NL8800272A - Werkwijze voor het met behulp van een robot zoeken en/of volgen van een bewegend voorwerp, robotsysteem gebruikmakend van deze werkwijze en robotsysteem voor het automatisch melken van een vrouwelijk zoogdier. - Google Patents

Description

-1- / H AL/CP/469 Mult.

WERKWIJZE VOOR HET MET BEHULP VAN EEN ROBOT ZOEKEN ΕΝ/OF VOLGEN VAN EEN BEWEGEND VOORWERP, ROBOTSYSTEEM GEBRUIKMAKEND VAN DEZE WERKWIJZE EN ROBOTSYSTEEM VOOR HET AUTOMATISCH MELKEN VAN EEN VROUWELIJK ZOOGDIER.

Bestaande robotsystemen voor het zoeken, vinden en/of volgen van een (bewegend) voorwerp dat deel uitmaakt van een groter geheel, bleken niet in staat te voldoen aan vereisten voor wat betreft betrouwbaarheid, snelheid en/of 5 mogelijkheden van een foutcorrectie.

De onderhavige uitvinding verhelpt bovengenoemde nadelen.

Door, volgens conclusie 1, gebruik te maken van positie- en snelheidsinformatie, wordt een nauwkeurigere 10 positiebepaling verkregen en wordt informatie verkregen omtrent het bewegingspatroon van het (bewegend) voorwerp; ook bij heftige bewegingen zal de snelheidsinformatie hieromtrent beschikbaar zijn.

Bij de werkwijze volgens conclusie 2 wordt informa-15 tie verkregen omtrent fouten en/of andere onregelmatigheden in hetzij het meetproces, hetzij het regelproces dan wel in de bewegingen van het voorwerp.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand 20 van een uitvoeringsvoorbeeld daarvan, dat beschreven is aan de hand van een tekening, waarin tonen: fig. 1 een perspectivisch aanzicht van een robot-systeem voor implementatie van een gedeelte van een voorkeur suitvoerings vorm van de werkwijze volgens de uitvinding; 25 fig. 2 een blokschema van de werking van het robot- systeem uit fig, 1; en fig. 3 een blokschema van een andere voorkeurswerking van het robotsysteem uit fig. 1.

De voorkeursuitvoeringsvorm betreft een werkwijze 30 en robotsysteem voor het melken van een in fig. l niet ge- .8800272 t -2- # toonde koe. Een robotsysteem 1 omvattende een aantal ten opzichte van elkaar scharnierbare armen, is beweegbaar langs rails 7, 8 ten einde in staat te zijn bij verschillende loka-ties zoek-, vind- en/of volgoperaties uit te voeren voor het 5 aanbrengen van melkbekers 15 van een melkrek 2 bij een koe.

De koe wordt met haar kop in de richting van een voederbak 21 geleid, opdat haar uier zich in de nabijheid van een ruststand van het melkrek 2 zal bevinden; een voerderbak 21 is beweegbaar volgens pijl A, opdat de uier van de koe zich 10 veelal op ongeveer dezelfde of eenduidige positie ten opzichte van het melkrek 2 zal bevinden.

Veelal zal de koe automatisch herkend zijn en zal informatie omtrent positie van haar uier en tepels bijv. in een niet getoond centrale stuurorgaan voorzien van elek-15 tronica-hardware en daarin opgeslagen programmatuur, beschikbaar zijn; vanuit een bekrachtigingsorgaan in kast 22 wordt (op niet getoonde wijze) een mechanisme 11 langs staande rails 25, 26 gestuurd, opdat de ruststand van het mechanisme ll en derhalve het melkstel 2 zoveel mogelijk, afhankelijk 20 van de grootte van de koe en haar plaats van de uier, vooraf wordt ingesteld. Onafhankelijk van de koe is het mechanisme 11 langs liggende rails 23, 24 in een geijkte langsrusttoe-stand ingesteld. Vanuit de elektronicakast 22 wordt eveneens een actuator 6 gestuurd, die via een hefboom 5 wordt bediend, 25 die twee Bowdenkabels stuurt, die een arm 27 waaraan het melkrek 2 bevestigd is, in een voorafbepaalde rust- of nulstand trekken.

Boven het melkrek 2, zijdelings daarvan, is een sensoreenheld 12 vast opgesteld, ten einde met behulp van 30 twee sensoreenheden 13 resp. 14 in drie dimensies in een liggend vlak een bewegend voorwerp, in de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm een speen van een koe, te kunnen detecteren en informatie daaromtrent aan een centraal stuurorgaan (niet getoond) door te geven. Boven elke melkbeker 15 van het melk-35 stel 2 kunnen extra sensoreenheden 29, 31 zijn opgesteld, ten einde bij het omhoog bewegen van de melkbekers een speen ten opzichte van die beker gecentreerd te houden; voor de overzichtelijkheid zijn slechts bij één melkbeker 15 dergelijke .S800272 L-., ------------ -3-.

fijnsensoreenheden 29, 31 opgesteld. Deze fijnsensoreenheden kunnen evenals sensoreenheid 12 van een ultrasoon type zijn.

Een grijper 10 van de robot 1 grijpt aan op een daarvoor aangebrachte aangrijpopening van het melkrek 2. Het 5 robotmechanisme 1 is in staat het melkrek 2 in drie dimensies te bewegen, terwijl het mechanisme 11 de bewegingsveranderingen in hoogterichting kan blokkeren; de besturingen van het mechanisme 1 en het mechanisme 11 zijn op niet getoonde wijze - elektrisch en programmatisch - met elkaar gekoppeld.

10 De werking van het robotsysteem uit fig. 1 wordt aan de hand van het schema uit fig. 2 (en later aan de hand van het schema uit fig. 3) verduidelijkt; het (bewegend) voorwerp, in de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm de positie van een speen van een koe, bijv. de speen rechtsvoor van de 15 koe, ten opzichte van de desbetreffende sensor, vormt de ingang I voor de sensoren 12, 19, 31. De door de ultrasone sensoren 12, 19, 31 gemeten reflecties worden op algemeen bekende wijze omgezet in bemonsterde digitale waarden in een liggend vlak, in fig. 2 aangegeven met Δ x resp. Δ y, zijn-20 de relatieve positiecoördinaten ten opzichte van. de sensoren. Vanaf de robotarm 1 komen bepaalde waarden xp en yp, zijnde coördinaten van de robot ten opzichte van het nulpunt van de robot, waarbij Λx en Δ y - eventueel gecorrigeerd -moeten worden opgeteld, zodat, zoals schematisch in de figuur 25 is aangegeven, de waarde xm en ym, zijnde de coördinaten van de speen ten opzichte van het robotnulpunt, ontstaan. Deze waarden worden op nader beschreven wijze gecorrigeerd, opdat de waarden xc en yc - zogeheten doelcoördinaten - ontstaan, die aan een schematisch met SC aangegeven blok kunnen worden 30 toegevoerd, ten einde een nieuwe positie aan de robot 1 op te geven, waarnaar toe deze het melkstel 2 moet bewegen.

De waarden Xp en yp enerzijds en A x, Δ y anderzijds worden in een MODEL opgenomen - dat in het eenvoudigste geval deze genoemde waarden aan geen enkele bewerking onder-35 werpt, dat wil zeggen zogeheten transparant is - opgenomen, waarbij na statische analyse, bijv. omvattende het bepalen van het gemiddelde, de standaarddeviatie, of het bepalen van een aantal M-waarden uit een reeks van N-waarden (M <. N). Aan .8800272 -4- * è de hand van de (gemoduleerde) waarden kan een voorspelling worden gedaan (PRE) die aan de besturing van de sensoren wordt toegevoegd, ten einde deze PRE-waarde in plaats van duidelijk foutieve waarden, volgens een voorafbepaald crite-5 rium, in plaats te laten treden van de gedigitaliseerde meetwaarden. In het MODEL vindt een Z-transformatie van de gedigitaliseerde bemonsteringen plaats bij de beschreven uitvoeringsvorm, maar een dergelijk MODEL kan eveneens met een zogeheten Kallman-filter of op nog andere wijze geïmplemen-10 teerd zijn. in FPC worden filtercoëfficienten bepaald, ten einde zowel de waarde xm en ym in PF een nieuwe waarde toe te kennen op grond van het MODEL, alsmede de waarde vxm - na differentiatie in D van de waarden xm en ym - ten einde deze gefilterde waarde (vXf, Vyf) na integratie in (I) bij de ge-15 corrigeerde filterwaarde Xf en yf op te tellen.

De beschreven regellus van Δ x, Λ y via xc, Xy naar xs, ys, wordt al dan niet gesloten op grond van de gegevens uit het MODEL, zoals aan een blok CONTROL doorgegeven; slechts indien aan voorafbepaalde criteria is voldaan, ten 20 aanzien van gemiddelde waarde van Δχ over een bepaalde tijd, gemiddelde waarde van Δγ over een bepaalde tijd, standaarddeviaties daarin, alsmede bepaalde snelheidswaarden (vx, Vy), wordt door een blok aangegeven met FTL, de regellus bij S gesloten.

25 Allereerst blijft de regellus bij S geopend, daar vanuit een blok F op een wijze algemeen bekend bij robotbesturingen, een globale positiesturing van het robotsysteem 1 naar een speen van een koe wordt gedaan met behulp van in een geheugen opgeslagen informatie. Indien de sensoreenheid 12 -30 sensoreenheden 29, 31 worden in deze zogeheten find-modes niet gebruikt - een bewegend voorwerp is gedetecteerd en aan voorafbepaalde criteria voor wat betreft Δ x, Δγ, vx, vy en standaarddeviaties daarvan is voldaan, wordt in een blok T de besturing overgenomen en bovengenoemde criteria verscherpt, 35 waaraan bovengenoemde informatie moet voldoen bij een verhoogde bemonstersnelheid.

Indien aan de verscherpte criteria gedurende een voorafbepaalde tijd is voldaan, wordt bij S de regellus ge- . 8800272.

ν· * * -5- sloten en worden de waarden xc en yc rechtstreeks aan de servobesturing (SC) toegevoerd. Indien gewenst kunnen de uit het MODEL berekende filtercoëfficienten vervangen worden door vanuit de besturing (CONTROL) geleverde filtercoëfficienten, 5 die gedurende een bepaalde tijd een vaste waarde hebben, waarna de coëfficientberekening vanuit het MODEL de positie waarheen de robotarm gestuurd wordt, gaat bepalen.

Indien gedurende een voorafbepaalde tijd aan de criteria uit blok T is is voldaan, blijft de beschreven 10 regellus gesloten en neemt blok L de besturing over, waarbij, zoals via lijn PS is aangegeven, kan worden overgeschakeld op fijnsensoreenheden 29, 31, opdat de positie van de melkbeker ten opzichte van de speen (nog) nauwkeuriger bepaald kan worden met behulp van een eventuele correctie door de fijn-15 sensoreenheden, en kan de desbetreffende melkbeker 15 worden aangebracht, indien de speen gedurende een voorafbepaalde tijd gecentreerd blijft ten opzichte van de melkbeker en derhalve de sensoreenheden.

Na aanbrenging van de melkbeker, wordt teruggescha-20 keld naar de T-modus, totdat een andere speen van de koe is gecentreerd, waarna in de L-modus deze melkbeker eveneens kan worden aangebracht.

Het moge duidelijk zijn, dat bij onverwachte bewegingen van het (bewegend) voorwerp het beschreven robotsys-25 teem ogenblikkelijk van L-modusbesturing naar T-modusbestaring of zelfs naar F-modusbesturing zal overgaan.

Een schema van een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werking van het robotsysteem uit fig. 1 (fig. 3) behoeft geen snelheidsfiltering en hierbij worden de waarden 30 Δ x en Δy slechts geanalyseerd, terwijl de MODEL-vorming achterwege blijft. Predictiewaarden worden via blok CONTROL aan het sensorblok 12, 29, 31 toegevoerd.

Voorts wordt opgemerkt dat de Z-coördinaat of hoog-tecoördinaat van de speen van de koe veelal constant zal zijn 35 en in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld een vaste of door het CONTROL-blok bepaalde waarde zal hebben. Bij de in fig. 3 getoonde uitvoeringsvorm zijn de filtercoëfficienten constant .8800272.

-6- i r in een bepaalde toestand van het systeem (F-, T- of L-modus), maar hebben ze voor iedere toestand een andere waarde.

Uitgebreide analyses en evaluatie van proefnemingen hebben uitgewezen, dat bij bemonstering met 200 Hz van de 5 signalen uit de sensoreenheid 12 en sensoreenheden 29, 31 een nauwkeurig model van de bewegingen van een speen van een koe kan worden opgebouwd, zonder dat - vanwege het zogeheten vouweffect - onnauwkeurigheden in de bemonstering plaatsvinden; de besturing van de robotarm via de servobesturing (SC) 10 vindt bij de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm iedere 50 msec plaats. Gezien de mogelijkheid tot schakelen tussen verschillende bewegingsmodi, is dit in de praktijk ruim voldoende gebleken om op nauwkeurige wijze een speen van een koe te kunnen volgen en de melkbekers aan te brengen.

.8800272

Claims (12)

1. Werkwijze voor het met behulp van een robot zoeken, vinden en/of volgen van een bewegend voorwerp dat deel uitmaakt van een groter geheel, bijv. een speen aan een uier van een koe of ander vrouwelijk zoogdier, waarbij met behulp 5 van tenminste één sensor positie en snelheid van het voorwerp in tenminste één dimensie worden bepaald en waarbij aan de hand van de snelheids- en positie-informatie een commando voor de beweging van een robotarm wordt gegenereerd.

2. Werkwijze voor het met behulp van een robot zoe-10 ken, vinden en/of volgen van een (bewegend) voorwerp, dat deel uitmaakt van een groter geheel, bijv. een speen aan een uier van een koe, waarbij met behulp van tenminste één sensor positie en/of snelheid van het voorwerp worden bepaald, waarbij aan de hand van de snelheids- en/of positie-informatie 15 een commando voor de beweging van een robotarm wordt gegenereerd en waarbij de statische informatie omtrent de snelheids- en/of positie-informatie aan een stuurorgaan wordt toegevoerd, met behulp van welke informatie in het stuurorgaan wordt beslist of het voorwerp voldoende nauwkeurig ge-20 volgd wordt.

3. Werkwijze voor het met behulp van een robot volgen van een (bewegend) voorwerp, waarbij met behulp van tenminste één sensor positie en/of snelheid van het voorwerp wordt bepaald en waarbij snelheids- en/of positiesignalen 25 worden bemonsterd en/of worden gedigitaliseerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij met behulp van de digitale snelheids- en positie-informatie een tweede ordemodel in hardware en/of software wordt geïmplementeerd, ten einde op grond van dat model de aan de robot toe 30 te voeren informatie aan te passen.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 tot 4, waarbij van zowel digitale positie- als snelheidsinformatie standaarddeviaties worden bepaald.

6. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 5, 35 waarbij aan de robot toe te voeren data hetzij in een geslo- . 8800272. 4 -8- ten regellus vanuit de opgenomen positie-informatie worden toegevoerd, hetzij vanuit een in een geheugen opgeslagen pad wordt bepaald.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij in de ge-5 sloten regellus een andere sensor dan bij het bewegen van de robot volgens een voorafbepaald pad, wordt toegepast.

8. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 7, waarbij het bewegend voorwerp zich hoofdzakelijk in twee dimensies beweegt, terwijl één dimensie daarvan hoofdzakelijk 10 een constante waarde heeft, en waarbij de snelheids- en positie-informatie voor twee dimensies wordt bemonsterd en gedigitaliseerd.

9. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 2-8, waarbij het model met behulp van een Z-transforma- 15 tie wordt uitgevoerd.

10. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de positie- en snelheidsinformatie met een frequentie van ongeveer 200 Hz wordt bemonsterd.

11. Robotsysteem waarbij een werkwijze volgens één 20 van de conclusies 1 tot 10 wordt toegepast.

12. Robotsysteem geschikt voor het melken van vrouwelijke zoogdieren, die in een voorafbepaalde ruimte zijn geleid. .8800272