JP2002512720A - 動物関連装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 動物関連装置はロボット腕（４）、少なくとも一つのレンズが備え付けられたカメラ手段（８）及び光源手段（６）を含み、動物関連作業を自動的に行うように備え付けられる。本発明によると、前記カメラ手段（８）は前記ロボット腕（４）上に配置され；光源手段（６）は見られる物体がそれが見られるのと実質的に同じ方向から照らされるように前記カメラ手段（８）と関連して配置され；前記光源手段（６）は、前記カメラ手段（８）によって見られる動物の一部分を照らすために、少なくとも一つの短くて集中的なライトフラッシュを供給するように適合されたフラッシュライトである。

Description

【発明の詳細な説明】 動物関連装置 技術分野 本発明はロボット腕、少なくとも一つのレンズが備え付けられたカメラ手段及 び光源手段を含む、動物関連作業を自動的に行うための動物関連装置に関する。 また、かかる動物関連装置を含む動物関連作業を行うための方法に関する。 かかる動物関連装置及びかかる方法はＥＰ−Ａ−０３００１１５から既に公知 であり、ＥＰ−Ａ−０３００１１５の装置では、カメラが床に取り付けられ、前 記光源手段（即ち光ビーム）が搾乳用房(milking stall）の側面上に配置される という事実から、光源手段及びカメラのレンズは多かれ少なかれ互いに垂直であ る。この照明は***上に乳頭の影を意図的に作る目的を有し、前記影は直接乳頭 を見る代わりに乳頭を見つけるためのカメラによって見られるためのものである 。 搾乳される動物の乳頭を見つけるための他の動物関連装置はレーザー感知器を 利用したＵＳ−Ａ−４８６７１０３及び超音波感知器を使用したＥＰ−Ａ−３０ ０５８２から公知である。 発明の目的 上述の技術のどれもが安全性に欠けることは証明されていない。それどころか 、例えば狭い範囲に置かれた動物を公知のシステムのために分けることは時々困 難である。何故ならかかる複数の乳頭が乳頭を見つけるために使用される技術の 種類によって一つの乳頭としてみされるかもしれないからである。 従って、本発明の目的は動物に行われる動物関連作業を可能にするために、動 物の乳頭を更に充分かつ正確に見つける動物関連装置を提供することである。 発明の概要 これは冒頭で述べられた種類の装置であって、 −前記カメラ手段が前記ロボット腕上に配置され； −光源手段は見られる物体がそれが見られるのと実質的に同じ方向から照らされ るように前記カメラ手段と関連して配置されることを特徴とし； −前記光源手段が前記カメラ手段によって見られる動物の一部分を照らすために 、少なくとも一つの短くて集中的なライトフラッシュを供給するように適合され たフラッシュライト手段であることを特徴とする装置によって解決された。 またこれは冒頭で述べられた種類の方法であって、次の一連の工程(sequence) によることを特徴とする方法によって解決された： −前記カメラ手段及び前記光源手段を前記ロボット腕によって動物の一部分の方 に向ける； −少なくとも一つの短くて集中的なライトフラッシュを供給するための前記光源 手段を制御する； −動物の前記部分の位置を確認するために捕らえられた画像を分析する； −前記ロボット腕を少なくともある程度動物の前記部分の方へ動かす； −動物の部分が安全に識別された場合、及びロボット腕が前記動物関連作業を行 うことが可能になるように動物の部分の充分近くへ動いた場合に動物関連作業を 行う。 この装置及び方法によって、はっきりした輪郭の高解像画像が達成され、その 画像は画像分析及び引き続き行われる前記動物関連作業によって、例えば乳頭を 見つけることを非常に容易にする。 好適には、前記光源手段はロボット腕上に配置される。これによって、光ビー ムの方向とカメラレンズの方向の関係が一定に保たれやすくなる。しかし前記方 向が実質的に同じに保たれている限り、光源手段が、例えば動物関連装置の基底 部上又は支柱上に配置されてもよいことは注目されるべきことである。 好ましくは、前記光源手段は連続する複数のライトフラッシュを供給するよう に適合される。特に、前記連続は動物の部分が安全に識別され、ロボット腕が前 記動物関連作業を行うことが可能になるように動物の部分の充分近くへ動くまで 繰り返される。これによって、例えば乳頭の方へ向かう連続する動きが行われる ことが可能となる。即ち照明の後、画像が分析されロボット腕が乳頭の方へ動か される。新しいフラッシュが乳頭を照らし、画像分析の後、ロボット腕が更に動 くことなどが可能となる。 好適には、前記光源手段は方向付けられた光ビームを与えるために反射鏡が備 え付けられる。これによって、動物の所望の部分のみを照らすことが可能となる 。更に、異なった種類の反射鏡を使用することにより、カメラレンズの焦点距離 に光ビームを適合させることが可能となる。 好ましくは、前記光源手段は実質的に環状の光ビームを最初に形成するために 実質的に環状の形である。これによって、下から見られた乳頭などの突出部分の 一部分の画像（この画像には影がない）を作ることが可能となる。 好適には、少なくとも一つのレーザー線が動物の前記部分を照らすために、動 物の前記部分に放射される。これによって、フラッシュが乳頭を照らす前及び／ 又は照らした後にレーザー感知技術を使用することが可能となる。或いは、定常 光(steady light)がフラッシュに続き、それが順に定常光に続く。従って、感知 技術の組み合わせが精度を増大するように少なくとも二種類の画像分析の組み合 わせが利用される。 好ましくは、画像捕獲手段が形状認識手段と共働する。好適には、前記形状認 識手段は輪郭分析によって動物の前記部分を識別するように適合される。これに よって、例えば乳頭の方位を素早く認識し、識別し、確認することが可能となる 。 好適には、前記ロボット腕の少なくとも一部分が傾斜した乳頭と実質的に同じ 方位へ乳頭カップ(teatcup)を傾けるように適合される。これによって、安全な 乳頭カップ取付が達成される。 図面の概要 図１は動物関連装置が備え付けられた動物用スペース内の牛を上から見た図で ある。 図２は動物関連装置が備え付けられた動物用スペース内の牛を側面から見た図 である。 図３は更なる実施例による動物関連装置が備え付けられた動物用スペース内の 牛を横から見た図である。 図４Ａ及び４Ｂは動物関連装置のロボット腕を上から見た図である。 図５Ａ及び５Ｂは異なった向きの乳頭への乳頭カップの取り付けを図示する。 発明の詳細な説明 図１は壁又は手すりなどの側面制限手段２によって側面を限定された搾乳用牛 房、飼養用牛房、通路又は動物治療用牛房などの動物用スペース１内の牛を概略 的に示す。 動物関連装置３は動物用スペース１に備え付けられる。装置上に配置されたロ ボット腕４は固定又は可動シャックルが備え付けられた取扱手段５によって動物 関連作業を行うように備え付けられる。更にロボット腕はフラッシュ及びカメラ （図２の参照番号８参照）の形の光源手段６が備え付けられる。図１に示される 取扱手段５はその取扱手段５内に乳頭カップ７を有する。 図２は図１に示されるように前記動物関連装置を概略的に図示するが、側面か らのものである。この図において、光源手段６が乳頭を照らすのと実質的に同じ 方向から乳頭を見るカメラ８が示される。 図３は図１に示される装置の別の実施例を概略的に図示し、これは短くて集中 的な光ビームによって乳頭を照らすためのフラッシュ及び一つ又はいくつかのレ ーザー線によって乳頭を照らすためのレーザー放射器を含む。 乳頭がレーザー線によって照らされている間にカメラ８が一つ又はいくつかの 乳頭を見るとき、カメラは画像を捕らえる。この画像はカメラによって見られる 線によって著しく影響を受ける。何故なら一般的な照明の欠如のせいで乳頭の解 像が悪いからである。乳頭の位置はＷＯ９７／１５９００に詳しく記載されてい る三角測量術によって計算される。 乳頭が光源からのフラッシュによって照らされている間にカメラ８が一つ又は いくつかの乳頭を見るとき、乳頭の位置はＷＯ９７／１５９０１に詳しく記載さ れているＲＧＢ（赤−緑−青）分析によって見つけられるであろう。或いは、乳 頭は輪郭分析によって見つけられ、この場合、典型的な乳頭の輪郭は牛の群全体 用又は牛個体用のメモリー内に記憶され、見られた乳頭の輪郭と比較される。 図４Ａにおいて、ロボット腕４は、固定グリッパーを伴う（即ちグリッパーの 腕が互いに可動でない）取扱手段５が備え付けられる。乳頭カップ、乳頭清掃器 、乳頭用噴霧器又はその類似物は好適に形成されたその部分へ取扱手段５のシャ ックルを挿入することによって持って来られる。 取扱手段は実質的に環状の光源手段が備え付けられる；環状の形は取扱手段の シャックルの間に乳頭カップ又はその類似物が挿入されることを可能にするため に壊される。 更に取扱手段５は小型カメラ８又は別の場所のカメラに接続された光ファイバ ーレンズだけが備え付けられる。 図４Ｂにおいて、取扱手段５は可動シャックルが備え付けられ、このシャック ルは乳頭カップ、乳頭清掃器又はその類似物に対する固着作用を行うためにジョ イント１０の周りで可動である。各シャックルは光源手段６及び一対の小型カメ ラ又は別の場所に置かれたカメラと接続された一対の光ファイバーレンズが備え 付けられる。 乳頭の位置はカメラ８によって乳頭を見ること及び好適な画像分析によって見 つけられる。二つのレンズの場合、パララックス現象が正確な位置を決定するた めに使用されてもよい。 図４Ａ及び４Ｂの光源６は二つの異なった種類の画像分析の利用を可能にする ために、フラッシュに加えて一定の光を与えてもよい。 図４Ａ及び４Ｂのロボット腕は下から乳頭を見るために好適であるが、これに 限定されない。何故ならシャックルが乳頭などの動物の突出部分から伸びる軸を 取り巻くように位置されるとき、環状の光源及び実質的に同じ方向を見るカメラ の組み合わせが実質的に影のない画像を与えるからである。 図４Ａ及び４Ｂに示されるロボット腕の取扱手段５が乳頭が側面から見られて もよいように回される又は傾けられることは注目されるべきことである。 勿論、図４Ａのロボット腕は一対のカメラ８が備え付けられてもよい。更に図 ４Ａ及び４Ｂの両方の光源手段はいくつかの光源部材（例えば光源に接続された 光ファイバーケーブルの端の列）に分けられてもよい。 図５Ａは乳頭への乳頭カップ取付を図示する。乳頭カップの位置は乳頭の低い 方の端の位置として従来から規定されてきた。 しかし図５Ｂは乳頭の方位が垂直面に関連して傾斜してもよいことを示す。そ のように傾斜した乳頭に上向きの乳頭カップを取り付けようとするとき、乳頭カ ップ取付の一連の工程がうまくいかないという大きな危険がある。 結果として、傾斜した乳頭への乳頭カップ取付を行うために、ロボット腕４（ 又は全部のロボット腕）の取付手段５は乳頭カップ７が乳頭の方位と実質的に同 じ方位へ傾けられることを可能にするために、回される又は傾けられるように適 合される。 垂直面Ｖに関連して乳頭の方位を確認するために、上述の画像分析が例えば乳 頭の輸郭を比較することによって利用される（図５Ａ及び５Ｂにおいて、カメラ や光源などが図面をよく理解できるように省略されている。）。また動物個体の 乳頭の方位は本分野において一般に使用される（従って更に詳しく記述しない） 、牛の識別手段と共働する制御手段内のメモリーに記憶される。 また動物関連作業（いかなる種類の関係のある作業が意味されても）が動物の 乳頭への乳頭カップ取付、動物の乳頭の清掃又はマッサージ、搾乳終了後の乳頭 への消毒噴霧、皮毛のブラッシングなどのいずれも意味することは注目されるベ きことである。 操作 動物用スペース１内に立っている牛は搾乳されることになっている。ロボット 腕４が乳頭カップを持って来て、乳頭の位置を見つけるための探索工程が開始す る。カメラは乳頭が見つけられそうな領域の方へ向けられる。一つ又はいくつか のレーザー線が領域の方へ放射される。 牛は四つの乳頭を有するが、カメラは牛の脚、わら又は側面制限手段２の横木 などの阻害要因のせいで、４以上の線を示す画像を捕らえるかもしれない。 どの線が本当の乳頭を表すのかを素早く確認するために、光源手段が短くて集 中的なライトフラッシュによって領域を照らすように制御される。 その時捕らえられた高解像画像は例えば乳頭の位置を確認するための輸郭分析 によって分析される。即ち阻害要因上のレーザー線をもはや考慮に入れる必要は ない。 もし乳頭が垂直面に関連して傾斜しているならば、乳頭カップは実質的に同じ 傾斜に傾けられる。 ロボット腕が目的の乳頭、即ち乳頭カップが取り付けられる乳頭の方へその時 動かされる。もし必要ならば、更にフラッシュが発生させられ、乳頭カップが乳 頭に取り付けられるまで乳頭カップの傾斜が調節される。 乳頭カップが全ての乳頭に取り付けられるまで一連の工程が繰り返される。 また作業の原理はＲＧＢ分析と輪郭分析の組み合わせに関する。 勿論、上述の一連の工程も乳頭の清掃などの他の動物関連作業に関する。 更に、牛を搾乳用動物として記述したが、羊、山羊、水牛及び馬などの他の動 物も意味することは理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ロボット腕（４）、少なくとも一つのレンズが備え付けられたカメラ手段 （８）及び光源手段（６）を含む、動物関連作業を自動的に行うための動物関連 装置において、 −前記カメラ手段（８）が前記ロボット腕（４）上に配置され； −光源手段（６）は見られる物体がそれが見られるのと実質的に同じ方向から照 らされるように前記カメラ手段（８）と関連して配置されること；及び −前記光源手段（６）が前記カメラ手段（８）によって見られる動物の一部分を 照らすために、少なくとも一つの短くて集中的なライトフラッシュを供給するよ うに適合されたフラッシュライト手段であることを特徴とする装置。 2. 前記光源手段（６）がロボット腕（４）上に配置される請求の範囲１に記 載の動物関連装置。 3. 前記光源手段（６）が連続する複数のライトフラッシュを供給するように 適合される請求の範囲１又は２に記載の動物関連装置。 4. 前記光源手段（６）が方向付けられた光ビームを与えるために反射鏡を備 え付けられる請求の範囲１〜３のいずれか一つに記載の動物関連装置。 5. 前記光源手段（６）が実質的に環状の光ビームを最初に形成するために実 質的に環状の形である請求の範囲１〜４のいずれか一つに記載の動物関連装置。 6. 少なくともレーザー放射器（９）が動物の前記部分の照明のための、少な くとも一つのレーザー線を前記部分に放射するために備え付けられる請求の範囲 １〜５のいずれか一つに記載の動物関連装置。 7. 前記カメラ手段（８）の画像捕獲手段が形状認識手段と共働する請求の範 囲１〜６のいずれか一つに記載の動物関連装置。 8. 前記形状認識手段が輪郭分析によって動物の前記部分を識別するように適 合される請求の範囲７に記載の動物関連装置。 9. 前記ロボット腕（４）の少なくとも一部分が傾斜した乳頭と実質的に同じ 方位へ乳頭カップを傾けるように適合される請求の範囲１〜８のいずれか一つに 記載の動物関連装置。 10．請求の範囲１〜９のいずれか一つに記載の動物関連装置を含む動物関連作 業を行うための方法であって、次の一連の工程によることを特徴とする方法： −前記カメラ手段（８）及び前記光源手段を前記ロボット腕（４）によって動物 の一部分の方へ向ける； −少なくとも一つの短くて集中的なライトフラッシュを供給するための前記光源 手段（６）を制御する； −動物の前記部分の位置を確認するために捕らえられた画像を分析する； −前記ロボット腕（４）を少なくともある程度動物の前記部分の方に動かす； −動物の部分が安全に識別された場合、及びロボット腕（４）が前記動物関連作 業を行うことが可能になるように動物の部分の充分近くへ動いた場合に動物関連 作業を行う。 11．−動物の部分が安全に識別される；及び −ロボット腕（４）が前記動物関連作業を行うことが可能になるように動物の 部分の充分近くに動く； まで前記の一連の工程を繰り返すことを含む請求の範囲１０に記載の方法。 12．少なくとも二種類の画像分析の組み合わせを利用することを含む請求の範 囲１０又は１１に記載の方法。 13．動物の前記部分を照らすためにレーザー源などの第二光源（９）を制御す ることを含む請求の範囲１０〜１２のいずれか一つに記載の方法。 14．前記の捕らえられた画像が乳頭であると認識される場合、垂直面に関連し て方位が確認されることを含む請求の範囲１０〜１３のいずれか一つに記載の方 法。 15．乳頭への乳頭カップ取付前に、乳頭の方位と実質的に同じ方位に前記乳頭 へ取り付けられる乳頭カップの方位を調節し、その後乳頭へ乳頭カップを取り付 けること含む請求の範囲１４に記載の方法。