DE68928489T2

DE68928489T2 - Vorrichtung zum Positionieren eines Tieres, Terminal für ein automatisches Melksystem und Verfahren zum automatischen Melken eines Tieres

Info

Publication number: DE68928489T2
Application number: DE68928489T
Authority: DE
Inventors: Erik Arnoldus Aurik; Fokko Pieter Borgman; Jacobus Petrus Maria Dessing; Pieter Jacob Roodenburg
Original assignee: Prolion BV
Current assignee: Prolion BV
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1989-01-06
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2009-01-07
Also published as: US5524572A; EP0619941A3; JPH0223823A; DK7489D0; JP3119359B2; EP0439239A1; EP0323875A2; EP0323875A3; US5056466A; DE68928724T2; EP0440313B1; EP0440313A3; DE68928724D1; EP0439239B1; US5020477A; DE68928489D1; EP0619941A2; US5379721A; EP0440313A2; DK7489A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Melkmaschine, die mit vier Melkbechern versehen ist, bei der eine Ultraschailsensoreinheit zentral in bezug auf die vier Melkbecher vorgesehen ist, wobei die Ultraschallsensoreinheit geeignet ist zum Aufspüren und/oder Verfolgen einer Zitze einer Kuh, bei der ein Meßwandler Ultraschallstrahlung in ein spezielles Gebiet überträgt, wobei die Strahlung an einer Reflektionsoberfläche eines Ultraschallspiegels reflektiert wird.
Solch eine Melkmaschine ist in der EP 0229682 A offenbart, wobei ein Verfahren zum Melken eines Tieres und einer Einrichtung zum Melken eines Tieres offenbart ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den oben erwähnten Stand der Technik zu verbessern und/oder genauer die Position der Zitzen zu bestimmen, wenn die Zitzenbecher einer Melkmaschine angesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Melkmaschine vor, die mit vier Melkbechern versehen ist, bei der eine Ultraschallsensoreinheit zentral in bezug auf die vier Melkbecher vorgesehen ist, wobei die Ultraschallsensoreinheit geeignet ist zum Aufspüren und/oder Verfolgen einer Zitze einer Kuh, bei der ein Meßwandler Ultraschallstrahlung in ein spezielles Gebiet strahlt, wobei die Strahlung von einer Reflektionsoberfläche eines Ultraschallspiegels reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallspiegel und der Meßwandler relativ zueinander drehbar sind, so daß das durch den Meßwandler abzutastende Gebiet variabel ist, und das an einer Abtastposition sich mindestens der Ultraschallspiegel zu einem Niveau oberhalb der Melkbecher erstreckt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erklärt, in der:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer automatischen Melkvorrichtung zeigt, bei der ein Ultraschalldetektor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ist;
Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Details II von Figur 2 zeigt;
Figur 3 ein Detail III von Figur 2 zeigt;
Figur 4 eine Seitenansicht von der Linie IV-IV von Figur 3 zeigt; und
Figur 5 ein Detail V von Figur 1 zeigt;
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Robotersystemes zum Implementieren eines Teiles einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt;
Figur 7 ein Blockschaltbild des Betriebes des Robotersystemes von Figur 6 zeigt;
Figur 8 ein Blockschaltbild einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Robotersystemes von Figur 7 zeigt;
Figur 9 eine perspektivische teilweise weggebrochene und teilweise schematische Ansicht einer automatischen Melkvorrichtung zeigt, die mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Ultraschallsensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
Figur 10 die Sensoreinheit im größeren Detail unter dem Euter einer Kuh zeigt;
Figur 11 eine andere bevorzugte Ausführungsform der Ultraschallsensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 12 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI von Figur 11 zeigt;
Figur 13 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zum automatischen Anbringen von Zitzenbechern an Kühen zeigt;
Figur 14 eine perspektivische Ansicht eines Details XIV von Figur 13 zeigt;
Figur 15 eine perspektivische Ansicht eines Details XV von Figur 13 zeigt;
Figur 16 eine perspektivische Ansicht eines an einem Melksystem von Figur 13 zu benutzenden Endgerätes zeigt;
Figur 17 eine obere Ansicht eines Details XVII von Figur 16 zeigt;
Figur 18 im größeren Detail ein Detail XVIII von Figur 16 zeigt;
Figur 19A und 19B entsprechende perspektivische Ansichten einer Erfassungsanordnung zum automatischen Anbringen von Zitzenbechern an entsprechenden Positionen zeigen;
Figur 20 eine obere Ansicht einer positionierten Kuh zeigt.
Auf einen Melkgestell 2 sind vier Melkbecher 9 angebracht, wie in der EP 0232.568 A beschrieben ist. Ein Greifteil 10 des Melkroboters 1 greift auf das Melkgestell 2 und kann es dreidimensional bewegen.
Eine Sensoranordnung 12 ist oberhalb der Melkbecher 9 angeordnet und weist zwei (oder mehr) liegende Ultraschallsensor/ Empfängereinheiten 13 und 14 auf, - für sich bekannt - und über ihnen sind entsprechende Konen 15 und 16 (Figur 2) angeordnet, die bevorzugt aus Kunststoff gemacht sind. Ein Beispiel einer Signalverarbeitung von Signalen, die von den Ultraschallsensoren kommen, ist in der EP 0232.568 A beschrieben.
In einen Gehäuse 17 für die Sensoren ist ein Raum 18 zum Aufnehmen der Elektronik vorhanden, wobei diese Elektronik auf eine nicht gezeigte Weise mit einer zentralen Steuereinheit verbunden ist. Die Konen 15, 16 und das Gehäuse 17 sind bevorzugt aus Aluminium oder Kunststoff, - die Konusoberflächen glatt poliert - so daß die Sender/Empfängereinheit robust, schmutzwiderstandsfähig ist und nicht rosten kann.
Wenn die Sender/Empfängereinheiten 13 und 14 in einen Winkel α von zum Beispiel 50º zueinander vorgesehen sind, wird ein Erfassungsfeld erzeugt, wodurch eine Zitze lokalisiert werden kann, ohne daß die Sensoreinheiten das Erfassungsfeld der jeweils anderen "führt"; damit dieses Übersprechen vermieden wird, kann ein Schirm 19 eines geräuschdämpfenden Materiales an dem Gehäuse 17 angebracht werden.
Es ist auch möglich, ein Senderteil und zwei oder mehr Empfängerteile zur gleichen Zeit zu benutzen. In diesem Fall ist es auch möglich, zwei Zitzen simultan abzutasten.
Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die Konusstücke 15, 16 auf dem Gehäuse zum Beispiel mit Klebstoff angebracht
Bündel von Ultraschallwellen, die gemäß von Pfeilen A durch eine Sender/Empfängereinheit 13 (Figur 3, 4) gesendet und empfangen werden, bilden ein breites Bündel, wie durch die Pfeile C bezeichnet ist. Der halbe Öffnungswinkel des Konus beträgt bevorzugt ungefähr 35º, während der Konus bevorzugt in einer etwas nach vorn geneigten Position so vorgesehen ist, daß eine erzeugende G der Konusoberfläche einen Winkel von ungefähr 45º mit der Sender/Empfängereinheit 13 bildet.
Durch Variation des halben Öffnungswinkels des Konus und/oder des Abstandes zwischen dem Konus und dem Sender können das Gebiet und/oder die Form des Feldes eingestellt werden. Das Erfassungsfeld ist ziemlich flach und weist die Form einer Projektion einer Zigarre auf. Wenn es eine leichte Abweichung von der Konusform gibt, wenn zum Beispiel eine erzeugende G eine leichte Konkavform aufweist, kann die Höhe des Erfassungsfeldes
- die Richtung zwischen den Bündellinien C somit eingestellt werden.
Durch Variation des Winkels γ kann die Hauptrichtung des Feldes zu der Position des Sensors eingestellt werden.
Über eine Kolbenstange 30 (Figur 5) kann ein oberes Teil 31 des Melkbechers 9 automatisch aufwärts bewegt werden, während die Position eines Melkbechers relativ zu einer Zitze 20' korrigiert werden kann, indem Ultraschallsender/Enpfängereinheiten 32 benutzt werden, die an mindestens einem Melkbecher nahe angeordnet sind. Die Ultraschallwellen werden dadurch gegen eine Ultraschallspiegeloberfläche 33 gerichtet, um sie auf einen Schnittpunkt C zu zeigen, an den die Zitze angeordnet sein muß, damit das obere Teil 31 in der richtigen Weise um sie angeordnet wird. Die Spiegeloberfläche 33 besteht bevorzugt aus einer konischen Oberfläche, die in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, wodurch eine erzeugende jedoch eine leicht konvexe Form aufweist, damit ein Bündel erhalten wird, das ebenfalls in der Höhe breit ist. Bei speziellen Ausführungsformen kann solch eine Sender/Empfängereinheit 32 zum Beispiel in dem Fall einer Ausführungsform, in der drei Sensoreinheiten benutzt werden, wie mit 13, 14 bezeichnet ist, weggelassen werden.
Die obige Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, bei der eine integrierte Sender/Empfängereinheit angewendet wird. Die Reflektionsoberflächen können auch in dem Fall eines getrennten Empfängers und eines getrennten Ultraschallsenders verwendet werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren und ein Robotersystem zum Melken einer Kuh (nicht in Figur 6 gezeigte). Ein Robotersystem 41, das eine Zahl von Armen aufweist, die schwenkbar zueinander sind, ist entlang von Schienen 47, 48 so bewegbar, daß es eine Such-, Findeund/oder Verfolgungstätigkeit an verschiedenen Stellen zum Anordnen von Melkbechern 45 eines Melkgestelles 42 an einer Kuh durchführen kann. Die Kuh wird mit ihrem Kopf in die Richtung eines Futternapfes 61 so gerichtet, daß ihr Euter in der Nähe einer Ruhe- oder startposition des Melkgestelles 42 angeordnet ist; ein Futternapf 61 kann gemäß eines Pfeiles A so bewegt werden, daß der Euter der Kuh gewöhnlich an ungefähr der gleichen oder normalen Position relativ zu dem Melkgestell 42 unabhängig von der Länge der Kuh angeordnet wird.
Die Kuh wird gewöhnlich automatisch erkannt, und Information, die sich auf ihren Euter und ihre Zitzen beziehen, ist zum Beispiel in einem zentralen Steuermittel (nicht gezeigt) vorhanden, das mit elektronische Hardware mit darin gespeicherter Software versehen ist; von einem Aktivierungsteil in einem Schrank 62 wird ein Mechanismus 51 entlang aufrechter Schienen 65, 66 so angetrieben (eine nicht gezeigte Weise), daß die Ruheposition des Mechanismus 51 und damit der Melkvorrichtung 42 soweit wie möglich voreingestellt wird in Abhängigkeit von der Größe der Kuh und der Position ihres Euters. Weiter ist die Bewegung in Aufwärtsrichtung begrenzt. Unabhängig von der Kuh wird der Mechanismus 51 entlang der liegenden Schienen 63, 64 in einer standardisierten oder festen längsweisen Ruheposition eingestellt. Ebenfalls wird durch Elektronikschrank 62 ein Betätigungselement 46 angetrieben, daß über einen Hebel 45 zwei Bowdenzüge steuert, die an einem Arm, an dem das Melkgestell 240 angebracht ist, in eine vorbestimmte Ruhe- oder Nullposition ziehen.
An dem Melkgestell 42 und an der Seite davon ist eine Sensoreinheit oder -anordnung 52 befestigt zum Zwecke des Erfassens mit Hilfe zweier Sensoreinheiten 53 und 54 eines bewegenden Objektes, bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform eine Zitze einer Kuh, in drei Dimensionen in einer liegenden Ebene und des Übermitteln von Information, die sich darauf bezieht, an ein zentrales Steuermittel (nicht gezeigt). Zusätzliche Sensoreinheiten 69, 71 können oberhalb von jedem Melkbecher 55 der Melkvorrichtung 42 vorgesehen werden, damit eine Zitze relativ zu einem Melkbecher zentriert bleibt, während sich die Melkbecher aufwärts bewegen; aus Gründen der Klarheit sind solche Feinsensoreinheiten 69, 71 nur bei einem Melkbecher 55 vorgesehen gezeigt. Wie die Sensoreinheit 52 können diese Feinsensoreinheiten vom Ultraschalltyp sein.
Ein Greifteil 50 des Roboters 41 greift auf eine Öffnung des Melkgestelles 42, die für diesen Zweck vorgesehen ist. Der Robotermechanismus 41 kann das Melkgestell 42 in drei Dimensionen bewegen, während der Mechanismus 51 Anderungen der Richtung in der vertikalen Richtung blockieren kann; die elektrische Steuerung und Programmsteuerung des Mechanismus 41 und des Mechanismus 51 sind miteinander auf eine nicht gezeigte Weise verbunden.
Der Betrieb des Robotersystemes von Figur 16 wird auf der Grundlage des Schaltbildes von Figur 7 (und später auf der Grundlage des Schaltbildes von Figur 8) erläutert; das (bewegende) Objekt, das in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform die Position einer Zitze einer Kuh ist, zum Beispiel die Zitze an der vorderen rechten Seite der Kuh in bezug auf den relevanten Sensor, bildet die Eingabe 1 für die Sensoren 52, 59, 71. Die durch die Ultraschallsensoren 52, 59, 71 gemessenen Reflexionen werden auf allgemein bekannte Weise in abgetastete Digitalwerte in einer liegenden Ebene in Figur 7 umgewandelt, die mit Δx und Δy bezeichnet sind, diese sind Relativpositionskoordinaten in bezug auf die Sensoren. Von dem Roboterarm 41 kommend sind bestimmte Werte xp und yp, diese sind Koordinaten des Roboters in bezug auf die Nullposition des Roboters, wodurch Ax und Ay - möglicherweise mit Korrekturen - hinzuaddiert werden müssen, so daß sie schematisch in der Figur dargestellt ist, die Werte ym und ym resultieren, wobei diese die Koordinaten der Zitze in bezug auf die Nullposition des Roboters sind. Diese Werte werden auf eine später beschriebene Weise so korrigiert, daß die Werte xc und yc - die sogenannten Zielkoordinaten - resultieren, die an einen Block angelegt werden klnnen, der schematisch mit SC bezeichnet ist, so daß dem Roboter 41 eine neue Position gegeben wird, zu der der letztere die Melkvorrichtung 42 bewegen muß.
Die Werte xp und yp auf der einen Seite und Δx, Δy auf der anderen Seite werden in ein MODEL eingegeben - das in dem einfachsten Fall diese Werte keiner Verarbeitung unterwerfen, d.h. es ist transparent - wodurch nach statistischer Analyse mit zum Beispiel bestimmten des Mittelwertes oder der Standardabweichung eine Zahl von M Werten aus einer Reihe N Werten (M < N) ausgefiltert wird. Auf der Grundlage der (modulierten) Werte kann eine Vorhersage (PRE) gemacht werden, die zu der Steuerung der Sensoren addiert wird zum Ermöglichen, daß dieser PRE-Wert die Stele von offensichtlich fehlerhaften Werten von der Reihe von digitalen Meßwerten gemäß eines vorbestimmten Kriteriums annehmen kann. In dem MODEL findet eine Z-Transformation der digitalen Abtastungen in dem Fall der beschriebenen Ausführung statt, aber solch ein MODEL kann ebenfalls mit einem sogenannten Kallman-Filter oder auf andere Weise implementiert werden. In FPC-Filter werden Koeffizienten bestimmt zum Zuordnen eines neuen Wertes zu dem Wert xm und ym in PF auf der Grundlage des MODEL als auch zu dem Wert vxm - nach Differentiation in D der Werte xm und ym - zum Addieren dieser gefilterten Werte (vxf, vyf) nach Integration in (I) zu dem korrigierten Filterwert Xf und yf.
Die beschriebene Steuerschleife von Δx, Δy über xc, xy zu Xs, ys ist entweder geschlossen oder nicht auf der Grundlage der Daten von dem MODEL, wie sie zu einem Block CONTROL geliefert werden;
nur wenn vorbestimmte Kriterien in bezug auf den Mittelwert von Δy über eine vorbestimmte Zeit, den Mittelwert von Δy über eine gewisse Zeit, der Standardabweichungen darin zusätzlich zu speziellen Geschwindigkeitswerten (vx, vy) erfüllt worden sind, wird die Steuerschleife bei 5 durch einen Block mit der Bezeichnung FTL geschlossen.
Bei dem ersten Beispiel bleibt die Steuerschleife bei S offen, davon einem Block F auf eine allgemein bekannte Weise in einer Robotersteuerung eine globale Positionssteuerung des Robotersystemes 41 für eine Zitze einer Kuh unter Benutzung von Information, die in einem Speicher gespeichert ist, ausgeführt wird. Wenn die Sensoreinheit 52 - die Sensoreinheiten 69, 71 werden bei diesen sogenannten Suchmodi nicht benutzt - ein bewegendes Objekt erfaßt und vorbestimmte Kriterien in bezug auf Δx, Δy, vx, vy und deren Standardabweichungen erfüllt sind, wird die Steuerung in einem Block T übernommen, und die obigen Kriterien, die die obige Information mit erhöhter Abtastgeschwindigkeit erfüllen muß, werden strenger gemacht.
Wenn die strengeren Kriterien während einer vorbestimmten Zeit erfüllt sind, wird die Steuerschleife bei D geschlossen und die Werte xc und yc werden direkt an die Servosteuerung (SC) eingegeben. Wenn nötig, können die von dem MODEL berechneten Filterkoeffizienten durch Filterkoeffizienten ersetzt werden, die von dem Steuermittel (CONTROL) vorgesehen werden, diese Koeffizienten haben einen festen Wert während einer bestimmten Zeitdauer, danach bestimmt die Koeffizientenberechnung von dem MODEL die Position, die zu der der Roboterarm gesendet wird. Die Berechnungen in CONTROL hängen von dem Modus des Systemes ab.
Wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer die Kriterien von dem Block T erfüllt sind, bleibt die beschriebene Steuerschleife geschlossen, und der Block L übernimmt die Steuerung, wodürch, wie durch die Linie FS gezeigt ist, es möglich ist, zu den feinen Sensoreinheiten 69, 71 umzuschalten, so daß die Position des Melkbechers relativ zu der Zitze (noch) genauer bestimmt werden kann, indem eine benötigte Korrektur durch die Feinsensoreinheiten benutzt wird, und der relevante Melkbecher 55 kann angebracht werden, wenn während einer vorbestimmten Zeit die Zitze in bezug auf den Melkbecher zentriert bleibt und daher in bezug auf die Sensoreinheiten.
Nach dem Anbringen des Melkbechers wird eine Rückschaltung zu dem T-Modus gemacht, bis eine andere Zitze der Kuh zentriert ist, worauffolgend dieser Melkbecher ebenfalls in den L-Modus gebracht werden kann.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall unerwarteter Bewegungen des (bewegenden) Objektes das beschriebene Robotersystem sofort von der L-Modussteuerung zu der T-Modussteuerung oder selbst zu der F-Modussteuerung umschalten wird.
Ein Schaltbild einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Betriebes des Robotersystemes von Figur 6 (Figur 8) benötigt kein Geschwindigkeitsfilter und nur die Werte Δx und Δy werden hierdurch analysiert, während das MODEL-Bilden weggelassen wird. Vorhersagewerte werden über den Block CONTROL zu dem Sensorblock 52, 69, 71 eingegeben.
Es wird weiter angemerkt, daß die Z-Koordinate oder Höhenkoordinate der Zitze der Kuh im allgemeinen konstant ist, und bei der gezeigten Ausführungsform hat sie einen Wert, der fest ist oder durch den CONTROL-Block bestimmt wird. In dem Fall der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform sind die Filterkoeffizienten in einer speziellen Situation des Systemes (F-, T- oder L- Modus) konstant, aber sie weisen einen unterschiedlichen Wert für jede Situation auf.
Erhebliche Analysen und Auswertung von Tests haben gezeigt, daß mit einer Abtastung bei 20 Hz der Signale von der Sensoranordnung 52 und den Sensoreinheiten 69, 71 ein genaues Model der Bewegungen einer Zitze einer Kuh aufgebaut werden kann; die Steuerung des Roboterarmes über die Servorsteuerung findet bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform alle 5 msec statt. Im Hinblick auf die Möglichkeit des Schaltens zwischen verschiedenen Bewegungsmodi wurde in der Praxis gefunden, daß dieses weit ausreichend ist zum Ermöglichen des Folgens einer Zitze einer Kuh und Anbringen oder Anordnen der Melkbecher auf eine genaue Weise.
Eine Roboterinstallation 101 (Figur 9) oder eine ähnliche Installation für eine automatische Anordnung von Melkbechern 102 auf dem Euter einer Kuh und das darauffolgende Wegbringen von Milch ist in den oben erwähnten Patentanmeldungen der gleichen Anmelderin beschrieben. Der schwenkbare Roboterarm 103 ist automatisch steuerbar unter Benutzung einer Ultraschallsensoreinheit 106 wie bei der vorliegenden Erfindung, die zentral auf einer Melkvorrichtung 107 vorgesehen ist.
Die Ultraschallsensoranordnung 106 (Figur 10) weist eine Ultraschallsensoreinheit 108 auf, die Ultraschallwellen sendet und empfängt gemäß von Pfeilen A. Über dem Ultraschallmeßwandler 108 ist ein Ultraschallspiegel 109 vorgesehen. Dieser Ultraschallspiegel 109 ist in einem hohlen Rohr 111 angeordnet, das unter Benutzung einer Getriebeübertragung 112 durch einen schematisch gezeigten Elektromotor 113 angetrieben werden kann. Ein Ständer oder eine Stütze 114 ist in fester Verbindung mit dem Melkbecher 107 und mit Anschlüssen 116 und 117 zum elektrischen Verbinden mit dem Meßwandler 108 versehen. Das Rohr 111 ist drehbar um den Ständer 114 über schematisch gezeigte Lager 118, 119.
Der Elektromotor kann elektrisch so angetrieben werden, daß das Rohr 111 und damit der Spiegel 109 sich vollständig herumdrehen, und daher wird ein kreisförmiges oder Steuergebiet um den Meßwandler abgetastet. Dieses ist der Fall, wenn die gegenseitigen Positionen der Zitzen 121 des Euters 122 einer Kuh (nicht gezeigt) zu bestimmen sind. Wenn ein Euter oder eine Zitze einer Kuh von einer Position, wie in Figur 9 gezeigt ist, aufgespürt werden soll, braucht das Rohr 111 durch dem Elektromotor 113 nur zum Beispiel um einen begrenzten Winkel vorwärts und rückwärts bewegt werden, so daß eine begrenzte Steuerung oder ein Kreissegment abgetastet wird, in welchem Kreissegment der Euter oder die Zitze erwartet werden kann wegen der bekannten bestimmten Position der Kuh.
Bei der in Figur 10 gezeigten Position - eine Ansicht von der Hinterseite der Kuh - wird der Melkbecher auf der vorderen rechten Seite der Melkvorrichtung 107 nach oben getragen oder geschoben, und das Rohr 111 wird praktisch stationär relativ zu dem Meßwandler 108 so, daß die Zitze 121 auf der vorderen rechten Seite des Euters 122 konstant durch dem Ultraschallmeßwandler 108 erfaßt wird. Wenn eine Abweichung in der richtigen Position der Zitze 121 relativ zu dem Becher 102 erfaßt wird, kann das Melkgestell 107 gewöhnlich sofort, wie durch Pfeile B gezeigt ist, angepaßt werden, und dieses im wesentlichen zweidimensional.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Ultraschallsensoreinheit 126 (Figur 11) gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Benutzung einer einstückigen Feder 127 an einem Tragaufbau 128 eines Gestelles 129 für vier Melkbecher angebracht, die aus Gründen der Klarheit weggelassen sind. Nur die Anbringungspunkte 131 für die Melkbecher an einem Boden 132 sind gezeigt. Der Boden 132 ist für eine begrenzte Bewegung an dem Tragaufbau 128 mit Federn 133 und Schraubbolzen 140 befestigtwdie Sensoreinheit 126 steht von der Seite zwischen den Melkbechern (nicht gezeigt) vor. Unter Benutzung von Innensechskantschrauben 134 und Schlitzen 135 kann ein Gehäuse 136 und mit ihm ein Ultraschallspiegel 137 einstellbar in der Position relativ zu einem verbindungsstück 138 und damit dem Tragaufbau 128 fixiert werden. Zusätzlich ist ein Elektromotor 139 an der Position in dem Gehäuse 136 mit einem Schraubbolzen 141 befestigt; ein Zahnring 143, der mit einem Antriebszahnrad 142 kämmt und fest mit dem Ultraschallspiegel 137 verbunden ist, ist somit in dem Gehäuse 136 mit dem Elektromotor 139 verbunden. Weiter ist in dem Gehäuse ein nach oben weisender Meßwandler 144 mit einer schematisch bezeichneten Verbindung 146 vorgesehen. Die Ultraschallwellen werden übertragen, wie durch die strichpunktierte Linie C gezeigt ist.
Wie in Figur 12 zu sehen ist, kann der Ultraschallspiegel eine Form annehmen, die leicht in der stehenden Richtung und der liegenden Richtung (Figur 11) so konkav ist, daß zusätzlich dazu, daß sie von dem Spiegel reflektiert werden, die Ultraschallwellen auch fokussiert werden. Wenn das Ultraschallbündel divergieren soll, kann die Ultraschallspiegelfläche eine leicht konvexe Form annehmen.
Die Elektromotoren 113 und 139 nehmen bevorzugt die Form eines sogenannten Schrittmotors so an, daß die Position und die Winkeldrehung der Ultraschallspiegelfläche nicht aus der Zeit der Drehung gemessen oder berechnet wird, sondern daß die Position direkt als Ausgabe des Schrittmotors zur Verfügung steht.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden sowohl der Abstand als auch die Richtung eines (bewegenden) Objektes relativ zu dem festen Meßwandler auf einfache Weise gemessen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines automatischen Melksystemes (Figur 13) wird ein bewegbarer Roboterarm 201 benutzt zum Bedienen von Melkplätzen 202, an denen die Kuh an genauen Positionen mittels Positionierelenente 203 und bewegbarer Futterbehälter 204 gehalten wird.
Eine Kuh (Figur 20) wird gezwungen, auf ihrem rechten Hinterlauf still zu stehen mittels einer kräftigen Stange 261 zum Schieben des Gewichtes der Kuh auf ihren anderen Hinterlauf, so daß ein Arm eines Melkgestelles zu dem Euter der Kuh bewegt werden kann.
Im Einzelnen (Figur 14) ist zu sehen, daß auf dem Zentrum des Melkgestelles 207 ein drehender Abtaster 208 eingebaut ist, und eine Detektoreinheit 209 ist neben dem Melkgestell vorgesehen.
Ein Positionierelement 203 (Figur 15) weist bevorzugt Rückhalteoberflächen 211 zum Zurückhalten der Hinterläufe einer Kuh bzw. geneigte Oberflächen 212, 213 zum Verhindern, daß die Kuh ihre Läufe von den Rückhalteoberflächen in die seitliche bzw. vordere Richtung bewegt, auf. Der hintere Teil des Positionierelementes ist mit Stangen 214, 215 versehen, die verhindern, daß die Kuh ihren Lauf nach hinten bewegt, und die ermöglichen, daß die Exkremente der Kuh dadurchfallen. Die seitlich geneigten Oberflächen 212 erstrecken sich zu einer Höhe ungefähr 70 mm über dem Bodenniveau, ohne daß eine flache Oberfläche für die Kuh zum Daraufstehen vorgesehen wird. Dieses ist jedoch hoch genug, so daß der Roboterarm zu dem Euter der Kuh gehen kann. Die Länge L beträgt ungefähr 300 mm, also ungefähr zweimal die Länge eines Laufes. Bevorzugt weist die hintere Stange 215 eine größere Distanz von dem Boden als die Stangen 214 auf, so daß die Kuh daran gehindert wird, rückwärts zu treten.
Ein automatisches Melksystem, z.B. ein solches, wie es in Figur 13 gezeigt ist, wird bevorzugt mittels einer Endgerätesteuereinheit 221 (Figur 16) gesteuert, die mit einem Schlitz 222 zum Einführen einer Floppy-Disk, einem Schirm 223 und einer speziell ausgelegten Tastatur 224 versehen ist.
Die Tastatur 224 ist bevorzugt mit Funktionstasten wie 226, 227 und 228 versehen. Jene Gruppen sind bevorzugt in Gruppen wie 229, 231 und 232, die funktionell verknüpfte Tastensetzer enthalten&sub4; Eine Taste 226' steuert zum Beispiel, nachdem diese Taste gedrückt ist, das Anbringen der Zitzenbecher an eine Kuh.
Da die Kuh mit Mitteln versehen ist zum automatischen Erkennen der Kuh, kann eine vollständige Geschichte der Kühe in einem Speicher, z.B. auf einer Floppy-Disk gespeichert werden.
Die Tastatur 224 kann leicht aus einer standardmäßig verfügbaren Tastatur wie von einem IBM- oder kompatiblen Computer abgeleitet werden. Der Landwirt wird jedoch nicht mit dem Auswendiglernen schwieriger Codes, z.B. aus drei Buchstaben belästigt werden; da die Funktionstasten bevorzugt mit Piktogrammen versehen sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform von Figur 13 werden unter Benutzung eines Positionierelementes 203 und des relativ zu der Länge der Kuh einstellbaren Futterbehälters die Position des Euters und der Zitze innerhalb eines "Fensters" von ungefähr 30 x 40 cm² gefunden. Tests wurden in dieser Hinsicht durchgeführt, und selbst in der Situation, daß die Zitzenpositionen der Kühe dem Computer vor dem Eintritt in einen Melkstand unbekannt waren, konnte die Erfassungseinheit 209 (Figur 14, 19A, 19B) die Position einer Zitze innerhalb des "Fensters" erfassen.
Bevorzugt besteht die Detektoreinheit 209 aus Meßgebern 231 bzw. 232, die oberhalb konischer Oberflächen 233 bzw. 234 derart vorgesehen sind, daß kein Schmutz auf die Meßwandleroberflächen fällt.
Der Roboterarm bewegt das Melkgestell 236 zu dem "Fenster" oder dem Gebiet, an dem das Euter erfaßt wird. Zuerst wird die rechte Zitze T an der Vorderseite gesucht, indem das Melkgestell und die Sensoreinheit 209 auf- und abbewegt werden. Aus der Analyse der Abtastdaten von der Sensoreinheit 209 kann erkannt werden, daß diese rechte vordere Zitze T gefunden worden ist.
Die Größe des "Fensters", durch das ein Sensor "sehen" kann, kann in Abhängigkeit von der empfangenen Information geändert werden. Information von außerhalb des "Fensters" kann außer Betracht bleiben.
Danach wird ein drehender Abtaster 237 die Steuerung der Position des Melkgestelles übernehmen. Dieser drehende Abtaster ist dann unter dem Euter zwischen den Zitzen. Unter der Steuerung dieses drehenden Abtasters 237 werden die Zitzenbecher mit der Zitze eine zur Zeit verbunden, wie im Stand der Technik beschrieben ist.
Wenn ein Zitzenbecher in der richtigen Weise verbunden ist, wird diese Tatsache durch ein Sensor in einer Vakuumleitung des Melksystemes erfaßt. Zitzenbecher 238 sind bevorzugt mit flexiblen Einfassungen 239 derart versehen, daß das Ansaugen von Luft aus der Umgebung verhindert wird, was die Ultraschalldetektor mittels der Einheiten 209 und 237 stören würde.
Die Sensoreinheit 237 ist für das Melkgestell durch Beine 241 vorgesehen, die durch Lager 242 bzw. 243 verbunden sind, und es kann aufwärts und Abwärts mittels eines hydropneumatischen Zylinders 244 bewegt werden.
Eine Melkplattform 246 als auch ein Verbindungsarm 247 sind mit dem Rahmen 248 des Melkgestelles mittels Federn 249 bzw. 251 v.erbunden. In dem unwahrscheinlichen Fall, daß die Kuh ihr rechtes Hinterbein auf das Melkgestell stellt, gibt dieses Melkgestell nach und wird automatisch getrennt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform von Figuren 19A und 19B kann eine reflektierende Oberfläche 251 der Einheit 237 mit ungefähr 167 upm gedreht werden. Die Sensoreinheit 237 weist weiter ein Kodiermittel 252, daß - nicht gezeigt - mit dem Computer verbunden ist, einen Elektromotor 253, ein Zahnrad 254, ein Kegelrad 256 und ein Antriebskegelrad 257 auf. Unter dem drehenden Spiegel 251 ist eine Meßoberfläche 258 vorgesehen, von der auch nachgewiesene Reflexionen zu der Datenverarbeitungsausrüstung der computerisierten Steuereinheit (nicht gezeigt) übertragen werden. Der Meßwandler benutzt eine Frequenz von ungefähr 400 kHz, so daß er nicht durch Rauschen aus der Umgebung gestört wird. Durch die hohe Drehzahl des Spiegels wird ein Fokussiereffekt für den Spiegel erreicht.

Claims

1. Melkmaschine, die mit vier Melkbechern versehen ist, bei der eine Ultraschallsensoreinheit zentral in Bezug auf die vier Melkbecher vorgesehen ist, wobei die Ultraschallsensoreinheit geeignet ist zum Aufspüren und/oder Verfolgen einer Zitze einer Kuh, bei der ein Meßwandler Ultraschallstrahlung in ein spezielles Gebiet strahlt, wobei die Strahlung von einer Reflektionsoberfläche eines Ultraschallspiegels reflektiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ulträschallspiegel und der Meßwandler relativ zueinander drehbar sind, so daß das durch den Meßwandler abzutastende Gebiet variabel ist, und daß an einer Abtastposition sich mindestens der Ultraschallspiegel zu einem Niveau oberhalb der Melkbecher erstreckt.

2. Melkmaschine nach Anspruch 1, bei der Information zweidimensionaler Position, die sich auf die Position von mindestens einer Zitze der Kuh bezieht, an dem Sensor verfügbar ist.

3. Melkmaschine nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Ultraschallspiegel eine leicht konvexe oder konkave Reflektionsoberfläche aufweist.

4. Melkmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der ein Motor zum Drehen des Ultraschallspiegels unterhalb oder an der Seite des Ultraschallmeßgebers vorgesehen ist.

5. Melkmaschine nach Anspruch 4, die mit einem Übertragungsmittel zum Übertragen der Rotationsbewegung des Motors auf den Ultraschallspiegel versehen ist.

6. Melkmaschine nach Anspruch 4 oder 5, bei der der Motor ein elektrischer Schrittmotor ist.

7. Melkmaschine nach Anspruch 6, bei der der Elektromotor und die Ultraschallsensoreinheit an einem Tragteil zum Tragen der Melkmaschine befestigt sind.