(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
家畜の複数の乳頭部に複数のティートカップを順次自動的に移動させて装着し、該乳頭部から乳汁を搾乳する搾乳ロボットであって、
前記複数のティートカップはそれぞれがショートミルクチューブを介して乳汁を一時的に貯留するミルククローに接続され、該ミルククローは前記複数のティートカップ及びショートミルクチューブを伴って移動可能に設けられ、
前記複数のティートカップを前記乳頭部に装着するため、前記ミルククローを把持して乳房の下へ移動させる第１のロボットハンドと、前記複数のティートカップを順次把持して前記乳頭部に装着するように移動させる第２のロボットハンドを具備することを特徴とする搾乳ロボット。
【請求項２】
前記ティートカップが、前記第２のロボットハンドによって把持されることで、軸心を中心に回動自在に保持されると共に軸方向への動きが拘束されるように、前記ティートカップのシェル外周に前記第２のロボットハンドのハンド部に摺接する凸周部及び／又は凹周部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の搾乳ロボット。
【請求項３】
前記ティートカップを回動自在に保持する手段が、前記第２のロボットハンドのハンド部に設けられたベアリング部材であることを特徴とする請求項１又は２記載の搾乳ロボット。
【請求項４】
前記家畜が乳牛であって、４本の前記ティートカップが一つのミルククローに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の搾乳ロボット。
【請求項５】
前記家畜が移動体の上に乗った状態で搾乳が行われる搾乳設備に用いられるように、前記第１のロボットハンドと前記第２のロボットハンドを前記移動体に同調して移動させるロボットの移動装置を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の搾乳ロボット。
【請求項６】
複数の前記家畜を回転テーブルで順次移動させて搾乳するロータリーパーラー方式の搾乳設備に用いられるように、前記複数のティートカップと一つの前記ミルククロー等によって構成される搾乳ユニットが、前記回転テーブルの周方向に複数に分割されて設けられた家畜の入る小室毎に配設されていることを特徴とする請求項５記載の搾乳ロボット。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれかに記載の搾乳ロボットであって、乳頭部に装着しないときは下向きとなる４本の前記ティートカップと、一つの前記ミルククローとを構成要素にする搾乳ユニットを備えた搾乳ロボットを用いる自動搾乳方法であって、
前記ミルククローを把持する前記第１のロボットハンドの動作を許容するように、前記ミルククローを把持するために邪魔になっている前記ティートカップを前記第２のロボットハンドで把持して上向きとなるように持ち上げる工程と、
前記第１のロボットハンドで前記ミルククローを把持して前記搾乳ユニットを持ち上げる工程と、
前記第２のロボットハンドで、該第２のロボットハンドの基部から最も遠い位置のティートカップを把持して持ち上げる工程と、
前記第１のロボットハンドと前記第２のロボットハンドを同調させて作動させ、前記ミルククローと前記ティートカップを構成要素とする搾乳ユニットを乳房の下に位置させる工程と、
前記第２のロボットハンドによって、該第２のロボットハンドの基部から最も遠い位置の乳頭部へ、前記最も遠い位置のティートカップを装着する工程と、
前記第２のロボットハンドを動作させることで、他のティートカップを対応する乳頭部に順次装着する工程とを有することを特徴とする自動搾乳方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家畜の複数の乳頭部に複数のティートカップを順次自動的に移動させて装着し、その乳頭部から乳汁を搾乳する搾乳ロボット、及びその搾乳ロボットを用いる自動搾乳方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からティートカップを家畜の乳頭部に手動で装着する搾乳装置では、複数のティートカップのそれぞれがショートミルクチューブを介して乳汁を一時的に貯留するミルククローに接続されている。そして、そのミルククローは、複数のティートカップ及びショートミルクチューブを伴って人手によって移動可能に設けられている。
【０００３】
なお、複数のティートカップ、ショートミルクチューブ、ショートパルスチューブ及びそれらが接続された一つのミルククローによって、一つの搾乳ユニットが構成されている。その搾乳ユニットは、ロングミルクチューブ、ロングパルスチューブに接続され、さらにミルクラインに接続されて、乳汁が集められるようになっている。
この搾乳ユニットでは、ミルククローが浮遊状態で重りとして機能し、ティートカップを介して乳頭を適度の荷重で引っ張る効果がある。これによれば、乳房に適度な刺激を与えて搾乳効果を高めることができる。
【０００４】
これに対して、従来の搾乳ロボットにあっては、エンドエフェクタのベース部上に支持されるティートカップを、リフト機構を含むロボット機構によってホームポジションから上昇させて乳頭へ自動的に装着する構成になっている。
そのような構成からなる搾乳ロボットとしては、例えば、本出願人が先に提案した自動搾乳機が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−５６１４２号公報（第１頁）
【０００５】
このような従来の搾乳ロボットでは、エンドエフェクタと、そのベース部上に支持される複数のティートカップとが一対一で構成されている。従って、搾乳ロボットによる複数のティートカップの乳頭部への装着作業は、一頭の家畜ごとになされる。つまり、その一頭にかかるティートカップの装着作業と搾乳作業が終了して次の一頭に入れ替わるまで、ティートカップの装着作業は行われない。このため、その搾乳ロボットによれば、停止時間が非常に長くなっている。
また、これら従来の搾乳ロボットでは、重りとしても機能する前述のミルククローに相当する構成がない。そのため、そのミルククローに相当する部分を持ち上げて移動するロボット機構もない。つまり、このような搾乳ロボットでは、従来の手動で装着する搾乳ユニットを利用できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
搾乳ロボット及び自動搾乳方法に関して解決しようとする問題点は、従来の手動で装着する搾乳ユニットを使用できないため、その搾乳ユニットを用いたシステムの利点を活用できず、搾乳作業をさらに効率化することが難しい点にある。
そこで本発明の目的は、従来の手動で装着する搾乳ユニットの構成を適用でき、その搾乳ユニットを用いたシステムの利点を活かし、搾乳作業をさらに効率化できる搾乳ロボット及び自動搾乳方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明にかかる搾乳ロボットの一形態によれば、家畜の複数の乳頭部に複数のティートカップを順次自動的に移動させて装着し、該乳頭部から乳汁を搾乳する搾乳ロボットであって、前記複数のティートカップはそれぞれがショートミルクチューブを介して乳汁を一時的に貯留するミルククローに接続され、該ミルククローは前記複数のティートカップ及びショートミルクチューブを伴って移動可能に設けられ、前記複数のティートカップを前記乳頭部に装着するため、前記ミルククローを把持して乳房の下へ移動させる第１のロボットハンドと、前記複数のティートカップを順次把持して前記乳頭部に装着するように移動させる第２のロボットハンドを具備する。
【０００８】
また、本発明にかかる搾乳ロボットの一形態によれば、前記ティートカップが、前記第２のロボットハンドによって把持されることで、軸心を中心に回動自在に保持されると共に軸方向への動きが拘束されるように、前記ティートカップのシェル外周に前記第２のロボットハンドのハンド部に摺接する凸周部及び／又は凹周部が設けられていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる搾乳ロボットの一形態によれば、前記ティートカップを回動自在に保持する手段が、前記第２のロボットハンドのハンド部に設けられたベアリング部材であることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる搾乳ロボットの一形態によれば、前記家畜が乳牛であって、４本の前記ティートカップが一つのミルククローに接続されていることを特徴とすることができる。
【０００９】
また、本発明にかかる搾乳ロボットの一形態によれば、前記家畜が移動体の上に乗った状態で搾乳が行われる搾乳設備に用いられるように、前記第１のロボットハンドと前記第２のロボットハンドを前記移動体に同調して移動させるロボットの移動装置を備えることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる搾乳ロボットの一形態によれば、複数の前記家畜を回転テーブルで順次移動させて搾乳するロータリーパーラー方式の搾乳設備に用いられるように、前記複数のティートカップと一つの前記ミルククロー等によって構成される搾乳ユニットが、前記回転テーブルの周方向に複数に分割されて設けられた家畜の入る小室毎に配設されていることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、本発明にかかる自動搾乳方法の一形態によれば、前記の搾乳ロボットであって、乳頭部に装着しないときは下向きとなる４本の前記ティートカップと、一つの前記ミルククローとを構成要素にする搾乳ユニットを備えた搾乳ロボットを用いる自動搾乳方法であって、前記ミルククローを把持する前記第１のロボットハンドの動作を許容するように、前記ミルククローを把持するために邪魔になっている前記ティートカップを前記第２のロボットハンドで把持して上向きとなるように持ち上げる工程と、前記第１のロボットハンドで前記ミルククローを把持して前記搾乳ユニットを持ち上げる工程と、前記第２のロボットハンドで、該第２のロボットハンドの基部から最も遠い位置のティートカップを把持して持ち上げる工程と、前記第１のロボットハンドと前記第２のロボットハンドを同調させて作動させ、前記ミルククローと前記ティートカップを構成要素とする搾乳ユニットを乳房の下に位置させる工程と、前記第２のロボットハンドによって、該第２のロボットハンドの基部から最も遠い位置の乳頭部へ、前記最も遠い位置のティートカップを装着する工程と、前記第２のロボットハンドを動作させることで、他のティートカップを対応する乳頭部に順次装着する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる搾乳ロボット及び自動搾乳方法によれば、従来の手動で装着する搾乳ユニットの構成を適用でき、その搾乳ユニットを用いたシステムの利点を活かし、搾乳作業をさらに効率化できるという特別有利な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる搾乳ロボットについて最良の形態例を添付図面（図１〜４）に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかる搾乳ロボットの形態例を示す説明図である。図２（ａ）はロボットハンドによってティートカップを把持した形態例の正面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。図３はロボットハンドによってティートカップを把持した他の形態例を示す正面図である。また、図４（ａ）はロボットハンドによってティートカップを把持した他の形態例の正面図であり、図４（ｂ）はその平面図である。
【００１３】
この搾乳ロボットは、家畜の複数の乳頭部に複数のティートカップ１０を順次自動的に移動させて装着し、その乳頭部から乳汁を搾乳する自動搾乳装置の主要部である。
なお、以下では、乳牛（４つの乳頭部を有する。）を対象にして、その乳牛に用いる搾乳ロボットの形態例にして詳細に説明する。
【００１４】
複数のティートカップ１０はそれぞれがショートミルクチューブ１１を介して乳汁を一時的に貯留するミルククロー１３に接続され、そのミルククロー１３は複数のティートカップ１０及びショートミルクチューブ１１を伴って移動可能に設けられている（図２及び図６参照）。
【００１５】
本形態例では、４本のティートカップ１０、そのティートカップ１０のそれぞれに接続されるショートミルクチューブ１１とショートパルスチューブ１２、及びそれらが接続された一つのミルククロー１３によって、一つの搾乳ユニット１５が構成されている。
また、その搾乳ユニット１５のミルククロー１３がロングミルクチューブに接続され、ショートパルスチューブ１２がまとめられてロングパルスチューブに接続され、さらに上記のロングミルクチューブがミルクラインに接続されて、乳汁が集められるようになっている。
このような搾乳ユニット１５の形態は、ティートカップ１０を家畜の乳頭部に装着する搾乳装置の構成として一般的であり、詳細な説明を省略する。
【００１６】
２０は第１のロボットハンドであり、複数のティートカップ１０を乳頭部に装着するため、ミルククロー１３を把持して乳房６０（図６参照）の下へ移動させる多関節アームロボットの一形態である。多関節アームロボットとしては、例えば図１に示すような最低６軸を有するものを利用すればよく、既知の技術を適用すればよい。
【００１７】
３０は第２のロボットハンドであり、複数のティートカップ１０を順次把持して乳頭部に装着するように移動させる多関節アームロボットの一形態である。
この第２のロボットハンド３０は、第１のロボットハンド２０と対になって双腕型の把持ロボット装置１８を構成している。
また、２５はロボット本体であり、第１のロボットハンド２０と第２のロボットハンド３０から構成される双腕型の把持ロボット装置１８の基部となっており、移動台車２６の上に載置されている。この移動台車２６は、レール５１上を往復移動可能に設けられているため、双腕型の把持ロボット装置１８は所要の区間を往復動できる。なお、後述するようなロータリーパーラー方式の搾乳設備に設置する際には円弧状のレール５１を用いればよい。
【００１８】
２８は乳頭センサであり、乳頭部の位置を検知するためのセンサ部になっている。この乳頭センサ２８としては、例えば、画像処理技術を適用すればよい。
１６は搾乳ユニットの姿勢保持装置であり、搾乳ユニット１５を所定の形態に保持するように設けられている。
また、３５はロボットの制御盤であって、３６は主制御盤であり、ロボットや他の搾乳用の装置の動作を制御するように設けられている。
【００１９】
また、本形態例では、ティートカップ１０が、第２のロボットハンド３０によって把持されることで、軸心を中心に回動自在に保持されると共に軸方向への動きが拘束されるように、ティートカップ１０のシェル外周に第２のロボットハンド３０のハンド部３１に摺接する凸周部１０ｅ（図２参照）及び／又は凹周部１０ｆ（図３参照）が設けられている。
【００２０】
これによれば、ティートカップ１０に対する第２のロボットハンド３０による把持は、そのティートカップ１０の軸方向への動きを制限しつつ、軸心を中心とする回動を適切に許容できる。従って、ティートカップ１０を乳頭に装着する際に、ショートミルクチューブ１１とショートパルスチューブ１２が捩れることを防止できる。
【００２１】
また、ティートカップ１０を回動自在に保持する手段を、第２のロボットハンド３０のハンド部３１に設けられたベアリング部材とすることができる。例えば、図２及び３に示すように、前記ハンド部３１の内側に自在に回転する球体３３を組み込むことで、前記ベアリング部材がボールベアリングになっている。
このようにティートカップ１０とハンド部３１の摺動部にベアリング部材を配設することで、摩擦抵抗を低減できるため、ティートカップ１０の回動がスムースになる。従って、ショートミルクチューブ１１とショートパルスチューブ１２が捩れることを好適に防止できる。
【００２２】
また、図２の形態例では、ティートカップ１０のシェル外周に２本の筋状の凸周部１０ｅ、１０ｅが設けられることによって、球体３３を案内してティートカップ１０を回動自在に保持すると共に軸方向の動きを拘束する案内溝１０ｇが形成されている。
また、図３の形態例では、ティートカップ１０のシェル外周に１本の凹周部１０ｆが設けられることによって、球体３３を案内してティートカップ１０を回動自在に保持すると共に軸方向の動きを拘束する案内溝になっている。
【００２３】
さらに、図４の形態例では、ティートカップ１０のシェル外周に遊嵌状態で中空円筒４０を嵌め、その中空円筒４０を通常のハンド部３１で回動不能に把持することで、ティートカップ１０を回動自在に保持している。また、この中空円筒４０の下側に位置するティートカップ１０のシェル外周に鍔１０ｈを一体的に設け、中空円筒４０の上側にティートカップライナー頭部のシェルに被った部分１０ｉがあることで、ティートカップ１０の軸方向への動きが制限されている。
このような構成によっても、前述した形態例と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
これに対して、以上のような形態を採用しないでティートカップ１０を第２のロボットハンド３０のハンド部３１で回動不能に把持した場合は、ショートミルクチューブ１１とショートパルスチューブ１２の捩れが生じ易く、その捩れによって以下のような問題が生じ易い。
上記２種類のチューブ１１、１２は多くの場合ゴム材で作られており、本来の姿勢に戻ろうとする。２種類のチューブ１１、１２が捩られた姿勢で乳頭部に装着されて前記ハンド部３１の把持が解除されると、ゴムの弾性で乳頭部を逆に捩りながらそのチューブ１１、１２は元の姿勢に戻ろうとする。このため、今度は乳頭部が捩られ、結果として乳頭部からミルクが出ないまま真空圧がその乳頭部にかかることになる。牛乳が出ないまま真空圧が乳頭部に加わることは、牛にとって非常な苦痛であるだけでなく、乳頭部のうっ血など健康に悪い影響を及ぼすことになる。
【００２５】
さらに、第２のロボットハンド３０のハンド部３１で装着動作の際にティートカップ１０のシェル外周を強く把持することなく、ティートカップ１０が回動できるようにすることも考えられる。但し、この場合は、上方への持ち上げ動作の際にティートカップ１０がハンド部３１から外れて落下して乳頭部への装着が失敗する恐れがある。
【００２６】
また、前述したように５１はレールであって、２６は移動台車である。これらは、家畜が移動体の上に乗った状態で搾乳が行われる搾乳設備に用いられるように、第１のロボットハンド２０と第２のロボットハンド３０を前記移動体に同調して移動させるロボットの移動装置５０の構成要素として設けられている。
【００２７】
このようなロボットの移動装置５０を備える搾乳ロボットを用いたロータリーパーラー方式の搾乳設備の形態例について、以下に説明する。図５はロータリーパーラー方式の搾乳設備の形態例を示す平面図である。
本形態例では、複数の家畜を回転テーブル５５で順次移動させて搾乳するロータリーパーラー方式の搾乳設備に用いられるように、複数のティートカップ１０と一つのミルククロー１３等によって構成される搾乳ユニット１５が、回転テーブル５５の周方向に複数に分割されて設けられた家畜の入る小室５６毎に配設されている。
また、レール５１の形状は、回転テーブル５５の外周に沿う円弧状に形成されており、そのレール５１上の所要の区間を前述した双腕型の把持ロボット装置１８が往復移動可能に設けられている。
【００２８】
これによれば、多数の乳牛６５について順次搾乳されている間に、双腕型の把持ロボット装置１８（第１のロボットハンド２０及び第２のロボットハンド３０を有するロボット装置）によって、搾乳ユニット１５を後から来る乳牛６５の乳頭部に次々に装着することができる。つまり、多数の搾乳ユニット１５について、一つの双腕型の把持ロボット装置１８が配設されていればよく、ロボットの稼動効率を高めることができる。
そして、このように搾乳ユニット１５の乳牛６５への装着を極めて効率良く行うことができるため、搾乳効率を飛躍的に向上できる。
【００２９】
次に、以上の構成を備える搾乳ロボットの使用方法（自動搾乳方法）について添付図面（図６〜８）に基づいて説明する。
図６は本発明に係る自動搾乳方法の形態例を説明するための説明図である。図７は図６に示した工程から後の工程を説明するための説明図である。また、図８は本発明に係る自動搾乳方法の形態例を示す作業工程のフロー図である。
本形態例は、以上に説明した搾乳ロボットであって、乳頭部に装着しないときは下向きとなる４本のティートカップ１０と、一つのミルククロー１３とを構成要素にする搾乳ユニット１５を用いる自動搾乳方法である。
【００３０】
以下、ティートカップ取扱フロー（図８）を、図６及び図７と対照して説明する。
（１）ミルククロー１３はティートカップシェルが下向きになるように置かれている。ロボットの２つのアームの一方にはミルククロー把持用ハンド（第１のロボットハンド２０）、他方にはティートカップ把持用ハンド（第２のロボットハンド３０）を装備しいている。
（２）ミルククロー１３を把持する第１のロボットハンド２０の動作を許容するように、ミルククロー１３を把持するために邪魔になっているティートカップ１０Ｃを第２のロボットハンド３０で把持して上向きとなるように持ち上げる（図６参照）。
（３）第１のロボットハンド２０でミルククロー１３を把持し（図６参照）、搾乳ユニット１５を持ち上げる。ティートカップ１０Ｃを第２のロボットハンド３０で持ち上げているため、第１のロボットハンド２０は干渉することなく適切に移動・作動してミルククロー１３を把持できる。
（４）上記（２）でつかんだティートカップ１０Ｃを第２のロボットハンド３０を開いて放し、ミルククロー１３から４本のティートカップ１０Ａ〜Ｄがぶら下がった状態にする。
【００３１】
（５）最初に装着するティートカップ１０Ａを第２のロボットハンド３０でつかみ、上方に向ける。このとき、第２のロボットハンド３０で、その第２のロボットハンド３０の基部から最も遠い位置のティートカップ１０Ａを把持して持ち上げる。
（６）上向きにしたティートカップ１０Ａとミルククロー１３の距離が変わらないように、第１のロボットハンド１０と第２のロボットハンド２０を同調させて作動させ、ミルククロー１３とティートカップ１０を構成要素とする搾乳ユニット１５を乳房６０の下に位置させる。
（７）上向きにしたティートカップ１０Ａを最初の乳頭部６１に装着する（図７参照）。装着が成功したら第２のロボットハンド３０を開き、アームを退避させる。
このとき、第２のロボットハンド３０によって、その第２のロボットハンド３０の基部から、最も遠い位置の乳頭部６１へ、最も遠い位置のティートカップ１０Ａを装着することになる。このように装着することで、後工程である他のティートカップ１０Ｂ〜Ｄを、対応する乳頭部６２〜６４に順次装着する際に、最初のティートカップ１０Ａは第２のロボットハンド３０の動作の邪魔にならない。従って、このような手順で作業を行うことではじめて、複数のティートカップ１０Ａ〜Ｄを、対応する乳頭部６１〜６４へスムースに装着できる。
【００３２】
（８）２本目のティートカップ１０Ｂをつかみ、上向きに向きを変えた後、２本目の乳頭部６２に装着する。装着が成功したら第２のロボットハンド３０を開き、アームを退避させる。
（９）３本目のティートカップ１０Ｃをつかみ、上向きに向きを変えた後、３本目の乳頭部６３に装着する。装着が成功したら第２のロボットハンド３０を開き、アームを退避させる。
（１０）４本目のティートカップ１０Ｄをつかみ、上向きに向きを変えた後、４本目の乳頭部６４に装着する。装着が成功したら第２のロボットハンド３０を開き、アームを退避させる。
【００３３】
（１１）ミルククロー１３を把持していた第１のロボットハンド２０を開き、ミルククロー用のアームを退避させる。これによって、ミルククロー１３は重りとして機能し、搾乳効果を高めることができる。
以上の工程によって、４本のティートカップ１０Ａ〜Ｄを対応する乳頭部６１〜６４に装着する作業の１サイクルが終了し、これを繰り返すことで、多数の牛６５に順次搾乳ユニットを装着できる。
【００３４】
なお、本実施例ではロータリーパーラーとしているが、パラレルパーラー等、他のパーラー形式であってもよい。
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る搾乳ロボットの形態例を示す説明図である。
【図２】ロボットハンドによるティートカップの把持の形態例を示す説明図である。
【図３】ロボットハンドによるティートカップの他の把持形態を示す説明図である。
【図４】ロボットハンドによるティートカップの他の把持形態を示す説明図である。
【図５】ロータリーパーラー方式の搾乳設備の形態例を示す平面図である。
【図６】本発明に係る自動搾乳方法の形態例を説明するための説明図である。
【図７】図６に示した工程から後の工程を説明するための説明図である。
【図８】本発明に係る自動搾乳方法の形態例を示す作業工程のフロー図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ティートカップ
１１  ショートミルクチューブ
１２  ショートパルスチューブ
１３  ミルククロー
１５  搾乳ユニット
１８  双腕型の把持ロボット装置
２０  第１のロボットハンド
２１  ハンド部
２５  ロボット本体
２６  移動台車
３０  第２のロボットハンド
３１  ハンド部
３３  球体
５０  ロボットの移動装置
５１  レール
５５  回転テーブル
５６  小室
６０  乳房
６１〜６４  乳頭部
６５  乳牛
【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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【図７】
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【図８】
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