KR100788965B1 - 착유자동화 로봇 및 그 착유자동화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착유자동화 로봇 및 그 착유자동화 방법에 관한 것으로, 착유자동화 로봇은 유두 위치와 배열을 정확하게 검출하기 위한 직선구동형 레이저센서를 이용한 직선 스캐닝 방식의 유두인식장치와; 젖소의 좌/우측에 위치한 유두를 동시 에 착유가 가능하도록 각각 2개의 착유컵이 구비된 좌/우측 착유대와; 상기 유두인식장치에 의해 검출된 유두 위치명령에 의하여 상기 착유컵을 장착 또는 탈거할 수 있도록 상기 좌/우측 착유대를 이송하는 착유 로봇팔과; 상기 착유 로봇팔이 정확하게 유두 위치를 추종할 수 있도록 하는 위치 및 속도제어기와; 젖소 개체별로 다양한 유두 각도에 따라 장착이 용이하도록 상기 착유컵 롤링 각을 제어하는 착유각 구동장치와; 착유종료 후 상기 착유컵을 자동으로 탈거하여 상기 좌/우측 착유대로 원점 복귀되도록 하는 착유컵 탈거장치; 및 상기 구성부품들을 통합제어하는 착유로봇 제어반을 포함한다. 이러한 구성에 의해 유두 위치가 신속하게 검출되어 유두인식 시간이 단축됨에 따라 착유시간이 최소화되고, 모든 구동부를 서보모터로 구성함으로써, 저소음으로 인한 젖소의 스트레스가 최소화되며, 착유(유두검출위치)의 정확성, 착유 로봇팔의 속응성 및 추종성이 향상되고, 또한, 사람의 양손과 같이 착유컵의 롤링(회전) 각을 조정할 수 있기 때문에 다양한 형태의 유두배열과 모양에 관계없이 착유가 가능하다.

착유자동화 로봇, 유두인식장치, 착유컵, 착유대, 볼스크루, 서보모터, 레이저센서

Description

착유자동화 로봇 및 그 착유자동화 방법{Milking automatic robot and milking automatic method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 착유자동화의 직교형 착유 로봇팔 정면도

도 2는 본 발명에 따른 초기위치의 착유 로봇팔 평면도

도 3은 본 발명에 따른 착유위치의 착유 로봇팔 평면도

도 4는 본 발명에 따른 레이저센서를 이용한 유두인식장치 구성도

도 5는 본 발명에 따른 좌/우측 착유대 구성도

도 6은 본 발명에 다른 착유각 구동장치 구성도

도 7은 본 발명에 따른 착유컵 탈착장치 구성도

도 8은 본 발명에 따른 유두 세척장치 구성도

도 9는 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 제어반 구성도

도 10은 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 위치 및 속도제어기 구성도

도 11은 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 제어반 회로도

도 12는 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 착유자동화 방법의 플로우차트

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 착유 로봇팔 2 : x축 이송장치

3 : y축 이송장치 4 : Z축 이송장치

5 : x축 구동모터 6,17,33,42,52 : 볼스크루

7,19,35 : 리니어 부시 8,20 : 서포트 유닛

9 : x축 위치검출 리니어 센서 10 : y축 구동모터

11 : 유성감속기어 12,63 : 베어링

13 : 동력전달중심축 14 : 동력전달클러치

15 : y축 위치검출 회전형 센서 16 : z축 구동모터

18,34,43,53 : 샤프트 21 : 지지대

22 : z축 위치검출 리니어 센서 23 : 밸트

30 : 유두인식장치 31 : 레이저 센서

32 : 센서고정대 37,44,54,64,81 : 서보모터

38,45,55 : 직선형 위치감지센서 40 : 좌측 착유대

41 : 좌측 착유컵 고정대 46,56 : 종점감지센서

47 : 착유컵 50 : 우측 착유대

51 : 우측 착유컵 고정대 60 : 착유각 구동장치

61 : 착유컵 지지대 62 : 착유받침대

65 : 감속기 66 : 회전각 감지센서

70 : 유두 세척장치 71 : 온수노즐

72 : 공기노즐 73 : 소독약노즐

80 : 착유컵 탈거장치 82 : 캠

83 : 와이어 84 : 가이드 롤러

90 : 착유스톨 100 : 착유자동화 로봇 제어반

110 : 주 제어보드 120 : 레이저 제어보드

130 : X축 제어보드 140 : Y축 제어보드

150 : Z축 제어보드 160 : 착유컵(L) 제어보드

170 : 착유컵(R) 제어보드 180 : 착유컵 회전각(L) 제어보드

190 : 착유컵 회전각(R) 제어보드 200 : 세척장치 제어보드

210 : 착유기 스톨장치 제어보드 220 : 터치스크린

221 : 위치제어기 222 : 속도제어기

223 : 인버터 1 225 : 전류이득 1

226 : 속도이득 1 227 : 위치이득 1

237 : 레이저 위치출력이득 228 : 착유 로봇팔 위치명령변환기

240 : 착유자동화 로봇 제어반 회로 241 : 위치센서입력

242 : 속도센서입력 243 : 전류센서입력

244 : 아날로그 입력채널 선택기 245 : 마이컴

247 : 제어상태 디지털입력 248 : 제어상태 디지털출력

본 발명은 젖소로부터 착유를 자동화하는 착유자동화 로봇에 관한 것으로, 특히 젖소마다 다른 유두의 위치ㆍ각도ㆍ형태ㆍ크기에 관계없이 착유자동화가 가능 하도록 한 착유자동화 로봇 및 그 착유자동화 방법에 관한 것이다.

우유를 생산하는 착유작업은 대부분의 작업공정이 인력에 의존하는 힘든 작업으로 착유관련 작업에 대한 완전자동화가 절실히 필요하다.

종래의 착유자동화 로봇기술은 무인자동화를 위한 유두인식 방식으로 광격자 센서, 초음파센서, 스테레오 영상카메라 및 회전형 레이저센서를 이용하여 왔다.

그러나 다음과 같은 문제점을 안고 있다.

1. 광격자 센서에 의한 방식은 열악한 외부 환경에 취약한 문제가 있었다.

2. 초음파 센서에 의한 방식은 정밀한 유두 위치를 검출하기가 어려웠다.

3. 스테레오 영상카메라에 의한 방식은 조명에 민감하고 영상신호를 처리하는데 고가의 프로세서가 필요하며 많은 계산량 때문에 유두 인식시간과 환경적인 문제가 발생 되었다.

4. 회전형 레이저센서에 의한 방식은 유두검출신호의 부정확성과 시간지연으로 인하여 로봇팔의 속응성과 추종성이 저하되는 문제가 발생 되었다.

5. 종래의 착유자동화 기술은 액츄에이터로 공압을 이용하기 때문에 착유 시 공압장치의 동작에 의한 소음으로 인해 젖소의 스트레스가 가중되고 젖소가 착유자동화 로봇에 적응하는데 장시간이 필요하였다.

6. 착유컵이 고정되어 있어서 젖소 개체별로 다양한 형태의 유두 위치ㆍ배열 및 각도 그리고 유두 크기 상의 문제로 인하여 한정된 젖소에만 적용할 수 있어 착유자동화 로봇에 적합한 젖소가 선별되었고, 또한 일부는 젖소를 도태시키는 기술적인 한계가 있어 왔다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로, 그 목적은 신속하고 정확한 유두 위치검출과, 착유시 발생되는 소음으로 인한 젖소의 스트레스를 최소화하고 다양한 유두의 위치ㆍ각도ㆍ형태ㆍ크기에 대해서도 자동으로 착유가 가능하도록 한 착유자동화 로봇 및 그 착유자동화 방법을 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적은
유두 위치와 배열을 정확하게 검출하기 위한 직선구동형 레이저센서를 이용한 직선 스캐닝 방식의 유두인식장치와; 젖소의 좌/우측에 위치한 유두를 동시에 착유가 가능하도록 각각 2개의 착유컵이 구비된 좌/우측 착유대와; 상기 유두인식장치에 의해 검출된 유두 위치명령에 의하여 상기 착유컵을 장착 또는 탈거할 수 있도록 상기 좌/우측 착유대를 이송하는 착유 로봇팔과; 상기 착유 로봇팔이 정확하게 유두 위치를 추종할 수 있도록 하는 위치 및 속도제어기와; 젖소 개체별로 다양한 유두 각도에 따라 장착이 용이하도록 상기 착유컵 롤링 각을 제어하는 착유각 구동장치와; 착유종료 후 상기 착유컵을 자동으로 탈거하여 상기 좌/우측 착유대로 원점 복귀되도록 하는 착유컵 탈거장치; 및 상기 구성부품들을 통합제어하는 착유로봇 제어반을 포함하는 착유자동화 로봇에 의해 달성된다.

본 발명의 착유 로봇팔은 x,y,z축 간이 상호 독립된 축으로 구성되고, x축 이송장치, y축 이송장치, z축 이송장치에 의해 3축 방향으로 구동력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 x축 이송장치는 x축 구동모터(5), 볼 스크루(6), 리니어 부 시(7), 서포트 유닛(8)과 x축 위치검출 리니어 센서(9)로 구성되어 상기 좌/우측 착유대의 횡축 방향 X축에 대한 이송방향을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 y축 이송장치는 y축 구동모터(10), 유성감속기어(11), 베어링(12), 동력전달중심축(13), 동력전달클러치(14)와 y축 위치검출 회전형 센서(15)로 구성되어 상기 좌/우측 착유대의 횡축 평면방향 y축에 대한 이송방향을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 z축 이송장치는 z축 구동모터(16), 볼 스크루(17), 샤프트(18), 리니어 부시(19), 서포트 유닛(20), 지지대(21)와 z축 위치검출 리니어 센서(22)로 구성되어 상기 좌/우측 착유대의 종축 방향 z축에 대한 이송방향을 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유두인식장치는 유두의 위치검출이 가능한 레이저 센서(31), 센서고정대(32)와, 횡축방향으로 이송하면서 유두의 위치를 검출하는데 필요한 구동력을 제공하는 볼 스크루(33), 샤프트(34), 리니어 부시(35), 서포트 유닛(36), 서보모터(37)와 직선형 위치감지센서(38))로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 좌/우측 착유대는 좌측 착유컵 고정대(41), 볼 스크루(42), 샤프트(43), 서보모터(44), 직선형 위치감지센서(45), 종점감지센서(46)로 구성되고, 우측 착유컵 고정대(51), 볼 스크루(52), 샤프트(53), 서보모터(54), 직선형 위치감지센서(55), 종점감지센서(56)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 착유각 구동장치는 2개의 착유컵 지지대(61), 2개의 착유받침대(62), 2개의 베어링(63), 서보모터(64)와 감속기(65)로 구성되어 젖소 개체별 로 유두의 다양한 모양과 각도에 따라 착유가 적합하도록 착유컵을 회전시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착유컵 탈거장치는 상기 좌/우측 착유대의 측면에 부착되는 서보모터(81)와 캠(82)으로 구성되어 착유컵에 부착된 유량센서에 의해 착유종료 상태 감지시, 상기 서보모터에 의한 캠의 구동에 의해 착유컵에 부착된 와이어(83)가 잡아 당겨져 착유컵이 유두로부터 탈거되어 좌/우측 착유대의 원래 위치로 복귀되게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착유자동화 로봇은 착유 전에 젖소의 유두에 부착된 오물의 세척과 소독을 위한 유두 세척장치를 더 포함하는데, 이 유두 세척장치는 온수노즐(71), 공기노즐(72), 소독약노즐(73)과 브러쉬(74)로 구성되어 좌측 착유컵 고정대(41)와 우측 착유컵 고정대(51)에 내장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착유자동화 로봇 제어반은 유두인식 및 착유컵 장착 및 탈거에 필요한 제어명령과 센서 출력신호를 감지하여 통합적으로 제어하는 주 제어보드(110)와, 유두의 위치를 검출하는 레이저 제어보드(120)와, 착유 로봇팔의 X축 구동위치를 제어하는 X축 제어보드(130)와, 착유 로봇팔의 Y축 구동위치를 제어하는 Y축 제어보드(140)와, 착유 로봇팔의 Z축 구동위치를 제어하는 Z축 제어보드(150)와, 좌측 착유컵의 구동위치를 제어하는 착유컵(L) 제어보드(160)와, 우측 착유컵의 구동위치를 제어하는 착유컵(R) 제어보드(170)와, 좌측 착유대의 회전각을 제어하는 착유컵 회전각(L) 제어보드(180)와, 우측 착유대의 회전각을 제어하는 착유컵 회전각(R) 제어보드(190)와, 젖소가 착유스톨 입장 시, 착유스톨의 크기와 젖소의 위치를 검출하기 위한 착유기 스톨장치 제어보드(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위치 및 속도제어기는 유두인식장치의 위치명령에 의한 위치보상 및 속도보상을 하는 위치제어기(221)와 속도제어기(222)와, 서보모터 1(224)에 전력을 공급하며, 안정된 토크를 제공하기 위해 전류이득 1(225)이 피드백되고, 정확하고 신속하게 유두 위치를 검출하기 위해 속도이득 1(226)과 위치이득 1(227)이 피드백되는 인버터 1(223)와, 상기 레이저센서(31)에 의해 검출된 유두의 위치정보를 레이저 위치출력이득(237)에 의해 피드포워드 입력받아 위치명령을 출력하는 착유 로봇팔 위치명령변환기(228)와, 입력된 위치명령에 의해 위치 제어보상과 속도 제어보상을 하는 3축 위치제어기(229)와 3축 속도제어기(230)와, 상기 제어보상 값을 입력받으며, 서보모터 2(232)에 전력을 공급하며, 토크 리플을 최소화하여 안정된 토크를 제공하기 위해 전류이득 2(233)가 피드백되고, 착유 로봇팔을 3축 방향으로 위치 및 속도 제어하기 위해 속도이득 2(234)과 위치이득 2(235)이 피드백되는 인버터 2(231)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착유자동화 로봇 제어반은 위치센서입력(241)회로, 속도센서입력(242)회로, 전류센서입력(243)회로와, 상기 회로(241)(242)(243)의 출력신호가 입력되는 아날로그 입력채널 선택기(244)회로와, 채널선택신호를 출력하며, 상기 선택기회로가 이 채널선택신호에 의해 출력하는 아날로그 신호를 입력받는 마이컴(245)회로와, 상기 마이컴회로의 속도출력신호가 입력되며, 유두인식장치와 착유 로봇팔 3축간의 신호 인터페이스를 위한 제어상태 값이 입출력되는 속도 아날로그 출력(246)회로와, 상기 속도 아날로그 출력회로의 제어상태 값이 입력되는 제어상 태 디지털입력(247)회로와, 제어상태 값이 출력되는 제어상태 디지털출력(248) 회로로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착유자동화 로봇의 착유자동화 방법은 마이컴에 의해 작동되어 유두인식장치(30)와, 착유 로봇팔(1)의 초기화(300)로 입출력 인터페이스 설정과 구동위치를 초기 위치에 위치시키는 착유 로봇팔의 초기화 위치정렬 단계와; 조작스위치(301)와 센서입력(302)의 상태 값을 각각 표시램프(303)와 LCD(304)에 출력하는 초기상태 표시단계와; 운용모드의 자동여부(305)를 판단하여 수동모드이면 조작키에 의하여 유두인식장치와 착유 로봇팔(1)의 3축은 각각 수동조작(306)이 되고, 자동모드이면 유두위치를 검출하기 위하여 유두인식장치를 구동(307)하여 유방을 레이저를 이용하여 스캐닝함으로써 유두위치를 검출(308)하게 되는 유두인식 단계와; 검출된 유두 위치정보(308)는 착유 로봇팔의 구동위치명령으로 전환되어 3축 으로 이송되는 착유 로봇팔을 각각 구동(309)하게 되고, 유두와 착유컵이 정렬상태에서 착유컵을 장착(310)하기 위하여 착유 로봇팔의 z축 이송장치가 동작하게 되는 착유컵 장착단계와; 착유컵이 장착된 상태에서 유두별 개별적으로 설치된 4개의 유량센서를 이용하여 유두별 유량상태를 판단(311)하여 유량이 없는 유두별로 착유컵을 탈거(312)하게 되는 착유컵 탈거단계; 및 4개의 착유컵이 좌/우측 착유대로 모두 회수되면, 착유 로봇팔은 초기화 위치로 복귀(313)하게 된다. 이때 종료상태를 판단(314)하여 종료가 입력되면 종료되고, 아니면 반복적인 동작이 이루어지는 착유컵 회수에 의한 착유 로봇팔 복귀단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 착유자동화 로봇의 착유자동화 방법은 유두인식 단계 이후에 젖소 의 유두에 부착된 오물을 착유하기 전에 제거하기 위한 유두 세척 및 소독단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 착유자동화의 직교형 착유 로봇팔 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초기위치의 착유 로봇팔 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 착유위치의 착유 로봇팔 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 레이저센서를 이용한 유두인식장치 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 좌/우측 착유대 구성도이고, 도 6은 본 발명에 다른 착유각 구동장치 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 착유컵 탈착장치 구성도이며, 도 8은 본 발명에 따른 유두 세척장치 구성도이다.

도 9는 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 제어반 구성도이고, 도 10은 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 위치 및 속도제어기 구성도이고, 도 11은 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 제어반 회로도이며, 도 12는 본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 착유자동화 방법의 플로우차트이다.

본 발명에 따른 착유자동화 로봇은 도 1에 도시된 바와 같이, 젖소의 유두인식장치(30)와 착유컵을 장착한 착유 로봇팔(1)은 착유스톨(stall)(90)에 고정되어 착유컵을 3축방향의 독립적인 공간으로 이송할 수 있다.

본 발명의 착유 로봇팔(1)은 착유 및 세척작업에 필요한 유두인식장치(30), 좌측 착유대(40), 우측 착유대(50)를 젖소의 유방으로 이송할 수 있도록 구동력을 제공한다. 이 착유 로봇팔은 x,y,z축 간이 상호 독립된 축으로 구성되고, x축 이송 장치(2), y축 이송장치(3)와 z축 이송장치(4)를 이용하여 3축 방향으로 구동력을 제공한다.

상기 z축 이송장치(4)는 상기 좌/우측 착유대에 위치한 4개의 착유컵을 유두에 장착시키기 위하여 상/하 방향으로 구동하기 위한 것으로, 젖소가 위치한 Z축 방향의 위치에 의해 X축 착유 로봇팔의 위치가 결정되도록 도 1의 z축 구동모터(16)와; 상기 z축 구동모터(16)를 받쳐주는 지지대(21)와; 상기 z축 구동모터(5)에 의해 회전되어 착유 로봇팔(1)을 z축으로 이송시키는 볼 스크루(17)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 지지하는 서포트 유닛(20)과; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(19)와; 상기 볼 스크루의 측면에 평행하게 설치되어 볼 스크루의 회전시에 상기 착유 로봇팔의 상하방향 이송을 안내하는 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(18)와; 상기 볼 스크루에 의해 이송된 상기 착유 로봇팔의 z축 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 z축 제어보드(150)로 감지신호를 송신하여 상기 z축 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 수직 방향 Z축에 대한 이송방향을 결정하게 하는 z축 위치검출 리니어 센서(22)로 구성된다.
상기의 Z축 구동은 Z축 구동모터(16)가 작동되어 볼 스크루(17)에 의하여 회전운동이 직선운동으로 변환되어 착유 로봇팔(1)이 도 1의 Z축으로 수직 상승/하강 이송되고, 이때의 Z축 위치정보는 상기 z축 위치검출 리니어 센서(22)에 의하여 검출되어 착유자동화 로봇 제어반(100)의 z축 제어보드(150)로 송신된다. 이 z축 제어보드(150)는 상기 검출신호에 따라 상기 좌/우측 착유대의 수직 방향 Z축에 대한 이송방향을 결정한다.

본 발명에 따른 착유 로봇팔은 도 2에 도시된 바와 같이, 착유 로봇팔이 초기위치에 있는 상태로 착유스톨 내 젖소가 입장이 가능하다.

상기 X축 이송장치(2)는 젖소가 위치한 X축 방향의 위치에 따라 로봇팔의 X축 위치가 결정되도록 도 2의 X축 구동모터(5)와; 상기 x축 구동모터(5)에 의해 회전되어 착유 로봇팔(1)을 X축으로 이송시키는 볼 스크루(6)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 지지하는 서포트 유닛(8)과; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(7); 및 상기 볼 스크루에 의해 이송된 상기 착유 로봇팔의 X축 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 x축 제어보드(130)로 감지신호를 송신하여 상기 x축 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 횡축 방향 X축에 대한 이송방향을 결정하게 하는 x축 위치검출 리니어 센서(9)로 구성된다.
상기의 X축 구동은 도 2의 X축 구동모터(5)가 작동되어 볼 스크루(6)에 의하여 회전운동이 직선운동으로 변환되어 착유 로봇팔(1)이 X축으로 이송되고, 이때의 X축 위치정보는 상기 x축 위치검출 리니어 센서(9)에 의하여 검출되어 착유자동화 로봇 제어반(100)의 x축 제어보드(130)로 송신된다. 이 x축 제어보드(130)는 상기 검출신호에 따라 상기 좌/우측 착유대의 횡축 방향 X축에 대한 이송방향을 결정한다.

도 3은 착유컵 장착을 위한 착유 로봇팔이 y축 이송장치에 의하여 착유 로봇팔을 착유하기 위한 위치로 이송함으로써 유두인식장치와 착유컵을 젖소유방에 가장 근접되게 이송한다.

y축 이송장치(3)는 착유컵을 착유스톨 준비 초기상태에서 젖소가 착유스톨에 입장한 경우에 유방으로 좌/우측 착유대를 진입시키기 위한 것으로, 젖소가 위치한 Y축 방향의 위치에 따라 Y축 착유 로봇팔의 위치가 결정되도록 도 1의 y축 구동모터(10)와; 상기 y축 구동모터(10)에 의해 회전되는 동력전달중심축(13)과; 상기 동력전달중심축(13)을 지지회전시키는 베어링(12)과; 상기 동력전달중심축(13)에 의해 회전되는 유성감속기어(11)와; 상기 유성감속기어(11)에 의해 회전이송된 상기 착유 로봇팔의 Y축 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 y축 제어보드(140)로 감지신호를 송신하여 상기 y축 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 종 방향 Y축에 대한 이송방향을 결정하게 하는 y축 위치검출 회전형 센서(15); 및 상기 동력전달중심축에 의해 전달되는 동력을 상기 좌/우측 착유대에 연결 또는 차단하는 동력전달클러치(14)로 로 구성된다. 상기 y축 위치검출 회전형 센서(15)는 y축 구동모터(10)의 회전에 의해 구동되는 도 3에 도시한 벨트(23)에 의해 회전된다.
상기 Y축 구동은 상기 Y축 구동모터(10)가 작동되어 동력전달중심축(13)의 회전에 의한 유성감속기어(11)의 회전에 의하여 착유 로봇팔(1)이 Y축으로 도 2에서 도 3과 같은 위치로 이송되고, 이때의 y축 위치정보는 상기 x축 위치검출 회전형 센서(15)에 의하여 검출되어 착유자동화 로봇 제어반(100)의 y축 제어보드(140)로 송신된다. 이 y축 제어보드(140)는 상기 검출신호에 따라 상기 좌/우측 착유대의 종축 방향 Y축에 대한 이송방향을 결정한다.

본 발명에 따른 유두인식장치(30)는 도 4와 5에 나타낸 바와 같이, 젖소의 4개 유두에 대한 위치각 및 거리를 검출하기 위하여 유두의 배열과 위치검출이 가능한 레이저 센서(31)와; 상기 레이저 센서가 설치되는 센서고정대(32)와; 서보모터(37)와; 상기 센서고정대(32)가 설치되며 서보모터에 의해 회전되어 상기 레이저 센서를 횡축 방향으로 이송시키는 볼 스크루(33)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 지지하는 서포트 유닛(36)과; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(35)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 볼 스크루의 회전시에 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(34)와; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(35)와; 상기 볼 스크루에 의해 이송된 상기 레이저 센서(31)의 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 레이저 제어보드(120)로 송신하여 상기 레이저 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 횡축 이송방향을 결정하게 하는 직선형 위치감지센서(38)로 구성된다.
상기 유두인식장치의 구동은 상기 서보모터(37)의 회전운동에 의해 볼 스크루(33)가 레이저 센서(31)를 직선운동시키고, 이 레이저 센서를 통하여 유두의 배열과 위치정보가 직선 스캐닝 방식으로 검출된다. 이 유두인식장치(30)는 레이저센서(31)를 탑재한 상태로 횡축 방향으로 이송하면서 유두위치각과 거리를 스캐닝하는데 필요한 구동력을 제공함으로써 젖소 개체별로 유두배열과 위치를 검출할 수 있다.

상기 좌측 착유대(40)와 우측 착유대(50)는 착유시간을 단축하기 위하여 사람의 양손과 같이 좌측 유두와 우측 유두를 동시에 착유가 가능하도록 각각 2개의 착유컵(47)을 구비한 구조이다.

도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 좌/우측 착유대는 독립되어 구동하도록 하기 위하여 좌측 착유대(40)는 좌측 착유컵이 장착되어 있는 좌측 착유컵 고정대(41)와; 서보모터(44)와; 상기 서보모터에 의해 회전되어 상기 좌측 착유컵을 젖소의 좌측 유두에 착유하도록 좌/우측으로 직선이동시키는 볼 스크루(42)와; 상기 좌측 착유컵의 좌측 직선 이동위치를 감지하는 직선형 위치감지센서(45)와; 상기 좌측 착유컵의 좌측 직선 이동한계를 감지하는 종점감지센서(46); 및 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 볼 스크루의 회전 시에 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(34)로 구성되고, 우측 착유대(50)는 우측 착유컵이 장착되어 있는 우측 착유컵 고정대(51)와; 서보모터(54)와; 상기 서보모터에 의해 회전되어 상기 우측 착유컵을 젖소의 우측 유두에 착유하도록 좌/우측으로 직선이동시키는 볼 스크루(52)와; 상기 우측 착유컵의 우측 직선 이동위치를 감지하는 직선형 위치감지센서(55)와; 상기 우측 착유컵의 우측 직선 이동한계를 감지하는 종점감지센서(56); 및 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 볼 스크루의 회전시에 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(53)로 구성된다.

본 발명에 따른 착유각 구동장치(60)는 도 6과 같이 젖소 개체별로 다양한 유두배열과 유두각도 때문에 착유 대상의 젖소를 선별하거나 도태시키는 문제를 해결하기 위하여 독립적으로 좌/우측에 고정된 착유컵의 구동각을 제어할 수 있는 기능을 가진다.

이 착유각 구동장치는 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 2개의 착유컵 지지대(61)와; 상기 착유컵 지지대와 연결된 2개의 착유받침대(62)와; 착유컵의 회전각을 조정하기 위한 서보모터(64)와; 상기 서보모터의 회전을 위해 서보모터 축에 설치된 2개의 베어링(63)과; 상기 서보모터에 의해 전달되는 회전력에 의해 상기 착유컵에 구동 토오크를 제공하여 상기 착유컵 지지대에 설치된 착유컵을 회전시키는 감속기(65)로 구성되어 젖소 개체별로 유두의 다양한 모양과 각도에 따라 착유가 적합하도록 착유컵의 회전각을 구동하게 된다.

본 발명에 따른 착유컵 탈거장치(80)는 도 7과 같이 착유컵(47)을 젖소의 유두에 착유한 상태에서 탈거를 하기 위한 것으로, 서보모터(81)와 캠(82)을 이용하여 캠의 구동각에 따라 착유컵에 부착된 와이어(83)가 잡아당겨져 좌/우측 착유대의 원래 위치로 복귀시키는 기능을 수행한다.

이 탈거장치는 캠이 0°위치에서는 와이어(83)가 최대로 풀린 상태이고 캠이 90°위치에서는 와이어가 가이드 롤러(84)를 기준으로 하여 잡아 당겨지며, 캠이 180°위치에서는 와이어가 좌/우측 착유대로 완전 복귀하게 된다. 즉, 4개의 착유컵에 부착된 유량센서(도시 안됨)를 이용하여 착유 라인에 유량이 없는 상태를 감지하여 착유컵에 공급된 진공압을 차단하고, 상기 탈거장치에 의하여 착유컵이 유두로부터 탈거되어 좌/우측 착유대의 원래 위치로 복귀하게 된다.

도 8의 유두 세척장치(70)는 젖소의 유두에 부착된 오물을 착유하기 전에 제거하기 위한 목적으로 독립적으로 세척을 위한 공기 라인, 온수 라인과 소독라인이 구비되어 유두의 세척 및 소독을 수행한다. 이 세척장치는 세척과 소독을 위하여 온수노즐(71), 공기노즐(72), 소독약노즐(73)과 브러쉬(74)가 인접하여 일체로 구성되어 좌측 착유컵 고정대(41)와 우측 착유컵 고정대(51)에 내장된다.

본 발명에 따른 착유자동화 로봇 제어반(100)의 구성은 도 9와 같이, 유두인식 및 착유컵 장착 및 탈거에 필요한 제어명령과 센서 출력신호를 감지하여 통합적 으로 제어하는 주 제어보드(110)와, 유두의 위치를 검출하는 레이저 제어보드(120)와, 착유 로봇팔의 X축 구동위치를 제어하는 X축 제어보드(130)와, 착유 로봇팔의 Y축 구동위치를 제어하는 Y축 제어보드(140)와, 착유 로봇팔의 Z축 구동위치를 제어하는 Z축 제어보드(150)와, 좌측 착유컵의 구동위치를 제어하는 착유컵(L) 제어보드(160)와, 우측 착유컵의 구동위치를 제어하는 착유컵(R) 제어보드(170)와, 좌측 착유대의 회전각을 제어하는 착유컵 회전각(L) 제어보드(180)와, 우측 착유대의 회전각을 제어하는 착유컵 회전각(R) 제어보드(190)와, 유두의 세척제어를 위한 세척장치 제어보드(200)와, 젖소가 착유스톨 입장 시, 착유스톨의 크기와 젖소의 위치를 검출하기 위한 착유기 스톨장치 제어보드(210)로 구성된다.

상기 주 제어보드(110)를 기준으로 입력신호와 출력신호는 각기 신호버스를 이용하여 입출력되어 착유자동화 로봇을 통합제어한다.

또한 터치스크린(220)은 착유자동화 로봇의 입출력신호를 모니터링할 수 있고 제어명령을 입력할 수 있다.

본 발명에 따른 착유자동화 로봇의 위치 및 속도제어기는 도 10과 같이, 착유컵을 젖소의 유두에 장착하기 위해 필요한 정밀 제어기능을 제공한다.

젖소유방 근처에서 유두인식장치를 구동하여 유두의 위치정보를 레이저센서를 이용하여 검출하고, 착유 로봇팔 위치명령을 발생하여 유두에 착유컵을 빠르고 정확하게 장착하도록 한다.

상기 유두인식장치와 3축으로 이송되는 착유 로봇팔은 서로 독립적인 구동이 가능하다.

상기 제어반(100)에 의하여 유두인식장치의 위치명령이 인가되면, 위치제어기(221)에 의하여 위치보상과 속도제어기(222)에 의하여 속도가 보상이 되어 인버터 1(223)에 입력된다. 여기서 위치 및 속도제어는 현대알고리즘 또는 고전알고리즘이 사용된다.

상기 인버터는 3상 서보모터에 전력을 공급하고 내부적으로 전류제어기에 의하여 전류이득 1(225)이 피드백되어 안정된 토크를 제공한다. 또한 속도이득 1(226)과 위치이득 1(227)이 피드백되어 정확하고 신속하게 유두 위치를 검출하게 된다.

유두인식장치 상단부에 장착된 레이저센서(31)는 유두를 스캐닝하여 위치정보를 출력한다. 이 정보는 레이저 위치출력이득(237)에 의하여 피드포워드되고, 착유 로봇팔 위치명령변환기(228)에 의하여 위치명령을 발생한다.

위치명령이 입력되게 되면, 3축 위치제어기(229)에 의하여 위치 제어보상과 3축 속도제어기(230)에 의하여 속도 제어보상이 되어 인버터 2(231)에 입력된다.

이 인버터 2(231)는 3축의 3상 서보모터 2(232)에 각기 전력을 공급하고 내부적으로 전류제어기에 의하여 전류이득 2(233)이 피드백되어 토크 리플을 최소화하여 안정된 토크를 제공한다. 또한 속도이득 2(234)과 위치이득 2(235)이 피드백되어 착유 로봇팔을 3축 방향으로 위치 및 속도 제어할 수 있어서 향상된 속응성과 추종성을 가지게 되고, 젖소의 발꿈치 가격으로부터 착유 로봇팔을 보호하는 기능을 가지게 된다.

본 발명에 따른 착유자동화 로봇 제어반 회로(240)는 도 11과 같이, 유두인 식장치와 3축으로 이송되는 착유 로봇팔의 위치 및 속도를 정밀제어하는 기능을 제공하는 제어회로로써, 구동장치의 위치 정확성, 속응성, 추종성을 제공하기 위하여 위치센서입력(241) 회로는 연산증폭기 회로 U6, U4, U7, U5로 구성되고, 속도센서입력(242) 회로는 연산증폭기 회로 U11, U9, U12, U10으로 구성되고, 전류센서입력(243) 회로는 연산증폭기 회로 U17, U15, U18, U16으로 구성되어 아날로그 입력채널 선택기(244) 회로에 입력된다.

이 아날로그 입력채널 선택기는 마이컴(245)의 채널선택신호에 의하여 아날로그 입력신호를 마이컴에 전송한다. 마이컴(245)은 위치 및 속도제어 알고리즘을 구현하고 속도출력 신호를 전송한다. 이 신호는 속도 아날로그 출력(246)에 입력되어 U21, U22, U23, U20과 U19에 의하여 보상된 속도신호가 출력된다. 또한, 유두인식장치와 착유 로봇팔 3축간의 신호 인터페이스를 위하여 제어상태 값이 입출력된다.

제어상태 디지털입력(247)은 U1, U8, U13의 논리회로로 구성되고, 제어상태 디지털출력(248)은 U29와 U30의 논리회로로 구성되어 이 논리회로에 의하여 상기 제어반의 각 보드 간의 정보를 인터페이스 하게 된다.

도 12에 나타낸 착유자동화 로봇 운용프로그램에 의한 착유자동화 방법은 다음과 같은 단계에 의해 진행된다.

1. 착유 로봇팔의 초기화 위치정렬 단계

마이컴에 의하여 작동되어 유두인식장치(30)와, 착유 로봇팔(1)의 초기화(300)로 입출력 인터페이스 설정과 구동위치를 초기 위치에 위치시킨다.

2. 초기상태 표시단계

조작스위치(301)와 센서입력(302)의 상태 값을 각각 표시램프(303)와 LCD(304)에 출력한다.

3. 유두인식 단계

운용모드의 자동여부(305)를 판단하여 수동모드이면 조작키에 의하여 유두인식장치와 착유 로봇팔(1)의 3축은 각각 수동조작(306)이 되고, 자동모드이면 유두위치를검출하기 위하여 유두인식장치를 구동(307)하여 유방을 레이저를 이용하여 스캐닝함으로써 유두위치를 검출(308)하게 된다.

3-1. 유두 세척 및 소독단계

젖소의 유두에 부착된 오물을 착유하기 전에 제거하기 위한 세척과 소독을 진행한다.

4. 착유컵 장착단계

검출된 유두 위치정보(308)는 착유 로봇팔의 구동위치명령으로 전환되어 3축 으로 이송되는 착유 로봇팔을 각각 구동(309)하게 되고, 유두와 착유컵이 정렬상태에서 착유컵을 장착(310)하기 위하여 착유 로봇팔의 z축 이송장치가 동작하게 된다.

5. 착유컵 탈거단계

착유컵이 장착된 상태에서 유두별 개별적으로 설치된 4개의 유량센서를 이용하여 유두별 유량상태를 판단(311)하여 유량이 없는 유두별로 착유컵을 탈거(312)하게 된다.

6. 착유컵 회수에 의한 착유 로봇팔 복귀단계

4개의 착유컵이 좌/우측 착유대로 모두 회수되면, 착유 로봇팔은 초기화 위치로 복귀(313)하게 된다. 이때 종료상태를 판단(314)하여 종료가 입력되면 종료되고, 아니면 반복적인 동작이 이루어진다.

이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명의 유두인식장치, 착유 로봇팔, 위치 및 속도제어기, 좌/우측 착유대, 착유각 구동장치, 착유컵 탈거장치, 착유자동화 로봇 제어반으로 구성된 착유자동화 로봇에 의해 유두 위치가 신속하게 검출되어 유두인식 시간이 단축됨에 따라 착유시간이 최소화되고, 모든 구동부를 서보모터로 구성함으로써, 저소음으로 인한 젖소의 스트레스가 최소화되며, 착유(유두검출위치)의 정확성, 착유 로봇팔의 속응성 및 추종성이 향상된다.

또한, 사람의 양손과 같이 착유컵의 롤링(회전) 각을 조정할 수 있기 때문에 다양한 형태의 유두배열과 모양에 관계없이 착유가 가능하다.

Claims (16)

1. 유두 위치와 배열을 정확하게 검출하기 위한 직선구동형 레이저센서를 이용한 직선 스캐닝 방식의 유두인식장치와; 젖소의 좌/우측에 위치한 유두를 동시에 착유가 가능하도록 각각 2개의 착유컵이 구비된 좌/우측 착유대와; 상기 유두인식장치에 의해 검출된 유두 위치명령에 의하여 상기 착유컵을 장착 또는 탈거할 수 있도록 상기 좌/우측 착유대를 이송하는 착유 로봇팔과; 상기 착유 로봇팔이 정확하게 유두 위치를 추종할 수 있도록 하는 위치 및 속도제어기와; 젖소 개체별로 다양한 유두 각도에 따라 장착이 용이하도록 상기 착유컵 롤링 각을 제어하는 착유각 구동장치와; 착유종료 후 상기 착유컵을 자동으로 탈거하여 상기 좌/우측 착유대로 원점 복귀되도록 하는 착유컵 탈거장치; 및 상기 구성부품들을 통합제어하는 착유자동화 로봇 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 착유 로봇팔은 x,y,z축 간이 상호 독립된 축으로 구성되고, x축 이송장치, y축 이송장치, z축 이송장치에 의해 3축 방향으로 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 x축 이송장치는 X축 구동모터(5)와; 상기 x축 구동모터(5)에 의해 회전되어 착유 로봇팔(1)을 X축으로 이송시키는 볼 스크루(6)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 지지하는 서포트 유닛(8)과; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(7); 및 상기 볼 스크루에 의해 이송된 상기 착유 로봇팔의 X축 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 x축 제어보드(130)로 감지신호를 송신하여 상기 x축 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 횡축 방향 X축에 대한 이송방향을 결정하게 하는 x축 위치검출 리니어 센서(9)로 구성한 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 y축 이송장치는 y축 구동모터(10)와; 상기 y축 구동모터(10)에 의해 회전되는 동력전달중심축(13)과; 상기 동력전달중심축(13)을 지지회전시키는 베어링(12)과; 상기 동력전달중심축(13)에 의해 회전되는 유성감속기어(11)와; 상기 유성감속기어(11)에 의해 회전이송된 상기 착유 로봇팔의 Y축 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 y축 제어보드(140)로 감지신호를 송신하여 상기 y축 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 종 방향 Y축에 대한 이송방향을 결정하게 하는 y축 위치검출 회전형 센서(15); 및 상기 동력전달중심축에 의해 전달되는 동력을 상기 좌/우측 착유대에 연결 또는 차단하는 동력전달클러치(14)로 구성한 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 z축 이송장치는 z축 구동모터(16)와; 상기 z축 구동모터(16)를 받쳐주는 지지대(21)와; 상기 z축 구동모터(5)에 의해 회전되어 착유 로봇팔(1)을 z축으로 이송시키는 볼 스크루(17)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 지지하는 서포트 유닛(20)과; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(19)와; 상기 볼 스크루의 측면에 평행하게 설치되어 볼 스크루의 회전시에 상기 착유 로봇팔의 상하방향 이송을 안내하는 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(18)와; 상기 볼 스크루에 의해 이송된 상기 착유 로봇팔의 z축 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 z축 제어보드(150)로 감지신호를 송신하여 상기 z축 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 수직 방향 Z축에 대한 이송방향을 결정하게 하는 z축 위치검출 리니어 센서(22)로 구성한 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 유두인식장치는 유두의 배열과 위치검출이 가능한 레이저 센서(31)와; 상기 레이저 센서가 설치되는 센서고정대(32)와; 서보모터(37)와; 상기 센서고정대(32)가 설치되며 서보모터에 의해 회전되어 상기 레이저 센서를 횡축 방향으로 이송시키는 볼 스크루(33)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 지지하는 서포트 유닛(36)과; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(35)와; 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 볼 스크루의 회전시에 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(34)와; 상기 볼 스크루의 타측에 설치되어 이 볼 스크루의 회전을 원활하게 하는 리니어 부시(35)와; 상기 볼 스크루에 의해 이송된 상기 레이저 센서(31)의 위치를 감지해서 상기 착유자동화 로봇 제어반(100)의 레이저 제어보드(120)로 송신하여 상기 레이저 제어보드로 하여금 상기 좌/우측 착유대의 횡축 이송방향을 결정하게 하는 직선형 위치감지센서(38)로 구성한 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 좌/우측 착유대의 좌측 착유대(40)는 좌측 착유컵이 장착되어 있는 좌측 착유컵 고정대(41)와; 서보모터(44)와; 상기 서보모터에 의해 회전되어 상기 좌측 착유컵을 젖소의 좌측 유두에 착유하도록 좌/우측으로 직선이동시키는 볼 스크루(42)와; 상기 좌측 착유컵의 좌측 직선 이동위치를 감지하는 직선형 위치감지센서(45)와; 상기 좌측 착유컵의 좌측 직선 이동한계를 감지하는 종점감지센서(46); 및 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 볼 스크루의 회전 시에 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(34)로 구성되고, 우측 착유대(50)는 우측 착유컵이 장착되어 있는 우측 착유컵 고정대(51)와; 서보모터(54)와; 상기 서보모터에 의해 회전되어 상기 우측 착유컵을 젖소의 우측 유두에 착유하도록 좌/우측으로 직선이동시키는 볼 스크루(52)와; 상기 우측 착유컵의 우측 직선 이동위치를 감지하는 직선형 위치감지센서(55)와; 상기 우측 착유컵의 우측 직선 이동한계를 감지하는 종점감지센서(56); 및 상기 볼 스크루의 일측에 설치되어 볼 스크루의 회전시에 미끄럼 가이드 역할을 수행하는 샤프트(53)로 구성된 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 착유각 구동장치는 2개의 착유컵 지지대(61)와; 상기 착유컵 지지대와 연결된 2개의 착유받침대(62)와; 착유컵의 회전각을 조정하기 위한 서보모터(64)와; 상기 서보모터의 회전을 위해 서보모터 축에 설치된 2개의 베어링(63)과; 상기 서보모터에 의해 전달되는 회전력에 의해 상기 착유컵에 구동 토오크를 제공하여 상기 착유컵 지지대에 설치된 착유컵을 회전시키는 감속기(65)로 구성되어 젖소 개체별로 유두의 다양한 모양과 각도에 따라 착유가 적합하도록 착유컵을 회전시키는 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 착유컵 탈거장치는 상기 좌/우측 착유대의 측면에 부착되는 서보모터(81)와 캠(82)으로 구성되어 착유컵에 부착된 유량센서에 의해 착유종료 상태 감지시, 상기 서보모터에 의한 캠의 구동에 의해 착유컵에 부착된 와이어(83)가 잡아 당겨져 착유컵이 유두로부터 탈거되어 좌/우측 착유대의 원래 위치로 복귀되게 한 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
10. 청구항 7에 있어서, 착유 전에 젖소의 유두에 부착된 오물의 세척과 소독을 위한 온수노즐(71), 공기노즐(72), 소독약노즐(73)과 브러쉬(74)가 인접하여 일체로 구성되어 좌측 착유컵 고정대(41)와 우측 착유컵 고정대(51)에 내장되는 유두 세척장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 착유자동화 로봇 제어반은 유두인식 및 착유컵 장착 및 탈거에 필요한 제어명령과 센서 출력신호를 감지하여 통합적으로 제어하는 주 제어보드(110)와, 유두의 위치를 검출하는 레이저 제어보드(120)와, 착유 로봇팔의 X축 구동위치를 제어하는 X축 제어보드(130)와, 착유 로봇팔의 Y축 구동위치를 제어하는 Y축 제어보드(140)와, 착유 로봇팔의 Z축 구동위치를 제어하는 Z축 제어보드(150)와, 좌측 착유컵의 구동위치를 제어하는 착유컵(L) 제어보드(160)와, 우측 착유컵의 구동위치를 제어하는 착유컵(R) 제어보드(170)와, 좌측 착유대의 회전각을 제어하는 착유컵 회전각(L) 제어보드(180)와, 우측 착유대의 회전각을 제어하는 착유컵 회전각(R) 제어보드(190)와, 젖소가 착유스톨 입장 시, 착유스톨의 크기와 젖소의 위치를 검출하기 위한 착유기 스톨장치 제어보드(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 주 제어보드의 세척장치 제어명령에 따른 유두의 세척제어를 위한 세척장치 제어보드(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
13. 청구항 1에 있어서, 상기 위치 및 속도제어기는 유두인식장치의 위치명령에 의한 위치보상 및 속도보상을 하는 위치제어기(221)와 속도제어기(222)와, 서보모터 1(224)에 전력을 공급하며, 안정된 토크를 제공하기 위해 전류이득 1(225)이 피드백되고, 정확하고 신속하게 유두 위치를 검출하기 위해 속도이득 1(226)과 위치이득 1(227)이 피드백되는 인버터 1(223)와, 상기 레이저센서(31)에 의해 검출된 유두의 위치정보를 레이저 위치출력이득(237)에 의해 피드포워드 입력받아 위치명령을 출력하는 착유 로봇팔 위치명령변환기(228)와, 입력된 위치명령에 의해 위치 제어보상과 속도 제어보상을 하는 3축 위치제어기(229)와 3축 속도제어기(230)와, 상기 제어보상 값을 입력받으며, 서보모터 2(232)에 전력을 공급하며, 토크 리플을 최소화하여 안정된 토크를 제공하기 위해 전류이득 2(233)가 피드백되고, 착유 로봇팔을 3축 방향으로 위치 및 속도 제어하기 위해 속도이득 2(234)과 위치이득 2(235)이 피드백되는 인버터 2(231)로 구성된 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
14. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 착유자동화 로봇 제어반은 위치센서입력(241)회로, 속도센서입력(242)회로, 전류센서입력(243)회로와, 상기 회로(241)(242)(243)의 출력신호가 입력되는 아날로그 입력채널 선택기(244)회로와, 채널선택신호를 출력하며, 상기 선택기회로가 이 채널선택신호에 의해 출력하는 아날로그 신호를 입력받는 마이컴(245)회로와, 상기 마이컴회로의 속도출력신호가 입력되며, 유두인식장치와 착유 로봇팔 3축간의 신호 인터페이스를 위한 제어상태 값이 입출력되는 속도 아날로그 출력(246)회로와, 상기 속도 아날로그 출력회로의 제어상태 값이 입력되는 제어상태 디지털입력(247)회로와, 제어상태 값이 출력되는 제어상태 디지털출력(248) 회로로 구성된 것을 특징으로 하는 착유자동화 로봇.
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