DE3938077C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Orten von automatisch zu melkenden Zitzen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Orten von automatisch zu melkenden Zitzen

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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01J—MANUFACTURE OF DAIRY PRODUCTS
    • A01J5/00—Milking machines or devices
    • A01J5/017—Automatic attaching or detaching of clusters
    • A01J5/0175—Attaching of clusters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.
Im Zuge der vollständigen Automatisierung des Melkvorganges werden Ansetzautomaten oder Melk­ roboter entwickelt, die mit Hilfe von Sensorsystemen Zitzen orten und Melkzeuge ansetzen sollen. Nach an­ deren Verfahren werden die Zitzenpositionen der ein­ zelnen Tiere in einer zentralen Steuerung abgespeichert und die Zitzenbecher mit Hilfe dieser Positionsdaten angesetzt.
Es ist bekannt, daß durch Sensorsysteme wie z. B. Lichtschranken, Infrarotsensoren und Ultraschallsenso­ ren Zitzen gesucht werden sollen. Auch die Kombina­ tion von Lichtschranken und Ultraschallsensoren wurde bereits beschrieben (EP 03 00 115 A1, EP 0 209 202 A1, EP 0 213 660 A1).
Verfahren, die gespeicherte Zitzenpositionen anwen­ den, um Zitzenbecher anzusetzen, sind beispielsweise aus der EP 0 188 303 A1 bekannt, und weisen den Nachteil auf, daß die Tiere sehr exakt posi­ tioniert sein müssen und daß die Positionen ständig zu aktualisieren sind, da sich die Euterform sowohl inner­ halb eines Tages als auch innerhalb der Laktation än­ dert.
Bei dem in der EP 0 209 202 A1 beschriebenen Verfahren sind zur Grobpositionierung mehrere Ultraschallsensoren erforderlich. Der am Arbeitsorgan befestigte Sensor ist darüber hinaus dreh­ bar installiert, was unter den rauhen Einsatzbedingun­ gen nicht die erforderliche Zuverlässigkeit erwarten läßt (Seite 3, Zeile 3-21). Dieses bekannte Verfahren läßt sich au­ ßerdem nur bei Geräten anwenden, bei denen das Trag­ gestell für die Sensoren und die Melkbecher während des gesamten Melkvorganges am Euter verbleiben.
Aus der EP 0 213 660 A1 ist es bekannt, zur Grobpositionierung des Melkzeuges Ultraschallsensoren vorzusehen, die die Position der Kuh und nicht des Euters erfassen. Die Feinpositionierung soll mit einer in einem festen Ab­ stand oberhalb des Zitzenbechers angebrachten Licht­ schrankenmatrix erfolgen. Dies hat den Nach­ teil, daß beim Ansetzvorgang der die Lichtquellen und -empfänger enthaltende Halter in den Euterboden ge­ drückt werden kann und dadurch Abwehrreaktionen des Tieres ausgelöst werden.
Aus der EP-0 329 248 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Sensoreinheit an einem Greifertragarm ange­ ordnet ist und zur Positionsbestimmung einer zu melkenden Zitze dient. Die Sensor­ einheit umfasst mehrere individuelle Sensoren, die in geringer Höhe über dem oberen Zitzenbecherrand angeordnet sind und Abtastsignale, vorzugsweise Ultra­ schallsignale nach oben in Richtung des Euters aussenden. Der Greifertragarm bewegt sich solange in einer Horizontalebene unterhalb des Euters, bis die zu melkende Zitze in den Abtastbereich eines der Sensoren gelangt. Anschließend verkippen die Sensoren gegeneinander, damit die betreffende Zitze von allen Sensoren gleichzeitig detektiert und dann der Zitzenbecher unterhalb der Zitze fein positioniert werden kann. Nachteilig ist dabei, dass sich die Sensoren nicht nur während der Grobortung, sondern auch während der Feinortung unterhalb der zu melkenden Zitze befinden. Die Sensoren müssen dementsprechend zwangsläufig technisch aufwendige und kostspielige Komponenten enthalten, um aus ihrer relativ ungünstigen Position heraus noch präzise arbeiten zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf einfache Weise eine präzise Ortung einer zu melkenden Zitze mit relativ einfachen Bauteilen mög­ lich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß An­ spruch 7 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der Sensorrahmen mit der Lichtschrankenmatrix relativ zum Zitzenbecher auf- und abbewegt werden kann. Nach der Grobpositionierung des Greifertragarmes aufgrund der vom einzigen Ultraschallsensor übermittelten Informationen befindet sich der Sensorrahmen und der vom Greifer gehaltene Zitzenbecher noch unzentriert unterhalb der zu melken­ den Zitze. Durch Ausfahren des Sensorrahmens - bei gleichbleibender Position des Zitzenbechers - taucht die Zitze in die am Sensorrahmen angeordnete Lichtschran­ kenmatrix ein, welche die Lichtsignale im wesentlichen in horizontaler Richtung aussendet und empfängt, wodurch eine präzise und einfache Feinortung der zu melkenden Zitze durchführbar ist. Bei diesem Vorgang befindet sich der Zitzen­ becher noch unterhalb der zu melkenden Zitze, ohne diese zu berühren. Durch Nachführung des Greifertragarms wird dann der Zitzenbecher unterhalb der Zitze zentriert und zum Ansetzen an die Zitze vertikal nach oben bewegt, während der Sensorrahmen vorher oder gleichzeitig relativ zum Zitzenbecher nach unten gefah­ ren wird. Hierdurch kommt der Sensorrahmen beim Ansetzen des Zitzenbechers nicht mit dem Euterboden in Berührung, wodurch einerseits ein Abdichten des Zitzenbechers an der Zitze gewährleistet ist und andererseits eine Abwehrreaktion des Tieres vermieden wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unter­ ansprüche gekennzeichnet.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Greifertragarm (2), an dem ein schräg nach oben gerichteter Ultraschallsensor (US-Sensor) installiert ist, der durch Verfahren des Greifertragarms (2) einen Be­ reich abscannt, wodurch die Grobposition der zu su­ chenden Zitze ermittelt werden kann. Der vertikale An­ stellwinkel (a) ist dabei variabel vorgesehen, um rasse­ bedingte Unterschiede in der Zitzenlänge verschiedener Herden auszugleichen. Er ist jedoch so vorzusehen, daß die Schallkeule (3) dem Raum oberhalb des Zitzenbe­ chers schneidet. Nach Anfahren der ermittelten Position wird der Sensorrahmen (4) zur Feinpositionierung nach oben ausgefahren, damit die Zitze in die Lichtschran­ kenmatrix (gebildet aus Lichtquellen und Fototransisto­ ren in dem U-förmigen Sensorrahmen) eintaucht. Durch Nachfahren des Greifertragarms (2) aufgrund der von der Lichtschrankenmatrix übermittelten Daten wird der Zitzenbecher (6) unterhalb der Zitze zentriert.
Durch eine Vertikalbewegung des Greifertragarms (2) nach oben wird dann der Zitzenbecher (6) an die Zitze angesetzt, wobei der Sensorrahmen (4) wieder vertikal nach unten bewegt wird.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß durch den schräg nach oben gerichteten US-Sensor (1) ein Freiraum (8) oberhalb des Greifertragarms (2) geschaffen wird, so daß beim Anset­ zen der Zitzenbecher (6) an die Hinterzitzen, die Vor­ derzitzen nicht mit dem Greifertragarm (2) in Berüh­ rung kommen.
Ein weiterer Vorteil liegt in der vertikalen Beweglich­ keit des Sensorrahmens zur Feinfindung, weil dadurch einerseits während der Feinfindung die Zitzen tief ge­ nug in den Sensorrahmen (4) eintauchen können, ohne den Zitzenbecher vorzeitig zu berühren (Sensorrahmen ausgefahren), andererseits beim eigentlichen Ansetz­ vorgang der Sensorrahmen nicht soweit oberhalb der Zitzenbecheroberkante steht, daß er mit dem Euterbo­ den in Berührung kommt (Sensorrahmen eingefahren).
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt. Es ist der am Greifertragarm (2) befestigte US-Sensor (1) zu sehen, dessen Anstellwinkel (a) so angepaßt werden kann, daß die Schallkeule (3) den Bereich oberhalb des Zitzenbechers (6) bestreicht. Oberhalb des Sensors (1) ist dabei genügend Freiraum (8), um Berührungen mit den Vorderzitzen zu vermeiden.
Der sich oberhalb des Greifers (5) mit Zitzenbecher (6) befindliche Sensorrahmen (1) ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel an einem oder mehreren Hubzylindern (7) befestigt, die eine vertikale Bewegung ermöglichen.
In einer besonderen Ausführungsform sind diese Zy­ linder (7) beweglich, z. B. an Federn befestigt.
In einem zweiten, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Sensorrahmen (4) von parallel am Greifertragarm (2) befestigten Hubzylin­ dern über Hebel in die erforderliche Höhe angehoben.

Claims (14)

1. Verfahren zum Orten von automatisch zu melkenden Zitzen, bei dem ein Ultraschallsensor (1) einen vorbestimmten Bereich abscannt und die Grobposi­ tion der Zitze bestimmt,
anschließend ein Greifertragarm (2) einen Zitzenbecher (6) grobpositioniert und
anschließend mit Hilfe einer an einem Sensorrahmen (4) angeordneten Lichtschran­ kenmatrix feinpositioniert,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorrahmen (4) auf Höhe der Zitze angehoben, die Zitzenposition geortet und anschließend der Sensorrahmen abgesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallkeule (3) des Ultraschallsensors (1) den Raum oberhalb des Zitzenbechers (6) schneidet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorrahmen (4) zur Ermittlung der Feinposition der Zitze nach oben ausgefahren wird und die Zitze in die Lichtschrankenmatrix eintaucht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zitzenbecher (6) zur Feinpositionierung aufgrund der von der Lichtschrankenmatrix übermittelten Daten mit Hilfe des Greifertragarms (2) unterhalb der Zitze zentriert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Feinpositionierung und vor Beginn des Melkvorgangs der Sensorrahmen (4) eingefahren wird und der Zitzenbecher (6) durch Hochfahren des Greifertragarms (2) an die Zitze angesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorrahmen (4) relativ zum Zitzenbecher (6) mittels Hubzylindern (7) nach oben und unten bewegt wird.
7. Vorrichtung zum Orten von automatisch zu melkenden Zitzen
mit einem positionierbaren Greifertragarm (2),
mit einem Ultraschschallsensor (1) und einem Sensorrahmen (4) am Greifertragarm (2),
mit einer am Sensorrahmen (4) angeordneten Lichtschrankenmatrix,
mit einem am Greifertragarm (2) angeordneten Greifer (5), der einen Zitzenbecher (6) hält, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensorrahmen (4) zur Feinortung der Zitze relativ zum Zitzenbecher (6) nach oben in eine Meßposition und anschließend nach unten in eine Ruheposition bewegbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsensor (1) schräg nach oben gerichtet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschrankenmatrix Lichtquellen und Fototransi­ storen umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen und Fototransistoren im wesentli­ chen horizontal ausgerichtet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorrahmen (4) U-förmig ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorrahmen (4) an einem oder mehreren, vertikal ein- und ausfahrbaren Hubzylindern (7) befestigt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubzylinder (7) beweglich an Federn befestigt sind.
14. Vorrichtung nach einem Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorrahmen (4) von parallel zum Greifertragarm (2) verlaufenden und an diesem befestigten Hubzylindern über Hebel anhebbar ist.
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