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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Eine
solche Vorrichtung ist aus der EP-A-0 385 539 bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zu verbessern,
wie im folgenden beschrieben ist.
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Gemäß der Erfindung
wird dies durch die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale erreicht.
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Dadurch
ist es möglich,
die vier Milchschläuche,
die sich von den Zitzenbechern zum Milchmengenmesser erstrecken,
relativ kurz auszubilden. Die Vorrichtung kann ferner einen Milchpufferbehälter umfassen,
der mit dem Roboterarm starr verbunden ist, wobei in der Milchleitung
zwischen einem Zitzenbecher und dem Milchpufferbehälter ein
Milchdurchflußmesser
angeordnet ist, der mit dem Roboterarm starr verbunden ist.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird im folgenden auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
Es zeigen:
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1 einen Melkroboter mit
einem Roboterarm, in dem die erfindungsgemäße Konstruktion angeordnet
ist;
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2 eine Seitenansicht dieses
Melkroboters;
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3 eine andere Art von Melkroboter
mit einem Roboterarm, in dem die erfindungsgemäße Konstruktion angeordnet
ist;
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4 eine geschnittene Seitenansicht
der erfindungsgemäßen Konstruktion
in der Ruhelage;
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5 bis 8 die verschiedenen Positionen, die von
einem Gehäuse
und einem Zitzenbecher während
des Anschließens
und Melkens eingenommen werden, während
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9 ein Diagramm zeigt, das
die Arbeitsweise eines aus einer oder mehreren Kameras bestehenden
Detektors zum Ermitteln der Position der Zitzen verdeutlicht.
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Entsprechende
Teile in den Zeichnungen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Die
in den 1 und 2 gezeigte Melkbox 1 ist
in herkömmlicher
Weise von einer Einfassung 2 umgeben und mit einer (nicht
dargestellten) Eingangs- und Ausgangstür versehen. In der Melkbox und
in ihrer unmittelbaren Nähe
ist eine automatische Melkmaschine angeordnet, die neben der üblichen Melkausrüstung einen
Melkroboter zum automatischen Anschließen von Zitzenbechern an die
Zitzen eines in der Melkbox befindlichen, zu melkenden Tieres, zum
automatischen Melken dieses Tieres und zum automatischen Abnehmen
der Zitzenbecher von den Zitzen enthält. Der Melkroboter umfaßt eine
Roboterarm-Konstruktion 3, die in Längsrichtung der Melkbox 1 bewegbar
ist. Die Roboterarm-Konstruktion ist mit einer Trageinheit 4 versehen,
die auf Schienen 5 und 6 bewegbar ist. Bei der
gezeigten Ausführungsform
ist die Schiene 5 rohrförmig
ausgebildet und in der Mitte über
der Melkbox 1 in Längsrichtung derselben
mittels an der Einfassung 2 angebrachter Stützen 7 angeordnet.
Die Schiene 6 ist etwa in halber Höhe der Melkbox an der Längsseite
der Einfassung 2 angeordnet, insbesondere an der Seite,
an der sich die Roboterarm-Konstruktion befindet. Die Schiene 6 ist
durch ein Winkelprofil gebildet, dessen Anlagefläche, auf der die Trageinheit 4 bewegt
werden kann, sich relativ zu der Melkbox 1 in einem Winkel
von etwa 45° schräg nach unten
und außen
erstreckt. Die Trageinheit 4 ist sowohl an ihrer Oberseite
als auch an ihrer Unterseite mit Rollen 8 und 9 versehen.
Die Rollen 8 und 9 sind an der Trageinheit 4 rechtwinklig
zueinander und in einem Winkel von etwa 45° relativ zu einer in Längsrichtung
der Melkbox stehenden, vertikalen Ebene derart angeordnet, daß die Trageinheit 4 an
der Schiene 5 mittels der Rollen 8 und an der
Schiene 6 mittels der Rollen 9 abgestützt ist.
Um zu verhindern, daß die
Trageinheit 4 aus den Schienen 5 und 6 herausgedrückt wird,
ist eine Verriegelungsvorrichtung vorhanden, die beispielsweise
durch eine an der Schiene 6 ausgebildete aufrechte Kante 10 oder
zusätzliche
(nicht dargestellte) Rollen gebildet ist, die ebenfalls an der Trageinheit 4 angebracht
und relativ zu der Schiene 5 diametral gegenüberliegend
zu den Rollen 8 angeordnet sind, so daß sich die Schiene 5 zwischen
den Rollen erstreckt. Die Trageinheit 4 kann auf den Schienen 5 und 6 mit
Hilfe eines Motors 11 bewegt werden.
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Die
Roboterarm-Konstruktion ist ferner mit einem seitwärts schwenkbaren
Abschnitt 12 versehen, der einen sich im wesentlichen nach
unten erstreckenden Träger 13 und
einen daran angebrachten Roboterarm 14 umfaßt. Der
seitwärts
schwenkbare Abschnitt 12 und folglich auch der Roboterarm 14 sind
um eine im wesentlichen horizontale Schwenkachse 15 schwenkbar,
die an oder nahe der Oberseite der Melkbox in deren Längsrichtung
angeordnet ist. Die Schwenkachse 15 und die Mittellinie der
Schiene 5 liegen in einer im wesentlichen vertikalen Ebene.
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Die
seitwärts
gerichtete Schwenkbewegung des Abschnittes 12 wird mittels
eines Arbeitszylinders 16 erzielt, der zwischen dem schwenkbaren
Abschnitt 12 und der Trageinheit 4 angeordnet
ist. Wie bereits erwähnt,
umfaßt
der seitwärts
schwenkbare Abschnitt 12 den Träger 13 und den Roboterarm 14. Der
Roboterarm 14 ist mittels eines Arbeitszylinders 17 höhenbewegbar
mit dem Träger 13 verbunden. Parallel
zu diesem Arbeitszylinder 17 sind eine oder mehrere Führungsstangen 18 angeordnet,
um einer Drehbewegung des Roboterarmes 14 relativ zu dem Träger 13 um
eine Achse in Längsrichtung
des Arbeitszylinders 17 entgegenzuwirken.
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Der
Roboterarm 14 umfaßt
ein Teilstück 19, das
sich schräg
nach unten in Richtung der Melkbox erstreckt, sowie ein sich horizontal
erstreckendes Teilstück 20.
Das letztgenannte Teilstück 20,
das sich als Träger
für die
Zitzenbecher 21 eignet, ist im folgenden im einzelnen beschrieben.
An dem Teilstück 20 ist
zusätzlich
ein Detektor 22 zum Ermitteln der Position der Zitzen angeordnet.
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Damit
ein Tier die Melkbox 1 betreten kann, ohne den Melkroboter
zu beschädigen,
kann der seitwärts
schwenkbare Abschnitt 12 der Roboterarm-Konstruktion so
weit nach außen
geschwenkt werden, daß der
Roboterarm 14 fast vollständig außerhalb der Melkbox 1 angeordnet
ist. Wenn sich ein Tier in der Melkbox befindet und die Zitzenbecher 21 angeschlossen
werden sollen, muß zunächst die
Roboterarm-Konstruktion 3 mit Hilfe des Motors 11 in Längsrichtung
der Melkbox so weit bewegt werden, d. h. in eine Position, in der
der Roboterarm 14 vollständig oder nahezu vollständig aus
der Melkbox herausgeschwenkt ist, daß der Roboterarm 14 mittels des
Arbeitszylinders 16 unter das Tier in eine Position bewegt
werden kann, in der der Detektor 22 die Position der Zitzen
ermitteln kann. Durch anschließendes
Betätigen
des Motors 11 und der Arbeitszylinder 16 und 17 können die
Zitzenbecher 21 an die Zitzen angeschlossen werden. Beim
Einstellen eines Zitzenbechers in die richtige Position zum Anschließen an eine
zugehörige
Zitze kann die Schwenkbarkeit des Roboterarmes 14 um die
Schwenkachse 15 von großem Vorteil sein, wenn die
Zitzen des Tieres etwas nach außen
gerichtet sind; diese Situation tritt insbesondere dann ein, wenn
relativ viel Zeit seit dem letzten Melkvorgang verstrichen ist.
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3 zeigt die Melkbox 1 mit
der Einfassung 2 und eine Ausführung der Roboterarm-Konstruktion 23,
die sich von der der 1 und 2 unterscheidet. Auch in
diesem Fall ist die Roboterarm-Konstruktion 23 mit Hilfe
eines Motors in Längsrichtung
der Melkbox mittels Rollen 25 auf einer Schiene 24 bewegbar. Die
Roboterarm-Konstruktion 23 ist mit einem Träger versehen,
der mittels einer Parallelogrammführung und eines Arbeitszylinders
höhenverstellbar
ist, wobei der Träger
auf der obengenannten Schiene 24 mittels eines Tragrahmens
bewegbar ist. An der Unterseite des Trägers ist ein Roboterarm 26 mit
einem Teilstück 20 angebracht,
das in einer horizontalen Ebene schwenkbar ist. Mit Hilfe von Arbeitszylindern 27 und 28 ist
das schwenkbare Teilstück 20 aus
einer Position außerhalb
der Einfassung 2 unter das Euter eines zu melkenden Tieres
schwenkbar. Die Roboterarm-Konstruktion in 3 wurde bereits im einzelnen in der EP-A-0
519 544 beschrieben; diese Beschreibung wird als Bestandteil der
vorliegenden Beschreibung der Zeichnungen betrachtet. Das sich in horizontaler
Richtung erstreckende Teilstück 20 des Roboterarmes
ist in den 1 bis 3 identisch und wird im folgenden
unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 beschrieben.
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Das
sich in horizontaler Richtung erstreckende Roboterarm-Teilstück 20 umfaßt ein Stützelement 29.
Dieses Stützelement
weist mindestens eine obere Seite 30 und eine hintere Seite 31 auf.
Zum Zwecke des Einbaus in den Roboterarm der 1 und 2 ist
das Stützelement
ferner mit einer Seitenplatte versehen, wobei diese Seitenplatte
mittels Bolzen 32 an dem nach unten gerichteten Roboterarm-Teilstück 19 befestigt
ist (1). Zum Zwecke
des Einbaus in den Roboterarm von 3 ist
das Stützelement
mit zwei Ansätzen 33 versehen,
in die eine vertikale Drehachse 34 (3) eingesetzt werden kann, mittels der das
horizontal ausgerichtete Roboterarm-Teilstück 20 unter Steuerung
durch den Arbeitszylinder 28 in einer horizontalen Ebene dicht
unter dem Euter eines zu melkenden Tieres bewegbar ist.
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Wenn
sich die Zitzenbecher 21 in der Ruhelage befinden, ist
es von Vorteil, wenn sie an ein Spülleitungssystem angeschlossen
sind oder aus dieser Ruhelage schnell an ein solches Spülleitungssystem
angeschlossen werden können.
Zu diesem Zweck sind bei der vorliegenden Ausführungsform unter der oberen
Seite 30 des Stützelementes 29 durch
Spülköpfe gebildete
Reinigungselemente 37 vorgesehen. In der in 4 gezeigten Ruhelage sind die
Zitzenbecher 21 mit diesen Spülköpfen 37 verbunden
und sind dann Bestandteil eines Spülleitungssystems, in welchem
eine Spülflüssigkeit über Leitungen 38 und
die Spülköpfe 37 durch
die Zitzenbecher 21 geleitet und über an die Zitzenbecher 21 angeschlossene
Milchschläuche 39 abgeleitet
werden kann. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, erstrecken
sich die Leitungen 38 teilweise durch den Roboterarm und
sind mit einer gemeinsamen Spülflüssigkeits-Zuführleitung
verbunden, die an einen Spülflüssigkeitsbehälter angeschlossen
ist.
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Für einen
Zitzenbecher 21 ist ein Gehäuse 35 vorgesehen.
Ein solches Gehäuse
ist um einen Gelenkstift 36 drehbar mit dem Stützelement 29 schwenkbar
verbunden und besteht aus zwei Platten, zwischen denen ein Zitzenbecher 21 beweglich angeordnet
ist. Ein Gehäuse 35 ist
mit einem ersten Arbeitszylinder 40 versehen, der auf einer
Seite um einen Gelenkstift 41 drehbar mit einer oder beiden Platten
des Gehäuses 35 und
auf der anderen Seite um einen Gelenkstift 42 drehbar mit
einem Tragschuh 43 für
einen Zitzenbecher 21 verbunden ist. Der Tragschuh 43 ist
ferner um einen Gelenkstift 44 drehbar mit dem Gehäuse 35 verbunden.
In dem Gehäuse 35 ist
ein zweiter Arbeitszylinder 45 angeordnet, der an einem
Ende um einen Gelenkstift 46 drehbar mit dem Stützelement 29 und
am anderen Ende um einen Gelenkstift 47 drehbar mit einer
oder beiden Platten des Gehäuses 35 verbunden
ist. In 4 ist der Arbeitszylinder 45 teilweise
eingefahren, so daß sich
das Gehäuse 35 in
seiner niedrigsten Position befindet und der Tragschuh 43 eine
solche Position einnimmt, daß der
von ihm getragene Zitzenbecher von dem Tragschuh 43 in
einer sich schräg
nach hinten erstreckenden Richtung abgestützt ist. In dieser Position,
der Ruhelage, ist die offene Oberseite des Zitzenbechers 21 mit
einem entsprechenden Spülkopf 37 verbunden.
Wenn der Arbeitszylinder 45 weiter eingefahren wird, bewegt
sich das entsprechende Gehäuse 35 um
die Achse 36 rotierend nach unten, während die Zitzenbecher 21 von
dem entsprechenden Spülkopf 37 gelöst werden.
Die von dem Gehäuse
und dem Zitzenbecher dann eingenommene Position ist in 5 gezeigt. Anschließend wird
der Arbeitszylinder 40 aktiviert, wobei der Tragschuh 43 zusammen
mit dem Zitzenbecher 21 um die Achse 44 gedreht
wird, bis er an einem Anschlag 48 an dem Gehäuse 35 festgelegt
wird. Der von dem Tragschuh 43 getragene Zitzenbecher 21 wird
dadurch in die Arbeitslage eingestellt, d. h. die Lage, in der die
offene Oberseite des Zitzenbechers nicht mehr geschützt ist.
Aus dieser Position, die in 6 gezeigt
ist, kann der Zitzenbecher 21 nach oben bewegt werden.
Eine solche Aufwärtsbewegung
wird dadurch erreicht, daß der
Arbeitszylinder 45 weiter ausgefahren wird, als in 4 gezeigt ist, so daß das sich
um den Gelenkstift 26 drehende Gehäuse 35 nach oben gedrückt wird.
Diese Situation ist in 7 dargestellt.
Wenn der Zitzenbecher 21 nach dieser Aufwärtsbewegung
an eine zugehörige
Zitze angeschlossen wird, kann das Ge häuse 35 nach unten bewegt
werden, was dadurch erreicht wird, daß der Arbeitszylinder 45 in
der anderen Richtung aktiviert und folglich eingefahren wird, insbesondere
in die in 8 gezeigte
Position. Obwohl der Zitzenbecher 21, der aufgrund des
Vakuums in dem Zitzenbecher an die Zitze angeschlossen bleibt, dadurch
von dem Tragschuh 43 gelöst ist, bleibt noch eine Verbindung zwischen
dem Zitzenbecher 21 und dem Gehäuse durch ein flexibles Element,
wie z. B. ein Seil, ein Kabel oder eine Schnur 49, bestehen.
Das flexible Element 49 erstreckt sich von der Unterseite
eines Zitzenbechers 21 durch einen Tragschuh 43 und
unter einer Rolle 50 im unteren Teil des Gehäuses 35 zwischen
dessen beiden Seitenplatten zu einem dritten Arbeitszylinder 51.
Während
der nach unten gerichteten Schwenkbewegung des Gehäuses muß der Arbeitszylinder 51 freigegeben
sein, so daß das
flexible Element, mittels dessen der Zitzenbecher 21 zuvor gegen
den Tragschuh 43 gezogen wurde, die Loslösung des
Zitzenbechers von dem Spülkopf
und anschließend
von dem Tragschuh nicht behindert. Um eine unnötige Länge des Arbeitszylinders 51 zu
vermeiden, ist das flexible Element 49 über ein Führungselement 52 am
Ende der Kolbenstange 53 geführt und anschließend an
dem Zylindergehäuse 54 befestigt. 8 zeigt die Position des
Arbeitszylinders 51, nachdem das Gehäuse 35 relativ zu
dem Stützelement 29 nach
unten bewegt und der Zitzenbecher 21 von dem Roboterarm 14 gelöst worden
ist. Nachdem der Milchfluß aus
dem entsprechenden Euterviertel versiegt oder nahezu versiegt ist,
muß der
Zitzenbecher von der betreffenden Zitze abgenommen werden. Wenn
das Vakuum in dem Zitzenbecher beseitigt und der Arbeitszylinder 51 aktiviert worden
ist, wird der herabfallende Zitzenbecher unverzüglich gegen den Tragschuh 43 gezogen
und die in
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6 gezeigte Position eingenommen. Durch
anschließendes
erneutes Aktivieren des Arbeitszylinders 40 kann der Zitzenbecher
wieder aus der Arbeitslage wieder in die Lage eingestellt werden, in
der die offene Oberseite des Zitzenbechers unter den entsprechenden
Spülkopf 37 befördert worden ist.
Durch anschließendes
teilweises Ausfahren des Arbeitszylinders 45 kann der Zitzenbecher 21 wieder mit
dem entsprechenden Spülkopf 37 verbunden werden,
und die in 4 gezeigte
Ruhelage ist wieder erreicht. 4 zeigt
ferner, in welcher Weise sich der an einen Zitzenbecher 21 angeschlossene
Milchschlauch 39 durch das Gehäuse 35 erstreckt.
Vom Anschlußpunkt
an dem Zitzenbecher 21 erstreckt sich dieser Milchschlauch über dem
Arbeitszylinder 51 und verläuft dann hinter diesem nach
unten zu einer Anschlußstelle
an dem Anschlußstück 55.
Die weiteren, an diesem Anschlußstück angeschlossenen
Milchleitungen sind in den Figuren nicht gezeigt. Durch die relativ
große
Schlaufe in dem Milchschlauch kann der Roboterarm in ausreichender
Entfernung von einem angeschlossenen Zitzenbecher bewegt werden.
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Wenn
beim Zurückziehen
eines Zitzenbechers an den Roboterarm der Arbeitszylinder 51 ausgefahren
wird, wird der Milchschlauch 39 gleichzeitig mittels des
Führungselementes 52 nach
oben und hinten bewegt, so daß sich
der Milchschlauch immer in einer kontrollierten Position befindet
und keine Gefahr besteht, daß der
Milchschlauch beschädigt
wird.
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Geht
man davon aus, daß die
in 5 gezeigte Position
die Ruhelage ist, wie in den 6 bis 8 gezeigt und oben beschrieben,
so kann ein Zitzenbecher an eine Zitze angeschlossen, nach dem Melken
von ihr abgenommen und in die in 5 gezeigte
Position zurückbewegt
werden. Aus dieser Ruhelage kann der Zitzenbecher, falls erforderlich,
mit Hilfe des Arbeitszylinders 45 mit dem zugehörigen Spülkopf 37 verbunden
werden, wie in 4 gezeigt,
und nach dem Reinigen des Zitzenbechers und der daran angeschlossenen
Milchleitung in die in 5 gezeigte
Ruhelage zurückbewegt
werden.
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Um
einen Zitzenbecher durch Hochschwenken an eine entsprechende Zitze
anzuschließen, muß die Position
der Zitze relativ zu dem Roboterarm bekannt sein. Zu diesem Zweck
ist ein Detektor 22 vorgesehen. An seiner vorderen oberen
Seite ist der Detektor 22 mit einer herausstehenden Platte
versehen, um zu verhindern, daß die
Zitze eines zu melkenden Tieres den Detektor selbst berührt und
ihn verunreinigt. Obwohl ein rotierender oder schwenkbarer Laserdetektor
als Detektor verwendet werden kann, wird eine schwenkbare Kamera
oder zwei in unterschiedlichen Winkeln fest angeordnete Kameras
oder eine fest angeordnete Kamera bevorzugt, in der über zwei
reflektierende Elemente, wie z. B. Spiegel, die in einem spitzen
Winkel zueinander angeordnet sind, zwei zueinander versetzte Bilder
erzielt werden. Um den Detektor 24 Stunden lang einsetzen
zu können,
also auch, wenn es in der Melkbox dunkel ist, sind diese Kameras
vorzugsweise als Infrarot-Kameras ausgeführt. Beim Einsatz solcher Kameras werden
mittels Bildanalyse die Konturen einer Zitze relativ zu einem bestimmten
Bezugspunkt R, beispielsweise der Mitte des von einer Kamera abgedeckten
Bildes, ermittelt. Wenn z. B. eine Zitze in einem Abstand a auf
der rechten Seite des vertikalen Durchmessers durch den Bezugspunkt
R und nach einer Schwenkbewegung der Kamera über einen Winkel φ in einem
Abstand b auf der linken Seite dieses vertikalen Durchmessers angeordnet
ist, so gilt für
den Abstand r der Zitze relativ zu der Kamera r = (a + b)/φ (9). Die Winkelposition β der Zitze
relativ zu der Position der Kamera in einer horizontalen Ebene kann
z. B. nach der Gleichung a = β·r durch Einsetzen
des obengenannten Wertes für
r ermittelt werden: β =
aφ/(a +
b). Da die Höhe
h, in der der Roboterarm beim Ermitteln der Position der Zitze angeordnet
ist, aufgrund der Position des Arbeitszylinders 17 bekannt
sein kann, kann die in Zylinderkoordinaten (r, β, h) ausgedrückte Position einer Zitze ständig auf
dem neuesten Stand gehalten werden. Die beiden zueinander versetzten
Bilder können
auch, wie oben erwähnt,
mit Hilfe zweier Kameras erzielt werden, die in einem spitzen Winkel
zueinander angeordnet sind, oder mit Hilfe einer fest angeordneten Kamera über zwei
Spiegel, die in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind.
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In 1 ist weiterhin ein Milchsammelglas 56 gezeigt.
In den allgemein üblichen
Melkvorrichtungen ist ein solcher als Milchmengenmesser dienender
Milchpufferbehälter,
wie z. B. ein Milchsammelglas, fest angeordnet. Es kann jedoch von
Vorteil sein, den Milchpufferbehälter
starr mit dem Roboterarm 14 zu verbinden, was den Vorteil
hat, daß vier
relativ kurze Milchschläuche
von den Zitzenbechern zu dem Milchpufferbehälter erforderlich sind. Von
dem Milchpufferbehälter
erstreckt sich eine weitere Milchleitung zu dem Milchtank. Anstelle
eines als Milchmengenmesser dienenden Milchpufferbehälters können sogenannte
Milchdurchflußmesser
in den Milchleitungen zwischen den Zitzenbechern und dem Milchpufferbehälter vorgesehen
sein. Diese Milchdurchflußmesser
können
von der Art sein, die in der NL-A-1002600 beschrieben ist, deren
Wortlaut in diese Anmeldung aufgenommen wird. Der Milchpufferbehälter 56 dient
dann nur als Aufnahmeelement. Einer dieser Milchdurchflußmesser 57 ist
in 1 durch strichlierte
Linien bezeichnet. Über
das Anschlußstück 55 ist
jeder dieser Milchdurchflußmesser mit
einer entsprechenden Milchleitung 39 verbunden.