DE60106248T2

DE60106248T2 - Melksystem mit dreidimensionaler bilddarstellung

Info

Publication number: DE60106248T2
Application number: DE60106248T
Authority: DE
Inventors: Petrus Jacobus CÖP
Original assignee: Idento Electronics BV
Current assignee: Idento Electronics BV
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: AU2001267935A1; DE60106248D1; EP1294222B1; WO2002000011A1; EP1294222A1; NL1015559C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Melksystem zum automatischen Melken von Lebendvieh gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.
Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der WO-A-98/19.520 bekannt. Das bekannte Verfahren und die Vorrichtung besitzen den Nachteil, daß sie langsam sind. Das Erhalten einer Stelle, an die der Melkroboter gesteuert werden muß, um diese Zitzentassen auf den Zitzen anzuordnen, dauert viel zu lange. Die Bildverarbeitungstechnologien, die verwendet werden, gestatten zu viele Fehler, was einen Nachteil darstellt.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, teilweise und vorzugsweise vollständig die oben genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden, wofür zu diesem Zweck ein Verfahren und ein System vorgesehen sind, die sich durch die jeweiligen Merkmale der kennzeichnenden Abschnitte der Ansprüche 1 und 5 unterscheiden.
Zitzen der Euter werden durch das Bereitstellen eines dreidimensionalen Eutermusters leicht identifizierbar. Durch das nachfolgende Ableiten von Steuerinformationen für den Roboterarm aus dem dreidimensionalen Eutermuster wird eine schnelle und zuverlässige Lösung zur Lokalisierung von wenigstens der Position der relevanten Zitzen bereitgestellt, und ferner vorzugsweise auch deren Ausrichtung, um die Anordnung der Zitzentassen mit dem Roboterarm zu ermöglichen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren das Kombinieren der Bilder und das Plazieren des Referenzpunktes darin in einem Register auf, um das dreidimensionale Eutermuster hiervon zu erhalten. Zu diesem Zweck kann der Referenzpunkt in den unterschiedlichen Bildern auf verschiedene Wege identifizierbar gemacht werden. Eine Lichtquelle kann somit verwendet werden, um einen hell erleuchteten Punkt auf dem relevanten Euter zu erzeugen, der dann in beiden Bildern des Euters identifiziert werden kann. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Referenzpunkte in den Bildern in Übereinstimmung zu bringen.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren das Plazieren der Kamera in einem Abstand auf, und das Übertragen eines Bildes zur Aufzeichnung an die Kamera unter Verwendung eines Lichtleiters.
Die Aufgabe hier liegt darin, daß die Bilder so unabhängig wie möglich sind. Wenn die Bilder aus den Positionen in Ansichtswinkeln erhalten werden, die einen Raumwinkel von 90 einschließen, wird mit den Bildern so viel Information wie möglich über das Eutermuster erhalten. Das Eutermuster ist anschließend beispielsweise eine Reliefkarte oder eine Konturenkarte, in der die Zitzen deutlich identifizierbar sind. Solch ein Reliefbild wird vorzugsweise von unabhängigen Bildern mit einer Überlappung von beispielsweise 60–80% erzeugt.
Die Kamera wird vorzugsweise in einem Abstand von der Melkstelle angeordnet. In den gewünschten Positionen, von denen die Bilder des Euters unter den oben genannten Bedingungen und den bevorzugten Umständen erhalten werden müssen, ist es anschließend nur noch notwendig, beispielsweise Linsen anzuordnen, wobei sich Lichtleiter zwischen den Linsen und den tatsächlichen Kameras erstrecken. Die Kameras können CCDs sein. Somit wird sichergestellt, daß ein ruheloses Tier die Kameras nicht beschädigen kann, sondern nur die einfachen Linsen, die mit geringen Kosten ersetzt werden können, wenn das ruhelose Tier gegen sie tritt.
Die Erfindung wird des weiteren nachfolgend auf der Grundlage der Zeichnungen erläutert, wobei:
1 und 3 eine Perspektivansicht eines Melksystems sind;
2 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Vorrichtung ist; und
4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Die 1 bis 3 bilden keine Ausführungsbeispiele der Erfindung.
1 zeigt einen Teil eines Melkwagens (Parlour), in dem ein Industrieroboter 1 angeordnet ist. Der Roboter 1 befindet sich zur Bewegung auf Schienen 2 in einem Melkschacht 3, durch den der Bauer üblicherweise geht, um die Zitzentassen anzuordnen, wobei dies nun mit dem Industrieroboter 1 erfolgt.
Wie bereits erwähnt ordnet der Roboter 1 die Zitzentassen 4 auf den Zitzen 5 des Euters 6 einer Kuh 7, die in der Melkbox 8 steht, an. Der Roboter 1 kann sich bewegen; um die Zitzentassen 4 in verschiedenen Melkboxen 8 anzuordnen.
Wie nachfolgend und in den 2 bis 4 detaillierter beschrieben wird, ist der Roboter 1 mit wenigstens einer Kamera 9 versehen; in dem Fall, der in 1 gezeigt ist, sind zwei Kameras angeordnet. Die Kameras können beispielsweise von der CCD-Bauart sein, obwohl auch andere Bildverarbeitungsvorrichtungen möglich sind, sofern die Signale, die davon stammen, durch eine Steuerung 10 verarbeitet werden können, wie schematisch in 2 dargestellt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, werden die zwei Bilder des Euters im wesentlichen gleichzeitig in Ansichtswinkeln erhalten, die einen Raumwinkel α umschließen. Um die Sammlung von möglichst viel Information über die Form des Euters, die Position der Zitzen, die Ausrichtung der Zitzen usw. zu ermöglichen, müssen die erhaltenen Bilder so unabhängig wie möglich sein. Aus diesem Grund beträgt der Raumwinkel α, der zwischen den Ansichtsrichtungen umschlossen wird, vorzugsweise wenigstens annähernd 90°.
Des weiteren ist in 2 gezeigt, daß nur Linsen 11 auf dem Arm 12 des Roboters angeordnet sind, und daß die Kameras 9 in einem Abstand angeordnet sind. Lichtleiter 13 sind zwischen den Linsen 11 und den tatsächlichen Kameras 9 angeordnet. Eine Beschädigung der relativ teuren Kameras 9 durch ein ruheloses zu melkendes Tier wird mit einer solchen Konfiguration wirksam verhindert. Die Lichtleiter 13 können beispielsweise Glasfaserkabel sein.
2 zeigt des weiteren, daß eine Lichtquelle 14 auf dem Arm 12 angeordnet ist. Die Lichtquelle 14 beleuchtet einen Referenzpunkt 15, der in beiden Bildern der Kameras 9 identifizierbar ist. Mit diesem Referenzpunkt 15 auf beiden Bildern der Kameras 9 kann ein dreidimensionales Eutermuster unter Verwendung eines Bildverarbeitungsprogramms in der Steuerung 10 abgeleitet werden. Das dreidimensionale Eutermuster wird durch die Steuerung in der Form von beispielsweise einer Reliefkarte oder einer Konturenkarte erzeugt. Es wird in diesem Zusammenhang angemerkt, daß die Anordnungen, die in den Figuren gezeigt sind, schematisch sind, da es möglich sein muß, das gesamte Euter mit einem Satz Bilder zu kartografieren. Die Kameras 9 (oder die Linsen 11), die verwendet werden, sind in einem Abstand von der angenommenen Stelle des Euters 6 angeordnet, so daß eine solche Bildverarbeitung möglich ist. Ein stereoskopisches Bild des Euters 6 und genauer gesagt der Zitzen 5 davon, wird somit mit den zwei Kameras (oder Linsen) erzeugt.
Wie anhand des Vorgenannten offensichtlich wird, weist die Steuerung 10 eine Bildverarbeitungsvorrichtung zum Erhalt des dreidimensionalen Eutermusters auf. Die Steuerung 10 sorgt ferner für das Ansteuern des Roboters 1 zum Zweck der Anordnung der Zitzentassen 4 auf den Zitzen. Zum Zwecke einer klaren Ansicht in der Zeichnung zeigt der Roboter 1 keine Zitzentasse 4. Andererseits ist es vorteilhaft, eine Zitzentasse zur rechten Zeit der Bildverarbeitung bereit zu haben. Auf diesem Wege muß wenig Zeit zwischen dem Erzeugen der Bilder und dem Anordnen der Zitzentassen 4 auf den Zitzen verstreichen, so daß nur eine geringe Möglichkeit einer Bewegung der Kuh verbleibt, was ein erneutes Bildverarbeiten notwendig machen wird.
3 zeigt das Ausführungsbeispiel aus 1 detaillierter, wobei die Kameras 9 direkt auf dem Roboterarm 12 angeordnet sind. Die Kameras 9 können hier ausgerichtet sein, wie dies durch die Doppelpfeile A angezeigt ist. Ein verlängertes Teil 16 des Roboterarms 12 ist des weiteren vorgesehen, mit dem der Abstand zwischen den Kameras 9 variiert werden kann. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine optimale flexible Konfiguration durch Variation des Abstandes zwischen den Kameras 9 mit dem Teil 16 und der Einstellung der damit verbundenen Ansichtswinkel entlang der Pfeile A erhalten. Die Einstellung der Kameras 9 und die Verlängerung des Teils 16 des Roboterarms 12 werden durch die Steuerung 10 (in 3 nicht gezeigt) ausgeführt. Eine ähnliche Konfiguration zu derjenigen aus 2 ist selbstverständlich möglich, wobei die Kameras 9 nicht auf dem Roboterarm, sondern in einem Abstand angeordnet sind.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einer einzigen Kamera 9 auf dem verlängerbaren Teil 16 des Roboterarms 12. Das verlängerbare Teil ist in der Richtung des Pfeils B versetzbar. Die einzelne Kamera ist wiederum einstellbar-, das heißt der Ansichtswinkel hiervon ist einstellbar. In einer zurückgezogenen Position des verlängerbaren Teils 16 des Roboterarms 12 wird die Kamera 9 nach vorne relativ zum Roboterarm 12 ausgerichtet, wie hier mit gestrichelt-gepunkteten Linien gezeigt ist. Im Gegensatz dazu wird die Kamera 9 nach hinten relativ zu dem Roboterarm 12 in der verlängerten Position des verlängerbaren Teils 16 ausgerichtet. Zwei nacheinander folgende Bilder können auf diese Weise in einer sehr kurzen Zeit mit einer einzigen Kamera 9 erhalten werden, wobei nur ein sehr begrenztes Risiko besteht, daß sich das relevante Tier in der Zwischenzeit bewegt. Das Ausführungsbeispiel in 4 unterscheidet sich von den vorgenannten Zeichnungen nur dadurch, daß eine einzige Kamera 9 vorgesehen ist, die zwei nacheinander folgende Bilder erhalten muß. Obwohl zwischen dem Erhalten der Bilder, während dem sich ein zu melkendes Tier bewegen könnte, einige Zeit verstreicht, ist nur eine einzige Kamera 9 in diesem Ausführungsbeispiel aus 4 erforderlich, was eine Einsparung hinsichtlich der vorgenannten Ausführungsbeispiele bedeutet.
Das verlängerbare Teil 16 des Roboterarms 12 bildet somit eine Versetzvorrichtung zum Versetzen der Kamera ebenso wie einen Träger zum Plazieren der einzigen Kamera.
In den 3 und 4 ist der Referenzpunkt 15 des weiteren nicht ein explizit beleuchteter Punkt, sondern ein anderes klar identifizierbares Element in beiden Bildern. Eine Verfärbung der Haut, eine abrupte Biegung in einem Blutgefäß, das nahe der Oberfläche der Haut liegt, usw. können hier anvisiert werden. In den 3 und 4 ist deshalb keine separate Lichtquelle für den Referenzpunkt vorgesehen, obwohl eine separate Lichtquelle (nicht gezeigt) noch vorgesehen werden kann, um das gesamte Euter zu beleuchten.
Viele alternative und zusätzliche Ausführungsbeispiele sind innerhalb, des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, möglich. Es können auch mehr als zwei Bilder verwendet werden, und mehr als ein Referenzpunkt kann in den Bildern verwendet werden, um die Bilder in dem gewünschten dreidimensionalen Eutermuster zu kombinieren, um daraus die Position und optional auch die Ausrichtung der verschiedenen Zitzen zu ermöglichen. Zusätzlich können andere Kameras im Vergleich zu den anderen genannten Kameras der CCD-Bauart verwendet werden. Wenn mehr als zwei Kameras verwendet werden, ist es noch empfehlenswert, die Ausrichtungen der Ansichten so unabhängig wie möglich zu halten.
Im Vorgenannten wird in jedem Fall beispielsweise ein Industrieroboter verwendet. Andere Melkroboter einer herkömmlicheren Bauart können ebenso verwendet werden, um die vorliegende Erfindung anzuwenden. Die Erfindung kann des weiteren auch an anderen Tieren als Kühen angewandt werden, wie an Ziegen und Schafen usw. Eine Versetzvorrichtung, die sich von einem verlängerbaren Teil des Roboterarms unterscheidet, kann ebenso in der 3 und 4 verwendet werden. Das Versetzen der Kamera über den Roboterarm kann beispielsweise entlang einer Führungsschiene oder einer ähnlichen Konfiguration in Aussicht gestellt werden. Es ist somit offensichtlich, daß dem Fachmann viele alternative und zusätzliche Ausführungsbeispiele nach Prüfung des Vorgenannten erscheinen.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das explizit oben beschrieben wurde und in 4 gezeigt ist, ist deshalb nicht abschließend, sondern die Erfindung ist nur auf die Definition in Abhängigkeit der beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

Verfahren zum automatischen Melken von Vieh, aufweisend das Bestimmen von wenigstens der Stelle der Zitzen (5) eines Euters (6) mittels Bildverarbeitung; das Anordnen der Zitzentassen (4) auf den Zitzen an der vorbestimmten Stelle mittels eines Roboterarms (1); und das Melken des Viehs mit einer Steuerung (10) der Zitzentassen, wobei die Bildverarbeitung folgendes aufweist: das Erhalten von wenigstens zwei im wesentlichen unabhängigen Bildern, die wenigstens ein gemeinsames Referenzelement besitzen; das Senden der Bilder an eine Bildverarbeitungsvorrichtung; das Erhalten eines dreidimensionalen Eutermusters aus den Bildern mittels Bildverarbeitung auf der Basis des Referenzelementes; und das Steuern des Roboterarms zu den Zitzen auf der Basis des Eutermusters, wobei eine einzige Kamera (9; 11) zum Erhalten der wenigstens zwei Bilder auf dem Roboterarm befestigt ist, gekennzeichnet durch Aktivieren der Kamera wenigstens zweimal in einer Abfolge und Versetzen des Roboterarms zwischen dem Erhalt der wenigstens zwei Bilder.
Verfahren gemäß Anspruch 1, aufweisend das Kombinieren der Bilder und das darin Plazieren des Referenzpunktes in einem Register, um das dreidimensionale Eutermuster daraus zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, des weiteren aufweisend das Versetzen der Kamera über eine bekannte Distanz und, vor dem Aufzeichnen eines Bildes, das Wiederausrichten der Kamera auf die vermutete Stelle des Euters, um wenigstens zwei Bilder in einem bekannten Winkel im Voraus zu erhalten.
Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, aufweisend das Plazieren der Kamera in einer Distanz und das Übertragen eines Bildes zur Aufzeichnung an die Kamera unter Verwendung eines Lichtleiters (13).
Melksystem zur Implementierung eines Verfahrens gemäß einem oder mehrerer der vorgenannten Ansprüche zum automatischen Melken von Vieh, aufweisend: wenigstens zwei Zitzentassen (4); einen Roboter (1) Arm zum Anordnen der Zitzentassen auf den Zitzen (5) eines Euters (6) eines Melkviehs, das in einer Melkposition angeordnet ist; und ein Bildverarbeitungssystem, das aufweist: eine einzige Kamera (9) zum Erhalten von wenigstens zwei im wesentlichen unabhängigen Bildern, die wenigstens ein gemeinsames Referenzelement besitzen; eine Bildverarbeitungsvorrichtung zum Erhalten eines dreidimensionalen Eutermusters aus den Bildern mittels Bildverarbeitung auf der Basis des Referenzelementes; und eine Steuerung (10) zum Steuern des Roboterarms zu den Zitzen auf dem dreidimensionalen Eutermuster, wobei die Kamera zum Erhalten der wenigstens zwei Bilder auf dem Roboterarm befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera wenigstens zweimal in einer Abfolge aktiviert wird und die Steuerung den Roboterarm zum Versetzen der Kamera zwischen dem Erhalt der wenigstens zwei Bilder steuert.
Melksystem gemäß Anspruch 5, aufweisend eine Kamera, wobei das bildverarbeitende System einen Träger für die Kamera aufweist, wobei der Träger eine Versatzvorrichtung (16) zum Versetzen der Kamera in der Periode zwischen den nacheinanderfolgenden Bildaufzeichnungen des Euters aufweist.
Melksystem gemäß Anspruch 6, wobei der Träger oder die Kamera eine Ausrichtungsvorrichtung aufweist, mit der die Kamera zu einer im Voraus bekannten Stelle des Euters eines betroffenen Tieres ausgerichtet werden kann.
Melksystem gemäß einem oder mehrerer der vorgenannten Ansprüche 5 bis 7, wobei die Kamera in einer Distanz von der Melkstelle entfernt angeordnet ist.
Melksystem gemäß Anspruch 8, wobei ein Lichtleiter (13), der auf die Stelle des Euters gerichtet ist oder gerichtet werden soll, in der Nähe einer angenommenen Stelle des Euters eines zu melkenden Tieres angeordnet ist, wobei sich der Lichtleiter in einer Distanz von der Melkstelle zu der Kamera erstreckt.
Melksystem gemäß Anspruch 9, wobei ein Bildelement wie eine Linse am Ende des Lichtleiters, der auf das Euter an der angenommenen Stelle gerichtet ist oder gerichtet werden soll, angeordnet ist.