NL192559C

NL192559C - Device for determining the position of a teat of an udder of an animal.

Info

Publication number: NL192559C
Application number: NL8602699A
Authority: NL
Original assignee: Lely Nv C Van Der
Priority date: 1986-10-28
Filing date: 1986-10-28
Publication date: 1997-10-03
Also published as: NL8602699A; NL192559B

Description

1 1925591 192559

Inrichting voor het bepalen van de plaats van een speen van een uier van een dierDevice for determining the position of a teat of an udder of an animal

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de plaats van een speen van een uier van een in deze inrichting aanwezige koe, voorzien van meerdere, onderling gekoppelde en op onderlinge 5 afstand gelegen ontvangers en/of zenders, en van middelen voor het bepalen van het tijdsverloop tussen het uitzenden van een gericht signaal door een zender en het opvangen van een weerkaatst signaal door een ontvanger, teneinde de afstand van de zender/ontvanger tot de, de signalen weerkaatsende delen van het dier vast te stellen.The invention relates to a device for determining the position of a teat of an udder of a cow present in this device, provided with several mutually coupled and mutually spaced receivers and / or transmitters, and with means for determining the time lag between the transmission of a directed signal by a transmitter and the reception of a reflected signal by a receiver, in order to determine the distance from the transmitter / receiver to the parts of the animal reflecting the signals.

Een dergeiijke inrichting kan worden toegepast bij het automatisch aanbrengen van melkbekers aan de 10 spenen van een uier, waarbij elke melkbeker door middel van een robotarm naar een speen wordt verplaatst en op die speen wordt aangesloten. Daarbij is het van belang om zo nauwkeurig mogelijk de plaats van een speen vast te stellen. Omdat de speen liet steeds op dezelfde plaats blijft, doch in de praktijk op onverwachte momenten van plaats verandert, is het van belang dat een dergelijke plaatsbepaling van de speen een aantal keren herhaald wordt, met name ook tijdens het naar de speen toe bewegen van 15 de melkbeker.Such a device can be used in the automatic application of teat cups to the teats of an udder, each teat cup being moved to a teat by means of a robot arm and connected to that teat. It is important to determine the position of a teat as accurately as possible. Since the teat always remains in the same place, but in practice it changes position at unexpected moments, it is important that such a positioning of the teat is repeated a number of times, in particular also during the movement towards the teat. the teat cup.

Een inrichting ais in de aanhef is omschreven, is bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP-A-0.091.892. In dat document wordt gebruik gemaakt van een robotarm die als drager voor een viertal aan de spenen van een koe te koppelen melkbekers fungeert, op welke robotarm een tweetal zenders/ontvangers aanwezig is om de positie in een vrijwel horizontaal vlak te bepalen en een tussen de melkbekers 20 geplaatste verdere sensor om de afstand in verticale richting tussen de robotarm en de uier te bepalen. Bij het bepalen van de positie van de spenen in een vrijwel horizontaal vlak doet zich het probleem voor dat vanuit de sensoren gezien de achterste spenen kunnen zijn gelegen in de schaduw van de voorste spenen, zodat hun positie slecht of in het geheel niet kan worden bepaald.An apparatus as described in the preamble is known from European patent application EP-A-0.091.892. In that document, use is made of a robot arm that serves as a carrier for four teat cups to be coupled to the teats of a cow, on which robot arm is provided with two transmitters / receivers to determine the position in an almost horizontal plane and one between the teat cups 20 further sensor placed to determine the distance in vertical direction between the robot arm and the udder. When determining the position of the teats in a nearly horizontal plane, the problem arises that, viewed from the sensors, the rear teats can be located in the shadow of the front teats, so that their position can be poorly or not determined at all .

De uitvinding beoogt dit nadeel op te heffen en een positiebepaling van alle vier de spenen op efficiënte 25 en snelle wijze mogelijk te maken Overeenkomstig de uitvinding heeft de inrichting, zoals deze in de aanhef is omschreven, daartoe het kenn. dat de zenders/ontvangers zodanig zijn opgesteld dat de hoofdrichtingen van de zend- en/of ontvangststralingspatronen in hoofdzaak schuin opwaarts in de richting van de uier of één of meer spenen verlopen, waarbij een aantal ontvangers in hoofdzaak is gepositioneerd rondom een zender, welke zender is aangebracht in een gestel dat om twee, in hoofdzaak elkaar loodrecht 30 kruisende assen, zwenkbaar is ondersteund.The object of the invention is to obviate this drawback and to enable a position determination of all four teats in an efficient and rapid manner. According to the invention, the device as described in the preamble has the knowledge for this purpose. that the transmitters / receivers are arranged such that the principal directions of the transmit and / or receive radiation patterns extend substantially obliquely upwardly toward the udder or one or more teats, a plurality of receivers being positioned substantially around a transmitter, which transmitter is arranged in a frame which is pivotally supported about two axes substantially crossing each other.

Op deze wijze kunnen door het zwenken van het gestel de zender en eventueel tevens de ontvangers gericht worden op het te detecteren voorwerp, in het bijzonder de uier van de te melken koe.In this manner, by pivoting the frame, the transmitter and possibly also the receivers can be aimed at the object to be detected, in particular the udder of the cow to be milked.

Uit de niet-voorgepubliceerde Europese octrooiaanvrage EP-A-0.229.682 is een inrichting bekend, waarin de positie van de spenen wordt vastgesteld met behulp van een sensor die beweegbaar is om twee 35 onderling loodrechte assen, waarbij door de sensor de uier van een koe kan worden afgetast vanuit een positie lager dan de spenen van de koe. Doordat gebruik wordt gemaakt van slechts één enkele sensor is een snelle en nauwkeurige plaatsbepaling van de spenen niet goed mogelijk.From the non-prepublished European patent application EP-A-0.229.682, a device is known in which the position of the teats is determined with the aid of a sensor which is movable about two mutually perpendicular axes, the udder of a cow can be scanned from a position lower than the cow's teats. Because only a single sensor is used, a fast and accurate position of the teats is not possible.

Voorts zij nog gewezen op de Europese octrooiaanvrage EP-A-0.213.660, waarin de positie van een koe op een melkplaats in zijn geheel wordt bepaald door een tweetal links- en rechtsboven in de melkplaats 40 opgestelde sensoren; de plaats waar de spenen zich bevinden blijft op deze wijze slechts op grove wijze bepaald, zodat bij het automatisch aansluiten van melkbekers aan de spenen extra sensormiddelen, in dit document rondom in een grijpermechanisme voor de melkbekers aanwezige lichtgevoelige cellen, noodzakelijk zijn.Furthermore, reference should be made to European patent application EP-A-0.213.660, in which the position of a cow on a milking parlor is entirely determined by two sensors arranged in the milking parlor 40 at the top left and right; the location where the teats are located thus remains roughly determined, so that when sensor cups are automatically connected to the teats, additional sensor means are required, in this document all around photosensitive cells present in a gripper mechanism for the teat cups.

Alhoewel het gestel met de zenders en ontvangers beweegbaar kan zijn ondersteund, is het voldoende 45 alleen de zender beweegbaar te ondersteunen. Vandaar dat in een bijzondere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding de inrichting het kenmerk heeft, dat een aantal ontvangers vast is aangebracht en dat één of meer zenders om twee, in hoofdzaak elkaar loodrecht kruisende assen zwenkbaar zijn ondersteund.Although the frame with the transmitters and receivers may be movably supported, it is sufficient to support only the transmitter movably. Hence, in a special embodiment according to the invention, the device is characterized in that a number of receivers are fixed and that one or more transmitters are pivotably supported about two axes, which cross substantially perpendicularly.

Een in verdere uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding heeft de inrichting het kenmerk, dat een aantal zenders/ontvangers zodanig is aangebracht dat de uit te zenden bundels tezamen de gehele uier 50 bestrijken, waarbij telkens één van de zenders/ontvangers als zender kan worden gebruikt, terwijl daarbij een aantal van de overige als ontvanger wordt gebruikt. Hierdoor wordt het mogelijk dat elke zender slechts een bepaald deel van de uier behoeft af te tasten, hetgeen de snelheid in de plaatsbepaling van de spenen bevordert.In a further embodiment according to the invention, the device is characterized in that a number of transmitters / receivers are arranged such that the beams to be transmitted together cover the entire udder 50, whereby one of the transmitters / receivers can each be used as transmitter. some of the others are used as receivers. This makes it possible for each transmitter to scan only a certain part of the udder, which aids in the positioning of the teats.

55 Ter verduidelijking van de uitvinding zullen, onder verwijzing naar de tekening, enige uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding worden beschreven. In de tekening stellen voor: figuur 1 een eerste uitvoeringsvoorbeeld, 192559 2 figuur 2 een aanzicht volgens de pijlen II in figuur 1, figuur 3 een toepassing van het uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 1, figuur 4 een tweede uitvoeringsvoorbeeld, figuur 5 in meer detail het toepassen van een gerichte bundel, 5 figuur 6 een aanzicht volgens de pijlen VI van figuur 5, figuur 7 een derde uitvoeringsvoorbeeld, en figuur 8 een aanzicht volgens de pijlen VIII van figuur 7.By way of illustration of the invention, some embodiments of the invention will be described with reference to the drawing. In the drawing: figure 1 shows a first exemplary embodiment, 192559 2 figure 2 shows a view according to the arrows II in figure 1, figure 3 an application of the exemplary embodiment according to figure 1, figure 4 a second exemplary embodiment, figure 5 applying of a directional beam, figure 6 shows a view according to the arrows VI of figure 5, figure 7 a third exemplary embodiment, and figure 8 shows a view according to the arrows VIII of figure 7.

In de verschillende figuren, die slechts globale weergaven zijn, zijn overeenkomstige onderdelen met gelijke 10 verwijzingscijfers aangegeven.In the various figures, which are only global representations, corresponding parts are indicated with the same reference numerals.

Figuur 1 toont een gestel 1 waarop een zender 2 en een aantal ontvangers 3 zijn aangebracht. De zender 2 kan een ultrasoon signaal uitzenden en de ontvangers 3 kunnen dat signaal, nadat het tegen een voorwerp 4 is weerkaatst, opvangen. Een dergelijke ultrasone zender 2 of ontvanger 3 kan als zender of als ontvanger worden gebruikt, of als beide, dat wil zeggen dat het ultrasone signaal zowel wordt uitgezonden 15 als wordt ontvangen door dezelfde eenheid. Het door zender 2 uitgezonden signaal kan beperkt worden tot een bundel 5, die volgens figuur 1 wordt uitgezonden in de richting van een speen 4, van welke speen de plaats moet worden bepaald. Het zal duidelijk zijn dat het eerst ontvangen weerkaatste signaal 6 dat de ontvangers 3 opvangen afkomstig is van het uiteinde van de speen 4. De zenders/ontvangers 2, 3 zijn door middel van leidingen 7 verbonden met een computer die zowel het moment van uitzenden als het moment 20 van terugontvangen van het ultrasone signaal door de verschillende zenders/ontvangers 2, 3 kan registreren en daaruit het tijdsverloop kan berekenen tussen die momenten. Op deze wijze is het mogelijk zowel de afstand tot het uiteinde van de speen als de plaats van de speen in een horizontaal vlak te bepalen. De afstand tot het uiteinde van de speen 4 wordt bepaald door het tijdsverloop tussen het uitzenden en het terugontvangen van het signaal te betrekken op de voortplantingssnelheid van het ultrasone signaal. De 25 plaats van de speen 4 in een horizontaal vlak kan worden bepaald op grond van het tijdsverschil tussen het terugontvangen van het weerkaatste signaal door de verschillende ontvangers 3. Door dit tijdsverschil direct te meten, kunnen deze zeer kleine waarden voldoende nauwkeurig worden bepaald teneinde te kunnen vaststellen op welke plaats de speen 4 zich in de bundel uitgezonden signaal bevindt.Figure 1 shows a frame 1 on which a transmitter 2 and a number of receivers 3 are arranged. The transmitter 2 can emit an ultrasonic signal and the receivers 3 can receive that signal after it has bounced off an object 4. Such an ultrasonic transmitter 2 or receiver 3 can be used as a transmitter or as a receiver, or as both, ie the ultrasonic signal is both emitted and received by the same unit. The signal transmitted by transmitter 2 can be limited to a beam 5, which according to Figure 1 is transmitted in the direction of a teat 4, the teat of which is to be determined. It will be clear that the first received reflected signal 6 that the receivers 3 receive comes from the end of the teat 4. The transmitters / receivers 2, 3 are connected by means of lines 7 to a computer that both the moment of transmission and can register the moment 20 of receiving back the ultrasonic signal by the different transmitters / receivers 2, 3 and calculate the time course between those moments therefrom. In this way it is possible to determine both the distance to the end of the teat and the location of the teat in a horizontal plane. The distance to the end of the teat 4 is determined by relating the time lag between the transmission and the reception of the signal to the propagation speed of the ultrasonic signal. The position of the teat 4 in a horizontal plane can be determined on the basis of the time difference between the return of the reflected signal by the different receivers 3. By directly measuring this time difference, these very small values can be determined sufficiently accurately to can determine where the teat 4 is located in the beam transmitted signal.

Het zal duidelijk zijn dat in beginsel drie ontvangers 3 nodig zijn om de plaats vast te leggen. Door 30 meerdere ontvangers te gebruiken, kan een extra controle van deze plaatsbepaling plaatsvinden. Door de beschreven plaatsbepaling zeer snel achter elkaar herhaald uit te voeren, kan een eventuele beweging van de speen 4 worden geregistreerd.It will be clear that in principle three receivers 3 are required to establish the location. By using multiple receivers, an additional check of this positioning can take place. By carrying out the described location determination very quickly in succession, a possible movement of the teat 4 can be registered.

Figuur 2 geeft een bovenaanzicht van de inrichting volgens figuur 1. Op het gestel 1 zijn naast de zender 2, vier ontvangers 3 aangebracht.Figure 2 shows a top view of the device according to figure 1. On the frame 1, next to the transmitter 2, four receivers 3 are arranged.

35 De ontvangers 3 registreren het eerst terugkomende signaal, zodat in feite het dichtstbijzijnde voorwerp dat zich binnen de bundel 5 bevindt wordt geregistreerd. Daarbij kan de bundel 5 zodanig ingericht worden dat met zekerheid één speen binnen de bundel 5 aanwezig is, zodat het teruggekaatste ultrasone signaal van die speen 4 afkomstig moet zijn. Ook is het mogelijk om door middel van een gerichte bundel 5 een deel of de gehele uier van het dier al of niet systematisch af te tasten, waarbij de dichterbij gelegen delen, 40 dat wil zeggen dichter bij gelegen dan hun omgeving, als spenen kunnen worden herkend.The receivers 3 register the first returning signal, so that in fact the closest object located within the beam 5 is registered. The beam 5 can be arranged in such a way that one teat is definitely present within the beam 5, so that the reflected ultrasonic signal must come from that teat 4. It is also possible, by means of a directed beam 5, to scan part or all of the udder of the animal systematically or not, whereby the closer parts, that is to say closer to their environment, can become as teats. recognized.

Figuur 3 toont een toepassing van het in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, waarbij het gestel 1 zowel zwenkbaar is om een as 8 als om as 9. Door deze zwenkbaarheid om twee in hoofdzaak loodrecht op elkaar staande assen 8, 9 kan het gestel 2 in meerdere richtingen worden gericht. Daartoe wordt het zwenken bestuurd door bijvoorbeeld stappenmotoren 10. Nadat de plaats van de speen 4 is vastgesteld, 45 kan het zwenken van gestel 1 zodanig gestuurd worden dat bij het verplaatsen van speen 4 de bundel 5 steeds op de speen gericht blijft. De inrichting volgens figuur 3 kan bijvoorbeeld worden ingebouwd in de vloer van een melkplaats, waarbij de bundel 5 in hoofdzaak opwaarts gericht is.Figure 3 shows an application of the exemplary embodiment shown in Figure 1, in which the frame 1 can be pivoted both about an axis 8 and about axis 9. Due to this pivotability about two axes 8, 9 which are substantially perpendicular to each other, the frame 2 can be directions. For this purpose, the pivoting is controlled by, for example, stepper motors 10. After the position of the teat 4 has been determined, the pivoting of frame 1 can be controlled such that when moving teat 4, the bundle 5 always remains oriented on the teat. The device according to figure 3 can for instance be built into the floor of a milking parlor, wherein the bundle 5 is directed substantially upwards.

Figuur 4 toont een tweede uitvoeringsvoorbeeld, waarbij de ontvangers 3 een vast plaats hebben, dat wil zeggen niet te zamen met de zender 2 zwenken. Deze zender 2 is zwenkbaar om twee, in hoofdzaak 50 loodrecht op elkaar staande assen, zodat ook bij dit uitvoeringsvoorbeeld de richting van de bundel 5 kan worden ingesteld. Het zal duidelijk zijn dat ook bij dit uitvoeringsvoorbeeld de plaats van het uiteinde van de speen 4 kan worden bepaald door het tijdsverschil te meten tussen de ogenblikken van ontvangst van het signaal 6 door de verschillende ontvangers.Figure 4 shows a second exemplary embodiment, in which the receivers 3 have a fixed location, that is to say they cannot pivot together with the transmitter 2. This transmitter 2 is pivotable about two axes substantially perpendicular to each other, so that the direction of the beam 5 can also be adjusted in this exemplary embodiment. It will be clear that also in this exemplary embodiment the location of the end of the teat 4 can be determined by measuring the time difference between the moments of reception of the signal 6 by the different receivers.

Figuur 5 toont een opstelling van een ultrasone zender, waarbij de bundel door middel van een holle 55 reflector wordt beperkt en geconcentreerd. Op afstand van de zender 2 is een holle reflector 11 geplaatst, en wel zodanig dat het signaal door de reflector 11 ongeveer 90° wordt afgebogen. Door het reflecteren van de bundel ultrasoon signaal zal enerzijds de bundel beperkt worden doordat slechts het weerkaatsen plaatsFigure 5 shows an arrangement of an ultrasonic transmitter, in which the beam is limited and concentrated by means of a hollow 55 reflector. A hollow reflector 11 is placed at a distance from the transmitter 2, such that the signal is deflected by the reflector 11 by approximately 90 °. By reflecting the beam of ultrasonic signal, the beam will be limited on the one hand because only the reflection takes place

Claims

3 192559 takes place insofar as the beam hits the reflector, while, on the other hand, by making the reflector hollow, the top angle of the beam is reduced or the beam is concentrated. Figure 6 shows the transmitter 2 with reflector 11 in top view. The transmitter 2 with reflector 11 is suspended in a first frame part 12 which can pivot about shaft 13 by energizing an electric motor 14, 5 relative to a second frame part 15 which is pivotally mounted about shaft 16, which pivot is controlled by an electric motor 17. According to figure 5, the whole is mounted under the floor 18 of a milking parlor such that the transmitter 2 emits a beam in a horizontal direction, which beam is bent upwards by reflector 11 and thereby passes through an opening 19 in the floor 18. The concentrated beam 5 can be emitted in different directions by pivoting about the substantially perpendicular axes 16 and 13. Figures 7 and 8 show a third exemplary embodiment, wherein a larger number of transmitters / receivers 20 are present. By having one unit 20 each function as a transmitter and a number of other units 20 as receivers, many measurements can be carried out in rapid succession at different locations. The arrangement of the transmitters / receivers 20 can be such that the collective beams 15 emitted by all transmitters / receivers cover the entire udder of the cow, so that when using each of the transmitters 20 a certain part of the udder is scanned. It is also possible to use a unit 20 as a transmitter and also as a receiver. For example, by using the unit indicated in Figure 8 with reference numeral 21 as a transmitter and receiving the reflected signal by the units 21, 22 and 23, the portion of the udder located approximately above transmitter 21 can be scanned. Between the transmitter / receivers 20 shown in Figures 7 and 8 there are four teat cups 24 which can move upwards towards the teats of the udder when the location of these teats has been determined. The computer can thereby accurately calculate in which direction each of the teat cups 24 must be moved in order to be able to be connected to the relevant teat.

Device for determining the position of a teat of an udder of a cow present in this device, provided with several mutually coupled and mutually spaced receivers and / or transmitters, and with means for determining the time course between transmitting a directed signal by a transmitter and receiving a reflected signal by a receiver, in order to determine the distance from the transmitter / receiver to the parts of the animal reflecting the signals, characterized in that the transmitters / receivers are arranged such that the main directions of the transmit and / or receive radiation cartridges extend substantially obliquely upwardly toward the udder or one or more teats, a plurality of receivers being positioned substantially around a transmitter, the transmitter disposed in a frame which is pivotally supported about two substantially mutually perpendicular axes.

2. Device as claimed in claim 1, characterized in that a number of receivers are fixed and that one or more transmitters are supported on two axes substantially crossing each other.

Device as claimed in claim 1 or 2, characterized in that a number of transmitters / receivers are arranged such that the beams to be transmitted together cover the entire udder, wherein one of the transmitters / receivers can in each case be used as transmitter, while some of the others are used as receiver 45. Hereby 3 sheets drawing