 보내 매니퓰레이터(10)를 정지시킨다.

다음으로 메인콘트롤러(40)는 착유기(500)가 장착된 착유핸드부(400)내의 착유기작동부(430)를 작동케하여 착유기(500)를 조정한 후, 메인콘트롤러(40)는 제어신호에 따라 매니퓰레이터(10)의 상하이동수단(200)을 구동시켜 매니퓰레이터(10)를 상승, 유방의 유두위치에 착유기(500)를 부착시킨다. 그런 다음 착유가 시작된다. 이후 착유가 끝나게 되면, 다시 매니퓰레이터(10)는 메인콘트롤러(40)의 제어신호에 따라 세척룸(30)으로 이동하여 착유를 마친 착유기(500)를 그립시키게 된다. 이어서 세척후 저장되어 있는 또 다른 세척룸(30)으로 이동하여 세척된 착유기(500)를 장착하고 다시 착유위치로 이동되는 반복작업을 통해 착유과정이 이루어지게 된다.

여기서 본 장치의 대상체가 살아 있는 동물이므로 신속하고 정확한 작업이 수행되는 것이 젖소의 건강을 위하여 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 착유자동화시스템의 중요한 핵심장치 하나인 착유기(500)를 젖소의 유방의 유두로 이동되어 접촉되게 하는 운반장치로서 자동 로봇팔(매니퓰레이터)을 제공함으로 착유생리에 적합하고 착유작업을 무인화 하는 장치인력을 대신하는 역할을 할 수 있게 되는 것이다.

기존의 착유시스템의 경우 착유기의 탈착을 사람이 직접 수행하기 때문에 착유기를 운반하여 유두에 접촉되게 하는 매니퓰레이터는 존재하지 않았지만, 본 발명의 경우 5축에 의한 구동으로 좁은 공간에서 작동이 원활하게 할 수 있게 되는것이다.

더불어 본 발명은 AC서보 모터 제어기술, 스텝모터 제어기술, 고정밀 위치제어기술을 적용한 것으로서, 젖소라는 생명체를 대상으로 하기 때문에 일반기계와는 달리 젖소의 비유생리에 적합한 처리를 완전하게 해 주지 않으면 안 된다는 점에서 중요한 발명인 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 얼마든지 변형가능함은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 착유기자동 이송장치는, 착유작업에 소요되는 인력의 상당부분을 절감할 수 있으며, 정해진 시간에 규칙적으로 반복되는 작업을 수행할 수 있다. 또한 젖소를 대규모 사육하는 낙농가에서는 보다 많은 젖소를 소수의 인력만으로도 유지 관리 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 착유자동화시스템을 구성하는데 매우 중요한 부분을 차지하며 사람의 수작업으로 이루어지던 착유작업을 로봇이 대신함으로서 작업자를 단순 반복적인 작업에서 해방시켜줌과 동시에 작업자와 주위환경에 의한 우유의 감염을 차단하여 보다 고품질의 우유를 생산하고 동물의 복지향상에도 좋은 영향을 줄 수 있는 이점이 있다. 그리고, 착유자동화시스템은 일일 스톨당 착유우 60두까지 하루 중 연속 착유가 가능하며 무인유도인식 및 자동착유화로 착유작업 노동력이 생력(省力)화 된다.

Claims (4)

1. 구동모터(212)가 내장된 모터박스(210)와;

   상기 모터박스(210)내에 수직축으로 결합되어 있고, 상기 구동모터(212)에 연동하여 상하로 이동가능하게 설치되는 상하이동수단(200)과;

   상기 상하이동수단(200)하측으로 다수의 관절축(321)(331)(341)으로 서로 회동가능하게 연결된 회전암(310)(320)(330)(340)들이 설치되어 수평회전운동을 하는 수평회전수단(300)과;

   상기 회전암(340)의 자유단에 기어로 회동가능 결합된 연결부(401)와 상기 연결부(401) 일단에 착유기(500)를 착탈할 수 있는 착유핸드부(400)를 포함하여 착유기를 착유위치로 이동 및 접촉시키도록 구성되는 착유기자동 이송장치.
2. 제 1항에 있어서, 수평회전수단(300)은,

   회전암(310)(320)(330)(340)단부의 관절축(321)(331)(341)에 고정된 웜기어(316)와 작동모터(312)에 직결된 스크루(314)의 치합으로 구성되어 수평운동을 하는 것을 특징으로 하는 착유기자동 이송장치.
3. 제 1항에 있어서, 상하이동수단(200)은,

   상기 모터박스(210)내에 내장된 구동모터(212)와;

   구동모터(212)의 일측에 타이밍벨트(214)로 연결 설치되는 스크루축(219)과;

   상기 스크루축(219)의 외측으로 결합되고, 스크루축(219)의 구동시 모터박스(210)내에서 상하로 이동되는 이동로드(218)와;

   상기 이동로드(218)의 내측에 결합되며, 스크루축(219)의 구동시 승강이동되는 축베이스(217)와;

   상기 이동로드(218) 내측에 설치되어 스크루축(219)의 상하 이동시 승강이동 밸런스를 조절하게 설치되는 에어실린더(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착유기자동 이송장치.
4. 제 1항 있어서, 착유핸드부(400)는

   일단의 회전암(340)에 연결 결합되어 있고, 그 연결부(401)에는 상기 회전암(340)의 내측에 설치되는 스크루(314)에 치합되어 착유핸드부(400)를 구동시키는 웜기어(403)가 설치되며, 상기 연결부(401)의 타단에는 스텝모터(431)의 축과 치합구동되는 2개의 작동축(432)이 착유기(500)와 결합되게 하는 착유기 작동부(430)로 구성되는 것을 특징으로 하는 착유기자동 이송장치.