KR20090049075A - 착유용 동물에 대한 자동 착유 기구 - Google Patents

Abstract

소와 같은 착유용 동물을 위한 자동 착유 기구는 착유실(1; milking parlour), 유두(46)를 관찰하기 위한 센서(100), 유두(46)에 유두컵(28)을 자동 부착시키기 위한 착유용 로봇(3)을 포함한다. 착유용 로봇(3)은 센서에 연결되어 있는 로봇 제어부(120)를 포함한다. 센서는 광 방출을 위한 복사 소스(108), 착유용 동물로부터 반사되는 전자기 복사선을 수용하기 위한 리시버(110), 렌즈(106), 및 센서 제어 수단을 포함한다. 센서(100)는 복수 개의 행 및 복수 개의 열을 갖는 리시버(110)의 매트릭스를 포함한다. 센서 제어 수단은 각각의 리시버(110)에 대해 센서(100)로부터 착유용 동물의 관찰 대상 부위 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사된 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성된다.

Description

착유용 동물에 대한 자동 착유 기구{IMPLEMENT FOR AUTOMATICALLY MILKING A DAIRY ANIMAL}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따라 젖소와 같은 착유용 동물에 대한 자동 착유 기구에 관한 것이다.

EP-A1-0 360 354는 젖소에 대한 자동 착유 기구로서, 로봇 아암이 마련되어 있는 자동 착유 기구를 개시하고 있다. 로봇 아암의 단부에는 로봇 아암에 대해 이동 가능한 활강 요소가 마련되어 있다. 로봇 아암의 동일한 단부에는 4개의 유두컵을 위한 홀더가 마련되어 있다. 각각의 유두컵은 자기적인 커플링 수단에 의해 수직으로 이동 가능한 실린더에 연결될 수 있다. 로봇 아암은 이동 가능하며, 유두컵과 함께 착유 대상인 젖소의 유방의 유두 아래까지 이동 가능하다. 후속하여, 실린더에 의해 상기 유두컵을 상방으로 이동시킴으로써 유두컵 중 하나를 유두에 부착시킬 수 있다.

활강 요소 상에는 각각의 경우에 유두컵이 부착되어야 할 다음 유두의 위치를 결정하는 센서 수단이 마련되어 있다. 상기 센서 수단은 레이저, 거울, 렌즈 및 리시버를 포함한다. 레이저는 유두에 의해 부분적으로 반사되는 광을 방출한다. 거울을 매개로 반사된 광을 렌즈까지 안내하여 이 광으로부터 리시버 상에 촬 상되도록 한다. 센서는 수직축을 중심으로 회전 가능하며, 이에 따라 레이저는 스캐닝 운동을 수행한다. 센서 전자부품은 리시버에 연결된다. 센서 전자부품은 리시버로부터의 신호에 기초하고 센서가 신호를 수신하는 순간에 센서의 해당 순간의 각도에 기초하여 센서에 대한 유두의 각도 및 거리를 측정할 수 있다. 스캐닝 운동 덕분에 각각의 경우에 하나의 선(사실상 수평임)을 따라 유두의 위치와 관련된 정보를 획득하게 된다. 또한 수직방향 위치에 관한 정보를 획득하기 위해, 스캐너와 함께 로봇 아암은 전체적으로 수직 이동을 행한다. 이에 따라 획득한 거리 정보에 기초하여 로봇 아암은 유두까지 이동한다.

공지된 착유용 기구의 단점은, 유두를 향해 유두컵과 함께 로봇 아암을 이동시키는 단계가 항상 신뢰할만한 방식으로 행해지지는 않는다는 점이다.

본 발명은 적어도 부분적으로 전술한 단점을 피하거나, 적어도 대안을 제시하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 청구항 1에 따른 착유용 기구를 이용하여 본 발명에 의해 달성된다.

소와 같은 착유용 동물에 대한 자동 착유 기구는 착유실(milking parlour), 유두와 같은 착유용 동물의 적어도 일부를 관측하기 위한 센서뿐만 아니라 유두에 유두컵을 자동 부착시키기 위한 착유용 로봇을 포함한다. 착유용 로봇은 센서에 작동 가능하게 연결되어 있는 로봇 제어부를 포함한다. 센서는 전자기 복사선, 구체적으로는 광을 방출하기 위한 복사 소스, 착유용 동물로부터 반사되는 전자기 복사선을 받아들이기 위한 리시버, 반사된 전자기 복사선을 리시버 상에 촬상하기 위한 렌즈, 및 센서 제어 수단을 포함한다. 센서는 복수 개의 행 및 복수 개의 열을 갖는 리시버의 매트릭스를 포함한다. 센서 제어 수단은 전자기 복사선을 변조하기 위해 복사 소스에 작동 가능하게 연결된다. 센서 제어 수단은 또한 센서로부터 착유용 동물 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 각각의 리시버에 대해 측정하도록 구성된다.

리시버의 이러한 매트릭스를 이용하고 방출된 광의 위상 변위에 의해 이들 리시버에 대해 착유용 동물까지의 거리를 측정함으로써, 관측에 의하여 예컨대 유두의 완전한 3차원 이미지를 획득하게 된다. 이러한 3차원 이미지는 스캐닝에 의해 구성되는 대신 사실상 한 번에 구성된다. 또한, 이러한 이미지는 관측 중에 착유용 동물 전체 및/또는 착유용 동물의 유두의 이동에 의해 왜곡되지 않거나, 또는 적어도 종래기술에 비해서는 덜 왜곡된다. 또한, 완전한 상을 구성하기 위해 로봇 아암을 이동시킬 필요가 없다. 결과적으로, EP-A1-0 360 354의 경우에서보다는 올바른 방향으로 착유용 로봇을 이동시킬 가능성이 더 커지게 된다.

바람직한 실시예는 종속 청구항에 한정되어 있다.

일 실시예에 있어서, 센서 제어 수단은 또한 센서로부터 유두컵 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성된다. 유두컵까지의 거리를 추가로 측정함으로써, 착유용 로봇을 제어할 때 로봇 제어부가 유두컵의 실제 위치 및/또는 유두컵의 배향을 고려할 수 있다.

구체적으로, 로봇 제어부는 유두컵과 유두 사이의 상호 거리를 산출하도록 구성되며, 산출된 상호 거리에 기초하여 착유용 로봇을 제어하도록 구성된다. 유두컵과 착유 대상 동물 사이의 상호 거리를 추가로 측정함으로써, 착유용 로봇은 훨씬 더 신뢰할만한 방식으로 제어될 수 있다.

보다 구체적으로, 로봇 제어부는 부착된 유두컵과 관련 유두 사이의 연결을 모니터링하도록 구성된다. 이에 따라 이러한 연결을 모니터링하기 위한 별개의 센서가 절약된다.

구체적인 실시예에 있어서, 센서 제어 수단은 센서로부터 유두 및 유두컵 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 반복적으로 측정하도록 구성되며, 로봇 제어부는 이 위상차를 이용하여 부착된 유두컵과 관련 유두 사이의 상호 속도를 결정하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 센서 제어 수단은 또한 센서로부터 착유 대상 동물의 적어도 하나의 다리 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성되며, 로봇 제어부는 이에 기초하여 또한 착유용 로봇을 제어하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 센서 제어 수단은 착유용 로봇이 착유용 동물의 다리에 닿지 않도록 하는 방식으로 착유용 로봇을 조종하기 위해 필요한 정보를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 로봇 제어부는 센서로부터 유두 상의 복수 개의 지점까지의 산출된 거리에 기초하고/기초하거나 센서로부터 유방 상의 복수 개의 지점까지의 산출된 거리에 기초하여 착유용 동물을 착유할 것인지 여부를 결정하도록 구성된다. 관측되고 산출된 거리에 기초하여, 로봇 제어부는 유방 및/또는 유두의 3차원 이미지를 형성할 수 있다. 이로부터, 충분한 우유가 생성되었고 이 우유가 내려와 있다고 결론지을 수 있을 정도로 유방이 팽창되어 있는지 여부를 추론할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 로봇 제어부는 센서로부터 착유용 동물 상의 복수 개의 지점까지 산출된 거리에 기초하여 착유용 동물을 인식하도록 구성된다. 착유용 동물의 3차원 이미지를 생성함으로써, 유일한 개별적인 공간 특성에 기초하여 착유용 동물을 인식할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 로봇 제어부는 센서로부터 착유용 동물의 유두 상의 복수 개의 지점까지 산출된 거리에 기초하고/기초하거나 센서로부터 청소용 브러쉬 상의 복수 개의 지점까지 산출된 거리에 기초하여 착유용 동물의 유두 청소를 위한 청소용 브러쉬를 제어하도록 구성된다. 유두 및 청소용 브러쉬 양자까지의 거리를 측정함으로써, 유두 상의 압력을 간접적으로 추정할 수 있고 이 압력에 기초하여 관련된 청소용 브러쉬의 조정을 변경할 수 있다. 단지 청소용 브러쉬를 관측하고 이러한 관측을 주기적으로 반복함으로써, 관련된 청소용 브러쉬의 회전 속도를 산출할 수 있으며, 이로부터 또한 유두 상의 압력을 추정할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 로봇 제어부가 센서에 의한 관측에 기초하여 착유실 내에 착유용 동물이 없음을 확인하면, 로봇 제어부는 착유실의 청소 과정을 개시할 수 있도록 구성된다. 이에 따라 이 작업을 위한 별도의 센서가 절약된다.

바람직한 실시예는 적어도 유두컵을 청소하기 위한 청소 장치를 더 포함하며, 이때 센서 제어 수단은 또한 센서로부터 청소 장치 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성되고, 로봇 제어부는 이에 기초하여 청소를 위해 유두컵을 청소 장치까지 이동시키는 방식으로 착유용 로봇을 제어하도록 구성된다. 현 시점에서 측정된 청소 장치의 공간상의 위치에 기초하여 착유용 로봇을 제어함으로써, 예컨대 젖소가 청소 장치에 부딪쳐서 청소 장치가 초기 위치에 대해 변위된 경우에도 또한 유두컵은 신뢰할만한 방식으로 청소 장치까지 이동된다.

이후에 설명할 바람직한 실시예를 더 잘 이해시키기 위해, 우선 본 발명에 따른 착유용 기구의 가능한 센서를 본 명세서에서 보다 상세하게 설명한다. 복사 소스는 전자기 복사선을 방출한다. 바람직하게는 이러한 목적을 위해 광이 사용되며, 보다 바람직하게는 적외선 복사선이 사용되고, 가장 바람직하게는 근적외선(NIR) 복사선이 사용된다. 이러한 목적을 위해, 구체적으로는 적절한 LED가 사용될 수 있으며, 이때 LED는 전기적으로 제어 가능한 공급 전류에 의해 매우 간단한 방식으로 제어 가능하고 또한 매우 소형이며 효율적이고 수명이 길다. 그러나, 다른 복사 소스도 또한 사용될 수 있다. 적외선(근적외선)은 착유용 동물에 대해 불쾌감을 유발하지 않는 장점이 있다.

이러한 복사선은 변조 주파수에 따라 변조되며, 예컨대 진폭 변조되고, 이때 변조 주파수는 물론 전자기 복사선 자체의 주파수와 상이하고 전자기 복사선 자체의 주파수보다 훨씬 작다. 예컨대 적외선 광은 본 명세서에서 변조 신호에 대한 캐리어이다.

방출된 복사선을 이용하여, 변조 신호의 위상 변위를 측정함으로써, 즉 기준 복사선의 위상과 반사된 복사선의 위상을 비교함으로써 거리를 측정한다. 이를 위해, 방출된 복사선은 (거의) 바로 리시버에 전달되는 것이 바람직하다. 거리는 측정된 위상차로부터 '거리 = 1/2 × 파장 × (위상차/2π)'에 의해 간단한 방식으로 측정 가능하며, 이때 파장은 변조 신호의 파장이다. 위에 언급한 등식에서는 거리 측정의 명확성을 아직 고려하지 않았음에 주의해야 하는데, 명확성은 주기성에 따른 위상차가 거리(A)와 관련될 수 있으며 또한 'A + n × (파장/2)'와 관련될 수 있을 때 나타난다. 이러한 이유 때문에, 실제로 나타나는 거리를 확실히 명확하게 측정하도록 하는 방식으로 진폭 변조의 파장을 선택하는 것이 유용할 수 있다.

바람직하게는, 방출되는 복사선의 변조, 예컨대 진폭 변조의 파장은 1 mm 내지 5 m 사이에 있다. 이러한 파장을 이용하면, 0.5 mm 내지 2.5 m의 최대 거리에 이르는 거리를 명확하게 측정할 수 있다. LED의 작동을 위해 전기 회로에서 간단한 방식으로 구현될 수 있는 300 MHz 내지 60 kHz의 변조 주파수가 이와 관련된다. 필요하다면 심지어 이보다 작거나 또는 이보다 큰 파장을 또한 선택할 수 있음에 주의해야 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 파장은 조절 가능하며, 구체적으로는 적어도 2가지 값 사이에서 전환 가능하다. 이는, 예컨대 큰 변조 파장을 이용하여 우선 거리를 대략적으로 측정할 수 있는 가능성을 제공한다. 왜냐하면 이러한 파장은 본래의 더 낮은 해상도에도 불구하고 먼 거리에 걸쳐 신뢰할만한 측정을 제공하기 때문이다. 이때, 단순화를 위해 해상도는 위상 측정의 정확도에 의해 결정되며, 예컨대 y %의 정확도로 측정될 수 있다고 가정한다. 긴 파장을 이용한 최초 측정에 의해, 대략적인 거리를 측정할 수 있다. 이후, 이보다 작은 파장을 이용하여 보다 정확한 측정을 행할 수 있으며, 이때 대략적인 측정에 의해 명확성이 제공된다.

예를 들면, 우선 2 m의 파장을 이용하여 측정을 수행한다. 위상 측정의 정확도는 5 %이다. 측정된 위상차는 (0.8 × 2π) ± 5 %에 해당한다. 측정되는 거리는 이때 0.80 ± 0.04 m에 해당한다. 이후, 0.5 m의 파장을 이용하여 측정을 수행한다. 측정된 위상차는 0.12 × 2π 모듈로(modulo) 2π이다. 이는 거리가 0.12 × 0.25 모듈로 0.25, 즉 0.03 모듈로 0.25 m에 해당함을 의미한다. 거리는 또한 0.80 ± 0.04 m에 해당하기 때문에, 거리는 0.78 m와 동일하게 되며 이때 정확도는 0.01 m이다. 이러한 방식으로, 정확도를 단계적으로 높일 수 있으며, 이전 단계의 정확도에 기초하여 상이한 변조 파장을 선택할 수 있다.

또한, 예컨대 우선 긴 파장을 이용하여 위치/거리를 대략적으로 측정하고 이후에 위치 변화로부터 속력을 결정하는 것이 유리하며, 이때 위치의 변화는 보다 작은 파장을 이용하여 측정된 위상차의 변화로부터 확실히 명확하게 측정될 수 있다.

변조의 파장을 조정하는 대신에, 전자기 복사선의 파장 자체를 조정할 수 있으며, 바람직하게는 2가지 값 사이에서 전환 가능하다. 이는, 예컨대 복수 개의 센서를 사용할 수 있는 가능성, 즉 동시에 한 공간에서 서로 다른 파장을 갖는 각각의 센서를 작동시킬 수 있는 가능성을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 복사 소스는 맥동 방식으로, 바람직하게는 1 Hz 내지 100 Hz 사이의 맥동 주파수를 이용하여 복사선을 방출한다. 이때, 맥동 길이는 바람직하게는 맥동 주기의 1/2 부분 이하, 더욱 바람직하게는 1/n 부분 이하이다. 이는 맥동 사이에 복사선이 없는 휴지부를 제공하며, 이러한 휴지부는 데이터 전달과 같은 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 이때 예를 들어 동일한 복사 소스가 사용될 수 있으면서도 상이한 트랜스미터 프로토콜을 갖지만, 그럼에도 불구하고 전혀 측정을 제안하지 않거나 또는 센서에 의해 측정이 전혀 방해를 받지 않는다. 또한, 휴지부에서 상이한 복사 소스 및/또는 센서를 이용할 수 있으며, 이 경우에는 또한 상호 교란도 발생하지 않는다.

복사 소스는 조정 가능한 광도 및/또는 조정 가능한 복사 각도를 갖는 것이 바람직하다. 이는 방출되는 복사 강도 또는 복사 에너지 방출량을 광 조건에 맞추도록 할 수 있는 가능성을 제공하며, 이에 따라 에너지를 절약할 수 있다. 예컨대, 거리는 짧고 반사 성능은 뛰어난 경우에는, 거리가 길고 비교적 흡수 성능이 뛰어난 경우, 예컨대 동물의 피부가 어두운 색인 경우 등에서보다는 적은 복사선을 필요로 한다. 또한, 복사선의 각도를 센서의 시야각에 맞출 수 있는데, 이는 복사선의 시야각이 센서의 시야각보다 더 클 필요는 없기 때문이다. 예컨대 공간을 관측할 때에는 복사선의 각도를 예를 들어 80° 내지 180°로 크게 선정하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 그러한 경우에 사용되는 시야각도 역시 종종 크기 때문이다. 이와 반대로, 로봇을 유두까지 "조종"할 때에는 복사선의 각도를 예컨대 30°내지 60°와 같이 보다 작게 선택할 수 있다. 물론, 다수의 다른 복사선 각도도 또한 가능하다.

구체적인 실시예에 있어서, 센서의 관측 영역의 시야각은 조정 가능하다. 이때 예컨대 관측 대상물 또는 영역에 따라 시야각을 선택할 수 있다. 예를 들면 유두까지 조종할 때, 대응하는 더 큰 해상도와 함께 작은 시야각을 선택하는 것이 유리하다. 또한, 시야각을 유리하게 선택함으로써 고온의 물체와 같이 교란을 유발하며 복사하는 대상물이 관측 영역으로부터 멀리 떨어져 있도록 하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예를 들면 센서 전방에 가변적인 초점 거리를 갖는 대물렌즈(렌즈)('줌 렌즈')를 배치한다. 또한, 단지 센서의 리시버의 제한된 영역을 선택하는 것도 가능하다. 이는 디지털 줌 기능과 비교 가능하다.

구체적인 실시예에 있어서, 복수 개의 행과 복수 개의 열을 갖는 리시버의 매트릭스 및 유리하게는 또한 복사 소스는 피봇 가능하게 배치된다. 이에 따라, 착유용 동물의 상이한 부분을 관측하는 경우에, 단지 리시버 장치 그리고 가능하다면 복사 소스도 피봇 되도록 한다는 장점을 갖는다. 이는, 전술한 방식으로 비교적 높은 해상도를 보장하기 위해 시야각 및 가능하다면 또한 복사선 각도도 비교적 작은 경우에 특히 유리하다. 그러나, 물론 구조상의 단순함을 극대화하기 위해 착유용 로봇 또는 착유실의 구성요소에 리시버 장치 및 복사 소스를 강건하게 연결하는 것도 또한 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇 아암 구조 및 센서를 갖춘 기구의 개략적인 사 시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 기구의 정면도이다.

도 3은 센서가 대안적인 방식으로 고정되는 로봇 아암 구조의 단부의 측면도이다.

도 4는 센서의 공간 상의 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 기구의 제어 시스템의 개략도이다.

이제 첨부 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명할 것이다.

도 1의 개략적인 사시도에 도시된 젖소와 같은 동물에 대한 자동 착유 기구는 젖소와 같은 하나의 단일 동물을 수용하는 착유실(1)을 포함한다. 이러한 착유실(1)은 펜스(2)에 의해 통상적인 방식으로 둘러싸여 있고, 부가적으로 이 착유실에는 도면에서는 도시 생략된 입구쪽 문 및 출구쪽 문이 마련된다. 착유실(1) 및 착유실의 바로 부근에는, 착유 대상인 동물의 유두에 유두컵을 자동 부착시키기 위한 로봇 아암 구조(3)를 포함하는 착유용 로봇이 위치한다. 로봇 아암 구조에는 유두컵을 운반하기 위한 로봇 아암(4)이 마련되며, 이 로봇 아암(4)은 동물의 유방 아래에서 피봇 가능하다(도 3 참조).

로봇 아암 구조(3)에는 제1 로봇 아암 구조 부분(5) 및 제2 로봇 아암 구조 부분(6)이 마련된다. 제1 로봇 아암 구조 부분(5)은 제1 수평축(7)에 의해 펜스(2)의 상부면에 피봇 가능하게 연결된다. 제2 로봇 아암 구조 부분(6)은 착유 실(1) 외부에 위치하는 제2 수평축(8)에 의해 제1 로봇 아암 구조 부분(5)에 피봇 가능하게 연결된다. 로봇 아암(4)은 제2 로봇 아암 구조 부분(6)에 연결된다. 로봇 아암(4)은 제2 로봇 아암 구조 부분(6)에 강건하게 연결될 수 있거나, 또는 제3의 수평축 및/또는 수직축을 매개로 제2 로봇 아암 구조 부분에 연결될 수 있으며, 이에 따라 로봇 아암은 예컨대 제어 실린더를 이용하여 제2 로봇 아암 구조 부분에 대해 피봇 가능하다.

제1 제어 실린더(9)의 제1 작용점(10)은 제2 로봇 아암 구조 부분(6) 상에 있고 제2 작용점(11)은 제1 수평축(7) 아래로 제1 거리에 있는 소정 위치에서 펜스(2) 상에 있다. 제2 제어 실린더(12)의 제1 작용점(13)은 제1 로봇 아암 구조 부분(5) 상에 있고 제2 작용점(14)은 제1 수평축(7) 아래로 제2 거리에 있는 소정 위치에서 펜스(2) 상에 있으며, 제2 거리는 제1 거리보다 길다. 제2 제어 실린더(12)는 단일 제어 실린더일 수 있거나, 또는 도 1에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이 제1 제어 실린더(9)의 양쪽에 배치된 2개의 제어 실린더에 의해 형성될 수 있다. 이때, 제1 작용점(10)은 적어도 근사적으로 제2 로봇 아암 구조 부분(6) 중간에서 제2 로봇 아암 구조 부분(6) 상에 위치한다. 로봇 아암(4)의 자유 단부의 실질적인 수평 이동을 구현하기 위해, 제2 로봇 아암 구조 부분(6) 상의 제1 작용점(10)은 펜스(2)에 대향하는 제2 로봇 아암 구조 부분(6)의 측부에 위치한다. 제1 로봇 아암 구조 부분(5) 상의 제1 작용점(13)은 제1 수평축(7)보다 제2 수평축(8)에 더 근접하게 위치한다. 비교적 소형의 구조를 구현하기 위해, 제1 로봇 아암 구조 부분(5) 상의 제1 작용점(10)은 로봇 아암(4)을 향해 배향된다.

로봇 아암 구조(3)는, 레일(16 및 17)을 따라 변위 가능한 지지 유닛(15)에 의해 착유실(1)의 종방향으로 변위 가능하다. 레일(16)은 펜스(2)의 상부면에 배치되고, 두 가지 실시예에서 레일(17)은 펜스(2)의 종방향 면에서 착유실(1)의 대략적인 절반 높이에 배치되며, 즉 로봇 아암 구조(3)가 위치하는 쪽에 배치된다. 지지 유닛(15)의 상부면 및 하부면에는 모두 롤러(18, 19 및 20)가 마련된다. 지지 유닛(15) 상의 작용점이 도면부호 21로 표시되는 제어 실린더(도시 생략)에 의해 지지 유닛(15)은 레일(16, 17)을 따라 변위 가능하다. 제1 수평축(7) 및 제2 수평축(8)은 지지 유닛(15) 상에 배치되고, 제1 제어 실린더(9)의 제2 작용점(11) 및 제2 제어 실린더(12)의 제2 작용점(14)은 지지 유닛(15) 상에 작용한다.

도 3은 로봇 아암, 예컨대 로봇 아암(4)의 자유 단부를 상세하게 도시하고 있다. 로봇 아암(4)의 자유 단부 상에는 4개의 유두컵(28)이 마련되며, 도시된 도면에서는 이 4개의 유두컵 중 하나를 볼 수 있다. 유두컵(28)은 유두컵(28)으로부터 우유를 방출하기 위한 호스(29) 및 맥동 진공을 인가하기 위한 도시 생략된 호스에 각각 연결된다.

로봇 아암(4)의 자유 단부는 지지 요소(30)를 포함한다. 각각의 유두컵(28)에 대하여, 힌지 핀(36)에 의해 지지 요소(30)에 연결되는 하우징(35)이 마련된다. 각각의 하우징(35)에는 굽힘 레버(38) 및 제어 레버(39)를 포함하는 커플링 메커니즘(37)이 마련된다. 굽힘 레버(38)는 일단부에서 힌지 핀(40)에 의해 하우징(35)에 연결된다. 굽힘 레버(38)는 타단부에서 힌지 핀(41)에 의해 제어 레버(39)에 연결된다. 제어 레버(39)는 타측에서 힌지 핀(42)에 의해 유두컵(28)을 위한 홀 더(43)에 연결된다. 홀더(43)는 또한 힌지 핀(44)에 의해 하우징(35)에 연결된다. 또한 하우징(35)에는, 지지 요소(30)에 연결되고 굽힘 레버(38)에 대한 타측부에 있는 제어 실린더(45)가 더 마련된다.

도 3의 상황에 있어서, 제어 실린더(45)는 수축되고, 그 결과로 하우징(35)은 낮은 위치에 있게 되며 홀더(43)는 유두컵(28)과 함께 기울어지게 된다. 제어 실린더(45)를 신장시킴으로써, 홀더(43) 및 유두컵(28)은 수직 방향을 향해 기울어진다(도시 생략). 제어 실린더(45)의 추가적인 작동은 유두(46)에 유두컵(28)을 부착하기 위해 상방으로 하우징(35)이 이동하는 결과를 초래한다.

유두컵(28)을 유두(46)에 부착한 이후에, 하우징(35)은 하방으로 이동한다. 유두컵(28)은 이후에 코드(50)에 의해 하우징(35)에 연결된 상태로 남아있게 된다. 코드(50)는 홀더(43)를 통해 그리고 롤러(51) 아래로 제어 실린더(52)까지 유두컵(28)의 하부면으로부터 연장된다. 하우징(35)의 하방 이동 중에, 제어 실린더(52)는 코드(50)를 풀기 위해 수축된다. 재차 제어 실린더(52)를 신장시킴으로써, 코드(50)는 홀더(43)로 다시 유두컵(28)을 당기게 된다. 로봇 아암 구조(3)에 관한 보다 상세한 설명에 대해서는, EP-A1-1 442 657을 참조하라. 유두컵(28)의 작동에 관한 보다 상세한 설명에 대해서는, EP-A1 862 360을 참조하라.

로봇 아암 구조(3) 상에는 센서가 마련되며, 본 명세서의 경우에는 3D 카메라(100)가 마련된다. 3D 카메라(100)는 합성 재료로 된 하우징(101)을 포함하며, 이 하우징은 도 3의 실시예에 있어서 볼 조인트(102)를 매개로 지지 요소(30)에 대해 이동 가능하게 연결된다. 3D 카메라(100)는 예컨대 서보 모터인 도시 생략된 액추에이터를 이용하여 볼 조인트(102)에 의해 수평축을 중심으로 기울어질 수 있으며 볼 조인트(102)에 의해 수직축을 중심으로 회전할 수 있다.

대안으로, 3D 카메라(100)는 로봇 아암(4)에 강건하게 연결될 수 있거나(도 1 및 도 2의 실시예 참조), 또는 아암(103)을 매개로 착유용 기구의 또 다른 부분, 예컨대 펜스(2)에 개별적으로 이동 가능하게 연결될 수 있다(도 4의 실시예에 부분적으로 도시됨).

하우징(101)은 전면(104)을 포함한다. 전면(104)에는 렌즈(106) 및 복수 개의 복사 소스가 포함되며, 본 실시예에서는 적외선 발광 다이오드(IR-LED) 형태인 광원(108)이 포함된다. 변형에 있어서, 렌즈(106)는 전면(104)의 내측에 마련되며, 전면(104)은 적외선 광을 투과시키는 재료로 제작된다. 렌즈(106)는 이에 따라 외부의 영향으로부터 보호되는 반면, 합성 재료로 된 평평한 전면(104)은 투사 렌즈(106)를 갖춘 전면(104)보다 더 쉽게 청소될 수 있다.

하우징(101)에는, CMOS 이미지 센서(110)와 같은 위치 감지 센서가 더 포함된다. CMOS 이미지 센서(110)는, 광감지 포토 다이오드 형태로서 렌즈(106)를 향하는 쪽에 복수 개의 행 및 복수 개의 열을 갖춘 리시버의 매트릭스를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 이는 64 × 64 포토 다이오드의 매트릭스이지만 해상도는 176 × 144, 640 × 480이며, 다른 매트릭스 크기, 더 작거나 또는 더 큰 매트릭스 크기도 또한 가능하다. CMOS 이미지 센서(110)는 통합 센서 제어 수단(도시 생략)을 포함하는데, 이 통합 센서 제어 수단은 IR-LED(108)를 제어하고 각각의 포토 다이오드 위로 입사하는 적외선 광을 디지털 신호로 변환하며 이를 도시 생략된 무선 접속 또는 유선 접속을 매개로 중앙 처리 유닛 혹은 컴퓨터에 전달한다(역시 이하 참조).

3D 카메라(100)의 센서 제어 수단은 3D 카메라(100)의 IR-LED(108)에 의해 물체에 방출되는 광과 반사 후에 3D 카메라(100)로, 즉 3D 카메라의 CMOS 이미지 센서(110)로 되돌아오는 광 사이의 위상차를 측정함으로써 물체로부터 각각의 포토 다이오드까지의 거리를 측정한다.

바람직한 실시예에 있어서, IR-LED(108)는 진폭 변조된 파형의 광 신호를 방출한다. 진폭 변조는 자체로 반복 주파수를 갖는다. 반사 이후에 이러한 광 신호는 렌즈(106)에 의해 CMOS 이미지 센서(110) 상에 상을 맺는다. 방출된 변조 광 신호에 대해 수신된 변조 광 신호의 위상차를 측정함으로써, 변조된 신호의 파장에 의해 센서와 물체 사이의 거리를 산출할 수 있다. 이는 CMOS 이미지 센서(110) 상의 각각의 포토 다이오드에 대해 동시에 이루어진다. 따라서, 관측된 물체의 3차원 이미지가 생성된다.

이러한 방식으로는 아직 명확하게 거리를 측정하지 못한다는 점에 주의해야 한다. 왜냐하면, 이용되는 센서의 광 신호의 복수 개의 파장에 물체가 놓일 수 있기 때문이다. 이는 실제로 예컨대 진폭 변조의 주파수를 또한 변경함으로써 해결될 수 있다.

구체적인 실시예에 있어서, 변조된 신호 중 적어도 하나의 전체 파동, 바람직하게는 2개 또는 복수 개의 파동이 각각의 광 펄스에 입사하는 경우, 짧은 광 펄스는 IR-LED(108)에 의해 방출될 수 있다.

도 5는 여기서는 착유용 로봇, 예컨대 로봇 아암 구조(3)의 제어 시스템(120)의 형태인 로봇 제어부 또는 로봇 제어 수단을 개략적으로 도시하고 있다. 제어 시스템(120)은 하나 또는 복수의 엑추에이터(124)를 제어하기 위한 중앙 처리 유닛(122) 및 개인용 컴퓨터(PC)의 형태인 사용자 스테이션(126)을 포함한다. 엑추에이터(124)는 도 1 내지 3과 관련하여 설명한 바와 같이 로봇 아암 구조(3)에 대한 제어 실린더(9, 12, 45 및 52)일 수 있으며, 가능하다면 3D 카메라(100) 자체의 포커싱을 위한 도시 생략된 서보 모터일 수 있다.

중앙 처리 유닛(122)은 임시 메모리(working memory)를 구비하며, 제어 소프트웨어로 프로그래밍되고, 알고리즘 또는 퍼지 로직 제어에 기초하여 3D 카메라(100)로부터의 3차원 이미지를 해석한다. 이러한 해석에 기초하여, 중앙 처리 유닛(122)은 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 하나 또는 복수 개의 엑추에이터(124)를 제어한다.

중앙 처리 유닛(122)은 고정 접속 또는 무선 접속을 매개로 PC(126)에 접속된다. PC(126)를 매개로 하여, 중앙 처리 유닛(122)의 제어 소프트웨어를 로딩하고/로딩하거나 조정하는 것이 가능하다. 또한, PC(126)의 모니터가 3D 카메라(100)로부터 처리되거나 또는 처리되지 않은 이미지를 디스플레이하는 것이 가능하다. 또한, 중앙 처리 유닛(122)이 3D 카메라(100)로부터의 이미지에 기초하여 외란 또는 다른 바람직하지 않은 사건이 발생함을 확인한 경우에, 경고 사항이 있다면 이 스크린에 경고 사항을 표시하는 것도 가능하다. 마지막으로, PC(126)에 저장 매체(도시 생략)가 마련되거나 PC에 저장 매체가 접속될 수 있으며, 이 저장 매체에는 센서로부터의 이미지 및/또는 처리된 정보가 저장될 수 있다.

작업 중에, 로봇 아암 구조(3)는 착유실(1)의 측부에 위치하게 된다. 3D 카메라(100)는 이때 입구쪽 문(도시 생략)에 포커싱된다. 젖소가 입구쪽 문에 나오자마자 3D 카메라(100)는 이 젖소를 관측하게 된다. 제어 시스템(120)은 젖소의 일부의 3차원 이미지를 생성한다. 이러한 목적을 위해, CMOS 이미지 센서(110) 상의 센서 제어 수단은 IR-LED(108)에 의해 방출되는 광과 젖소의 복수 개의 지점으로부터 3D 카메라(100)로 반사되는 광 사이의 위상차를 측정한다. 이러한 경우, 젖소의 복수 개의 지점으로부터 반사되는 광은 CMOS 이미지 센서(110) 상의 리시버와 함께 매트릭스로 된 다양한 리시버 상에 입사하게 된다.

매트릭스로 된 각각의 리시버에 대해 이러한 위상차는 CMOS 이미지 센서(110) 또는 중앙 처리 유닛(122)에 의해 3D 카메라(100)로부터 젖소의 복수 개의 지점까지의 거리로 변환된다.

진폭 변조의 선택된 주파수에 따라, 3D 카메라(100)는 복수 개, 예컨대 초당 50 개의 이미지를 생성할 수 있다. 각각의 이미지는 이 경우에 유두 또는 젖소의 다른 부분을 신뢰할만한 수준으로 재현한 것으로 간주하며, 종래 기술에 따른 스캐닝 센서의 경우에서보다는 젖소의 임의의 운동에 의한 이미지의 왜곡이 훨씬 덜하다. 또한, 완전한 촬영을 위해 3D 카메라(100) 자체를 움직일 필요는 없다. 그 결과로서, 이후에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 신뢰할만한 방식으로 로봇 아암 구조(3)를 유두(46)까지 이동시킬 수 있다.

중앙 처리 유닛(122)의 메모리에는, 착유 대상 무리 중 여러 마리의 젖소, 바람직하게는 모든 젖소의 공간적 특징에 관한 데이터베이스가 포함된다. 관측된 3차원 이미지에 기초하여 관련된 젖소를 확인하며, 그 젖소가 착유실(1)에 들어갈 것인지 여부를 결정할 수 있다.

젖소가 착유실(1)에 들어간 이후에, 또는 젖소가 입구쪽 문에 정지해 있는 동안, 젖소의 유방 및 유두의 3차원 이미지를 추가로 생성한다. 유방의 크기 및/또는 관련된 젖소에 관한 이력 데이터에 기초하여, 이 젖소에 대한 착유 여부를 결정한다. 착유하지 않는 경우에, 젖소가 이미 들어와 있다면 출구쪽 문을 열어 젖소가 착유실(1)을 빠져나오도록 한다. 젖소가 아직 들어와 있지 않다면, 착유실(1)에 대한 입구쪽 문은 이 젖소의 경우에는 열리지 않는다.

젖소가 착유실(1)에 들어가는 동안, 3D 카메라(100)는 계속 젖소를 촬영한다. 이들 촬영물에 기초하여, 중앙 처리 유닛(122)은 젖소가 완전히 착유실(1)에 들어가는 순간을 결정한다. 이때, 입구쪽 문을 닫기 위해 엑추에이터(124) 중 하나를 작동시킨다. 관측 대상인 젖소에 맞춰진 소정량의 사료는 착유실(1)의 단부에 위치하는 사료 여물통(도시 생략)에 대해 추가로 공급된다.

젖소가 착유실(1)에 들어간 이후에, 3D 카메라(100)는 전체적인 젖소 또는 적어도 유방 및 바람직하게는 또한 젖소의 뒷다리를 적어도 한 장 이상 촬영한다. 이에 기초하여, 중앙 처리 유닛(122)은 유방의 공간상의 위치를 결정하고 가능하다면 뒷다리의 공간상의 위치를 결정할 수 있다. 종래 기술에서 젖소의 뒷다리의 위치는 촉각 센서(feeler sensor)에 의해 젖소의 후방면을 측정함으로써 또는 착유실(1)의 바닥에 있는 중량 측정 수단을 이용하여 젖소의 무게 중심을 결정함으로써 간접적으로 측정된다는 점에 주의해야 한다. 3D 카메라(100)는 이에 따라 상기 촉각 센서 및/또는 중량 측정 수단을 대체할 수 있다.

3D 카메라(100)로부터의 이미지 및 구체적으로는 유방의 공간상의 위치 그리고 가능하다면 이로부터 추정되는 뒷다리의 공간상의 위치에 기초하여, 중앙 처리 유닛(122)은 자체로 공지되어 있으며 본 명세서에서는 도시 생략된 청소용 롤을 착유 대상 유두(46)까지 이동시킨다. 3D 카메라(100)는 이때 관련 청소용 롤을 계속해서 뒤따르게 되며, 중앙 처리 유닛(122)은 3D 카메라(100)의 비교적 높은 이미지 주파수 덕분에 관련 청소용 롤의 회전 속도를 산출할 수 있다. 회전 속도가 너무 느리게 된다면, 이는 관련 유두(46) 상의 압력이 과도하게 높다는 것을 의미하며, 엑추에이터는 관련 압력을 낮추도록 제어된다. 3D 카메라(100)는 이에 따라 청소용 롤의 회전 속도를 관측하기 위한 별도의 센서를 절약하게 된다.

유두(46)와 함께 유방을 최초로 청소한 이후에, 중앙 처리 유닛(122)은 유방이 착유를 개시할 수 있을 정도로 충분히 자극되었는지 여부를 결정한다. 이러한 목적을 위해, 3D 카메라(100)를 이용하여 다시 유방 및 유두(46)의 3차원 이미지를 얻게 된다. 이러한 3차원 이미지는 하나 또는 복수 개의 기준 이미지와 비교된다. 이러한 기준 이미지는 중앙 처리 유닛(122) 및/또는 PC(126)의 메모리에 저장된 관련 젖소의 이미지 및/또는 청소 이전에 촬영된 유두(46)와 유방의 이미지일 수 있다. 관련 유방 및/또는 유두(46)의 형상 및/또는 크기가 적어도 소정의 한도만큼 변했다면, 이때 중앙 처리 유닛(122)은 유방이 충분히 자극되었다고 결론내린다.

유두(46)의 공간상의 위치 및 가능하다면 다리의 위치에 대한 3차원 이미지 (바람직하게는 다시 관측됨)에 기초하여, 중앙 처리 유닛(122)은 후속하여 로봇 아암(4)이 뒤따르게 될 경로를 결정한다. 중앙 처리 유닛(122)은 로봇 아암(4)을 이동시키고 구체적으로는 로봇 아암 상에 위치하는 유두컵(28)을 관련 유두(46)까지 이동시킨다.

관련 로봇 아암 구조(3)의 실시예에 따라서는, 유두컵(28)을 연속적으로 또는 동시에 유두컵이 부착될 관련 유두(46)까지 이동시킨다. 바람직하게는, 중앙 처리 유닛(122)은 로봇 아암(4)의 소정 이동에 대해 유두(46) 및 부착될 유두컵(28) 양자의 동시 관측에 기초한다. 중앙 처리 유닛은 이로부터 상호간의 거리, 방향 및 속도를 추정할 수 있으며, 이는 또한 조종의 정확도를 개선시킨다. 이는 또한 유두컵(28)의 위치의 변동이 자동 처리되도록 하는 장점을 갖는다. 이러한 변동은 예컨대 유두컵(28)이 항상 동일한 방식으로 유두컵의 홀더(43)에 수용되지는 않는 경우에 발생한다.

유두컵(28)을 유두(46)에 부착 완료한 후에, 3D 카메라(100)는 지속적으로 유두컵(28), 유두 및 가능하다면 젖소의 더 넓은 부분을 관측하게 된다. 중앙 처리 유닛(122)은 유두컵(28)과 관련 유두(46) 사이의 임의의 상호 이동에 기초하여 유두컵(28)과 유두(46) 사이의 연결이 줄어들고 관련 유두컵(28)에 의한 착유가 (거의) 종료되었다고 결론내릴 수 있다. 유두컵(28)이 관련 유두(46)에 대해 급격하게 크게 상호 이동을 하면, 중앙 처리 유닛(122)은 예컨대 젖소가 유두컵을 걷어참으로써 관련 유두(46)로부터 관련 유두컵(28)이 떨어지게 되었다고 결론내릴 수 있다. 이러한 경우에, 중앙 처리 유닛(122)은 관련 유두컵이 오염 가능성이 있는 착유실(1)의 바닥에 떨어지지 않도록 보장하기 위해 예컨대 코드(50)를 팽팽하게 함으로써 즉시 조치를 취할 수 있다. 또한, 중앙 처리 유닛(122)은 오염되어 있을 가능성이 있는 우유를 분리하고/분리하거나 관련 유두컵(28) 및 연관된 우유 호스(29)를 청소하는 것과 같은 예방적 조치를 취할 수 있다.

3D 카메라로 단지 유두(46)와 함께 유방만을 관측하는 것보다 젖소의 더 넓은 부분을 관측하게 함으로써, 또한 예컨대 관련 젖소의 다리를 관측할 수 있다. 다리 및/또는 젖소의 다른 부분의 관측에 기초하여, 중앙 처리 유닛(122)은 다리로 유두컵을 걷어찰 위험을 결정하거나 또는 관련 다리가 로봇 아암 구조(3)에 부딪힐 위험을 결정할 수 있다. 또한, 중앙 처리 유닛(122)은 젖소 후방의 3차원 이미지에 기초하여 젖소가 용변을 볼 위험을 결정할 수 있다. 걷어찰 위험 및/또는 젖소가 용변을 볼 위험이 사전에 정한 값보다 크다고 중앙 처리 유닛(122)이 결정하면, 중앙 처리 유닛은 로봇 아암 구조(3)를 변위시키거나 또는 예방 차원에서 코드(50)를 팽팽하게 하는 것과 같은 예방적 조치를 취하도록 결정할 수 있다.

주어진 순간에, 중앙 처리 유닛은 전술한 바와 같이 3D 카메라(100)로부터의 이미지에 기초하여 유방의 크기가 사전에 정한 한도까지 줄어들었는지를 확인하고/확인하거나 관련 유두컵(28) 및 유두(46)가 서로에 대해 이동하기 시작하였는지를 확인하기 때문에, 중앙 처리 유닛(122)은 관련 젖소가 충분히 착유되었는지를 확인하게 된다. 이때, 중앙 처리 유닛(122)은, 유두컵(28)을 떼어놓고 코드(50)를 매개로 유두컵을 관련 홀더(43)까지 이동시키며 로봇 아암(4)을 젖소 아래로부터 이동시키도록 명령을 내린다. 3D 카메라(100)로부터의 이미지에 기초하여, 중앙 처 리 유닛(122)은 젖소가 착유실(1)을 완전히 빠져나오는 때를 확인할 수 있으며, 그 이후에 중앙 처리 유닛은 관련 엑추에이터가 출구쪽 문을 닫도록 할 수 있다.

착유 후에, 또는 적어도 다음 젖소에서 착유하기 이전에, 유두컵(28) 및 관련 우유 호스(29)를 세척할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 자체로 공지되어 있으며 본 명세서에서는 도시 생략된 청소 유닛이 마련된다. 청소 유닛은 물과 같은 청소용 액체를 유두컵(28) 중 하나의 내부로 분무하는 청소용 분무 노즐을 포함한다. 청소용 액체는 관련 우유 호스(29)를 매개로 흡입되며, 이에 따라 또한 관련 우유 호스를 세척한다. 로봇 아암 구조(3)가 청소 유닛에 대해 유두컵(28)과 함께 홀더(43)를 이동시키도록 하는 방식으로, 청소 유닛은 착유실(1) 내에 또는 착유실 부근에 마련된다. 이러한 목적을 위해, 3D 카메라(100)는 유두컵(28) 및 청소 유닛의 하나 이상의 3차원 이미지를 생성한다. 이에 따라, 중앙 처리 유닛(122)은 유두컵(28) 및 청소 유닛의 실제 위치에 기초하여 로봇 아암 구조(3)의 엑추에이터(124)를 제어할 수 있다. 이는 사전에 결정된 위치 및 사전에 계산된 위치에 기초하여 제어하기에 유리한데, 이는 예컨대 젖소가 밀거나 걷어차는 것과 같이 로봇 아암 구조(3) 및/또는 청소 유닛에 가해지는 외부 부하로 인하여, 실제 위치가 사전에 결정된 위치 및 사전에 계산된 위치로부터 벗어날 수 있기 때문이다.

필요한 경우, 중앙 처리 유닛(122)은 3D 카메라(100)로부터의 이미지를 이용하여 착유실(1)이 다소간 오염되어 있는지를 관측할 수 있고, 이에 기초하여 착유실(1) 및/또는 둘레 펜스(2) 및/또는 로봇 아암 구조(3)를 청소할 수 있다. 이러한 경우에, 중앙 처리 유닛(122)은 3D 카메라(100)에 의해 관측된 이미지에 기초하 여, 청소를 방해하는 동물, 사람 또는 물체가 착유실(1)에 전혀 없는지 여부를 다시 점검할 수 있다. 청소 중에, 중앙 처리 유닛(122)은 청소 과정을 점검하고 필요하다면 청소 과정을 조정할 수 있다. 사용될 가능성이 있는 청소 장치의 보다 상세한 설명을 위해, 미국 A1 2004/0103846를 참조하라. 여기서, 3D 카메라(100)는 관련 공개 문헌으로부터의 하나 또는 복수의 특수 센서 및 카메라를 대체할 수 있으므로 특히 유리함에 주목해야 한다. 이는 관련 센서 및 카메라와 이와 관련된 제어 시스템 양자에 대한 비용 절감을 의미한다.

본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 또한 적외선 광 대신에 다른 파장의 광, 이 중에서도 가시광선을 감지하는 센서를 적용할 수 있다. 진폭 변조 대신에 주파수 변조를 또한 적용할 수 있다. 또한, 예컨대 로봇 아암 상의 별도의 하우징을 이용하여 이미지 센서 및 렌즈의 하우징이 아닌 다른 위치에 광원을 마련할 수 있다. 이러한 경우, 물론 광원과 이미지 센서 사이의 거리를 알고 있어서 관측되는 유두로부터의 산출된 거리를 이에 따라 보정한다는 점은 무척 중요하다.

센서는 로봇 아암에 대해 강건하지 않은 대신 이동 가능하게 연결될 수 있거나, 또는 로봇 아암으로부터 떨어져서 강건하게 또는 이동 가능하게 착유실 부근의 위치, 예컨대 펜스에 연결될 수 있다.

제어 시스템은 중앙 처리 유닛 주위에 설치되어야 할 필요는 없다. 또한, CMOS 이미지 센서와 같은 기존의 구성요소와 통합되는지 또는 통합되지 않는지 여부에 따라 분산 처리 유닛이 마련될 수 있다. 또한 엑추에이터를 분산 처리 유닛 과 함께 구성함으로써, 심지어는 네트워크 제어를 구현할 수 있으며, 이때 다양한 분산 처리 유닛은 서로 직접 통신한다.

전술한 바와 같이, 하나의 3D 카메라로부터의 3차원 이미지에 기초하여 젖소로부터의 다수의 자동 착유 작업을 수행하는 것이 유리하다. 이에 따라 다양한 별도의 센서의 구입 및 유지보수를 줄이게 된다. 그러나, 본 발명은 3D 카메라로부터의 이미지에 기초하여 단지 하나의 작업 또는 소수의 조합된 작업을 수행한다는 점에서 이미 유리하다. 이러한 경우, 3D 카메라는 특별히 유두가 아닌, 젖소의 다른 부분 또는 심지어 전체적인 젖소를 관측할 필요가 있다. 3D 카메라는 예컨대 착유 하기 위해 나와 있는 젖소를 인식하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 또한, 3D 카메라로부터의 이미지에 기초하여 단지 착유실의 청소만을 제어하는 것이 유리하다.

변형에 있어서, 복수 개의 3D 카메라를 적용할 수 있으며, 이 경우 예컨대 3D 카메라들 중 하나는 실질적으로 일부 시간 동안 전체적인 젖소를 실질적으로 관측하기 위한 의도인 반면, 제2의 3D 카메라는 예컨대 유두의 상세한 촬영을 위한 것이다. 이러한 변형에 있어서, 관련 광원을 동기화하거나, 또는 서로에 대해 광원을 또 다른 방식으로 조율하는 것이 중요하다. 예컨대, 서로 편향되는 주파수(deviating frequency)를 갖는 광을 적용할 수 있다. 또한, 대안적인 방식으로 광 펄스를 방출할 수 있다. 이는 중앙 처리 유닛에 의해 조정된다. 그러나, 광 펄스가 또 다른 센서로부터 수신되는지를 센서가 관측하도록 하고, 이후에 센서가 사전에 결정된 짧은 순간에 광 펄스를 자체로 방출하도록 하는 것이 또한 유리하 다.

게다가, 본 발명에 따른 자동 착유 기구는 또한 염소와 같은 다른 착유용 동물에 대해서도 유리하게 사용될 수 있다. 완전히 상이한 유형의 착유용 로봇을 갖춘 기구, 상이하게 배향된 회전축을 이용하여 젖소를 향해 그리고 젖소로부터 멀리 로봇 아암이 이동되는 기구, 또는 젖소가 어느 정도 이동의 자유를 갖는 기구와 같이 다른 유형의 착유용 기구를 또한 사용할 수 있다.

Claims (18)

1. 소와 같은 착유용 동물을 위한 자동 착유 기구에 있어서,

   착유실(1),

   착유용 동물의 적어도 일부, 예컨대 유두(46)를 관측하기 위한 센서(100) 및

   유두(46)에 유두컵(28)을 자동 부착하기 위한 착유용 로봇(3)으로서, 센서(100)에 작동 가능하게 연결되는 로봇 제어부(120)를 포함하는 착유용 로봇(3)

   을 포함하며, 상기 센서(100)는

   전자기 복사선, 구체적으로는 광을 방출하기 위한 복사 소스(108),

   착유용 동물로부터 반사된 전자기 복사선을 받아들이기 위한 리시버(110),

   반사된 전자기 복사선을 리시버(110) 상에 촬상하기 위한 렌즈(106) 및

   센서 제어 수단을 포함하는 것인 자동 착유 기구로서,

   상기 센서(100)는 복수 개의 행 및 복수 개의 열을 갖춘 리시버(110)의 매트릭스를 포함하고,

   상기 센서 제어 수단은 전자기 복사선을 변조시키기 위해 상기 복사 소스(108)에 작동 가능하게 연결되며,

   상기 센서 제어 수단은 각각의 리시버(110)에 대해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성되고, 이에 따라 센서(100)로부터 착유용 동물 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 착유 기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서 제어 수단은 또한 센서(100)로부터 유두컵(28) 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
3. 제2항에 있어서, 상기 로봇 제어부(120)는 유두컵(28)과 유두(46) 사이의 상호 거리를 산출하도록 구성되며, 산출된 상호 거리에 기초하여 착유용 로봇(3)을 제어하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 로봇 제어부(120)는 부착된 유두컵(28)과 관련 유두(46) 사이의 연결을 모니터링하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 센서 제어 수단은 센서(100)로부터 유두(46) 및 유두컵(28) 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 반복적으로 측정하도록 구성되며,

   상기 로봇 제어부(120)는 이 위상차를 이용하여 부착된 유두컵(28)과 관련 유두(46) 사이의 상호 속도를 결정하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 센서 제어 수단은 또한 센서(100)로부터 착유 대상 동물의 적어도 하나의 다리 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성되며,

   상기 로봇 제어부(120)는 이 위상차에 기초하여 또한 착유용 로봇(3)을 제어하도록 구성되는 것인 작동 착유 기구.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 로봇 제어부(120)는 센서(100)로부터 유두(46) 상의 복수 개의 지점까지의 산출된 거리에 기초하고/기초하거나 센서(100)로부터 유방 상의 복수 개의 지점까지의 산출된 거리에 기초하여 착유용 동물을 착유할 것인지 여부를 결정하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 로봇 제어부(120)는 센서(100)로부터 착유용 동물 상의 복수 개의 지점까지 산출된 거리에 기초하여 착유용 동물을 인식하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 로봇 제어부(120)는 센서(100)로부터 착유용 동물의 유두(46) 상의 복수 개의 지점까지 산출된 거리에 기초하고/기초하거나 센서(100)로부터 청소용 브러쉬 상의 복수 개의 지점까지 산출된 거리에 기초하여 착유용 동물의 유두(46) 청소를 위한 청소용 브러쉬를 제어하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 로봇 제어부(120)는 센서(100)에 의한 관측에 기초하여 착유실(1) 내에 착유용 동물이 없음을 확인하면 착유실(1)의 청소 과정을 개시할 수 있도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 유두컵(28)을 청소하기 위한 청소 장치를 더 포함하며,

    상기 센서 제어 수단은 또한 센서(100)로부터 청소 장치 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 측정하도록 구성되고,

    상기 로봇 제어부(120)는 이 위상차에 기초하여 청소를 위해 유두컵(28)을 청소 장치까지 이동시키는 방식으로 착유용 로봇(3)을 제어하도록 구성되는 것인 자동 착유 기구.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    상기 센서 제어 수단은 센서(100)로부터 착유용 동물 상의 복수 개의 지점까지의 거리를 산출하기 위해 방출된 전자기 복사선과 반사되는 전자기 복사선 사이의 위상차를 반복적으로 측정하도록 구성되며,

    상기 로봇 제어부(120)는 이 위상차를 이용하여 센서(100)와 착유용 동물 상의 관련된 복수 개의 지점 사이의 상호 속도를 결정하도록 구성되는 것인 자동 착 유 기구.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 방출되는 전자기 복사선의 변조의 파장은 1 mm 내지 5 m 사이에 있는 것인 자동 착유 기구.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 파장은 조절 가능하며, 구체적으로는 적어도 2가지 값 사이에서 전환 가능한 것인 자동 착유 기구.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 복사 소스(108)는 맥동 방식으로, 바람직하게는 1 Hz 내지 100 Hz 사이의 맥동 주파수를 이용하여 복사선을 방출하는 것인 자동 착유 기구.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 복사 소스(108)는 조정 가능한 광도 및/또는 조정 가능한 복사선 각도를 갖는 것인 자동 착유 기구.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 센서(100)의 시야각은 조정 가능한 것인 자동 착유 기구.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 복수 개의 행과 복수 개의 열을 갖는 리시버(110)의 매트릭스 및 유리하게는 또한 복사 소스(108)는 피봇 가 능하게 배치되는 것인 자동 착유 기구.

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