(57)【要約】【構成】本発明は、動物を操作対象とするモジュラー式装置、および本発明のモジュラー式装置を用いる動物の操作方法に関する。本発明の一つの態様に従って構成したモジュラー式装置は、（ａ）静止点に固定された主支持体、（ｂ）それぞれが近位端部および遠位端部をもつ所定数の交換式アームであって、各アームが近位端部と遠位端部との間に延長する縦軸を有し、この近位端部を主支持体にピボット装着し、上記縦軸に実質的に直交する第１ピボット軸の周りで回転できるようにした交換式アーム、および（ｃ）第２ピボット軸の周りで回転できるように各アームの遠位端部にピボット連結された一つかそれ以上の交換式ツールからなり、該第２ピボット軸は、前記第１ピボット軸に対して実質的に平行である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
床に立っている動物の乳首を操作するために使用するモジュラー式装置において、静止点に固定された主支持体、第１の水平軸の周りで群として、あるいは独立して回動できるように前記主支持体に着脱自在に連結された所定数のアーム、および第２軸の周りで群として、あるいは独立して回動できるように前記所定数のアームそれぞれの第２端部に着脱自在に連結された一つかそれ以上の交換式ツールからなり、前記第２軸が各交換式アームの第１端部から第２端部まで延長する第３軸線に対して直交し、前記第１水平軸を中心とする前記所定数のアームの回動および前記第２軸を中心とする前記一つかそれ以上の交換式ツールの回動によって、前記一つかそれ以上の交換式ツールが群として、あるいは独立してＸ方向およびＺ方向に移動し、前記乳首を操作することを特徴とするモジュラー式装置。
【請求項２】
前記所定数のアームそれぞれが、前記第１端部から前記第２端部まで延長する前記第３軸を中心として回動し、前記一つかそれ以上の交換式ツールが群として、あるいは独立してＹ方向および前記Ｚ方向に回動する請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項３】
前記所定数のアームそれぞれが、各アームの第１端部から第２端部まで延長する第３軸にそって伸縮し、群として、あるいは独立して前記Ｘ方向および前記Ｚ方向に移動する前記一つかそれ以上の交換式ツールの範囲を拡大する請求項１または２に記載のモジュラー式装置。
【請求項４】
前記所定数のアームを前記主支持体に取り付けられたキャリッジに着脱自在に連結し、前記所定数のアームが群として前記Ｘ方向に移動し、群として前記Ｘ方向に移動する前記一つかそれ以上の交換式ツールの範囲を拡大するように前記キャリッジを構成した請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項５】
前記モジュラー式装置がさらにコントローラを有し、このコントローラは前記一つかそれ以上の交換式ツール、前記主支持体および前記所定数のアームと連絡し、そして前記コントローラは前記所定数のアームの移動および前記一つかそれ以上の交換式ツールの移動を制御し、前記一つかそれ以上の交換式ツールによって前記動物の乳首を操作する請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項６】
さらに、入力手段から入力を受け取り、前記動物に対する前記所定数のアームの移動を制御する出力を演算し、前記一つかそれ以上の交換式ツールの移動を制御する出力を演算し、そして前記一つかそれ以上の交換式ツールの動作を制御し、前記乳首の操作を行う出力を演算する入力手段を有するコントローラを備えた請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項７】
前記一つかそれ以上の交換式ツールは、前記乳首から搾乳する乳首カップ、前記乳首の位置を確認するために有用な信号を発生する検出装置、流体作用装置、またはこれらの複合装置から選択する請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項８】
前記一つかそれ以上の交換式ツールは搾乳ラインに接続された乳首カップ、および検出装置を有し、この検出装置は、前記動物の一つの乳首の位置を確認するために有用な信号を発生でき、そして前記所定数のアームそれぞれは、前記検出装置が発生する信号に基づいて前記乳首カップを独立して一つの乳首に装着できる請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項９】
前記所定数のアームは、前記動物の所定数の乳首に対する前記動物乳房の下の位置まで独立して前記一つかそれ以上の交換式ツールを移動させることができる請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項１０】
前記検出装置は、センサアレーを有し、このセンサアレー内の各センサは、照射ビームを実質的に照射できるトランスミッター手段、および検出場を画定できるレシーバ手段を有し、これらトランスミッター手段およびレシーバ手段が、検出ゾーンが前記照射ビームと前記検出場との交点に発生するように前記センサアレー内に配列され、前記レシーバ手段は、前記検出ゾーン内の前記乳首によって反射された前記照射ビームの前記乳首からの反射ビームを受け取り、また前記レシーバ手段は、前記検出ゾーン内の前記乳首から反射された反射ビームに応答して信号を発生し、そして前記乳首の位置は、前記センサアレー内のすべての、あるいは実質的にすべてのレシーバが前記それぞれの検出ゾーン内の前記乳首に実質的に同時に応答して前記信号を発生したときに確認できる請求項８に記載のモジュラー式装置。
【請求項１１】
前記照射ビームが、可視光ビーム、赤外線ビームまたはレーザービームである請求項１０に記載のモジュラー式装置。
【請求項１２】
前記レシーバ手段が、受光光電素子である請求項１０に記載のモジュラー式装置。
【請求項１３】
前記照射ビームが超音波ビームであり、そして前記レシーバ手段が超音波受信素子である請求項１０に記載のモジュラー式装置。
【請求項１４】
前記主支持体にピボット装着した前記アームの個数が、１〜前記動物の乳首数である請求項１に記載のモジュラー式装置。
【請求項１５】
所定数の乳首を有する床に立っている動物を操作する方法であって、（ａ）１〜前記動物の乳首数である所定数のアームを主支持体にピボット装着し、これらアームを第１ピボット軸の周りで回動自在にする工程、（ｂ）一つかそれ以上の交換式ツールを前記所定数のアームにピボット連結し、これらツールを第２ピボット軸の周りで回動自在にする工程、および（ｃ）前記所定数のアームを移動し、前記動物の所定数の乳首を操作するために好適な位置に前記一つかそれ以上の交換式ツールを位置決めする工程からなることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に関する相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１０年６月４日に出願された米国特許仮出願第６１/３５１，６８７号、および２０１１年５月１３日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ/ＵＳ２０１１/０３６５２４号の優先権を米国特許法第１１９（ｅ）条に基づいて主張する出願であり、これら公報の内容を本願開示に援用するものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、動物を操作対象とする操作装置および操作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
乳牛などの動物を搾乳する自動または半自動システムは、公知である。これらシステムの重要な態様は、搾乳システムを動物の下に位置決めすることである。
【０００４】
従来公知の自動装置および半自動装置は、大きくて扱いにくく、非モジュラー式であり、その上各方向の動作毎に回転できない。例えば、ＵＳＰ７，１４６，９２８（特許文献１）には、乳牛の自動搾乳方法および装置が開示されている。この特許文献１の装置は、一つの主支持体、一つの主位置決めアーム、および乳牛の乳首を検出する４つのシーカーアーム（ｓｅｅｋｅｒ  ａｒｍ）を備えた一つの搾乳プラットホームからなる。特許文献１の主位置決めアームは、主支持アームを中心としてか回転できない。その他の回転動作は、特許文献１の装置の場合実施できないか、不可能である。さらに、特許文献１の装置は非モジュラー式であるため、２つ以上の機能ユニット、２つ以上の交換式アーム、または２つ以上のセクションを備えることができず、一つの搾乳プラットホームを備えたただ一つの主位置決めアームがあるだけである。保守点検時には、搾乳装置全体を交換する必要がある。
【０００５】
これら従来技術の問題を解決した、搾乳ユニットを動物に装着できる装置および方法があれば有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳＰ７，１４６，９２８
【特許文献２】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／３６５２４（後述する）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、動物の乳首を自動的に、あるいは半自動的に操作できる装置および方法を提供するものである。本発明の一部の実施態様による装置はモジュラー式であるため、各構成部品の保守点検、洗浄または交換に関して、他の構成部品に影響することなく、これらを実施できる。また、モジュラー式であるため、独立した一つの装置を使用して、乳首数の異なる動物を操作でき、動物が異なるたびに異なる装置を使用する必要はない。さらに、一部の実施態様による本発明装置は、直ちに乳首の位置およびその数でさえ自動的に検出でき、事前に動物を確認する必要はない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明の一つの実施態様は、床に立っている動物の乳首を操作するために使用するモジュラー式装置において、静止点に固定された主支持体、第１の水平軸の周りで群として、あるいは独立して回動できるように上記主支持体に着脱自在に連結された第１端部を有する所定数のアーム、および第２軸の周りで群として、あるいは独立して回動できるように上記所定数のアームそれぞれの第２端部に着脱自在に連結された一つかそれ以上の交換式ツールからなり、上記第２軸が各交換式アームの第１端部から第２端部まで延長する第３軸線に対して直交し、上記第１水平軸を中心とする上記所定数のアームの回動および上記第２軸を中心とする上記一つかそれ以上の交換式ツールの回動によって、上記一つかそれ以上の交換式ツールが群として、あるいは独立してＸ方向およびＺ方向に移動し、上記乳首を操作するモジュラー式装置を提供するものである。
【０００９】
本発明の一つの態様では、上記所定数のアームそれぞれが、上記第１端部から上記第２端部まで延長する上記第３軸を中心として回動し、上記一つかそれ以上の交換式ツールが群として、あるいは独立してＹ方向および上記Ｚ方向に回動する。
【００１０】
本発明の別な態様では、上記所定数のアームそれぞれが、各アームの第１端部から第２端部まで延長する第３軸にそって伸縮し、群として、あるいは独立して上記Ｘ方向および上記Ｚ方向に移動する上記一つかそれ以上の交換式ツールの範囲を拡大する。
【００１１】
本発明のさらに別な態様では、上記所定数のアームを上記主支持体に取り付けられたキャリッジに着脱自在に連結する。この場合、上記所定数のアームが群として上記Ｘ方向に移動し、群として上記Ｘ方向に移動する上記一つかそれ以上の交換式ツールの範囲を拡大するように上記キャリッジを構成する。
【００１２】
さらに、本発明の一つの態様では、上記モジュラー式装置がさらにコントローラを有する。このコントローラは上記一つかそれ以上の交換式ツール、上記主支持体および上記所定数のアームと連絡し、そして上記コントローラは上記所定数のアームの移動および上記一つかそれ以上の交換式ツールの移動を制御し、上記一つかそれ以上の交換式ツールによって上記動物の乳首を操作する。
【００１３】
本発明の別な態様では、上記モジュラー式装置はさらに、入力手段から入力を受け取り、上記動物に対する上記所定数のアームの移動を制御する出力を演算し、上記一つかそれ以上の交換式ツールの移動を制御する出力を演算し、そして上記一つかそれ以上の交換式ツールの動作を制御し、上記乳首の操作を行う出力を演算する入力手段を有するコントローラを備える。
【００１４】
本発明の一部の態様では、上記一つかそれ以上の交換式ツールは、上記乳首から搾乳する乳首カップ、上記乳首の位置を確認するために有用な信号を発生する検出装置、流体作用装置、またはこれらの複合装置から選択する。
【００１５】
本発明のさらに一部の態様では、上記一つかそれ以上の交換式ツールは搾乳ラインに接続された乳首カップ、および検出装置を有する。この検出装置は、上記動物の一つの乳首の位置を確認するために有用な信号を発生でき、そして上記所定数のアームそれぞれは、上記検出装置が発生する信号に基づいて上記乳首カップを独立して一つの乳首に装着できる。
【００１６】
本発明の別な態様では、上記所定数のアームは、上記動物の所定数の乳首に対する上記動物乳房の下の位置まで独立して上記一つかそれ以上の交換式ツールを移動させることができる。
【００１７】
本発明の一部の態様では、上記検出装置は、センサアレーを有する。このセンサアレー内の各センサは、照射ビームを実質的に照射できるトランスミッター手段、および検出場を画定できるレシーバ手段を有する。これらトランスミッター手段およびレシーバ手段については、検出ゾーンが上記照射ビームと上記検出場との交点に発生するように上記センサアレー内に配列する。上記レシーバ手段は、上記検出ゾーン内の上記乳首によって反射された上記照射ビームの上記乳首からの反射ビームを受け取ることができ、また上記レシーバ手段は、上記検出ゾーン内の上記乳首から反射された反射ビームに応答して信号を発生できる。上記乳首の位置は、上記センサアレー内のすべての、あるいは実質的にすべてのレシーバが上記それぞれの検出ゾーン内の上記乳首に実質的に同時に応答して上記信号を発生したときに確認できる。
【００１８】
本発明の一つの態様では、上記照射ビームは可視光ビーム、赤外線ビームまたはレーザービームである。本発明の別な態様では、上記レシーバ手段は受光光電素子である。
【００１９】
本発明のさらに別な態様では、上記照射ビームは超音波ビームであり、そして上記レシーバ手段は超音波受信素子である。
【００２０】
本発明の一部の態様では、上記主支持体にピボット装着した上記アームの個数は１〜上記動物の乳首数である。
【００２１】
本発明の一実施態様は、所定数の乳首を有する床に立っている動物を操作する方法であって、（ａ）１〜上記動物の乳首数である所定数のアームを主支持体にピボット装着し、これらアームを第１ピボット軸の周りで回動自在にする工程、（ｂ）一つかそれ以上の交換式ツールを上記所定数のアームにピボット連結し、これらツールを第２ピボット軸の周りで回動自在にする工程、および（ｃ）上記所定数のアームを移動し、上記動物の所定数の乳首を操作するために好適な位置に上記一つかそれ以上の交換式ツールを位置決めする工程からなることを特徴とする方法である。
【００２２】
以下の詳細な説明から、本発明をより良く理解できるはずであり、また本発明の目的が明瞭になるはずである。以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】搾乳場（並列構成）を示す側面図である。
【図２】乳牛の乳首位置を示す概略上面図である。
【図３】搾乳場（並列構成）における操作位置にある乳牛を示す概略側面図である。
【図４】本発明の一実施態様に従って構成したモジュラー式装置を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施態様に従って構成したモジュラー式装置の交換式アームを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施態様に従って構成したセンサアレーの構成を示す図である。
【００２４】
なお、本発明の実施態様は、例示のみを目的とする。即ち、本明細書の開示および添付図面は、例示および理解の一助としてのみ使用されるべきであって、本発明の範囲の定義を限定するものとして使用すべきではない。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
特に断らない限り、本明細書で使用する技術的用語および科学的用語はいずれも、本発明が属する分野における当業者が通常理解しているのと同じ意味をもつ。また、特に断らない限り、特許請求の範囲を除いて、“または（あるいは）”は“および（そして）”の意味を含意し、逆も成り立つ。明示的に断っていない限り、あるいは文脈が別な意味を明示していない限り、非制限的な用語は制限的に解釈すべきではない（例えば、“有する”、“もつ”および“からなる”はいずれも“制限なしに有する”を意味する）。また、特に断らない限り、特許請求の範囲の記載を含めて、単数で表現している場合でも、複数を意味することがある。
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００２７】
本発明は、動物の乳首を自動的に、あるいは半自動的に操作する装置および方法を提供するものである。本明細書において、用語“操作”は、動物を対象とする搾乳、洗浄、事前浸漬処理、事後浸漬処理、殺菌処理および動物の乳首に施されるその他の処理などを含む広い意味で使用する。本発明の一実施態様の場合、本発明の装置を利用すれば、動物の下に装置自体を位置決めでき、動物の乳首を検出し動物の乳首を洗浄でき、動物の乳首に乳首カップを装着でき、搾乳を実施でき、動物の乳首を殺菌でき、また最少の労力でホーム位置に戻すことができる。
【００２８】
本発明の装置および方法は、乳牛、ヤギ、バッファローを始めとする搾乳動物の搾乳場において利用することができる。以下、搾乳動物の搾乳作業に焦点を絞って説明するが、当業者ならば、本発明の自然な展開として、本発明をそれ以外の分野でも使用できることを理解できるはずである。
【００２９】
“横方向”、“縦方向”および“垂直（上下）方向”などの用語を使用するが、いずれの用語も操作対象の動物に対する移動（動作）、あるいは動物が立っている飼育場のプラットホームに対する移動（動作）を記述するものである。用語“垂直方向”は飼育場の床に対する、あるいは動物乳房に対する高さ方向（上下方向）移動（動作）を記述するものである。用語“縦方向”は、実質的に以下に説明するモジュラー式装置の主支持体と操作対象動物との間における移動（動作）を記述するものである。用語“横方向”は、実質的に縦方向に直交する方向の移動（動作）を記述するものである。次に、座標系について説明するが、“Ｚ”が垂直軸であり、“Ｘ”が縦軸であり、そして“Ｙ”が横軸である。例えば、リアミルキング（後部搾乳）用の並列構成をもつ搾乳場の場合（図１参照）、Ｘ軸にそった移動（動作）がモジュラー式装置と動物との間の移動（動作）を記述するとともに、実質的に動物の脊柱（即ち尾部から頭部）にそった移動（動作）を記述するものであり、またＹ軸にそった移動（動作）が実質的に動物の脊柱（即ち動物の一方の側から他方の側）に直交する移動（動作）を記述するものである。ラテラルミルキング（横搾乳）を利用する搾乳場の場合、Ｘ軸にそった移動（動作）がモジュラー式装置と動物との間の移動（動作）を記述するとともに、実質的の動物の脊柱を横断する方向の移動（動作）を記述するものである。また、Ｙ軸にそった移動（動作）が実質的に動物の脊柱にそった移動（動作）を記述するものである。
【００３０】
図１は、乳牛を対象とする典型的な搾乳場１０であって、乳牛１５が搾乳位置に位置している並列構成（リアミルキング）を使用する搾乳場１０を示す図である。この典型的な並列搾乳場１０は、ピット１１、およびピット１１上の動物プラットホームまたは床１２を備えている。このプラットホーム１２は牛舎区画に分割でき、各牛舎区画はそれぞれ搾乳位置に一頭の動物を収容することができる。動物プラットホーム１２には、抑制具１３を取り付けることができる。ピット１１については、作業員が搾乳場１０の中心線１４にそって歩行できる程度に幅が広く、またピット１１の床１６などの搾乳場１０の静止点に本発明のモジュラー式装置を位置決めできるか、固定できる程度に幅が広くなければならない。例えば、ピット１１の幅は約５８インチ（約１４７．３cm）に設定すればよい。ピット１１の床１６からプラットホーム１２までの距離はＨである。Ｈは約４１インチ（約１０４．１cm）に設定すればよい。なお、距離は相対的なものであり、搾乳場毎に可変である。図１において、垂直軸はＺであり、縦軸Ｘは実質的に動物の脊柱１５方向にそっている。以下、並列構成の搾乳場に焦点を絞って説明するが、本発明のモジュラー式装置は、ヘリンボン構成、タンデム構成や回転構成などの、従来公知の他の搾乳場構成においても利用可能である。
【００３１】
図２は、乳牛２４の乳首位置を示す上面図である。乳首位置については、大きな範囲の可能性が考えられる。例えば、乳首２０、２１、２２、２３の間隔は狭い場合は約４インチ（約１０．６cm）であり、広い場合には約７インチ（約１７．８cm）であればよい。乳首位置は、ある動物種内では個体毎に可変であり、また種毎に可変である。後部操作の場合、動物の脚部については、（以下にさらに説明するように）本発明装置それ自体を搾乳位置に装着できる程度に間隔を取る必要がある。例えば、後脚２５の間隔は約１１インチ（約２７．９cm）に設定すればよい。上記のように、距離は相対的なものであり、動物毎に可変である。図２において、Ｘ軸およびＹ軸は、並列構成の搾乳場に対応する。即ち、Ｘ軸は実質的に動物２４の脊柱方向にそって存在し、Ｙ軸は、実質的に動物２４の一方の側２７から動物２４の脊柱を横断して動物２４の他方の側２８に至る方向に存在する。
【００３２】
図３は、相対的な搾乳位置における動物（乳牛）３０１を示す側面図である。乳牛３０１の後脚３１０は、抑制具（face of curb）３１３の面から正面方向距離Ｄ以内に位置させればよい。例えば、距離Ｄは約１インチ（約２．５センチ）に設定すればよい。なお、距離Ｄは相対的なものであり、搾乳場毎に可変である。図３において、Ｘ軸およびＺ軸は並列構成の搾乳場に対応する。即ち、Ｘ軸は実質的に動物３０１の脊柱方向にそった方向にあり、垂直なＺ軸は床から動物の腹部に至る方向にある。
【００３３】
図４は、本発明の一実施態様に従って構成したモジュラー式装置４００を示す斜視図である。このモジュラー式装置４００は主支持体４１０、所定数（図４の場合４）の独立したアーム４２０、および動物を操作するか、あるいは動物乳首に位置に関する信号を発生することができる一つかそれ以上の交換式ツール４３０から構成することができる。一つかそれ以上の交換式ツール４３０は、各アーム４２０にピボット連結することができる。なお、アーム４２０の個数および交換式操作/検出ツール４３０の個数は、本発明装置の意図する用途に応じて、あるいは操作対象動物に応じて変更可能である。一つの実施態様では、アーム４２０は主支持体４１０に着脱自在に連結することができ、また交換式ツール４３０はアーム４２０に着脱自在に連結することができる。
【００３４】
図１および図４に関して説明を続けると、主支持体（main support）４１０は静止体（stationary object）４１１に固定することができる。一つの態様では、この静止体４１１はピット１１の床である。主支持体４１０（主支持体４１０の主ｚ軸）の高さは、ピット１１の床１６とプラットホーム１２（または抑制具１３を使用する場合にはその上部）との間の相対的距離Ｈに基づいて設定すればよい。
【００３５】
図４に示すように、各アーム４２０は取り付け手段（mounting means）４１５を介して主支持体４１０にピボット装着することができる。この取り付け手段４１５は、両端において２つのエンドプレート４１６に固定することができる中心シャフトまたは中心車軸を備えたキャリッジであればよい。この車軸は、主支持体４１０の主ｙ軸にそって位置していればよい。アーム４２０は、車軸を介してキャリッジ４１５にピボット装着することができ、車軸はアーム４２０のピボット孔（図５に示すピボット孔５１５を参照）を貫通していればよい。アーム４２０は、車軸の周りで回転できる。車軸は、図５にピボット軸５１６として図示してある。ピボット孔内部にベアリングまたはブッシュ手段を設けているので、アームが車軸の周りでピボット動作できる。
【００３６】
上記キャリッジ４１５によって、連結されたアーム４２０が主支持体４１０のｘ軸にそって主支持体４１０に対して直線的に群として一括動作する。キャリッジ（carriage）４１５および連結されたアーム４２０が群として一括動作するように、キャリッジ４１５の内部に駆動手段４１８を設けることができる。駆動手段４１８としては多数の手段が考えられる。本発明の一つの態様では、例えば歯付き（調時型）ベルトを利用して、レール４１７にそってキャリッジ４１５を駆動する電気モーターを駆動手段４１８として使用することができる。
【００３７】
アーム４２０の場合、同種の設計であればよい。本発明の態様では、アーム４２０は実質的に同じ設計であればよい。図５は、一つのアーム４２０を示す斜視図である。図示のアーム４２０は、近位端部またはベース５１０および遠位端部５１２を備えた主シャフト５２０からなる。図４に示すキャリッジ４１５の車軸に対応する第１ピボット軸５１６の周りで交換式アーム４２０が相対回転できるように、ピボット孔５１５を介してキャリッジ４１５の車軸に近位端部５１０を着脱自在にピボット連結することができる。また、第２ピボット軸５２６の周りで一つかそれ以上の交換式ツール４３０が相対回転できるように、ピボット点５２５において主シャフト５２０の遠位端部５１２に一つかそれ以上の交換式ツール４３０を着脱自在にピボット連結することができる。
【００３８】
第１ピボット軸５１６の周りで主シャフト５２０が回転すると、実質的にＸ−Ｚ面内で主シャフト５２０が回転するか、あるいは主Ｚ軸方向即ち垂直方向に交換式ツールが移動し、牛舎区画のプラットホームに対して交換式ツールが上下する。本発明の一つの態様では、本発明のアーム４２０は相互に独立して、あるいは群として対応する第１ピボットの周りで回転することができる。
【００３９】
動物の乳首を操作または検出する交換式ツール４３０は、実質的にＸ−Ｚ面内において第２ピボット軸５２６の周りで回転するため、アーム４２０を動物の下に位置決めする交換式ツールの姿勢が低くなり、動物の乳首が探しやすくなる。本発明の各アームの交換式ツールは、相互に独立してか、あるいは群として対応する第２ピボットの周りで回転することができる。
【００４０】
また、主シャフト５２０は、近位端部５１０を遠位端部５１２に接続するそれ自体の主軸５１７の周りで回転できる回転特性をもつ。軸５１７の周りで回転できる主シャフト５２０の回転特性によって、アームに連結された交換式ツール４３０が実質的に横方向（Ｙ方向）に動作する。本発明の一つの態様では、本発明のアームは相互に独立してか、あるいは群として対応する主軸の周りで回転することができる。
【００４１】
あるいは、主シャフト５２０は、それ自体の軸５１７にそって伸縮できる特性をもち、この特性によってモジュラーユニット間のＸ/Ｚ面内における縦垂直方向動作範囲が広くなる。本発明の一つの態様では、本発明のアームは、相互に独立してか、あるいは群として伸縮動作することができる。
【００４２】
キャリッジ４１５が動作し、かつアーム４２０が伸縮特性をもつため、Ｘ軸方向およびＺ軸方向における一つかそれ以上の交換式ツールにさらにアクセスしやすくなる。
【００４３】
ピボット軸５１６、５１７、５２６を中心とする回転、キャリッジ４１５の動作、およびアーム４２０の伸縮特性が総合的に作用して、動物の下にあり、かつ動物の乳首に対する相対的位置に一つかそれ以上の交換式ツール４３０を位置決めするさいの動作自由度、動物乳首を探すさいの動作自由度、および搾乳動作自由度が相乗的に高くなるものと考えられる。
【００４４】
また、各アーム４２０はベース５１０内に第１回転モーター３６、第２回転モーター３８、そして遠位端部５１２内に第３回転モーター４０を内蔵しているため、交換式アーム４２０、あるいはこの交換式アーム４２０に取り付けられた交換式ツール４３０のピボット動作が可能になる。本発明の一つの態様では、各アームのこれら３つのモーターすべてを近位端部に内蔵させてもよい（図示省略）。又、本発明の一部の態様では、ベルトモーターの代わりに、油圧式モーターを使用することが可能である。
【００４５】
一つかそれ以上の交換式ツールは、アームツーリング（ａｒｍ  ｔｏｏｌｉｎｇ）（ＥＯＡＴ）４３１の端部として設けることが可能である。ＥＯＡＴ４３１は、ベース４３６からなり、このベースは一つの交換式アーム４２０の遠位端部５１２に連結される取り付け手段を有する。ＥＯＡＴ４３１は、一つかそれ以上の交換式ツール４３０を受け取るハウジング構造４３７を備えることも可能である。
【００４６】
実行下のタスクに応じて異なるタイプの交換式ツール４３０を利用することが可能である。動物を操作対象とする本発明の一つの実施態様では、ＥＯＡＴ４３１は動物乳首の位置を確認するために使用することができる信号を発生する検出装置４３２、および動物乳首に装着し、搾乳を行う乳首カップ４３４から構成することができる。このＥＯＡＴ４３１には、動物乳首に流体を作用させる流体作用装置を設けることも可能である。なお、主支持体４１０に取り付けられるアーム４２０の個数および操作/検出交換式ツール４３０の個数またはタイプは、本発明装置の意図する用途に応じて、あるいは操作対象の動物に応じて変更することができる。例えば、モジュラー式装置４００を乳牛からの搾乳に使用する場合、乳首カップ４３４を装着した最大４本のアーム４２０が必要であるが、ヤギからの搾乳の場合には２本のアーム４２０があればよく、これらに乳首カップ４３４を装着すればよい。
【００４７】
乳首カップなどの搾乳手段は公知である。各乳首カップ４３４を搾乳ライン４３５に接続し、このラインを次に真空源（vacuum）に接続すればよい。真空搾乳ラインが対応する乳首カップから放出される牛乳を受け取り、さらに加工処理すればよい。
【００４８】
交換式ツールに対する乳首の相対的位置に対応するフィードバック信号を発生する検出装置は、ＥＯＡＴｓ４３１内に設けることができる。乳首位置を確認または検出できるならば任意の適当な種類の検出装置を使用することができる。例示するとレーザー検出装置、カメラ検出装置、超音波検出装置、可視光検出装置などがある。上述したように、検出装置４３２はＥＯＡＴｓ４３１内に設けることができる。本発明の態様では、検出装置は搾乳場１０内部の固定場所に設けることが可能である。
【００４９】
即ち、本発明のモジュラー式装置に検出装置を併用すると、乳首の相対的位置を確認できる。なお、モジュラー式装置の場合、動物を操作して、乳首の相対的位置に関する情報を予め知る必要がなく、これは従来技術にないユニークな作用効果である。従来技術では、例えば、操作対象の動物に乳首の座標に対応する認識番号を与え、これをシステムに記録しておく必要がある。即ち、動物を操作するさいに、システムが認識番号をチェックし、これを使用して座標を検索し、次にこの座標を使用して、システムを乳首に向け、操作を行う。対照的に、本発明のモジュラー式装置の場合には、直ちに乳首の位置を検出でき、乳首の位置に関して事前に情報を得る必要はない。
【００５０】
従って、本発明のモジュラー式装置の具体的な意図は、動物の認識番号、あるいはその他のコンピュータ読み取り式文字情報や標識を読み取る認識手段を使用する必要性を排除することである。認識手段の例は、バーコードスキャナー、カメラ、ビデオカメラなどである。
【００５１】
本発明のモジュラー式装置と併用することができる検出装置の実例は、本明細書に援用する国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１１／３６５２４（特許文献２）に記載されている。
【００５２】
図６に、本発明の一実施態様に従って構成した動物乳首の検出装置を示す。この検出装置は、センサアレー６０から構成することができる。このセンサアレー６０内の各センサは、照射ビーム６６を実質的に照射できるトランスミッター手段６４、および検出場６５を画定できるレシーバ手段６３を有する。これらトランスミッター手段６４およびレシーバ手段６３については、実質的に照射されたビーム６６と検出場６５とが、上記照射ビーム６６と検出場６５との交点に位置する検出ゾーン６７を画定するように設ける。図６には、４つのセンサ、即ちトランスミッター/レシーバ対６４/６３、６４ａ/６３ａ、６４ｂ/６３ｂ、６４ｃ/６３ｃを示す。以下説明する実施例はセンサ６４/６３に基づくが、他のセンサにも該当する。
【００５３】
レシーバ手段６３は、検出ゾーン６７内において、乳房６１の乳首６２などの物体に応答して信号を発生するだけである。検出ゾーン６７は、レシーバ手段６３が照射ビーム６６の乳首６２から反射したビームを受け取り、これを検出することができる場所またはゾーンとして定義することができる。トランスミッター手段６４から実質的に照射された可視光などのビーム６６は、乳首６２に当たり、散乱的に検出され、反射ビームを発生することができる。乳首６２が検出ゾーン６７内にあると、乳首６２からの反射ビームの一部がレシーバ手段６３によって検出され、スイッチング信号動作が開始する。乳首６２が検出ゾーン６７内に認められない場合、反射ビームはレシーバ手段６３によって検出されない。これら反射状態、非反射状態の２つの状態を使用して、検出範囲内における乳首の有無を判定することができる。次に、レシーバ手段６３が離散的なオンオフ信号を出力し、反射ビームの有無を示す。本発明の一実施態様では、信号として例えば約０ボルト（オフ）または約５ボルト（オン）のデジタル信号を利用することができる。当業者ならば、この信号の正確な性質が本発明にとって本質的なものではなく、単に論理的なデシジョンメーキング用の通信信号を表すものであることを理解できるはずである。乳首６２については、センサアレー６０のレシーバ手段６３、６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのすべて、あるいは実質的にすべてが、それぞれの検出ゾーン内の乳首６２に対して同時に応答して信号を発生したときに、特定の位置をもつものと確認することができる。
【００５４】
トランスミッター手段は光ファイバートランスミッターであればよく、これによって実際のビーム照射は、ビーム光源を配置した離れた位置から実施することができる。レシーバ手段は反射信号を光ファイバーを横切って離れた位置のレシーバに送る光ファイバーレシーバでもよい。例えば可視光、赤外光、超音波などの各種のビーム源を本発明では利用することができる。受光光電素子などの各種のレシーバ手段を利用することができる。
【００５５】
本発明のモジュラー式装置４００は、乳牛などの動物の乳首に乳首カップを自動的に、あるいは半自動的に装着するために使用することができ、また、制限するわけではないが、搾乳、動物乳首への流体散布などの動物乳首を操作するために利用することができる。
【００５６】
駆動手段、アーム、一つかそれ以上のツールなどの本発明のモジュラー式装置の各構成部品は、コンピュータなどの制御ユニット（図示省略）に接続し、制御することができる。コンピュータは代表例としてのキーボードなどの入力手段、演算素子およびメモリ素子からなる。一つの実施態様では、コンピュータは、検出装置を有するアームの探索パターン動作を制御し、操作対象の動物乳首を検出する。動物乳首の位置に関して検出装置が発生した信号を制御ユニットが使用して、乳首カップ４３４が動物の乳首に装着されるようにアームの動作を行う。次に、制御ユニットが、乳首カップに接続された真空を制御し、搾乳作業を開始し、搾乳作業を停止する。
【００５７】
装置の操作
本発明のモジュラー式装置は、乳牛、ヤギやバッファローなどの搾乳動物の搾乳場で使用することができる。以下に、図１の搾乳場における乳牛１５の搾乳実施例を説明する。この実施例では、図１、図４、図５および図６を参照して説明したように、モジュラー式装置４００は４本のアーム４２０からなり、各交換式アームはＥＯＡＴ４３１に連結する。各ＥＯＡＴは少なくとも一つの検出装置４３２、および搾乳ライン４３５に取り付けられた一つの乳首カップ４３４からなる。
【００５８】
装置４００の主支持体４１０は、搾乳場１０のピット１１の床に固定することができる。図１に示した搾乳プラットホーム１２に動物１５を収容する。通常、一度に約６頭から約８０頭の乳牛で行う。ピット１１に隣接するプラットホーム１２に乳牛を移動させてから、搾乳作業を開始する。本発明の一実施態様による搾乳作業は、動物が搾乳位置に位置した時点で、ある形態の入力信号またはゴー信号で開始する。作業員がスタートボタンを押すことによって開始してもよく、あるいは動物がゲートを横切ることにより発生する信号によって自動的に開始してもよい。スタート信号の受信後、本発明のアーム４２０を備えたモジュラー式装置４００が、搾乳作業を開始する。搾乳作業は以下の３つのステップ、即ち（１）本発明装置４００のアーム４２０を搾乳位置に移動するステップ、（２）動物乳首の位置を確認するステップ、および（３）乳首カップ４３４を動物乳首に装着するステップに分けることができる。乳牛１５の下にアームを移動する方法について以下に説明する。
【００５９】
（１）本発明装置４００のアーム４２０を搾乳位置に移動するステップ
１．作業開始時、すべてのアーム４２０は後退位置、即ちホーム位置にある。
２．開始信号またはゴー信号の受信後、各交換式アーム４２０が実質的にＸＺ面内において第１ピボット軸５１６の周りで回転し、これによって動物の乳房（図６に参照符号６１で示す）に対して低い位置まで回動し、乳首カップ４３４とともにＥＯＡＴ４３１が実質的に乳牛腹部に到達する。
３．各ＥＯＡＴ４３１が実質的にＸＺ面内において第２ピボット軸５２６の周りでピボット動作を行い、このピボット動作により前方（Ｘ方向）に移動し、各ＥＯＡＴ４３１の姿勢が低くなり、乳牛１５の下に入り込む。
４．次に、主シャフト５２０をその主軸５１７の周りで回転させることによって各ＥＯＡＴ４３１を横方向に、即ち実質的にＹ方向に移動させると、アームが実質的に緊密な群として乳牛１５の後脚の間に入り込む。
５．次に、主支持体４１０の駆動手段４１８によって、実質的に縦（Ｘ）方向において、そして乳牛１５の乳房６１の部位の実質的に下の近接位置に群として４本のアーム４２０を前方（主支持体４１０から離間する方向）に移動させる。本明細書では、実質的に乳牛の下にあって、実質的に乳房に近接するこの位置を搾乳位置と呼ぶ。
【００６０】
（２）動物乳首位置の確認
ＥＯＡＴｓ４３１の搾乳位置への移動後、アーム４２０それぞれが独立して、あるいは群として動作し、位置確認作業および装着作業を開始し、乳牛１５の乳首６２に乳首カップ４３４を装着する。
【００６１】
この時点では、動物乳首の位置は未知である。従って、次のステップで、動物の乳首を確認する。この実施例では、各ＥＯＡＴは図６に示した特許文献２の検出装置を有する。
【００６２】
図６の検出装置を使用して乳首６２の位置を確認する方法は、少なくとも以下の３つのステップ、即ち（ａ）検出装置を搾乳位置に移動するステップ、（ｂ）乳首６２に照射ビーム６６を照射するステップ、および（ｃ）センサアレー６０内のレシーバ６３、６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのすべて、あるいは実質的にすべてがそれぞれの検出ゾーン内において乳首６２に応答して信号を発生するまで、検出装置を搾乳位置から探索パターンで移動し、これによって乳首の位置を確認するステップからなる。
【００６３】
乳首を探索するため、ピボット軸５１６、５１７および５２６の周りで交換式アーム４２０およびＥＯＡＴ４３１を回転することによってＥＯＡＴｓ４３１に内蔵されている検出装置４３２を移動し、乳首の位置を走査する。
【００６４】
（３）乳首カップ４３４の動物乳首への装着
一つのアーム４２０の検出装置５３２による乳首位置の検出後、このアーム４２０により乳首カップ４３４が移動し、乳首に装着し、検出装置５３２からの情報に基づいて動物１５を搾乳する。
【００６５】
ＥＯＡＴ４３１に内蔵された乳首カップ４３４を動物の乳首に装着する方法について以下説明する。
即ち、この方法では、（ｉ）確認された乳首の方向に乳首カップを移動させ、（ｉｉ）乳首カップを確認された乳首に装着し、そして（ｉｉｉ）実質的に確認された乳首にこれを係合し搾乳を行う。乳首カップは、真空源を有する搾乳ラインに接続することができる。真空搾乳ラインが対応する乳首カップから放出された乳を受け取り、さらに加工処理する。
【００６６】
搾乳作業の終了後、乳首から乳首カップを取り外し、後退位置即ちホーム位置に交換式アームを後退させる。
【００６７】
本発明の一つの態様では、遠隔検出装置で乳首の位置を確認し、走査パターンではなく直接取り付け位置にアームを移動させればよい。
【００６８】
本発明の作用効果
以下に、本発明のモジュラー式装置の作用効果を示す。
（ａ）装置はモジュラー式である。即ち、本発明装置は機能ユニット、モジュール、セクション、またはアームからなるため、構成が容易で、設計自由度が高く、構成に自由度があり、また低コストである。
（ｂ）装置にモジュラー特性があるため、単独の交換式アームオフラインを利用できるため、後でスペア部品として再利用することができる。また、モジュラー特性があるため、利便性があり、例えばスペア部品数が少なくて済み、また在庫数も少なくて済む。
（ｃ）装置にモジュラー特性があるため、乳首数が異なる動物を操作対象とできる。
（ｄ）装置にモジュラー特性があるため、乳首分布が異なる動物を操作対象とできる。
（ｅ）装置のアームに少なくとも３つの動作軸を設定してあるため、動物の下における装置の操作性が向上し、保管および輸送のために装置を折りたたむことができる。
（ｆ）装置のアームが回転ジョイントをもつため、（ｉ）滑動動作または転動動作（例えば特許文献１における線形シリンダによる滑動動作）と比較した場合、正確かつ耐久性のある動作をより経済的に実現することができる。そして（ｉｉ）“クリーニング”作業が必要ないため（滑りシールが滑動動作する表面は繰り返しクリーニング作業を行う必要がある）、固有な性質として並進ジョイントよりもシール作業が簡単である。
（ｇ）装置にモジュラー特性があるため、多様性が向上し、異なる交換式ツールを各交換式アームに“スナップ”嵌めでき、タスクの特化を実現することができる。
【００６９】
以上本発明を一般化しながら説明してきたが、条件が許す限り、あるいは利便性が向上する限り、形態の変更および等価物への代替は可能である。特定の具体的な用語を使用してきたが、いずれも記述的な意味をもち、制限的な意味はない。本発明は、本明細書に開示した以外の変更および改変態様でも実施可能である。いずれの変更態様および改変態様も特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内にある。
【符号の説明】
【００７０】
２４：乳牛
２５：後脚
６０：センサアレー
６３：レシーバ手段
６４：トランスミッター手段
６５：検出場
６７：検出ゾーン
３０１：動物（乳牛）
３１０：後脚
３１３：抑制具
４００：本発明のモジュラー式装置
４１０：主支持体
４１５：取り付け手段（キャリッジ）
４１６：エンドプレート
４１７：レール
４１８：駆動手段
４２０：アーム
４３０：交換式ツール
４３１：ＥＯＡＴ
４３４：乳首カップ
５１５：ピボット孔
５１６：ピボット軸
５１７：主軸
５２０：主シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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