DE69606059T2

DE69606059T2 - Zitzenlokalisation zum melken

Info

Publication number: DE69606059T2
Application number: DE69606059T
Authority: DE
Inventors: Christopher Hall; Robert Lee; Benny Oernerfors; Susan Spencer; Jan Stein; John Street
Original assignee: Alfa Laval Agri AB
Current assignee: DeLaval Holding AB
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: SE9503792D0; US5934220A; JPH11513573A; IL123985A; WO1997015900A1; DE69606059D1; JP3916255B2; EP0858640B1; EP0858640A1

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Führen eines Trägers für Melkgerätschaften in Richtung auf eine Zitze eines Milch gebenden Tiers und eine Anordnung zum Führen eines Trägers für Melkgerätschaften.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Innerhalb der letzten zwanzig bis dreißig Jahre sind zahlreiche Vorschläge für Verfahren gemacht worden, nach denen Melkgerätschaften, definitionsgemäß bestehend aus einem an eine Melkmaschine angeschlossenen Melkbecher, einer Zitzenreinigungsvorrichtung und einer Zitzenuntersuchungsvorrichtung, selbsttätig an eine Zitze eines Milch gebenden Tiers, etwa einer Kuh, angesetzt werden können, so dass während des Melkvorgangs kein Melker das Tier zu überwachen braucht.
Nachdem seit einiger Zeit für den eigentlichen Melkvorgang automatische Vorrichtungen üblich geworden sind, ist es das Ansetzen des Melkbechers ohne ständig erforderliche Überwachung, was als das Haupthindernis für die Entwicklung des vollautomatischen Melkens anzusehen ist, die in erster Linie verbliebene Schwierigkeit beim "Melken nach Bedarf".
Aus vielen Gründen, z. B. Sicherheit und Wohlergehen der Tiere, Milchhygiene und Wirtschaftlichkeit, muss das Ansetzen des Melkbechers ganz außerordentlich zuverlässig erfolgen. Das heißt, ein Melkbecher muss in jedem Fall schnell und genau an eine Zitze angesetzt werden, wenn ein Tier zum Melken eintrifft. Ferner müssen die Gerätschaften, die das Anbringen durchführen, unter schwierigen Bedingungen arbeiten und müssen haltbar, dabei aber nicht zu teuer sein.
In der Europäischen Patentschrift EP-A-306 579 ist eine Kombination eines allgemeinen Sensors mit einem lokalen Sensor beschrieben, die einen Melkbecher auf eine Zitze führen. Der allgemeine Sensor ist in Längsrichtung des Melkstandes angeordnet und richtet einen von einem Laser ausgesandten Lichtstreifen in den Bereich, wo sich das Euter und die Zitzen eines Tiers in dem Melkstand zum Melken befinden. Der Lichtstreifen fällt auf ein Euter und, sofern dort anzutreffen, auf Zitzen und erzeugt Lichtlinien auf dem Euter und den Zitzen. Der Lichtstreifen kann über den Bereich hinweg in eine geeignete Stellung geschwenkt werden. Als Bestandteil des Sensors ist eine Kamera angebracht, die ein Bild der Linien erzeugt. Das Bild umfasst unterbrochene Linien für die Zitzen, wenn diese von dem Lichtstreifen beleuchtet werden. Diese Linien werden in einer Steuerungseinrichtung analysiert, um die Lage der Zitze(n) zu finden und durch Triangulation Koordinaten für zwei Horizontalachsen und eine Vertikalachse zu berechnen. In der Steuerung gespeicherte Bezugswerte für die Koordinaten erleichtern die Analyse durch Begrenzung der Such- und Rechenzeit. Die errechneten Koordinaten werden benutzt, um die lokalen Sensoren in den Bereich einer Zitze zu führen. Die Kenntnis der Bezugskoordinaten kann genutzt werden, um die Bildanalyse auf den Bildteil zu begrenzen, in dem man Zitzen erwarten kann, wodurch die Rechenzeit verkürzt wird.
Diese offenbarte Anordnung hat den Nachteil, dass zwei Sensoren erforderlich sind und dass einer von ihnen in Längsrichtung des Melkstandes in einer exponierten Lage angebracht werden muss.
US-A-4867 103 zeigt die Schritte des Bewegens eines Trägers für Melkgerätschaften in eine Ausgangsstellung, wobei mit einem Lichtstreifen ein Bereich beleuchtet wird, in dem sich mindestens ein Euter befindet, das Aufnehmen von Bildern mit einer Videokamera von dem genannten Träger aus, das Analysieren der aufgenommenen Bilder, um die Position von gesuchten Zitzen zu ermitteln und das Bestimmen von deren Position.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer verbesserten Ortungstechnik bei Verfahren zum automatischen Melken, nach welcher der vollständige Vorgang der Ortung der Zitzen vorgenommen werden kann.
Die Erfindung ist in dem beanspruchten Verfahrensanspruch 1 definiert. Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass keine sogenannten historischen Werte hinsichtlich des Orts der Zitzen der Einzeltiere benötigt werden. Die Tiere brauchen nicht in besondere Melkstände mit engen Leitführungen gebracht zu werden. Sie können sich in dem Bereich des Melkstandes frei bewegen.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren im Anschluss an das Auswählen einer anzusteuernden Zitze den Schritt:
- nur ein Teilbild des genannten aufgenommenen Bildes zu analysieren, welches Teilbild die genannte anzusteuernde Zitze enthält. Dadurch wird eine Beschleunigung des Verfahrens erreicht.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:
- in dem genannten aufgenommenen Bild die Position des Eintrittspunktes eines Melkbechers für eine anzusteuernde Zitze anzugeben,
- den Abstand des Melkbecher-Eintrittspunktes von der Position der anzusteuernden Zitze quantitativ anzugeben, und
- eine Zielsuchinformation für den genannten Träger auf der Grundlage der Größe des genannten Abstands zu liefern.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
- den genannten Abstand durch Flächengrößen des genannten erfassten Bildes quantitativ zu bestimmen.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
- den Träger so zu führen, dass das Teilbild des erfassten Bildes innerhalb des erfassten Bildes dorthin bewegt wird, wo der Eintrittspunkt für einen gehaltenen Melkbecher sich an der Bildstelle des Melkbechereintrittspunktes für den gewählten Melkbecher befindet.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
- etwaige gesuchte Zitzen als jeweilige Bildpunkte zu identifizieren, die sich in der Nachbarschaft befinden und eine Form und eine Position haben, die einer von dem Licht beleuchteten Zitze entspricht.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
- etwaige gesuchte Zitzen zu identifizieren, indem das Bild in einer Folge von Vertikalabtastungen abgetastet wird, um den hellstens Bildpunkt in jeder Abtastung zu ermitteln.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
- den hellsten Bildpunkt in einer vertikalen Geraden von Bildpunkten unterschiedlicher Helligkeit zu ermitteln.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren auch den Schritt:
- eine etwaige anzusteuernde Zitze aus genannten, in benachbarten Abtastlinien befindlichen hellsten Bildpunkten zu ermitteln, die eine im wesentlichen waagerechte Längsstrecke in einem vorgewählten Bereich von Bildpunkten bilden.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
- einen die genannten, etwaigen anzusteuernden Zitzen enthaltenden Bereich mit Hilfe eines Betätigungsgeräts zu beein flussen, so dass zumindest eine Zitze in Bewegung gesetzt wird, und
- die genannte mindestens eine Zitze durch Herbeiführen der genannten Bewegung zu identifizieren.
Der Hauptvorteil bei diesem Schritt ist, dass der Betätigungsschritt die Zitzen in Bewegung setzt, wodurch dem System die Identifizierung der Zitzen erleichtert wird. Ein weiterer Vorteil dieses Schrittes ist, dass Strohstücke abgewischt werden können, wodurch eine Fehlerquelle beseitigt wird.
Vorzugsweise wird der Betätigungsschritt in einer ersten Ausführungsform vorgenommen, indem das genannte Betätigungsgerät in gegenständlichen Kontakt mit den genannten gesuchten Zitzen gebracht wird.
Vorteilhafterweise wird der Betätigungsschritt in einer zweiten Ausführungsform durch Verspritzen eines Fluids in Richtung auf die genannten gesuchten Zitzen gebildet.
Vorzugsweise ist das Betätigungsgerät in einer dritten Ausführungsform so ausgebildet, dass sowohl ein Fluid in Richtung auf die genannten gesuchten Zitzen gespritzt wird als auch das genannte Betätigungsgerät in gegenständlichen Kontakt mit den genannten gesuchten Zitzen gebracht wird.
Vorteilhafterweise wird der Identifizierungsschritt vorgenommen, indem die genannte mindestens eine Zitze identifiziert wird, indem eine charakteristische Bewegung dieser Zitze hervorgerufen wird.
Dieser Schritt ermöglicht es, eine Zitze von einem Bein eines milchgebenden Tiers zu unterscheiden, welches Bein eine andersartige charakteristische Bewegung zeigt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt:
- die obenerwähnten Schritte zu wiederholen, wobei mit dem Beleuchtungsschritt begonnen wird, bis jede der Zitzen eines Milch gebenden Tiers als anzusteuernde Zitze gewählt worden ist und der genannte Träger und jedes darauf befindliche Melkgerät auf jede einzelne Zitze gerichtet gewesen ist.
Die Erfindung wird ferner in dem beanspruchten Vorrichtungsanspruch 15 dargestellt. Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass sie nicht auf sogenannte historische Daten über die Tiere zurückzugreifen braucht. Die Tiere brauchen nicht in spezielle Melkstände mit engen Leitführungen gebracht zu werden. Sie können sich innerhalb der Begrenzungen des Melkstandes frei bewegen.
Vorteilhafterweise umfasst die Informationsverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zum Wählen eines die genannte anzusteuernde Zitze enthaltenden Teilbildes von dem erfassten Bildsignal und zum Analysieren nur dieses Teilbildes, wodurch die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Verarbeitungsschritten des genannten Teilbildes verkürzt wird. Dadurch wird ein beschleunigtes Arbeiten der Anordnung erreicht.
Vorzugsweise liefert die Einrichtung zur Bildsignalverarbeitung in dem genannten erfassten Bild die Lage eines Melkbechereintrittspunkts für eine anzusteuernde Zitze.
Vorteilhafterweise umfasst die Einrichtung zur Bildsignalverarbeitung eine Einrichtung zum Quantifizieren des Abstands des Melkbechereintrittspunktes von der Position der genannten anzusteuernden Zitze und liefert Zielinformationen für den genannten Träger auf der Grundlage der Größe des genannten Abstands.
Vorzugsweise veranlasst die Zielinformation eine umso schnellere Bewegung des Trägers je größer der Abstand ist.
Vorteilhafterweise umfasst die Anordnung ferner ein Betätigungsgerät zum Aktivieren eines die genannten etwaigen anzusteuernden Zitzen enthaltenden Bereichs, so dass sich mindestens eine Zitze in Bewegung setzen lässt, sowie eine Überwachungseinrichtung zum Identifizieren der genannten mindestens einen Zitze durch Herbeiführen der Bewegung.
Der Hauptvorteil ist, dass es für das System einfacher ist, die Zitzen zu identifizieren, wenn diese sich bewegen oder nachdem sie eine Bewegung ausgeführt haben. Ein weiterer Vorteil ist, dass Strohstücke beseitigt werden können, wodurch eine Fehlerquelle ausgeschaltet wird.
Das Betätigungsgerät ist vorzugsweise auf dem genannten Träger angeordnet.
Vorteilhafterweise ist bei einer anderen Ausführungsform das Betätigungsgerät auf einem besonderen, bewegbaren Träger angeordnet.
Vorzugsweise ist bei einer anderen Ausführungsform das Betätigungsgerät in einem Melkstand auf dem Boden angeordnet.
Vorteilhafterweise ist das Betätigungsgerät bei einer anderen Ausführungsform auf einem Pfosten in einem Melkstand angebracht. Vorzugsweise ist das Betätigungsgerät mit Spritzdüsen zum Verspritzen eines Fluids in Richtung auf die genannten Zitzen ausgestattet.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Fluid um Wasser oder eine andere Flüsigkeit.
Vorzugsweise stellt in einer anderen Ausführungsform Luft das genannte Fluid dar.
Vorteilhafterweise weist das genannte Betätigungsgerät zwei gegenläufig rotierende Bürsten auf.
Vorzugsweise weist in einer anderen Ausführungsform das Betätigungsgerät sowohl Spritzdüsen zum Verspritzen von Fluid in Richtung auf die Zitzen als auch zwei gegenläufig rotierende Bürsten auf.
Im Rahmen der Erfindung arbeitet das Ortungsverfahren mit einem Laser, um einen im wesentlichen horizontal verlaufenden Lichtstreifen auf die Zitzen eines Milch gebenden Tiers zu richten. Das Auge sieht diesen Laserlichtstreifen als helle, insgesamt horizontal verlaufende Linie auf jeder Zitze im Bereich des Lichtstreifens und weitere derartige Linien auf anderen Teilen des Tierkörpers, etwa den Beinen, wenn diese sich im Bereich des Lichtstreifens befinden.
Eine Videokamera ist auf die Zitzen ausgerichtet. Die Sichtachse der Kamera kann innerhalb des Lichtstreifens, über oder unter dem Lichtstreifen liegen und schließt einen Winkel mit der Achse der Lichtstreifenebene ein. Praktischerweise blickt die Kamera durch den Lichtstreifen aufwärts. Der Laser und die Kamera stehen in fester Position zueinander und bewegen sich, feststehend auf einem Melkgerätträger montiert, als Ganzes.
Die Kamera empfängt ein insgesamt mit dem Bildeindruck des Auges vergleichbares, jedoch einfarbiges Bild. Das Bild wird dann verarbeitet, um die helle Linie wiederherzustellen, die auf jede in Sichtrichtung befindliche Zitze fällt. (Achtung: der Ausdruck Bild wird benutzt, obwohl bei Gebrauch der Anordnung kein Bild sichtbar gemacht wird.) Eine der Zitzen aus dem Bild wird gewählt, praktischerweise die vordere rechte Zitze, wenn ein Melkroboter, wie er beispielsweise in GB-A-2 258 382 beschrieben ist, sich dem Euter von der rechten Seite des Tieres und rückwärts von dem Tier in Richtung auf das Euter nähert, und Laser und Kamera werden, gesteuert von aus der Bildverarbeitung gelieferten Informationen, bewegt, um sich der ausge wählten Zitze durch Bewegen in Richtung auf das jeweilige helle Linienbild auf der Zitze zu nähern.
Dieses Vorgehen unterscheidet zuverlässig die eine Zitze von einer anderen durch die jeweiligen Positionen in dem Bild in bekannten Positionen. Ebenso kann es Zitzen von Gegenständen im Hintergrund, etwa einem Bein oder einem Schwanz oder einem Teil des Melkstandes oder sogar Verschmutzung, etwa durch Stroh oder sonstige Vegetation, die sich im Bereich der Zitzen befinden kann, an Hand von Größe oder Form oder unwahrscheinlicher Lage, unterscheiden. Es ist ferner verhältnismäßig wenig beeinflussbar durch Streulicht und unterschiedliche Stärke der Umgebungshelligkeit, denn die Linie auf einer Zitze ist unterscheidungskräftig hell und von bekannter Wellenlänge, die mit einem geeigneten Filter speziell gewählt werden kann.
Bei einer Ausführungsform sind Laser und Kamera angebracht auf einem Träger für Melkgerätschaften in Gestalt des Melkbecherhalters eines Melkroboters, so dass der Roboter so gesteuert werden kann, dass er sich einer gewählten Zitze nähert, die ausreichend nahe liegt für einen Melkbecher oder sonstiges Gerät auf dem Träger, um mit Sicherheit an die gewählte Zitze angelegt zu werden.
Durch wiederholte Anwendung des Verfahrens bei jeder verbleibenden Zitze, kann jeweils ein Becher an jede Zitze angesetzt werden. Andererseits kann die Position der verbleibenden Zitze oder Zitzen ermittelt werden aus der festgestellten Position der gewählten Zitze und gespeicherten Informationen für das spezielle Tier, vorhergehende Melkvorgänge eingeschlossen, um den Melkbecher ohne Verwendung der Technik anzusetzen, sobald der erste Melkbecher erfolgreich angesetzt worden ist.
Der Gebrauch des Begriffs Milch gebendes Tier in dieser Anmeldung soll auf jede Art von Milch gebenden Tieren angewandt sein, beispielsweise Kühe, Schafe, Ziegen, Büffel und Pferde.

ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN

Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:
Fig. 1: schematischer Aufbau des Geräts zur Gewinnung eines Bildes zur Unterscheidung von Zitzen,
Fig. 2: Blockdiagramm der Verfahrensschritte,
Fig. 3: Blockdiagramm der Bildverarbeitungshardware,
Fig. 4: Wiedergabe des von der Kamera aufgenommen Bildes,
Fig. 5: Fließdiagramm des Steuerungsablaufs,
Fig. 6: drei Aufrisse eines Aufbaus für einen Laser und eine Kamera,
Fig. 7: ein Beispiel für die Reihenfolge, in der die Zitzen eines Milch gebenden Tiers gewählt werden,
Fig. 8a: eine erste Ausführungsform eines Betätigungsgeräts,
Fig. 8c: eine dritte Ausführungsform des Betätigungsgeräts,
Fig. 9a: eine mit Fig. 4 vergleichbare Wiedergabe der von der Kamera aufgenommenen Bilder zur Erläuterung der Verwendung des Betätigungsgeräts in der Anordnung,
Fig. 9b: eine mit den Fig. 4 und 9a vergleichbare Wiedergabe der von der Kamera aufgenommenen Bilder zur Erläuterung der Verwendung des Betätigungsgeräts in der Anordnung,
Fig. 10: Erläuterung der durch das Betätigungsgerät hervorgerufenen Bewegung der Zitzen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine spezielle Ausführungsform soll nun ausführlicher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt einen kleinen Laser 10, etwa ein 5 mW-Gerät der Firma Vector Technology, England, ausgestattet mit einem Objektiv 11 zur Erzeugung eines Lichtstreifens 12 mit einem Öffnungswinkel von etwa 60º bis 100º gleichmäßiger Helligkeitsver teilung. Ein derartiger Laser stellt ein Rohr von etwa 12 mm Durchmesser und 75 mm Länge mit ziemlich dünnen Zuführungsleitungen dar, so dass er für den Melkbecherträgerarm 13 eines Roboters kein schweres Zusatzgewicht bedeutet, selbst wenn er am äußersten Ende des Roboterarms angeordnet ist. Der Laser 10 ist so ausgerichtet, dass er den Lichtstreifen 12 in einem geringen Abstand oberhalb der Öffnung 14 eines Melkbechers 15 verlaufen lässt, wenn er in den Träger 16 des Roboterarms eingesetzt ist.
Ferner ist eine kompakte Festkörperkamera 17 an dem Melkbecherträger 16 angebracht. Diese Kamera ist eine 2 inch (12 mm) ladungsgekoppelte (CCD) Kamera mit Objektiv 18, das einen Sichtwinkel von 90º in der Vertikalebene liefert. Die Kamera bietet einen 90º-Sichtwinkel in der Vertikalebene. Die Kamera ist in einem solchen Winkel zu dem Lichtstreifen 12 angeordnet, dass der eine Rand des Sichtwinkels auf oder unterhalb der Öffnung des Melkbechers 14 und damit unterhalb des Lichtstreifens 12 verläuft, während der andere Rand gegenüber einer Senkrechten auf die Ebene des Lichtstreifens nach rückwärts gerichtet ist. Diese Ausrichtung des Sichtwinkels der Kamera erleichtert die Unterscheidung zwischen Gegenständen in unterschiedlichen Abständen von der Kamera.
Die Videoleistung der Kamera bietet eine Auflösung von etwa 400 · 400 Bildpunkten bei einer Bildfrequenz von 25 Hz (40 ms/Bild) oder 400 · 200 Pixel bei einer Bildfrequenz von 50 Hz (20 ms/Bild). Der Schärfenbereich des 90º-Objektivs reicht von 300 bis 50 mm, wenn auf eine kleine Öffnung (f/16) abgeblendet wird. Bei der beschriebenen Kamera bedeutet das eine Auflösung von etwa 4 Pixel/Grad, ungefähr 1 mm Auflösung bei 200 mm mit einem Blickfeld von 450 mm. An der Kamera kann ein Filter angebracht werden, um den Einfluss des Umgebungslichts für von der Laserwellenlänge abweichende Wellenlängen herabzusetzen. Üblicherweise ist ein 2%-Bandbreiten-Filter geeignet.
Eine Leitung für die Speisung des Lasers 10 ist mit 20 bezeichnet, Signal- und Versorgungsleitungen für die Kamera 17 mit 21, und die Vakuumleitung für den Melkbecher mit 22. Der Roboterarm 13 kann dem in GB-PS-2 226 941 oder GB-PS-2 258 382 beschriebenen entsprechen oder anderweitig geeignet ausgebildet sein. Die Steuerungsbefehle für den Roboterarm werden von der Videoinformation der Kamera geliefert.
Nun soll eine mögliche Arbeitsweise zum Gewinnen der Steuerungsbefehle beschrieben werden. Ein Video-Einzelbild aus der Kamera wird als zu verarbeitendes monochromes Bild "ergriffen" und in einen Speicher eingelesen, wobei jedes Pixel in dem Bild als Acht-Bit-Wert an einer Speicherstelle dargestellt wird, einen Wert von 0 (schwarz) bis 255 (weiß) umfassend. Vorzugsweise kann ein einzelnes Videofeld herausgegriffen werden und verarbeitet werden, während das nächste Feld herausgegriffen wird, so dass ein Echtzeitbetrieb stattfindet. Ein das Zitzenbild umschließendes reduziertes Feld, beispielsweise 50 Pixel horizontal und 10 Pixel vertikal, kann angewandt werden, um die Summe der abgetasteten Pixel auf 500 herabzusetzen, statt aller Pixel eines vollständigen Bildes (bis zu 512 · 512, d. h. 262.144). Die Größe des reduzierten Feldes wird so gewählt, dass ein optimales Führen mit einer Bildrate bis zu 50 Bilder/s erreicht wird. Das Mittel und die Veränderlichkeit der Pixelwerte werden berechnet und zur Erzeugung eines Schwellenwertes der Helligkeit für das Bild verwendet. Mit dieser Information können die Einflüsse von Änderungen der Hintergrund- (Umgebungs-) Helligkeit und das Belichtungsmaß der Kamera berücksichtigt werden. Alle Pixel werden mit dem Schwellenwert verglichen. Wenn alle Pixel unterhalb des Schwellenwerts vernachlässigt werden, sollten die verbleibenden Pixel diejenigen in dem Laserstreifen sein. Diese verbleibenden Pixel werden untersucht, um festzustellen, ob es sich um horizontal benachbarte Pixel handelt, die oberhalb des Schwellenwerts liegen. Diejenigen Pixel, die über dem Schwellenwert liegen, werden zu Linien zusammengefasst, die dann im Speicher als eine verkettete Liste dargestellt werden. (Diese Linien stellen keine "Zeilen" des Bildes dar.) Linien unterhalb einer gewählten (geringen) Länge werden ausgesondert, wodurch ein Ausfiltern von Kleinobjekten oder "Störspitzen" erzielt wird. Linien in aufeinanderfolgenden Zeilen des Bildes, die einander überlappen, werden als Flecken zusammengefasst, Flecken mit einer gewählten geringeren Zahl von überlappenden Linien werden ausgesondert und die verbleibenden Flecken in einer weiteren verketteten Liste gespeichert.
Auf die gespeicherten Flecken wird nun eine "Real"geometrie angewandt, so dass der X- und Y-Wert für jeden Fleck und seine Größe festgesetzt werden. Nun können die Flecken, welche wegen ihrer Größe und Position etc. wahrscheinlich keine Zitzen anzeigen, ausgesondert werden. Für dieses Stadium können verschiedene Regeln aufgestellt und angewandt werden, die die Flecken berücksichtigen, die zu klein oder zu breit oder an der falschen Stelle unter dem Tier sind, als dass sie eine Zitze darstellen könnten.
Eine gesuchte Zitze wird nun identifiziert aus den Zitzenbildern, die durch den obenbeschriebenen Vorgang ausgewählt worden sind. Bei einer Anordnung mit vor und in einer Ebene mit der Zitze angeordneter Kamera ermöglicht die Analyse der Bilder die Verbesserung des Kamerabildes. Im anderen Fall nähert sich die Kamera von der Vorderseite des Euters nach hinten auf der Mittellinie, während die Kamera aufwärts bewegt wird, bis die Zitzenbilder zu sehen sind, die Zitzenbilder sind annähernd symmetrisch zu der Mittellinie, und die Bildanalyse identifiziert die gewählte Zitze. Nach der Identifizierung des Ortes einer speziellen Zitze, wird der Ort der anderen Zitzen in entsprechender Weise durch die Bilder identifiziert. Natürlich können sie ermittelt werden durch Vergleich der Zitzenbilder mit einem Referenzbild, etwa einem "Modell" einer mittleren gegenseitigen Lage von Zitzen, ausgehend von einer Probe von wirklichen Tieren.
Die Software zum Durchführen der obenbeschriebenen Bildverarbeitung geht aus von einer Mischung von geschützten und speziell entwickelten Programmen. Eine Hardware-Anordnung basiert auf einem ELTEC-68K-System unter Anwendung eines MC68020-Prozessors. Bei 16 MHz und einer 512 · 512-Bildmatrix kann ein Bild in fünf Sekunden bearbeitet werden. Diese Geschwindigkeit würde lediglich einen ziemlich langsamen Vorgang des Anlegens an die Zitzen ergeben, während das gesamte Bild zu verarbeiten ist, jedoch ist natürlich eine schnellere Bearbeitung mit neu- entwickelten Hochgeschwindigkeitsrechnern möglich. Sobald nur die eingeschränkte Zone zu bearbeiten ist, kann die gesamte Bildzone sehr viel häufiger bearbeitet werden. Fig. 2 zeigt in Form eines Blockdiagramms die Folge von Bildverarbeitungsschritten, während Fig. 3 ein Blockdiagramm von Geräten einer Bilderfasssungs- und Bearbeitungsanordnung zeigt.
In Fig. 3 ist ein Laserstreifenerzeuger mit 31 bezeichnet, und eine Kamera zum Sichtbarmachen des von dem Laserstreifen erzeugten Bildes ist mit 32 bezeichnet. Beide befinden sich auf dem Roboterarm, von dem ein Teil durch 36 angedeutet ist. Eine Stromversorgung 33 speist nötigenfalls die Elektronikkreise 34 und 35 und die Kamera 32. Der Kreis 35 verarbeitet die von der Kamera 32 gelieferte Bildinformation und gibt die Bildpositionsinformation an der Kreis 34 weiter, der am Ausgang 37 eine Steuerinformation für den (nicht vollständig gezeichneten) Roboter abgibt. Stromversorgungs- und Signalkabel werden von 38 auf dem Roboterarm zusammengehalten.
Um eine kostengünstige Anlage zum Führen eines Melkvorrichtungsträgers an die Zitze eines milchgebenden Tiers herzustellen, muss die Verarbeitung des von der Kamera aufgenommenen Bildes möglichst effizient erfolgen. Mit einer umfangreichen Computereinrichtung und unbegrenzter Geschwindigkeit wäre es möglich, ein vollständiges Bild so schnell bereitzustellen, dass die Führungsinformation für einen die Melkvorrichtung betätigenden Roboter zum Verfolgen jeder Zitzenbewegung in Echtzeit bereitgestellt werden könnte.
Eine derartige Anordnung erforderte aber eine übermäßige Bereithaltung von Betriebsmitteln und würde zu erheblich erhöhten Kosten bei zunehmender Kompliziertheit des Aufbaus führen.
An Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung soll eine technische Möglichkeit für die Führung beschrieben werden, die mit der oben beschriebenen Ausrüstung arbeitet und den Bedarf an Datenverarbeitungmitteln erheblich herabsetzt und doch ausreichende Echtzeitinformationen für die Führung des Roboters liefert; diese Anordnung wird anhand der Fig. 4 beschrieben.
Man betrachte das Bild 43, das von der Kamera erzeugt wird, wenn der Lichtstreifen von dem Träger durch Bewegen des Roboters in Richtung auf die allgemeine Position des Euters und der Zitzen 44, 45, 56, 58 geführt wird. Bei diesem Beispiel wird der Lichtstreifen aufwärts und rückwärts unter dem Tier bewegt. Wegen der Geometrie der Kamera und des Lichtstreifens wird ein von dem bewegten Lichtstreifen beleuchteter Gegenstand sich in dem Bild umso schneller aufwärts bewegen, je näher an der Kamera sich dieser Gegenstand befindet. In dem Bild ist ein fiktiver Fixpunkt 50 angegeben, der eine Position genau über dem gehaltenen Melkbecher darstellt. Der Punkt 50 steht fest in dem Bild 41, im allgemeinen in dessen Mitte, weil er Teil der "realen" Geometrie des Lasers, der Kamera und des Melkbecherhalters ist. Der Punkt 50 ist praktischerweise der Ort, an dem eine Zitze in einen Melkbecher eintritt, wenn der gehaltene Melkbecher von unten herangeführt wird, einhergehend gegebenenfalls mit dem üblichen Vakuum. Die Ränder des Bildes 43 werden von dem Laser nicht beleuchtet. Der Bildteil 41 ist derjenige, der von der "realen" Geometrie als der erwartete Ort für eine Zitze angenommen wird. Der Bereich des Bildes 43 oberhalb des Bildteils 41 ist zu nahe, als dass er eine Zitze enthalten könnte, und der Bereich unterhalb von 41 ist zu weit entfernt, als dass eine Zitze anzutreffen wäre. Der Bildteil 41 steht geometrisch in Verbindung mit dem des Trägers auf dem Roboter, und der in dem Bild gezeigte Bereich ändert sich mit der Bewegung des Roboters.
Der Bildteil 41 wird untersucht durch Abtasten der Bildelemente in Spalten 40 von dem oberen zu dem unteren Rande des Bildes (oder umgekehrt) über das Bild hinweg. Die Abtastung erfolgt durch Aufwärts- und Abwärtsbewegen des Roboterarms. Der Laser und die Kamera sind auf dem genannten Roboterarm feststehend angebracht. Das hellste Pixel in jeder Spalte wird bezeichnet 47, 48, 49, 57, 59. Wenn eine Gruppe derartiger Pixel nebeneinander in benachbarten Spalten und bei weiteren Abtastungen aufgefunden wird, wird das als eine Möglichkeit für das Bild des Lichtes auf der der Kamera nächstgelegenen Zitze angesehen. (In jeder Spalte wird ein einzelnes helles Pixel festgelegt. In der Praxis kann ein "Stab" aus einer geringen Anzahl Pixel vertikal übereinanderstehend in einer Spalte ermittelt werden, deren Helligkeit längs des Stabes bis zu einem Höchstwert zunimmt oder ein Plateau erreicht, das Sättigung bedeuten kann, und dann abnimmt. Die Spitze oder die Mitte des Plateaus wird als die signifikante Pixelposition angesehen.) Die Gruppen 48, 49, 57, 59 würden als mögliche gesuchte Zitzen angesprochen werden, während die Gruppe 47 als zu breit für eine Zitze verworfen würde; sie rührt von einem Bein 46 her. Die Gruppe 49 würde dann als gesuchte Zitze gewählt werden, weil sie die nächstgelegene Zitze ist. Pixel, die Reflexe von Schläuchen oder Teilen des Melkstandes darstellen, könnten in vergleichbarer Weise oder durch Softwareverfahren verworfen werden.
Sobald eine geeignete Gruppe 49 von hellen nebeneinanderliegenden Pixeln als Nachweis für eine in Frage kommende Zitze ermittelt worden ist, eine gesuchte, anzusteuernde Zitze 44, wird ein Teilbild 42 des Bildteils, beispielsweise etwa 30 bis 100 Pixel, das die identifizierte Pixelgruppe umfasst, definiert, und lediglich dieses Teilbild wird dann abgetastet und bearbeitet, um die Führungsinformation an den Roboter zu liefern, den gehaltenen Melkbecher oder das sonstige Gerät in Richtung auf die ermittelte ('abgeleitete') Position der Pixelgruppe zu bewegen. Dieses Teilbild 42 liegt innerhalb des Bildteils 41, hat aber innerhalb des Bildteils 41 keine festgelegte Position. Es sei erinnert an den Träger, die Lichtquelle und die Kamera, die sich durch den Bereich unter dem Tier bewegen. Nun sei der Bildteil 41 betrachtet. Dieser weist in seiner Mitte oder an einem anderen bekannten ausgewählten Punkt den festgelegten Punkt 50 auf. Der Bildteil 41 enthält auch das Teilbild 42, welches das Bild der interessierenden Zitze umfasst, möglicherweise aber nicht den Punkt 50 enthält. Die Führungsinformation wird abgeleitet von den gegenseitigen Positionen von Punkt 50 und Teilbild 42 und insbesondere von der Lage der Mitte des Zitzenbildes 49 in diesem. In von der Einrichtung untersuchten aufeinanderfolgenden Bildern muß die Wirkung der Führungsinformation daher sein, die Mitte des Zitzenbildes in Richtung auf den Punkt 50 zu leiten. Durch Begrenzung von Abtastbewegung und Verarbeitung auf das Teilbild allein, kann die Reaktion des Roboters verbessert werden. Zurückkommend auf Fig. 4, wird dort die gerade beschriebene Situation mit dem Teilbild 42 dargestellt, wobei die Mitte des Zitzenbildes 49 einigen Abstand von dem Punkt 50 hat. Der Bildteil 41 weist fiktiv drei unterschiedliche Bereiche 51, 52 und 53 auf. Der Bereich 53 ist der den Punkt 50 unmittelbar umgebende Bereich, der durch die Linie 55 begrenzt wird. Der Bereich 52 umgibt den Bereich 53 und ist durch die Umgrenzung 54 angedeutet. Der Bereich 51 umgibt den Bereich 52 und ist, wie dargestellt, durch die Ränder des Bildteils 41 begrenzt. Natürlich kann mit mehr oder weniger derartigen Bereichen gearbeitet werden. Die Mitte des Bildes 49 liegt somit im Bereich 51, der den größten Abstand von dem Punkt 50 hat. Infolgedessen arbeitet die von dem Teilbild abgeleitete Information für den Roboter mit einem hohen Verstärkungsgrad, so dass die Position schnell in Richtung auf die Mitte des Zitzenbildes korrigiert wird, weil der "Fehler" einen hohen Wert hat. Wenn der Roboter sich der gesuchten Zitze durch die fortgesetzte Korrektur nähert, bewegt sich die Zitzenbildmitte aus dem Bereich 51 unter Überschreiten der Begrenzung 54 in den Bereich 52. Die Führungsinformation wird nun mit einem geringeren Verstärkungsgrad zugeführt, so dass der Roboter sich weniger schnell nähert. Wenn die Zitzenbildmitte infolge fortgesetzter Korrektur in den Bereich 53 eintritt, werden Verstärkungsgrad und Roboterannäherung nochmals vermindert. Auf diese Weise ist die Zielverfolgung abgestellt auf die Annäherung des Roboters an die gesuchte Zitze, so dass die Gefahr, dass der Roboter die Zitze durch "Überschießen" "verliert", herabgesetzt ist. Der festgelegte Punkt 50 ist tatsächlich dem Roboterarm zugeordnet, so dass, wenn der Roboterarm sich bewegt, sich auch der Punkt 50 in dem Bildteil 41 bewegt. Wenn z. B. der Roboterarm sich in Richtung auf die Zitze 44 bewegt hat, befindet sich der festgelegte Punkt 50 in dem Teilbild 42. Zweckmäßigerweise ist der Bereich 52 bemessen durch die Grenzlinie 54, damit liegt der Punkt 50 etwa 50 mm von der identifizierten Zitzenposition entfernt. Der Bereich 53 hat eine solche Größe, dass der Punkt 50 sich 25 mm von der Position der identifizierten Zitze entfernt befindet. Das von der Kamera aufgenommene Bild 43 ist 512 · 512 Pixel oder 256 · 512 Pixel groß. Der Bildteil 41 misst üblicherweise 400 · 400 Pixel, verarbeitet mit 25 Bildern/s, oder 200 Pixel breit und 400 Pixel hoch mit 50 Bildern/s, und das Teilbild 42 umfasst insgesamt 3000 Pixel in passendem Rechteckformat, etwa 100 Pixel breit und 30 Pixel hoch, verarbeitet mit 40 oder 50 Bildern/s. Durch Anwendung eines Maschinencodes für die Bildverarbeitung kann der gesamte Bildteil 41 innerhalb von 200 ms bearbeitet werden. Das ist ausreichend schnell, um das Bild einer gesuchten Zitze für das Teilbild zu "fassen". Außerdem ist üblicherweise eine Mindestzahl von 8 Pixeln nebeneinander als zureichend für eine als Bild einer "gesuchten" Zitze zu verarbeitende Gruppe anzusehen. Wenn das Teilbild von dem Bild gewählt ist, wird die Wiederholungsrate erhöht, und das Teilbild lässt sich innerhalb von 7 ms verarbeiten, welche Wiederholungsrate ausreichend hoch ist, um eine Zitze zu verfolgen, wenn sie durch die normalen Bewegungen des Tieres bewegt wird. Nötigenfalls können ein Teil des Bildes 41, ein Zwischenteil 41, und das Teilbild 42 in einem Zwischenschritt bearbeitet werden.
Wahrscheinlich bewegt sich das Tier während der Annäherung des Roboters. Man kann annehmen, dass die übliche Bewegungsgeschwindigkeit einer Zitze bei etwa 100 mm/s liegt, wenn nicht eine sehr heftige Bewegung stattfindet. Wenn die Bewegung so heftig ist, dass sich das Bild der Zitze aus dem während dieser Zeit benutzten Bildteil heraus bewegt, kann der Näherungsvorgang entweder sofort oder nach einem weiteren Zeitraum abgebrochen werden, bis wieder ein brauchbares Bild aufgefangen werden kann.
Vergleichbare Verfahren lassen sich für andere Melkgeräte anwenden, etwa Vorrichtungen zum Säubern oder Untersuchen der Zitzen.
Fig. 5 zeigt einen Ablaufplan für das Verfahren zum Heranführen eines Melkgeräteträgers an eine Zitze eines Milch gebenden Tiers nach der Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Block 70. Bei Block 72 wird das Verfahren fortgesetzt mit dem Bewegen des genannten Trägers in eine festliegende Ausgangsposition, ohne Bezug auf irgendein Tier. Die festliegende Ausgangsposition kann jede beliebige Position sein, z. B. in einem Melkstand. Diese festgelegte Position hat keinerlei Bezug zu der Position eines beliebigen Tiers und hängt auch nicht von ihr ab. Das Verfahren wird bei Block 74 fortgesetzt mit dem Beleuchten eines Bereichs, in dem mindestens ein Euter erwartet wird, mittels eines Lichtstreifens von dem Träger. Der nächste Schritt bei Block 76 sieht das Erfassen von Bildern von dem Träger aus vor, indem der Bereich mit einer Videokamera betrachtet wird. Das Verfahren wird bei Block 78 mit der Analyse der erfassten Bilder fortgesetzt, um etwaige Zitzen zu erkennen (vgl. Fig. 4; 44, 45, 56, 58). Der nächste Schritt gemäß Block 80 sieht vor, festzustellen, ob irgendwelche gesuchte Zitzen gefunden wurden. Wenn die Antwort negativ ist, d. h. es wurden keine gesuchten Zitzen gefunden, wird das Verfahren mit Block 82 fortgesetzt, indem der Träger bewegt wird und die Schritte, beginnend mit Block 74, wiederholt werden. Wenn im Gegensatz dazu eine bejahende Antwort kommt, wird das Verfahren mit Block 84 fortgesetzt. Dieser Schritt sieht vor, eine der gesuchten Zitzen als anzusteuernde Zitze zu wählen (vgl. Fig. 4; 44). Das Verfahren wird bei Block 86 fortgesetzt, indem die Position der genannten anzusteuernden Zitze ermittelt wird. Der nächste Schritt bei Block 88 sieht vor, den genannten Träger und eine beliebige, darauf angeordnete Melkvorrichtung an die genannte anzusteuernde Zitze heranzuführen. Im nächsten Schritt gemäß Block 90 ist zu bestimmen, ob jede der vier Zitzen eines Milch gebenden Tiers als anzusteuernde Zitze gewählt worden ist und der Träger mit der darauf befindlichen beliebigen Melkvorrichtung an jede der genannten vier Zitzen angesetzt worden ist. Bei verneinender Antwort werden die Schritte, beginnend bei Block 74, wiederholt. Wenn andererseits eine bejahende Antwort vorliegt, geht das Verfahren zu Block 92 über, womit das Verfahren abgeschlossen ist.
Fig. 6 zeigt in der Ansicht 6a von der Rückseite, 6b von der Seite, 6c von vorn eine bauliche Ausbildung eines Aufbaus 60, mit dem ein Laser und eine Kamera an einem Roboter angebracht werden können. Eine geeignete Kamera ist die Pacific Corporation VPC 465, bei der es sich um ein Gerät von 40 mm im Quadrat in einem Aluminiumgehäuse von etwa 5 mm Stärke handelt, während der Laser gemäß der obigen Beschreibung oder ein kleinerer Rot- Halbleiter-Laser gewählt werden kann. Der Aufbau 60 stellt einen Block in Form einer rechteckigen Säule dar, von der ein Teil weggeschnitten ist, so dass sich eine Schrägfläche 61 ergibt. Der Block hat eine Grundfläche von 60 · 60 mm und ist etwa 80 mm hoch. Die Fläche 61 ist um etwa 67º gegen die Grundfläche geneigt. Eine Bohrung 62 verläuft parallel zu der Grundfläche und tritt nahe dem oberen Ende der Fläche 61 aus. Die Bohrung 62 hat eine für die Aufnahme des Lasers passende Weite. Eine Ausnehmung 63 dient zur Aufnahme der Kamera mit Abstand von dem Laser. Eine Bohrung 64 nimmt die Versorgungsleitung der Kamera auf. Zweckmäßigerweise besteht der Block aus Aluminium oder einem anderen leichten, ausreichend stabilen Material. auch etwa einem Kunststoffmaterial. Für Befestigungsmittel sind Gewindebohrungen vorgesehen.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Reihenfolge, in der die Zitzen eines Milch gebenden Tiers 100 gewählt werden. Das Milchtier ist nur teilweise und schematisch von oben gesehen angedeutet, und es wird nur der hintere Teil des Milchtiers 100 wiedergegeben. Die vier Zitzen 102, 104, 106, 108 des Milchtiers 100 sind in der Zeichnung ebenfalls angedeutet. Ferner sind in der Figur schematisch die vier Melkbecher 110, 112, 114, 116 längsseits des Milchtiers 100 aufgereiht. Es sei angenommen, dass der Roboterarm mit dem genannten Träger (vgl. Fig. 1) sich an der Längsseite des genannten Milchtiers 100, aber an der den vier Melkbechern 110, 112, 114, 116 gegenüber liegenden Seite befindet. Der Roboterarm beginnt beispielsweise damit, den Melkbecher 110 herbeizuholen und an die Zitze 102 anzusetzen. Dann ergreift der Roboterarm den Melkbecher 112 und setzt ihn an die Zitze 104 an und fährt dann fort mit dem Ansetzen des Melkbechers 114 an die Zitze 106 und setzt schließlich den Melkbecher 116 an die Zitze 108 an. Natürlich können der Roboterarm und die vier Melkbecher in vielfach anderer Weise angeordnet sein. Am wichtigsten ist, dass die Reihenfolge, in der die Zitzen des Milchtiers gewählt werden, in der Weise abläuft, dass bereits verwendete beim Ansetzen der restlichen Melkbecher nicht 'stören'.
Fig. 8a zeigt eine erste Ausführungsform eines Betätigungsgeräts 120 zum Anregen eines die genannten gesuchten Zitzen etwa enthaltenden Bereichs, so dass zumindest die Zitzen bewegt werden. Bei der gezeichneten Ausführungsform ist das Betätigungsgerät 120 auf einem von dem den Melkbecher tragenden Roboterarm 13 (vgl. Fig. 1) getrennten Roboterarm angeordnet. Dieses Betätigungsgerät 120 besteht aus zwei gegenläufig rotierenden Bürsten 122, 124, zwischen die die Zitze gelangen soll.
Fig. 8b zeigt eine zweite Ausführungsform des Betätigungsgeräts 130 zum Anregen eines die genannten gesuchten Zitzen etwa enthaltenden Bereichs, so dass zumindest die Zitzen bewegt werden. Bei dieser Bauweise ist das Betätigungsgerät 130 auf dem Träger 16 des den Melkbecher 14 tragenden Roboterarms 13 angeordnet. Das Betätigungsgerät 130 weist eine Mehrzahl Spritzdüsen 132 auf (von denen nur eine einzelne Spritzdüse wiedergegeben ist), die ein Fluid in Richtung auf die genannten Zitzen spritzt. Als Fluid kommt eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, oder ein gasförmiges Medium, z. B. Luft, in Betracht.
Fig. 8c zeigt eine dritte Ausgestaltung des Betätigungsgeräts 150 zum Anregen eines die genannte Zitze etwa enthaltenden Bereichs, so dass zumindest die Zitzen bewegt werden. In dieser Ausführung wird das Betätigungsgerät 150 auf einem Pfosten 152 eines Melkstandes angeordnet, in dem sich eine Kuh 154 befindet. Dieses Betätigungsgerät 150 ist mit einer Anzahl Spritzdüsen 156 ausgestattet (von denen nur eine einzelne Spritzdüse wiedergegeben ist), die ein Fluid in Richtung auf die genannten Zitzen spritzt. Das Fluid kann entweder eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, oder ein gasförmiges Medium, z. B. Luft, sein.
Das Betätigungsgerät kann auch aus den obengenannten Vorrichtungen kombiniert werden, z. B. kann das Betätigungsgerät mit einer Mehrzahl Spritzdüsen und zwei gegenläufig rotierenden Bürsten ausgerüstet sein, um Flüssigkeit und/oder Gas in Richtung auf die Zitzen zu spritzen und die Zitzen mechanisch zu säubern.
Nach den in den Fig. 8a bis 8c gezeichneten Ausführungsformen ist das Betätigungsgerät 120, 130, 150 auf einem von dem den Melkbecher tragenden Roboterarm 13 (vgl. Fig. 1) getrennten Roboterarm angeordnet, an dem Träger 16 des den Melkbecher 14 tragenden Roboterarms 13 oder an einem Pfosten 152 eines Melkstands. Natürlich kann das Betätigungsgerät 120,130,150 auch in dem Melkstand auf dem Boden angeordnet werden.
Der Hauptvorteil bei der Anwendung eines der hier beschriebenen Betätigungsgeräte ist, dass die Zitzen sich leichter identifizieren lassen, wenn sie in Bewegung sind oder nachdem sie eine Bewegung ausgeführt haben. Sie sind leichter von anderen Fehlerquellen, etwa den Beinen des Tiers oder der Ausrüstung des Melkstandes, zu unterscheiden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Strohreste als zusätzliche Fehlerquelle beseitigt werden können.
Die Darstellung in Fig. 9a ist eine mit Fig. 4 vergleichbare Darstellung von durch die Kamera aufgenommenen Bildern, um die Verwendung des Betätigungsgeräts in der erfindungsgemäßen Anordnung zu erläutern. Offensichtlich ist Fig. 9a der Fig. 4 ganz ähnlich, und gleiche Strukturen sind mit denselben Bezugszahlen versehen. Aus diesem Grunde wird die zu Fig. 4 gegebene Beschreibung hier nicht wiederholt. Zunächst sei das Bild 43 genannt, das von der Kamera entworfen wird, wenn der Lichtstreifen von dem Träger durch Bewegen des Roboters in Richtung auf die erwartete allgemeine Lage des Euters und der Zitzen 44, 45, 56, 58 verschwenkt wird. Der Bildteil 41 wird untersucht, indem die Bildelemente 40 zwischen der oberen und unteren Kante des Bildes über das Bild hinweg abgetastet werden. Das hellste Pixel in jeder Spalte 47, 49, 57, 59, 142, 146 wird bezeichnet. Wenn eine Gruppe derartiger Pixel nebeneinanderliegend in benachbarten Spalten und in aufeinanderfolgenden Abtastungen wieder auftretend ermittelt wird, wird das als eine Möglichkeit für das Bild des Lichts auf der der Kamera nächstgelegenen Zitze angesehen. Im ungünstigsten Falle würden die Gruppen 47, 49, 57, 59, 142, 146 als mögliche erwartete Zitzen betrachtet. In diesem Beispiel rühren die Gruppen 49, 57, 59 von den jeweiligen Zitzen 45, 56, 58 her, die Gruppe 47 rührt von einem Bein 46 her, die Gruppe 142 rührt von einem Pfosten 140 in dem Melkstand her, und die Gruppe 146 rührt von einem Strohrest 144 her. Das bedeutet, dass das System die Zitze 44 verfehlen kann, weil das Stroh 144 als mögliche Zitze angesprochen wird. Unter diesen Umständen sendet eine Steuerung ein Signal an das Betätigungsgerät 120; 130 aus, woraufhin das Betätigungsgerät 120; 130 sich in Richtung auf den Bereich bewegt, in dem die sieben Zitzen vermutet werden. Es sei z. B. angenommen, dass das Betätigungsgerät 120 zwei gegenläufig rotierende Bürsten 122, 124 (vgl. Fig. 8a) aufweist. Wenn das Betätigungsgerät den Pfosten 140 berührt, bewegt sich der Pfosten 140 nicht und infolgedessen bewegt sich die Gruppe 142 nicht. Die Gruppe 146 verschwindet, wenn das Stroh 144 von der Zitze 45 abfällt, sobald das Betätigungsgerät 120 die Zitze 45 und das Stroh 144 berührt. Wenn das Stroh 144 von der Zitze 45 abfällt, erfasst das System die Gruppe 48 als mögliche gesuchte Zitze. Wenn das Betätigungsgerät 120 die Zitzen 44, 45, 56, 58 berührt, beginnen diese sich zu bewegen. Sie werden durch das Herbeiführen der genannten Bewegung als Zitzen identifiziert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Zitzen identifiziert, indem eine charakteristische Bewegung der Zitzen herbeigeführt wird. Die Zitzen bewegen sich in charakteristischer Weise, d. h. mit einer Frequenz innerhalb eines Identifikationsbereichs für Zitzen schlechthin. Das besagt, dass die Gruppen 48, 49, 57, 59 sich auch in dieser charakteristischen Weise bewegen. Wenn das Betätigungsgerät 120 das Bein 46 berührt, wird das Bein 46, d. h. die Gruppe 47, sich nicht bewegen, aber wenn es sich bewegt, wird die von dem Bein 46 herrührende Gruppe 47 sich mit einer anderen "Frequenz" oder nach einem anderen Bewegungsmuster als die Gruppen 44, 45, 56, 58 bewegen.
Fig. 9b ist eine Darstellung der von der Kamera erfassten Bilder zur Erläuterung des Gebrauchs des Betätigungsgeräts in der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Fig. 9b ist offensichtlich vergleichbar mit den Fig. 4 und 9a, und übereinstimmende Bezugszahlen bezeichnen übereinstimmende Strukturelemente. In dieser Figur befindet sich ein Strohteil 144 auf der Zitze 45, weshalb die Gruppe 146 ziemlich breit erscheint. Im ungünstigsten Falle würde die Gruppe 146 als für eine Zitze zu breit angesprochen werden. Auch hier wischt die Betätigungsvorrichtung das Strohteil zur Seite, und das System identifiziert die Zitze in der obenbeschriebenen Weise.
Fig. 10 erläutert die von dem Betätigungsgerät herbeigeführte Bewegung der Zitzen. Der Einfachheit halber ist nur eine einzelne Zitze 45 gezeichnet. Der dargestellte Zustand besteht kurz nachdem das Betätigungsgerät 120; 130 die Zitze 45 und das Strohteil 144 berührt hat. Das Stroh 144 ist von der Zitze 45 abgefallen, und die Zitze 45 bewegt sich in Richtung der Pfeile A mit einer charakteristischen Frequenz hin und her. Die Steuerungseinrichtung kann nun die Zitzen zwischen allen erwarteten Zitzen unterscheiden.
Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen führen zu einer wirksamen und leistungsfähigen Anordnung für die Anwendung einer Melkmaschine bei einem Milch gebenden Tier.

Claims

1. Verfahren zum Führen eines Trägers (16) für Melkgerätschaften in Richtung auf mindestens eine Zitze eines Milch gebenden Tiers, folgende Einzelschritte umfassend:

- den genannten Träger (16) in eine Ausgangslage bringen,

- mit einem von dem Träger (16) ausgehenden Lichtstreifen (12) einen Bereich beleuchten (10,11), in welchem mindestens ein Euter erwartet wird,

- von dem genannten Träger (16) Bilder (41) erfassen durch Betrachten des Bereichs mit einer Videokamera (17),

- die genannten erfassten Bilder (41) auswerten, um etwaige gesuchte Zitzen (44, 45, 56, 58) zu erkennen,

- eine der genannten gesuchten Zitzen (44, 45, 56, 58) als anzusteuernde Zitze (44) auswählen,

- die Position der genannten anzusteuernden Zitze (44) bestimmen,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem folgende Schritte umfasst:

- in dem genannten erfassten Bild (41) die Position (50) eines Eintrittspunkts eines Melkbechers für eine anzusteuernde Zitze (44) angeben,

- den Abstand des Eintrittspunkts des Melkbechers von der Position der genannten anzusteuernden Zitze (44) quantitativ bestimmen,

- diesen Abstand quantitativ in Schritten bestimmen, die durch Flächen (51, 52, 53) des genannten erfaßten Bildes definiert sind,

- eine Führungsinformation für den genannten Träger (16) auf der Grundlage der Größe des genannten Abstands liefern, und

- den genannten Träger (16) und ein an ihm angebrachtes Melkzeug (15) auf die genannte anzusteuernde Zitze (44) richten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Anschluss an die Wahl einer anzusteuernden Zitze (44) folgenden Schritt umfasst:

- lediglich ein Teilbild (42) des genannten erfassten Bildes (41) untersuchen, welches Teilbild (42) die genannte anzusteuernde Zitze (44) enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

- den Träger (16) so führen, daß das Teilbild (42) des erfassten Bildes (41) innerhalb des erfassten Bildes (41) so bewegt wird, dass der Eintrittspunkt für einen gehaltenen Melkbecher (15) sich an dem Bildpunkt (50) des Melkbecher-Eintrittspunktes für den gewählten Melkbecher (15) befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

- etwaige gesuchte Zitzen (44, 45, 56, 58) als jeweilige Bildpunkte identifizieren, die sich in der Nachbarschaft befinden und eine Form und Position haben, die einer von dem Licht (12) beleuchteten Zitze (44) entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

- etwaige gesuchte Zitzen (44, 45, 56, 58) identifizieren, indem das Bild (41) in einer Folge von Vertikalabtastungen (40) abgetastet wird, um den hellsten Bildpunkt in jeder Abtastung zu ermitteln.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

- den hellsten Bildpunkt in einer vertikalen Geraden von Bildpunkten unterschiedlicher Helligkeit ermitteln.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

- eine etwaige anzusteuernde Zitze (44, 45, 56, 58) aus genannten, in benachbarten Abtastlinien befindlichen hellsten Bildpunk ten ermitteln, die eine im wesentlichen waagerechte Längsstrecke in einem vorgewählten Bereich von Bildpunkten bilden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst:

- einen die genannten etwaigen anzusteuernden Zitzen enthaltenden Bereich mit Hilfe eines Betätigungsgeräts (120; 130; 150) beeinflussen, so dass mindestens eine Zitze in Bewegung gesetzt wird, und

- die genannte mindestens eine Zitze durch Herbeiführen der genannten Bewegung identifizieren.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Betätigungsschritt ausgeführt wird, indem das genannte Betätigungsgerät (120) in gegenständlichen Kontakt mit den genannten gesuchten Zitzen gebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Betätigungsschritt ausgeführt wird, indem ein Fluid gegen die genannten gesuchten Zitzen gespritzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Betätigungsschritt in der Weise ausgeführt wird, dass sowohl ein Fluid in Richtung auf die genannten gesuchten Zitzen gesprüht wird als auch die genannte Betätigungsvorrichtung (120) gegenständlichen Kontakt mit den genannten gesuchten Zitzen herbeiführt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Identifizierungsschritt vorgenommen wird, indem die genannte mindestens eine Zitze identifiziert wird, indem eine charakteristische Bewegung dieser Zitze hervorgerufen wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Bewegungsschritt vorgenommen wird, indem der genannte Träger (16) ohne jede Berück sichtigung eines Tieres in eine festgelegte Ausgangsposition in einem Melkstand bewegt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

- das Wiederholen der obenerwähnten Schritte, beginnend mit dem Beleuchtungsschritt, bis jede der Zitzen eines Milch gebenden Tieres als anzusteuernde Zitze (44) gewählt worden ist und der genannte Träger (16) mit einem beliebigen mitgeführten Melkzeug (15) auf jede der Zitzen gerichtet gewesen ist.

15. Anordnung zum Führen eines Trägers (16) für Melkgerätschaften, worin der Träger (16) eine Quelle (10,11) zur Erzeugung eines Lichtstreifens (12) trägt, der so geführt ist, dass er nicht niedriger verläuft als die Öffnung (14) eines an dem Träger (16) angebrachten Melkbechers (15), sowie eine Videokamera (17), die so angeordnet ist, dass sie durch den Lichtstreifen und über die Öffnung des Melkbechers (15) blickt, worin der genannte Träger (16) eine Ausgangsposition besitzt, in der die genannte Lichtquelle (10,11) und Videokamera (17) miteinander so angeordnet sind, dass sie vor dem Träger (16) zusammenwirken (12, 19), die Videokamera (17) so angeordnet ist, dass sie ein von dem genannten Licht (12) vor dem Träger (16) hervorgerufenes Bild (41) erfasst und ein Bildsignal liefert, welche Anordnung außerdem eine Informationsverarbeitungseinrichtung (35) besitzt, um das genannte erfasste Bildsignal zu analysieren und etwaige gesuchte Zitzen (44, 45, 56, 58) zu identifizieren, um eine der genannten gesuchten Zitzen (44, 45, 56, 58) als anzusteuernde Zitze (44) auszuwählen, um die Position der genannten anzusteuernden Zitze (44) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Informationsverarbeitungseinrichtung (35) in dem genannten erfaßten Bild (41) die Position (50) eines Melkbechereintrittspunktes für eine anzusteuernde Zitze (44) angibt und eine Einrichtung aufweist, um den räumlichen Abstand des Melkbechereintrittspunktes von der Position der genannten anzusteuernden Zitze (44) quantitativ zu bestimmen, den Abstand in Stufen, die durch Flächen (51, 52, 53) des genannten erfassten Bildes definiert sind, quantitativ zu bestimmen und Führungsinformationen für den genannten Träger (16) auf der Grundlage der Größe des genannten Abstands zu liefern, und worin die Informationsverarbeitungseinrichtung (35) den genannten Träger (16) und das damit verbundene Melkzeug (15) auf die genannte anzusteuernde Zitze (44) richtet.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsverarbeitungseinrichtung (35) eine Einrichtung umfaßt, mit der von dem erfassten Bildsignal (41) ein Teilbild (42) mit darin befindlicher anzusteuernder Zitze (44) ausgewählt werden kann und das genannte Teilbild (42) für sich analysiert werden kann, wodurch die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Verarbeitungssschritten an dem genannten Teilbild (42) verkürzt wird.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielführungsinformation eine umso schnellere Bewegung des Trägers (16) veranlaßt, je größer der genannte räumliche Abstand ist.

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung außerdem eine Betätigungsvorrichtung (120; 130; 150) aufweist, die zum Aktivieren eines die genannten etwaigen anzusteuernden Zitzen umfassenden Bereichs derart geeignet ist, daß sich mindestens eine Zitze in Bewegung setzen läßt, sowie eine Überwachungseinrichtung zum Identifizieren der genannten mindestens einen Zitze durch Herbeiführen der Bewegung.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungsvorrichtung (120; 130) auf dem genannten Träger (16) angeordnet ist.

20. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungsvorrichtung (120; 130) auf einem besonderen bewegbaren Träger angeordnet ist.

21. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungseinrichtung (120; 130) auf dem Boden in einem Melkstand angeordnet ist.

22. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungsvorrichtung (120; 150) auf einem Pfosten eines Melkstands angeordnet ist.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungsvorrichtung (130; 150) mit Spritzdüsen (132; 156) zum Spritzen eines Fluids in Richtung auf die genannten Zitzen versehen ist.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Fluid eine Flüssigkeit ist, beispielsweise Wasser.

25. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Fluid Luft ist.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungsvorrichtung (120) zwei gegenläufig rotierende Bürsten (122; 124) aufweist.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betätigungsvorrichtung sowohl Spritzdüsen zum Spritzen von Fluid in Richtung auf die genannten Zitzen als auch zwei gegenläufig rotierende Bürsten aufweist.

28. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Träger (16) eine feste Ausgangsposition innerhalb eines Melkstandes ohne Beziehung zu einem Tier besitzt.