KR20130115093A - 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 센서 어레이 - Google Patents

공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 센서 어레이 Download PDF

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KR20130115093A
KR20130115093A KR20127032526A KR20127032526A KR20130115093A KR 20130115093 A KR20130115093 A KR 20130115093A KR 20127032526 A KR20127032526 A KR 20127032526A KR 20127032526 A KR20127032526 A KR 20127032526A KR 20130115093 A KR20130115093 A KR 20130115093A
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아론 디. 캐롤
크리스토퍼 씨. 홀
벤자민 디. 니발리
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데어리 체크, 인코포레이티드.
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Abstract

본 발명은 동물의 젖꼭지의 위치와 같은 공간상에 있는 물체의 최소한의 위치를 결정하기 위한 탐지 장치, 시스템 및/또는 방법이다. 상기 장치는 센서들의 어레이(array)를 포함할 수 있다. 어레이에 있는 각 센서는 송신기-수신기 쌍을 포함할 수 있다. 각 쌍 내부의 송신기 및 수신기는 신호들의 사용을 통해 공간상의 물체를 탐지하기 위해 비스듬히 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예는 하나 이상의 탐지 장치를 포함할 수 있으며 공간상의 하나 이상의 물체를 탐지하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 상기 장치는 낙농 동물을 착유하기 위한 시스템으로 사용될 수도 있다.

Description

공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 센서 어레이{SENSOR ARRAY FOR LOCATING AN OBJECT IN SPACE}
관련된 출원과의 교차-참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2010년 5월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 61/345,011호 및 2010년 6월 4일자로 출원된 미국 가 특허 출원 제61/351,687호의 이익을 주장하며, 각 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 도입되었다.
본 발명은 공간상의 물체의 위치를 찾기 위한 장치, 시스템 및 방법과 관련되며, 더 상세하게는, 본 발명은 동물의 젖꼭지의 3차원 위치를 탐지하는 것에 대한 장치, 시스템 및 방법과 관련이 있다.
젖소와 같은, 동물들에서 착유하기 위한 자동 또는 반자동 시스템은 본 기술분야에서 알려져 있다. 이러한 시스템들의 중요한 측면은 동물의 젖꼭지를 위치를 결정하는 것이다.
선행 기술의 일부 젖꼭지 위치 시스템은, 젖꼭지까지의 거리를 측정하기 위해 듀얼 초음파 센서가 사용된다. 이때 복잡한 컴퓨터 알고리즘이 초음파 신호들을 해석하기 위해 필요하다.
마찬가지로, 다수의 레이저 센서를 가지는 시스템들이 신호들을 보내서 젖꼭지까지의 거리를 측정하기 위해 사용된다. 다시 한번 컴퓨터 알고리즘이 신호들을 해석하고 젖꼭지의 위치를 계산하기 위해 필요하다. 예를 들어 미국 특허 제6,647,919호는 동물의 젖꼭지의 공간적인 위치를 측정하기 위해 광선들 또는 광선들의 빔(beam)을 방출하기 위한 송신부와, 광선들 또는 광선들의 빔의 반사광을 수신하기 위한 수신부를 가지는 장치를 개시한다. 이 발명에서 일반적으로 젖꼭지의 위치와 그것의 다른 높이의 배치는 삼각 측량에 의해 결정된다.
동물의 젖꼭지의 특정 위치를 결정하기 위한 다른 시스템은 너무 복잡하고 낙농 산업에 있어서 충분히 강건하지 않다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,118,118호에 개시된 센서 장치는 벨트 및 모터를 매개로 회전 구동되는 반사기와 같은 이동부, 복잡한 광학 및 영상 처리부를 포함한다.
일반적으로, 선행 기술에 있어서, 거리 측정 및/또는 복잡한 신호 해석은 젖꼭지 위치를 측정하기 위해 사용된다.
발명의 요약
일 실시형태에 있어서, 본 발명은 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 센서들의 어레이를 포함하는데, 어레이의 각 센서는 전송빔을 공간으로 실질적으로 전송할 수 있는 송신수단과, 공간에 탐지장(field of detection)을 형성할 수 있는 수신수단을 포함하며, 상기 송신수단 및 상기 수신수단은 공간상의 탐지구역이 전송빔과 탐지장 사이의 교차점에서 발생하도록 어레이 내에 배열되고, 상기 수신수단은 물체로부터 반사된 빔을 수신할 수 있으며 상기 전송빔은 탐지구역 내에 있는 물체에 의해 반사되고, 상기 수신수단은 탐지구역 내에 있는 물체에서 반사된 빔에 대한 응답으로 출력신호를 발생시킬 수 있으며, 상기 물체는 어레이에 있는 모든 또는 거의 모든 수신기가 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 거의 동시에 출력신호를 발생시킬 때 공간상의 위치가 결정되는 것을 특징으로 한다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: (a) 공간에 있는 물체와 거의 근접한 시작위치로 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 본 발명의 장치를 이동시키는 단계; (b) 물체로 전송빔을 송신하는 단계; 및 (c) 어레이의 모든 또는 거의 모든 센서들의 탐지구역 내에 물체가 있을 때까지 탐색 패턴으로 시작위치로부터 장치를 이동시켜서 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위해 사용되는 신호를 상기 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것으로 상기 방법은: (a) 다수의 전송빔을 공간상으로 송신하는 단계, (b) 공간상에 다수의 탐지장을 생성하는 단계로서, 각 탐지장은 하나의 전송빔과 쌍이 되며, 각 탐지장은 그것의 쌍인 전송빔과 탐지구역에서 교차되어 다수의 탐지구역을 생성하며, (c) 쌍이된 하나 이상의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 발생시키는 단계, 및 (d) 상기 발생된 신호에 기초하여 공간상의 물체의 위치를 결정하기 위한 제어 수단을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 낙농 동물의 착유 방법에 관한 것으로 상기 방법은: (a) 동물의 젖꼭지와 거의 근접한 시작위치로 공간에서 물체의 위치를 결정하기 위한 본 발명의 장치를 이동시키는 단계; (b) 전송빔을 공간으로 송신하는 단계; (c) 어레이의 모든 또는 거의 모든 센서들의 탐지구역 내에 젖꼭지가 있을 때까지 탐색 패턴으로 시작위치로부터 장치를 이동시켜서 상기 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 발생시키는 단계; (d) 젖꼭지의 위치를 획득하기 위해 상기 신호를 사용하는 단계; (e) 상기 위치를 향해 착유수단을 이동시키는 단계; 및 (f) 젖꼭지에 착유수단을 맞물리게 하여 상기 동물에서 착유하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 동물에서 착유하기 위한 시스템에 관한 것으로 상기 시스템은: (a) 착유를 할 동물의 젖꼭지에 착유수단을 자동 또는 반-자동으로 연결하기 위한 착유장치; 및 (b) 상기 착유 수단과 관련하여 상기 젖꼭지를 위치시키기 위한 하나 이상의 장치들을 포함하고, 상기 하나 이상의 장치들 각각은 센서들의 어레이를 포함하며, 어레이의 각 센서는 전송빔을 전송할 수 있는 송신수단과, 공간에 탐지장을 형성할 수 있는 수신수단을 포함하며, 상기 송신수단 및 상기 수신수단은 공간상의 탐지구역이 전송빔과 탐지장 사이의 교차점에서 발생하도록 배열되고, 상기 수신수단은 공간에서 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 신호를 발생시킬 수 있으며, 상기 젖꼭지는 어레이에 있는 모든 또는 거의 모든 수신기가 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 거의 동시에 신호를 발생시킬 때 공간상의 위치가 결정되는 것을 특징으로 한다.
하기의 발명의 상세한 설명을 고려하는 경우 본 발명은 더 잘 이해되고 본 발명의 물체는 명확해질 것이다. 그와 같은 설명은 첨부된 도면들을 참조한다:
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서들의 어레이의 구성을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서들의 어레이의 측면도를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서들의 어레이의 평면도를 나타낸다.
도 2c는 도 2a에 도시한 구성의 측면도로서, 센서 및 도시된 센서에 의해 형성된 탐지구역을 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 공간에 있는 물체와 관련하여 센서의 위치를 보여준다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 공간에 있는 물체와 관련하여 2개의 센서들의 위치를 보여준다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 공간에 있는 물체와 관련하여 3개의 센서들의 위치를 보여준다.
도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 공간에 있는 물체와 관련하여 4개의 센서들의 위치를 보여준다.
도면들에 있어서, 발명의 실시예는 예시의 방법에 의해 도시되었다. 설명과 도면은 오직 실례의 목적과 이해의 목적이며, 발명의 한계를 한정하는 것으로 의도된 것은 아니다.
본 발명은 동물의 젖꼭지의 위치와 같은, 공간상에 있는 최소한 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 탐지 장치, 시스템 및/또는 방법이다. 본 발명의 실시 예는 하나 이상의 탐지장치를 포함할 수 있으며, 공간상에 있는 하나 이상의 물체를 탐지하기 위해 이용될 수 있다. 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있는 센서장치는, 젖꼭지의 위치를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 각각의 센서는 송신기-수신기 쌍과 결합될 수 있다. 각 쌍에 있는 송신기 및 수신기는 on 및 off 신호를 포함할 수 있는 신호의 사용을 통해 공간상에 있는 물체를 탐지하기 위해 기울어져 배치될 수 있다.
달리 정의된 것이 아니라면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 같은 의미를 가진다. 또한, 청구항에 있는 것은 제외하고, 달리 표현된 것이 아니라면, "또는" 은 "및"과 반대로(vice-versa)도 포함한다. 비 제한적인 용어는 명백하게 언급된 것 또는 문맥에 명시적으로 다르게 나타난 것이 아니라면 제한적인 것으로 해석되지 않는다(예를 들어 "포함하는", "가지는" 및 "구성되는"은 일반적으로 "제한 없이 포함하는 것"을 나타낸다). 청구항에 있는 것을 포함하는 "하나" 또는 "그" 것과 같은 단수형은 명백하게 다르게 언급된 것이 아니라면 복수의 대상물을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 본 발명은 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 센서들의 어레이, 어레이의 각 센서는 전송빔을 공간으로 보낼 수 있는 송신수단과, 공간에 탐지장 또는 탐지구역을 생성할 수 있는 수신수단을 포함한다. 송신수단 및 수신수단은 공간에서 탐지 구역 또는 센싱 체적(volume)을 생성하도록 정렬 또는 배열될 수 있다. 송신수단 및 수신수단은 실질적으로 방출된 빔과 탐지장이 공간상에 탐지구역 또는 센싱체적을 형성할 수 있도록 배치될 수 있으며, 탐지구역 또는 센싱체적은 전송빔과 탐지장 사이의 교차점에 위치할 수 있다. 전송빔이 충분히 방출된 경우, 전송빔은 공간상에 있는 물체를 타격하거나 칠 것이다. 만약 물체가 탐지구역 내에 있다면, 수신수단은 탐지구역 내에 있는 물체로부터의 반사빔을 수신할 수 있으며 그에 의해 공간상의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 발생시킬 수 있을 것이다. 발명의 일 실시형태에 있어서 장치에 있는 센서들의 어레이는 공간상의 많은 탐지구역을 형성하기 위해 구성될 수 있다. 상기 물체는 어레이에 있는 모든 또는 거의 모든 수신기가 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 물체로부터의 반사에 대한 응답으로 거의 동시에 신호를 발생시키는 경우 공간상에서의 위치가 결정될 수 있다.
본 발명의 센서장치는 센서신호의 처리를 위해 최소한의 컴퓨터의 사용이 허용될 수 있다. 센서장치는 젖꼭지의 위치 또는 장소를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 낙농산업 또는 다른 산업들에 사용되기 위해 충분히 강건할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시 예는 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 2 이상의 송신기-수신기 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하며, 각 쌍의 송신기 및 수신기는 공간상에 탐지구역을 생성하기 위해 배열되어지고, 물체는 어레이에 있는 모든 또는 거의 모든 수신기가 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 동시에 발생시키는 경우 공간에서의 위치가 결정될 수 있다.
수신수단은 단지 공간상의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 발생시킬 수도 있다. 탐지구역은 수신수단이 물체로부터의 전송빔의 반사를 수신 및 탐지할 수 있는 장소 또는 구역으로 정의될 수 있다. 송신수단으로부터 실질적으로 방출된 빛과 같은 빔은, 산란된 방식으로 탐지되기 위해 물체를 치거나 타격하고 반사빔을 발생시킬 수 있다.
물체가 탐지구역 내에 있다면, 물체로부터 반사된 빔의 일부는 수신수단에 의해 탐지될 수 있으며 그렇게 함으로써 스위칭 신호 연산을 시작할 수 있다. 만약 물체가 탐지구역 내에 있지 않다면, 반사된 빔은 수신수단에 의해 탐지되지 않을 것이다. 두가지 상태 - 즉 반사가 수신되거나 또는 반사가 없는 경우 - 는 센싱범위에 있는 물체의 존재 또는 부존재를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이 시스템은 동물의 젖꼭지와 같은 충분한 반사광을 가진 물체를 탐지할 수 있다. 빈약한 반사광을 가진 물체(즉 무광의 검고 거친 표면들)에 대해서는 직접반사형 또는 근거리용 확산반사 센서의 사용이 추천 되어진다. 수신수단은 수신된 반사빔의 존재 또는 부존재를 나타내기 위해 이산 온/오프 신호를 출력할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 신호는 일반적으로 약 0 볼트("오프") 또는 약 5 볼트("온")인 디지털신호일 수 있다. 숙련된 독자는 단지 논리적인 결과를 만들어 내기 위한 통신신호로서의 이 신호의 정확한 성격이 발명에 있어 중요하지 않다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 물체는 어레이의 모든 또는 거의 모든 수신수단이 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 동시에 발생시키는 경우 공간에서 특정한 곳에 위치하는 것으로 확인될 수 있을 것이다.
본 발명은 공간상의 물체의 위치를 결정하는 방법을 수반하는 실시형태를 포함할 수 있다. 상기 방법은 적어도 다음의 단계를 포함할 수 있다; (a) 본 발명의 공간상에 있는 물체의 위치를 결정하기 위한 장치를 공간상의 물체와 상당히 가까운 시작위치로 이동시키는 단계; (b) 전송빔을 물체에 전송하는 단계; 및 (c) 모든 또는 거의 모든 수신기가 공간상의 그들 각각의 탐지구역내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 발생시킬 때까지 시작위치로부터 상기 장치를 탐색패턴으로 이동시키고, 그렇게 함으로써 공간상의 물체의 위치를 결정하는 단계.
본 발명의 또 하나의 실시형태는 공간상의 물체의 위치를 결정하는 방법에 다음의 추가적인 단계를 포함할 수 있다: (a) 본 발명의 공간상에 있는 물체의 위치를 결정하기 위한 장치를 공간상의 물체와 상당히 가까운 시작위치로 이동시키는 단계; (b) 각 탐지장은 하나의 전송빔과 짝이고, 각 탐지장은 탐지구역에서 그것의 짝인 전송빔과 교차하는 많은 탐지장을 공간상에 만듬으로써 많은 탐지구역을 생성하는 단계; (c) 짝 지어진 하나 이상의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 발생시키는 단계; 및 (d) 상기 발생된 신호를 기초로 공간상의 물체의 위치를 결정하기 위해 제어수단을 사용하는 단계.
본 발명의 일 실시형태는 착유 동물들에 대한 시스템일 수 있다. (a) 우유를 짜기 위해 착유컵과 같은 착유수단과 동물의 젖꼭지 또는 젖꼭지들을 자동 또는 반자동으로 연결하기 위한 착유장치; 및 (b) 상기 착유수단과 대응하는 상기 젖꼭지 또는 젖꼭지들의 위치를 찾기 위한 하나 이상의 탐지장치들. 각 탐지장치는 센서들의 어레이를 포함할 수 있다. 어레이의 각 센서는 공간상으로 전송빔을 실질적으로 전송할 수 있는 송신수단을 포함할 수 있다. 각 센서는 공간상에 탐지장을 생성할 수 있는 수신수단 역시 포함할 수 있다. 송신수단 및 수신수단은 공간상의 탐지구역이 전송빔과 탐지장의 교차점에서 생성되도록 배열되거나 위치될 수 있다. 수신수단은 공간상의 탐지구역내에 있는 젖꼭지에 응답하여 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 젖꼭지는 탐지장치의 모든 또는 거의 모든 수신기들이 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 동시에 신호를 발생시키는 경우 착유수단과 관련된 공간상의 특정구역에 위치하는 것이라고 확인될 수 있다.
본 발명은 선행기술을 넘어서는 특정한 이익 또는 이점을 제공할 수 있다. 선행기술은 공간상의 물체를 탐지하기 위해 복잡한 센서들, 프로세서 및/또는 알고리즘을 적용하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 일부 선행기술 예들에 있어서 거리측정 및/또는 복잡한 신호 해석이 젖꼭지의 위치를 결정하기 위해 사용되곤 했다. 본 발명은 공간상의 물체를 탐지하기 위해 복잡한 신호들의 사용, 프로세스 또는 알고리즘을 포함하지 않거나 필요하지 않을 수도 있는 점에서 선행기술을 넘어서는 이점을 제공할 수 있다.
본 발명은 선행발명들에서 이용된 센서가 회전거울, 복잡한 광학 또는 영상 처리와 같은 이동부가 필요할 수 있는 점에서 선행기술을 넘어서는 이익 또는 이점을 더 제공할 수 있다. 본 발명은 물리적으로 강건하고 낙농환경에 특히 적합한 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 센서는 회전거울과 같은 어떠한 이동부도 포함하지 않을 수 있으며, 상기 센서는 복잡한 광학 또는 영상처리 역시 포함하지 않을 수 있다.
도 1을 먼저 참조하면, 본 장치의 전형적인 실시형태는 하우징(도시되지 않음)내에 배치될 수 있는 2 이상의 센서들의 어레이(10)를 포함한다. 어레이(10)의 각 센서는 수신수단(3) 및 송신수단(4)을 포함할 수 있다. 도 1의 간략한 도형에 있어서, 단지 4개의 센서들: 3/4, 3a/4a, 3b/4b 및 3c/4c 이 도시되었다. 숙련된 독자는 본 발명의 다른 실시형태가 예를 들어, 2, 3, 4 이상의 센서들의 어레이와 같은 다른 개수의 센서들을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
전송빔(6)은 각 송신수단(4, 4a, 4b, 4c)으로부터 공간상으로 좁은 스프레드형태로 실질적으로 방출될 수 있다. 센서의 각 수신수단(3, 3a, 3b, 3c)은 탐지장(5)을 생성할 수 있다. 탐지장은 만약 수신수단이 광선들을 발사하는 것으로 추정되는 경우 수신수단으로부터 빠져나온 광선 다발의 형상과 일치할 수 있다. 바람직하게, 빔(6) 및 탐지장(5)은 축(6c 및 5c)을 따라 이동한다. 빔(6) 및 탐지장(5)은 바람직하게, 작은 구분된 구역을 가질수 있으며, 이 장치(10)의 탐지구역(7)일 수 있는 미리 결정된 작은 장(field)에서 서로 교차하도록 변경될 수도 있다. 탐지장(5)은 축(6c)과 축(5c) 사이에서 각도
Figure pct00001
를 생성하는 것에 의해 공간상에서 탐지구역 또는 탐지장(7)을 만드는 것처럼 전송빔과 관련되어 배치될 수 있다. 즉, 탐지구역(7)은 송신수단(4)에 의해 실질적으로 송신된 전송빔(6)과 수신기(3)의 탐지장(5) 사이의 교차점에서 생성될 수 있다. 송신수단 및 수신수단 사이의 이 배열은 공간상의 "확정된" 위치에서 방사체와 수신기 빔 경로들이 교차하는 의미인 "확정된 리플렉티브(definite reflective)" 기술로써 알려져 있다.
송신수단(4)으로부터 방출되는 빔의 일부는 축(6c)을 따라 이동하고 공간상의 물체(5)를 타격할 수 있다. 만약 물체(5)가 탐지구역(7) 내에 있다면, 이 빔의 일부는 물체(2)로부터 반사되거나 산란될 수 있으며 수신수단(3)을 타격하기 위해 돌아올 것이다.
각 센서는 공간상에서 "n" 개의 탐지구역이 생성될 수 있도록 어레이에 배치되거나 배열될 수 있다. 본 발명의 그와 같은 실시형태에 있어서, "n" 은 어레이에 있는 센서들의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, "n" 은 2, 3 이상의 센서들일 수 있다. 2개의 센서들은 2차원에 있는 물체의 위치를 결정하기 위해서 충분할 수 있다. 상기 원리는 하나 이상의 추가적인 수신 요소의 사용을 통해 3차원으로 확장될 수 있다. 도 1은 기술된 실시형태에서 사용된 것 처럼, 송신수단 및 수신수단의 하나의 가능한 배열을 보여준다.
도 1을 참조하면, 수신수단(3)은 상기 수신수단(3)의 탐지구역 내에 있는 물체(2)에 대한 응답으로 "온" 신호 또는 "오프" 신호를 출력하거나 발생시킬 수 있다. 동물의 젖꼭지(동물의 유선(1)에 위치할 수 있는)와 같은 물체(2)가 탐지구역(7) 내에서 교차하는 경우 상기 물체(2) 표면의 상기 전송빔(6)의 반사신호는 수신기(3)에 의해 수신될 수 있다; 즉, 수신기(3)의 출력은 저(low)에서 고(high)로 변하거나 그 반대일 수 있다. 물체(2)는 장치에 있는 모든 또는 거의 모든 수신수단이 반사신호를 수신하는 경우 공간상의 위치가 결정될 수 있다.
각 센서(즉, 송신기/수신기 쌍)는 방사체 또는 수신기 빔의 초점을 맞추기 위한 기능을 하는 렌즈 어셈블리와, 광선소스 및 센서의 의사 결정 기능을 포함할 수 있는 증폭기를 구성하기 위해 더 정의될 수 있다.
송신수단은 섬유광학 송신기일 수 있으며, 빔의 실질적인 전송은 빔에 대한 광선소스가 위치될 수 있는 곳인 먼 위치로부터 일 수 있다. 수신수단 역시 섬유광학을 가로지른 반사신호를 먼 위치에 있는 수신기로 보낼 수 있는 섬유광학 수신기일 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 본 발명의 실시형태에 있어서, 송신수단(4) 및 수신수단(3)이라고 명시된 구성들은 실제의 수신수단 및/또는 송신수단을 나타내는 것이 아니라, 송신기로부터 빔이 나오는 곳 및 수신기에 의해 반사된 빔이 수신받는 곳으로 이해되어야 한다. 본 발명의 그와 같은 실시형태에 있어서, 송신수단 및 수신수단은 센서들의 어레이(10)로부터 떨어진 곳에 위치할 수 있다.
전송빔과 센서의 탐지장 사이의 각도
Figure pct00002
는 변화하는 탐지구역을 제공하기 위해 조정될 수 있다. 본 발명의 이 동작을 보조하기 위해 센서의 송신수단 및 수신수단의 위치와 구성이 센서에서 변경될 수 있다. 어레이는 주변부와 중심부를 포함할 수 있다. 도 1은 어레이(10) 내에 있는 센서들의 하나의 가능한 구성을 도시하며, 도 1에 도시된 것 처럼 송신수단(4, 4a, 4b 및 4c)이 어레이(10)의 거의 중심부에 위치하고, 수신수단(3, 3a, 3b 및 3c)은 어레이(10)의 주변부에 위치하거나, 송신수단이 어레이의 중심부에 위치하고 그렇게 함으로써 수신수단의 기존 위치를 차지한다. 이러한 방법으로 송신수단은 수신수단의 위치와 교체되거나 서로 교환될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 송신기-수신기 쌍은 서로의 경로를 가로지를 수도 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 송신기-수신기 쌍은 어레이의 각 코너에 개별적으로 위치될 수 있다. 숙련된 독자는 송신기-수신기 쌍이 관심있는 물체를 탐지할 수 있는 탐지 체적 또는 구역을 만드는 만큼, 어레이 내의 송신기와 수신기의 구성 또는 배열이 다양한 형태일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 2a, 2b, 2c는 송신기/수신기 쌍이 중심선(25) 방향 주위에 위치하도록 센서들이 어레이에 배열되는 또 다른 방법을 도시한다. 도 2a 및 도 2c는 중심축(28) 주변으로 배치된 센서들의 어레이의 측면을 도시한다. 도 2b는 도 2a 및 도 2c의 어레이(20)의 평면도이다. 센서들의 어레이는 기저면에 배치될 수 있다. 중심축(28)은 어레이(20)의 중심에 위치될 수 있으며 기저면과 수직일 수 있다. 어레이(20)의 송신기/수신기 쌍들(21a/21b, 22a/22b, 23a/23b 및 24a/24b)은 그들의 대응하는 탐지 체적이 대응하는 센서 쌍들로부터 중심 면의 다른 쪽에 배치될 수 있도록 어레이(20)의 중심-축(28) 상에 배치된 중심면을 교차하는 그들의 전송빔과 탐지장을 따라 어레이(20)의 중심을 향해 상당히 기울어질 수 있다. 도 2c를 참조하면, 중심면을 교차하는 그들의 전송빔과 탐지장 및 중심면의 다른 쪽 면에 탐지 체적을 형성하는 송신기/수신기 쌍(23a/23b)을 나타내었다. 어레이(20)의 센서들은 도 1에 도시된 본 발명의 실시형태의 어레이와 비교하여 어레이의 총 직경을 감소시킬수 있는 원(25)을 실질적으로 형성하도록 배치될 수 있다.
도 2a, 2b 및 2c에 도시된 어레이의 배치는 특별한 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 2a, 2b 및 2c에 도시된 어레이는 컵 대 컵 간섭을 감소시키는데 유용할 수 있는 전체적인 공간을 절약할 수 있다. 게다가, 센서들에 의해 만들어진 실질적으로 순환적인 패턴은 추가적인 센서, 포스트-딥 스프레이 노즐(post-dip spray nozzle) 또는 렌즈 마운트 홀(lens mount hole)을 수용하는데 사용될 수 있는 중심에 있는 열린 장소를 남겨놓을 수 있다.
도 2c는 송신수단(23a), 수신수단(23b), 및 탐지체적(37)을 포함하는 센서를 가지는 어레이(20)을 보여준다. 탐지체적(37)은 송신수단(23a)과 수신수단(23b)에 의해 형성된 센서의 반대면상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 전송빔의 축과 탐지장의 축 사이에서 형성된 각도
Figure pct00003
는 약 10°와 약 80° 사이일 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서 10°보다 더 작은 각도와 80°보다 더 큰 각도가 사용될 수 있다.
낮은 각도
Figure pct00004
는 송신기의 중심축에 관한 보다 낮은 거리분해능을 제공할 수 있다. 높은 각도
Figure pct00005
는 센서의 송신기와 수신기가 더 멀리 떨어져 위치하도록 요구할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 있어서, 각도
Figure pct00006
는 약 30°와 약 40°사이일 수 있다. 이러한 범위는 송신기와 수신기가 너무 멀러 떨어져 벌어지는 것에 의해 지나치게 큰 센서 블록을 만들어 내는 것 없이 거리분해능에 대한 수용할 수 있는 범위를 만들어 낼 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서 각도
Figure pct00007
는 33.5°일 수 있다.
블록상에 송신기와 수신기 모두가 함께 설치된 한 조각의 센서는 시장에서 입수할 수도 있다. 이런 센서들은 5°에서 90°의 범위를 가지는 것이 가능할 수 있다. 시장에서 얻은 상기 한 조각의 센서는 일반적으로 작은 하우징으로 구성되며, 따라서 본 발명을 위해 요구될 수 있는 분해능 및 범위 모두를 달성할 수 없을 것이다. 게다가, 시장에서 입수할 수 있는 센서들은 방향의 정보를 제공하기 위해 맞추어진 다수의 송신기/수신기 쌍들과 결합을 할 수 없다. 숙련된 독자는 본 발명의 센서들이 공간상의 물체를 탐지하는 목적을 위한 선행기술의 센서를 넘어서는 이점을 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 장치는 방향의 정보를 획득하기 위해 정확한 기하학적인 구조를 제공할 수 있는 송신기/수신기 쌍(예를 들어 센서)으로서의 기능을 하기 위해 두개의 분리된 렌즈들을 조합하는 것에 의한 특수한 배열을 가능하게 한다. 본 발명의 시스템은 하우징 내에서 조합될 수 있는 그와 같은 쌍들, 예를 들어 4개의 송신기/수신기 쌍들, 의 하나 이상을 사용할 수 있다.
예를 들어, 가시광선, 적외선, 레이저, 또는 초음파와 같은 다양한 빔이 본 발명에 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 센서는 적색 가시광선을 이용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 이용된 센서는 KeyenceTM 상표의 센서일 수 있다. 이 센서는 섬유 광학 라인들을 통해 렌즈와 송신하기 위해 적색 가시광선을 이용하며, 렌즈는 전송빔을 약 2°에서 4°의 스프레드로 초점을 맞춘다.
송신기로부터 나오는 빔들의 경로들을 따라 또는 경로들 사이의 간섭을 방지하거나 최소화하기 위해, 본 발명에서는 많은 비-상호 배타적 수단이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 센서들은 빔들이 교란적 간섭을 피할 수 있도록 센서 어레이 내에 배열될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 센서 어레이 내의 송신기에 의해 실질적으로 방출된 빔은 어레이의 각 수신기가 센서에 있는 그것과 대응하는 송신기로부터만 신호를 탐지하도록 설정되기 위해 조정될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 송신기들의 전송주파수들은 서로 다를 수 있으며, 각 수신기는 그것과 대응하는 송신기의 주파수와 동조될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 송신기들의 전송진폭 또한 다를 수 있다. 숙련된 독자는 본 발명의 다른 실시형태들 역시 가능하다는 것을 알 수 있을 것이며, 전술한 2 이상의 수단들의 조합들 역시 본 발명의 실시형태에 이용될 수 있을 것이다.
본 발명에 결합된 센서(들)의 종류(들)와 관계없이 송신기에 의해 발생된 전송빔은 좁은 빔일 수 있다. 예를 들어, 송신기에 의해 방출된 빔은 좁은 범위로 초점이 맞추어진 빔일 수 있다. 좁은 빔은 본 발명의 동작을 강화할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, 좁은 빔의 스프레드는 0°에서 10° 사이일 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 좁은 빔의 스프레드는 0°에서 4° 사이일 수 있다. 이상적으로 빔 스프레드는 가능한 0과 가까울 수 있으나, 2°에서 4°사이가 빔 스프레드에 대한 실현가능할 수 있는 범위로 바람직할 수 있다. 숙련된 독자는 본 발명이 더 큰 빔 스프레드 범위, 예를 들어, 10°까지 또는 그정도와 같은 빔 스프레드, 를 포함하는 경우에도 역시 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 장치의 한가지 중요한 응용은 예를 들어, 젖소의 젖꼭지와 같은, 동물의 젖꼭지 탐지에 대한 것일 수 있다. 동물의 하나 이상의 젖꼭지는, 예를 들어, 젖꼭지 컵과 같은 착유장치를 동물에 부착시키는 목적을 위해 우선 탐지될 수 있다. 숙련된 독자는 본 발명이 세척, 착유전 침지소독, 착유후 침지소독, 또는 동물 젖꼭지의 위치 탐지가 필요한 다른 과정들을 위해 젖꼭지를 탐지하는데 역시 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명이 동물들에 대해 이용되는 경우, 본 발명은 젖소의 젖꼭지를 탐지하기 위해 이용될 수 있다. 숙련된 독자는 본 발명의 센서가, 예를 들어, 염소, 버팔로 또는 다른 착유 동물들과 같은 다른 동물들의 젖꼭지를 탐지하기 위해 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 각 장치는 동물의 젖꼭지 하나를 탐지하기 위해 설계될 수 있다. 그와 같이, 본 발명의 실시형태는 동물의 하나 이상의 젖꼭지를 탐지하기 위해 본 발명에서 기술된 2 이상의 탐지장치를 포함할 수 있다. 각 탐지장치는 센서들의 어레이를 포함할 수 있으며, 각 센서는 본 발명에서 기술된 송신기-수신기 쌍을 포함할 수 있다. 각 탐지장치는 하나의 동물의 젖꼭지를 탐지할 수 있을 것이다. 예를 들어, 만약 본 발명의 그와 같은 실시형태가 젖소와 같은 4개의 젖꼭지를 가지는 동물에 적용된다면, 4개까지의 탐지장치들이 사용될 수 있으며, 4개의 탐지장치들 각각은 4개의 젖꼭지 중 하나를 탐지하기 위해 사용된다. 그래서, 본 발명의 이 실시형태의 첫번째 탐지장치는 젖소의 첫번째 젖꼭지를 탐지하기 위해 이용될 수 있고, 본 발명의 이 실시형태의 두번째 탐지장치는 젖소의 두번째 젖꼭지를 탐지하기 위해 이용될 수 있으며, 본 발명의 이 실시형태의 세번째 탐지장치는 젖소의 세번째 젖꼭지를 탐지하기 위해 이용될 수 있고, 그리고 본 발명의 이 실시형태의 네번째 탐지장치는 젖소의 네번째 젖꼭지를 탐지하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 본 발명의 하나 이상의 탐지장치는 탐지장치와 대응하는 공간상의 많은 물체의 위치를 결정하기 위해 결합되어질 수 있다. 본 발명의 특정 실시형태에서 결합된 탐지장치의 개수는 공간상에서 위치를 결정하기 위한 물체의 개수와 일치될 수 있다. 공간상의 하나의 물체를 탐지하여야 하는 경우, 하나의 탐지장치를 포함하는 본 발명의 실시형태가 적용될 수 있다. 공간상의 하나 이상의 물체를 탐지하여야 하는 경우, 예를 들어, 젖소의 유선에 포함된 2 이상의 젖꼭지, 또는 다양한 물체들의 몇몇 다른 세트, 2 이상의 탐지장치가 포함하는 본 발명의 실시형태가 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 하나 이상의 탐지장치들인 많은 탐지장치를 포함할 수 있다.
하나 이상의 탐지장치를 포함하는 본 발명의 탐지장치는 낙농동물의 착유를 위한 시스템의 일부로서 역시 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태를 이용하는 착유동물에 대한 시스템은: (a) 착유될 동물의 젖꼭지 또는 젖꼭지들에, 착유컵과 같은, 착유수단을 자동 또는 반-자동으로 연결하기 위한 착유장치; (b) 착유될 동물의 한 젖꼭지의 위치를 찾기 위해 각각 동작하는 본 발명의 하나 이상의 탐지장치를 포함할 수 있다. 탐지장치는 젖꼭지 또는 젖꼭지들의 위치를 탐지하며, 착유장치는 탐지된 동물의 젖꼭지 또는 젖꼭지들과 자동 또는 반-자동으로 연결된다. 따라서 탐지장치는 젖꼭지 또는 젖꼭지들의 위치에 관한 안내의 다른 형식또는 정보를 발생시키고 전송할 수 있다. 상기 전송된 정보, 또는 안내의 다른 형식은 착유컵이 연결되어져야 하는 젖꼭지 또는 젖꼭지들의 위치를 결정하기 위해 착유장치에 의해 이용될 수 있다. 착유컵이 젖꼭지에 연결되면 착유장치는 공지된 공정에 의해 동물의 우유를 짜기 위해 동작할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 낙농동물의 착유를 위한 장치는 메인 지지대, 메인 지지대와 결합된 많은 독립적 모듈형 암(arm, 예를 들어 젖소의 착유를 위한 4개의 모듈형 암, 염소의 착유를 위한 2개의 모듈형 암) 및 각 모듈형 암과 회전하도록 연결된 암 말단 장치(end of arm tools:EOATs)를 포함할 수 있는 모듈형 장치일 수 있다. 그와 같은 착유장치의 하나는 본 발명과 참조에 의해 결합된 선행 출원인 미국 출원번호 61/351,687호에 기술되어 있다.
본 발명의 탐지장치는 EOATs가 포함될 수 있다. 모듈형 암은 동물 아래의 제위치에 EOATs를 배치하고 동물의 젖꼭지를 스캐닝하기 위해 X, Y 및 Z 방향으로 충분히 움직일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서 센서의 증폭기 내에 있는 디지털 신호 프로세서는 수신기에서 온 신호를 처리하고 의사 결정 제어기로 이산 온-오프 신호를 출력하는 반응을 한다. 컴퓨터 또는 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC)와 같은 제어기는, 본 발명의 실시형태를 포함하는 하나 이상의 장치에 있는 하나 이상의 수신기로부터 하나 이상의 출력들을 수신하거나 이용할 수 있다. 탐지장치는 2 이상의 탐지장치들의 어레이거나 하나의 장치일 수 있다. 공간에 있는 탐지가 필요한 하나 이상의 물체를 탐지하기 위해 하나 이상의 탐지장치가 공간에서 이동되어져야 하는 위치에 관한 논리적인 결정들을 만들거나 다른 방법으로 형성하는 동안 상기 출력들은 제어기, 컴퓨터 또는 PLC에 의해 이용될 수 있다. 본 발명의 실시형태에 있어서, 제어기, 컴퓨터 또는 PLC는 각도, 또는 공간상의 하나 이상의 물체를 효과적으로, 효율적으로 및/또는 빨리 탐지하도록 본 발명을 야기하기 위해 하나 이상의 탐지장치의 각각에 있는 각 센서들의 목적을 더 결정할 수도 있다.
제어기는 하나 이상의 탐지장치들을 약간 움직여 하나 이상의 탐지장치들 각각에 포함된 모든 수신기들로부터 가급적 신호를 제공하여 하나 이상의 물체의 탐지로 이어지도록 동작 될 수 있다. 신호를 탐지한 수신기가 하나도 없다면, 제어기는 예를 들어, 패턴을 탐색하는 것처럼 탐지의 가능성이 증가하도록 탐지장치를 약간 이동할 수 있다. 일단 하나 이상의 수신기들이 신호를 탐지한다면, 제어기는 수신기들로부터의 입력에 기초하여, 바람직하게는, 모든 수신기들이 신호를 획득할 때까지 장치를 이동할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "신호"는 물체가 센서의 탐지구역 내에 들어왔음을 나타내는 "온" 또는 "오프" 신호를 의미한다.
또 다른 예로써, 작거나 비정상적인 젖꼭지들을 가진 동물들의 경우에 있어서, 제어기는 신호를 얻는 모든 센서들보다 적은 수의 센서들을 허용할 수 있다. 작고 큰 젖꼭지의 크기 차이에 대해, 제어기는 장치를 X-Y 방향으로 이동할 수 있으며, X-Y 방향에서 젖꼭지의 크기를 실질적으로 결정하기 위해 젖꼭지로부터의 온/오프 신호들을 사용한다. X-Y 방향에서 젖꼭지 크기의 결정은 단지 하나의 경로가 요구되거나 또는 유선의 비정상으로 인한 신호와 같은 허위 신호가 아닌 작은 젖꼭지의 위치를 확인하는 결정을 제어기가 하기 전에 X 방향 및 Y 방향 양쪽으로 다양한 경로들이 요구될 수 있다. 숙련된 독자는 젖꼭지 이외의 물체의 공간상의 위치탐지에 대해 유사한 프로세스가 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 적용될 수 있는 공간상의 위치를 찾는 방법은 하기의 단계들을 포함할 수 있다:
(a) 본 발명의 하나 이상의 탐지장치를 시작위치로 이동시키는 단계. 본 발명의 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 탐지장치 각각의 시작위치는 탐지장치가 물체를 탐지하도록 공간상의 하나 이상의 물체 중 하나와 충분히 가까울 수 있다.
(b) 좁은 빔일 수 있는 하나 이상의 전송빔을 송신하는 단계. 탐지구역은 전송빔과 탐지장 사이의 교차점에서 형성될 수 있다.
(c) 탐지구역 내에 있는 하나 이상의 물체들 각각으로부터 신호들을 발생시키고 상기 신호들에 기초하여 탐지된 각 물체의 위치를 식별하는 단계.
다른 단계들은 본 발명의 실시형태가 이용되는 것에 따라서 본 발명의 방법에 포함될 수 있다. 예를 들어 본 발명을 이용하는 방법은 하기의 단계 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
(d) 탐지된 물체들 각각의 위치에 관한 정보, 데이터 또는 다른 안내 형식들을 제어기, 컴퓨터, PLC 또는 다른 장치들, 예를 들어, 착유장치와 같은 기구 또는 기계장치와 같은 다른 소스(source)에게 전송하는 단계.
(e) 공간상에서 탐지된 물체와 접촉하기 위해 또는 그것이 탐지된 위치에서 공간상의 물체를 다르게 이용하기 위해 장치, 기구 또는 기계장치의 구성의 위치를 결정하기 위해 전송된 정보를 이용하는 단계.
(f) 만약 탐지장치가 공간상의 물체를 탐지하는 것을 실패한 경우, 탐지장치를 시작위치에서 다른 위치로, 예를 들면, 탐색패턴으로, 또는 X-Y의 상대적 배치로, 탐지장치의 모든 또는 거의 모든 수신기들이 공간상의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 신호를 출력하고, 그로인해 공간상의 물체를 탐지할 때까지 이동하는 단계.
숙련된 독자는 다른 단계들이 본 발명을 다르게 적용하거나 이용하는 방법에 포함될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
공간상의 물체가 동물의 젖꼭지인 본 발명을 이용하는 방법의 일 실시형태의 예는 도 3에 도시된 동물 젖꼭지의 묘사를 이용하는 것으로 설명될 수 있다. 도 3의 동물의 젖꼭지(40, 흑색 원으로 표현된)는 탐지구역(40 내지 44, 흰색 타원형으로 표현된 각 센서의 탐지구역들)을 가진 하나 이상의 센서들에 의해 탐지될 수 있다. 본 발명의 실시형태인 방법은 도 3에 도시된 동물의 젖꼭지와 관련되어 이용될 수 있으며, 상기 방법은 하기의 단계들을 포함하며 이들 단계들은 본 발명의 실시형태에 포함된 하나 이상의 탐지장치들의 각각에 적용될 수 있다.
(a) 동물 젖꼭지들 중 하나를 탐지하기 위해 탐지장치를 시작위치로 이동하는 단계. 상기 시작위치는 젖꼭지가 위치한 곳과 상당히 근접하거나 가까운 곳으로 기대되는 위치일 수 있다.
(b) 예를 들어, 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 신호가 발생되는 것처럼 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 신호가 수신되면 센서를 동작시키는 단계;
(c) 젖꼭지가 탐지되지 않고 동작하는 탐지장치의 센서들이 하나도 없는 경우, 탐지장치는 시작위치에서 다른 위치로 이동될 수 있다. 예를 들어, 탐지장치는 탐색패턴으로; X 및 Y 좌표를 따라; 또는 Z 방향으로, 처럼 다양한 방식으로 이동될 수 있다. 탐지장치의 이동은 이동방식들의 조합을 포함할 수 있다. 이 프로세스는 어레이의 적어도 하나의 센서가 신호를 수신할 때까지 반복될 수 있다.
(e) 예를 들어, 도 3a에 도시된 것처럼 센서가 탐지구역을 생성하는 것처럼일단 어레이의 적어도 하나의 센서가 동작된 경우, 탐지장치가 센서들의 어레이를 포함한다면 다른 센서들로부터 신호를 수신할 수 있는 방향으로 탐지장치는 이동될 수 있다. 예를 들어, 탐지구역(41)이 젖꼭지의 범위에 오고 출력신호가 발생하는 경우, 장치는 예를 들어, 탐지구역들(42, 43 및/또는 44)이 발생하는 센서들과 같은 다른 센서들 역시 동작이 되도록 하기 위해 출력을 수신할 수 있는 방향으로 충분히 이동될 수 있다. 도 3a에 도시된 구성에 있어서 이것은 화살표(45) 방향으로 탐지구역(41 및 43)을 연결하는 선을 따라 이동하여, 탐지구역(44)을 생성하는 센서가 위치할 수 있도록 탐지장치를 이동하는 것을 포함한다.
(f) 2개의 센서가 신호를 수신하면, 도 3b에 도시된 것과 같은 센서들의 배치가 발생하고, 그 점에서 탐지구역(41 및 44)을 생성하는 센서는 신호를 수신할 수 있으며, 탐지장치는 탐지장치를 작동시키기 위해 출력신호를 제공할 수 있는 작동된 두 센서의 탐지구역과 가급적 거의 직각을 이루는 방향인 도시된 부러진 화살표(46) 방향으로 이동된다.
(g) 3개의 센서가 신호를 수신하면, 도 3c에 도시된 것과 같은 센서들의 배치가 발생하고, 그 점에서 탐지구역(41, 42 및 44)을 생성하는 센서는 신호를 수신할 수 있으며, 젖꼭지의 위치를 결정하기 위해 수행되어져 왔던 결정들 예를 들어, 작거나 비정상적인 젖꼭지를 가진 동물의 경우, 제어기가 젖꼭지의 위치를 식별하기 위해 신호를 획득하는 모든 센서들 보다 적은 수의 센서들을 허용할 수 있는 결정이 만들어질 수 있다.
(h) 그렇지 않으면, 장치는 장치 내의 4번째 센서로부터 신호를 얻기 위한 방향으로 이동될 수도 있다. 움직임의 방향은 출력을 제공하는 센서들의 두 모서리 탐지구역과 거의 수직인, 화살표(47)에 의해 도시된, 선을 아마 따를 것이다. 예시로, 도 3c에 도시된 것처럼 두 모서리 탐지구역은 42 및 44이다. 도 3는 신호를 수신한 모든 센서들을 포함하는 탐지구역(41 내지 44)의 위치를 보여준다. 탐지장치의 모든 센서들로부터 신호가 일단 획득되면, 젖꼭지의 위치는 식별될 수 있다.
(i) 만약 어떤 점에서, 예를 들어, 동물의 움직임 때문에 어떤 센서가 그들의 신호를 잃은 경우, 제어기는 그 방향으로 이탈하였을 것 같은 젖꼭지 때문에 신호를 잃은 마지막 센서를 고려하여 젖꼭지를 찾는 시도를 할 수 있다.
(j) 그 대신에, 만약 어떤 점에서, 예를 들어, 동물의 움직임 때문에 어떤 센서가 그들의 신호를 잃은 경우, 제어기는 젖꼭지의 위치를 다시 얻기 위해 단계(a)를 시작하는 것과 어떤 다음의 단계들을 포함하는 과정을 반복할 수 있다.
탐색패턴은 상기에서 기술된 패턴에 한정되지 않으며 동물의 젖꼭지의 위치를 찾기 위해 어떤 적당한 탐색 형태도 포함할 수 있다. 예를 들어, 탐색패턴은 시작위치로부터 나선패턴으로 바깥방향으로 탐색하는 형태를 가질 수도 있다. 탐색패턴은 역시 거의 곡선인 패턴(돔형상, 아치형상)의 형상을 가질 수도 있다. 다른 탐색패턴들의 어떠한 조합도 허용될 수 있다. 숙련된 독자는 다양한 탐색패턴이 본 발명의 실시형태에 의해 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 장치는 어떤 적당한 장치들에 의해 이동될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 장치는 상기에서 기술된 모듈형 착유장치의 EOATs 와 결합될 수 있다.
일단 동물의 젖꼭지의 위치가 공간상에 있는 물체의 위치를 결정하기 위한 본 발명의 장치에 의해 식별되면, 젖꼭지 컵과 같은, 착유장치는 (ⅰ) 젖꼭지가 위치한 방향을 향해 이동되고, (ⅱ) 동물의 젖꼭지에 부착되고, (ⅲ) 동물의 우유를 짜는 것을 실질적으로 착수할 수 있다. 예를 들어, 상기에서 기술된 모듈형 착유장치의 경우, 낙농 동물을 착유하는 방법을 포함할 수 있다:
1. 착유장치의 EOATs에 포함된 본 발명의 장치의 센서 어레이는 젖꼭지 위치를 스캔하기 위해 모듈형 암(arm)과 EOATs를 회전하는 것에 의해 이동될 수 있다.
2. 일단 암(arm)의 센서 어레이가 젖꼭지에 위치하면, 착유장치의 암(arm)은 동물의 착유를 착수하기 위해 결정된 위치의 젖꼭지로 젖꼭지 컵을 이동할 수 있다.
젖꼭지 컵은 진공을 포함할 수 있는 우유 라인과 연결될 수 있다. 진공 우유 라인은 추가적인 과정을 위해 연결된 젖꼭지 컵으로부터 방출된 우유를 받는다.
상기 개시는 본 발명을 일반적으로 기술한다. 변형 또는 동등물의 대체는 수단을 제안하거나 제공할 수 있는 상황으로써 고려되어질 수 있다. 비록 특정한 용어가 본 명세서에 사용지만, 그러한 용어는 설명적인 의미로 의도된 것이지 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 다른 변형 및 수정은 가능하다. 그러한 수정 및 변형은 이에 관하여 첨부된 청구항에 의해 한정된 것으로서 본 발명의 범위 및 영역 내에 있다고 믿어진다.

Claims (23)

  1. 센서들의 어레이를 포함하며, 어레이의 각 센서는 전송빔을 공간으로 실질적으로 전송할 수 있는 송신수단과, 공간에 탐지장을 형성할 수 있는 수신수단을 포함하며, 상기 송신수단 및 상기 수신수단은 공간상의 탐지구역이 전송빔과 탐지장 사이의 교차점에서 발생하도록 어레이 내에 배열되고, 상기 수신수단은 물체로부터 반사된 빔을 수신할 수 있으며 상기 전송빔은 탐지구역 내에 있는 물체에 의해 반사되고, 상기 수신수단은 탐지구역 내에 있는 물체에서 반사된 빔에 대한 응답으로 출력신호를 발생시킬 수 있으며, 상기 물체는 어레이에 있는 모든 또는 거의 모든 수신기가 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 거의 동시에 출력신호를 발생시킬 때 공간상에 위치되는 것을 특징으로 하는 공간상의 물체의 위치를 결정하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전송빔은 좁은 스프레드(spread)를 가지는 빔인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전송빔은 약 0°에서 약 10°사이의 스프레드를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 전송빔은 가시광선, 적외선 또는 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수신수단은 광 수신 광전자소자인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 전송빔은 초음파빔이며 상기 수신수단은 초음파 수신장치인 것을 특징으로 하는 장치
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전송빔은 제1축을 따라 진행하고, 상기 탐지장은 제2축을 따라 발생하며, 상기 제1축과 제2축 사이에 형성된 각도는 약 10°에서 약 80°사이인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 송신수단은 어레이의 중심부에 배열되고 상기 수신수단은 어레이의 주변부와 상기 송신수단의 주변에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 수신수단은 어레이의 중심부에 배열되고 상기 송신수단은 어레이의 주변부와 상기 수신수단의 주변에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 송신수단 및 수신수단은 어레이의 기저면에 상기 기저면과 수직인 중심축 주변으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    각 센서의 상기 송신수단 및 상기 수신수단은 기저면과 수직인 중심면의 같은 측면 내에 위치하며, 송신수단 및 수신수단은 송신수단과 수신수단의 제1축과 제2축이 중심면에서 교차되어 그들의 대응하는 탐지구역이 중심면의 서로 다른 면에 배치되도록 중심면을 향해 상당히 기울어지도록 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 수신수단으로부터의 출력신호에 응답하여 동작하는 계산수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 센서들의 어레이를 둘러싸기 위한 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 물체는 낙농 동물의 젖꼭지인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 장치는 다수의 센서들의 어레이를 포함하며, 상기 다수는 낙농 동물의 젖꼭지의 개수인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 낙농 동물들은 젖소이며 센서들의 어레이 4개를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. (a) 공간에 있는 물체와 거의 근접한 시작위치로 제 1항의 장치를 이동시키는 단계; (b) 물체로 전송빔을 송신하는 단계; 및 (c) 어레이의 모든 또는 거의 모든 센서들의 탐지구역 내에 물체가 있을 때까지 탐색 패턴으로 시작위치로부터 장치를 이동시켜서 공간상의 물체의 위치를 결정하기 위해 사용되는 신호를 상기 탐지구역 내에 있는 물체에 대한 응답으로 발생시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간상에서 물체의 위치를 결정하기 위한 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 신호를 계산수단으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 계산수단은 상기 신호에 기초하여 장치의 움직임을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 계산수단은 신호에 기초하여 장치의 출력을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 장치는 착유장치인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. (a) 제 1항에 따른 장치를 동물의 젖꼭지와 거의 근접한 시작위치로 이동시키는 단계;
    (b) 전송빔을 공간으로 송신하는 단계;
    (c) 장치의 모든 또는 거의 모든 센서들의 탐지구역 내에 물체가 있을 때까지 탐색 패턴으로 시작위치로부터 장치를 이동시켜 상기 탐지구역 내에 있는 젖꼭지의 숫자에 대한 응답으로 신호를 발생시키는 단계;
    (d) 젖꼭지의 위치를 획득하기 위해 상기 신호를 사용하는 단계;
    (e) 착유수단을 상기 위치를 향해 이동시키는 단계; 및
    (f) 젖꼭지에 착유수단을 맞물리게 하여 상기 동물에서 착유하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙농 동물의 착유 방법.
  23. (a) 착유를 할 동물의 젖꼭지에 착유수단을 자동 또는 반-자동으로 연결하기 위한 착유장치; 및 (b) 상기 착유 수단과 관련하여 상기 젖꼭지를 위치시키기 위한 하나 이상의 장치들을 포함하고, 상기 하나 이상의 장치들 각각은 센서들의 어레이를 포함하며, 어레이의 각 센서는 전송빔을 전송할 수 있는 송신수단과, 공간에 탐지장을 형성할 수 있는 수신수단을 포함하며, 상기 송신수단 및 상기 수신수단은 공간상의 탐지구역이 전송빔과 탐지장 사이의 교차점에서 발생하도록 배열되고, 상기 수신수단은 공간에서 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 신호를 발생시킬 수 있으며, 상기 젖꼭지는 어레이에 있는 모든 또는 거의 모든 수신기가 그들 각각의 탐지구역 내에 있는 젖꼭지에 대한 응답으로 거의 동시에 신호를 발생시킬 때 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 동물의 착유를 위한 시스템.
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