专利名称：用于将挤奶杯安置于动物乳头上的方法和设备的制作方法
用于将挤奶杯安置于动物乳头上的方法和设备本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的用于将至少一个挤奶杯安置于 动物乳头上的方法和一种用于实施该方法的设备。挤奶机器人的一个重要的难题是，要迅速和可靠地确定待挤奶的动物的乳头的位 置。由于挤奶机器人是用在活着的动物上，为此它必须特别能够识别各动物之间的生理学 的区别和检测动物的意外的运动，并且在确定动物位置时加以考虑。由DE 103 51 549 Al已知同一类型的方法和同一类型的设备。在该文献中提出， 借助于一识别装置测定动物的空间坐标以及必要时测定挤奶杯的空间坐标，然后根据该测 定将挤奶杯移到动物的位置并安置于乳头上。该解决方案本身业已证明是适用的，但它需 要特别精确工作的测量装置用于空间位置的绝对确定，并且需要大的计算容量。目前使用的挤奶机器人一般是使用一种搜寻装置，它借助于照相机和激光器工 作。借助于这些部件实现一种激光三角测量系统，其设置在挤奶机器人的可移动的部分上。照相机识别出红色激光的反射并且基于挤奶机器人的促动器的同步运动可以算 出动物位置。不过为了装上挤奶杯，已知的设备在这里还必须能确定动物杯口的绝对位置。 这意味着，在机器人运动机构的各元件(亦即特别是由各促动器操纵的该运动机构的各部 分)、挤奶杯口、动物搜寻传感器与选出的动物之间必须具有很高的精确的相关性。为了达到这样高的精度，必须使用较昂贵的位置传感器，如编码器，并且需要实现 整个系统的一种很精确的校准。如果奶牛走向挤奶机器人的机械装置，则这又可能会导致机械偏差，因为它不同 于由存储的标准位置预定的绝对位置。在最坏的情况下，甚至有可能需要由制造者进行对 系统的完全重新校准。为了解决该问题，WO 2007/104 124 Al公开了 以一种共同的3D (三维)直接拍 摄记录来确认各乳头和一个或多个挤奶杯并且相对于一个或多个挤奶杯实施一个或多个 乳头的位置测定。按这种方式，大大简化了测定工作并从而也大大简化了安置过程。在该背景下，本发明的目的是，提供一种进一步优化的方法和一种进一步优化的 设备，用以将挤奶杯安置于动物的乳头上。本发明在方法方面通过权利要求1的主题实现上述目的，而在设备方面通过权利 要求16的主题实现上述目的。本发明按照权利要求1提供一种方法，用于将一个或多个挤奶杯安置于产奶动物 的一个乳头或多个乳头上，其具有下列步骤a 对至少一个或多个挤奶杯和产奶动物的一个或多个乳头执行一种透视的(亦 即立体的)3D直接拍摄记录，b 然后利用一图像处理装置由所述3D直接拍摄记录确定出在所述挤奶杯与所述 一个或多个乳头之间的相对距离，c 借助于步骤b)中的距离确定，针对用以移动所述一个或多个挤奶杯的一个或 多个促动器，由一控制装置算出分别要由所述一个或多个挤奶杯实施的控制运动，通过该 控制运动来减小所确定出的在所述一个或多个挤奶杯与所述一个或多个乳头之间的相对距离，d 实施所述控制运动和结束所述控制运动，只要没有差错出现，和/或e:借助于一种诊断来评价一个或多个所执行的3D直接拍摄记录，和/或针对一种 诊断将其存储和/或输出。优选至少在步骤d)中出现差错时实行3D直接拍摄记录的存储和输出。优选在出现差错时发出警报和/或中止安置过程。适宜地，以及为了确保可靠的操作有利的是，在步骤b)中实行所执行的3D拍摄记 录的一种无论如何部分计算机辅助的诊断。这样，在步骤b)中借助一种针对动物特定的与 预存储的数据的比较、特别是借助一种与早先的安置过程的数据的比较，实行所执行的3D 拍摄记录的诊断。挤奶杯(至少一个挤奶杯或多个挤奶杯)的控制运动包括为挤奶杯的运动和定位 所需要的机器人运动机构的控制，亦即通常用于挤奶工具的支臂的一个或多个促动器的控 制和/或用于挤奶杯的促动器的控制。借助于3D照相机(3D直接照相机)便可以执行拍摄记录，在其上一起看到目标 (各乳头)以及各挤奶杯。该设备包括3D直接照相机和用于各促动器的图像处理和控制装置，其中后一装 置在软件方面和硬件方面可以合并成一个装置或者可以包括分开的装置。3D照相机产生乳房(从下面倾斜的)和乳头杯或挤奶杯的一种透视图(即立体 图)。然后借助于拍摄记录实施在各乳头与各挤奶杯之间的相对距离测定。通过这些数据 起动各坐标轴的控制并且相对于乳头移动乳头杯。优选地，通过由新的拍摄记录出发的较 为现时的距离的持续重新计算，以简单的方式适合针对目标地定位各乳头杯。如果例如按照重复的尝试并不能顺利地实施安置过程，则在这种差错情况下，为 了实现安置，应该利用至少一个3D直接拍摄记录或应该将其存储于照相机系统中或在挤 奶机器人的控制装置的另一位置上。如果不能成功中断安置过程或特别长时间地持续安置 过程，则也可以将图像以相应的差错编码发送给一种畜群管理系统(上级的计算机包括相 应的程序)。在那里可以接着例如由农场主实施一种诊断，以便确定为什么不能自动地在 相应的动物中实施安置过程。例如可以设想，诊断得出该动物由于有异常的乳房几何形状 而更宜于被纳入手工安置组中。可以设想，在挤奶机器人的输入和输出终端处当场实行诊断。但优选作为远程诊 断、特别是经由互联网实行诊断。按照本发明的方法的其他(本身也具备创造性的)进一步发展说明于权利要求13 和15中，由以下针对附图的描述可得知其优点。本发明还提供一种按照权利要求17所述的挤奶机器人，其包括按照权利要求16 所述的设备。优选它具有一种模块式结构的控制装置。以下借助一个实施例参照附图更详细地解释本发明。其中图Ia动物的乳房的照相式的3D直接拍摄记录；图Ib由
图1的拍摄记录得到的轮廓图；图2动物的乳房和挤奶工具的各个挤奶杯的3D直接拍摄记录的示意图；以及图3按照本发明的设备的一部分的示意图。
图3示出按照本发明的设备1的一部分，用以将挤奶杯安置于动物的乳头上，它又 是在这里另外未示出的自动的挤奶机器人的一部分，其具有至少一个挤奶位置或多个挤奶 位置用于产奶动物的挤奶。在这里，该设备1按照优选实施形式具有一挤奶工具2，该挤奶工具具有一集乳器 3，它经由一些短的输奶软管4连接于各个挤奶杯5。还分别为这些短的输奶软管4配置至 少一个促动器6，借其可以分别将短的输奶软管4和从而将挤奶杯5从一个降低的位置移到 一个升高的位置。图3中，挤奶杯5的一部分是处在降低的位置而其中一个挤奶杯5是处 在升高的位置。挤奶工具2设置在一种单件式的或多件式的支臂7上，为其配置至少一个或多个 促动器8，该促动器使支臂7能够在一个在这里未示出的在挤奶位置的底支架上移到在三 个空间尺寸X、Y和Z中的某一预定的空间部分。对此，优选在支臂7上作为识别装置设置一 3D直接照相机9，它具有和/或在其上 连接有图像处理和控制装置10，该装置评价3D直接照相机9的拍摄记录并且由拍摄记录算 出用于促动器6和/或8的控制运动以及相应地控制各促动器。必要时也将拍摄记录予以 存储。如由切合实际的图Ia的拍摄记录与多个示意的图2的拍摄记录以及仅仅为了直观 起见由图Ia得到的轮廓Ib可看出的那样，差不多可以直接在3D直接拍摄记录中设置 一空间的坐标系，由它可确定出在乳头与相应的挤奶杯之间的相对距离X。评价和控制装置可以是上级控制装置的一部分，该上级控制装置用于监视和控制 在其操作中的整个挤奶机器人。但优选挤奶机器人以及特别是还有挤奶机器人的控制装置 采取一种分散的模块式设计，其中，在挤奶机器人的中央数据总线上(例如以太网)连接不 同的自给自足的计算机，用以分别控制各个自给自足的功能范围，其中，这些功能范围之一 包括自动的乳头搜寻和将挤奶杯自动地安置于找到的乳头上。为了将各挤奶杯5安置于待挤奶的动物(该动物已走进挤奶机器人)的乳房12 的各个乳头11上，首先要执行各挤奶杯5和待挤奶的处于挤奶机器人内的动物的乳房的一 种3D直接拍摄记录(见图1和幻。优选在一个倾斜地位于乳头下方的位置执行拍摄记录。 优选利用3D直接照相机9从一个预定的可以凭经验确定的基本位置执行拍摄记录，并且它 一般能够完成拍摄记录，在其上描绘了动物的各乳头以及各挤奶杯。然后由3D直接拍摄记录直接确定在各挤奶杯5与各乳头11之间的相对距离，而 并不确定各乳头11绝对的空间位置。借助于该距离确定，利用一控制装置算出要由机器人 运动机构在挤奶工具或一个或多个挤奶杯5上实施的控制运动，为了减小在一个或多个挤 奶杯5与一个或多个乳头11之间的距离，这是必要的。为了可以检测和必要时补偿动物的 意外的运动，合理的是，有调控地实施在各乳头杯5与各乳头之间的距离的最小化，这意味 着，例如在某一预定的时栅(Zeitraster)内，重复执行3D直接拍摄记录，以便总是作为待 最小化的数值检测或确定在一个或多个挤奶杯5与一个或多个乳头11之间的相对距离，并 由求得的数值确定用于一个或多个促动器的控制信号，利用它/它们可改变各挤奶杯5的 空间位置以及相应地控制机器人运动机构的执行环节，即用于各挤奶杯5和支臂7运动的 促动器6和8。按照一种优选的实施形式，使一个或多个挤奶杯5全部同时开始安置过程，或者 无论如何在支臂7的第一次粗定位以后按照第一拍摄记录移动到升高的位置(见图2)。
然后按诊断方式确定是否在3D直接拍摄记录上描绘了动物的全部乳头11和用 于动物挤奶的全部挤奶杯5。只当在全部已知的乳头与分别至少一个挤奶杯之间可相应地 由拍摄记录确定一个相对距离信息时才实行挤奶杯的安置(类似于图2，但在那里其中一 个挤奶杯5已安置于其中一个乳头11上)。如果不可能由所执行的拍摄记录或按照必要时在支臂7运动以后其他的拍摄记 录在一个或多个不同的位置诊断式确定动物的全部乳头11，则可以中止安置过程，并且必
要时输出一差错信号。如果由3D直接拍摄记录诊断式计算机辅助地或由操作员确定出其他的差错情 况，例如缺少的(例如断开的乳头)或患病的乳头等，则还可以中止安置过程，以及必要时 输出一差错信号，并优选存储至少一个拍摄记录。特别有利的是，必要时将拍摄记录予以存储，该拍摄记录是以这种差错情况或另 一可能的差错情况执行的，以便借助这些拍摄记录必要时实施继续的诊断。这样，也许对于 农场主来说，有可能借助拍摄记录来确定该动物是否应该纳入待手工挤奶的动物组中或 者是否为例如严重脏污的或受伤的动物。可以在挤奶机器人的输入和输出终端上当场实行诊断，或者在远程诊断的范围内 例如经由互联网来实行。也可以由直接计算机辅助地利用装置10例如通过与预存储的数 据的比较来实行一种诊断。通过乳头搜寻装置的拍摄记录的存储可能实现的诊断大大减轻 了挤奶机器人的操作。最后，本发明也能够确定出乳头的空间定向。如果该定向大大偏离铅垂线，则可设 想挤奶杯5在安置到乳头11上时相应于该定向信息加以调准定向。附图标记清单
1设备
2挤奶工具
3集乳器
4输奶软管
5挤奶杯
6促动器
7支臂
8促动器
93D直接照相机
10图像处理和控制装置
11乳头
12乳房
权利要求
1.用于将一个或多个挤奶杯安置于产奶动物的一个乳头(11)或多个乳头(11)上的方 法，包括下列步骤a)对至少一个或多个挤奶杯( 和产奶动物的一个或多个乳头(11)执行一种透视的 3D直接拍摄记录，b)然后利用一图像处理装置由所述3D直接拍摄记录确定出在所述挤奶杯( 与所述 一个或多个乳头(11)之间的相对距离，c)借助于步骤b)中的距离确定，针对用以移动所述一个或多个挤奶杯(5)的一个或多 个促动器(6，8)，由一控制装置(10)算出分别要由所述一个或多个挤奶杯(5)实施的控制 运动，通过该控制运动来减小所确定出的在所述一个或多个挤奶杯( 与所述一个或多个 乳头(11)之间的相对距离，d)实施所述控制运动和结束所述控制运动，只要没有差错出现，和/或e)借助于一种诊断来评价一个或多个所执行的3D直接拍摄记录，和/或针对一种诊断 将其存储和/或输出。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，至少在步骤d)中出现差错时实行3D直接 拍摄记录的存储或输出。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)中实行对所执行的3D拍摄 记录的一种计算辅助的诊断。
4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在步骤b)中借助一种动物特定的 与预存储的数据的比较，特别是借助一种与早先的安置过程的数据的比较，实行对所执行 的3D拍摄记录的诊断。
5.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，在安置过程中当出现差错时发 出警报和/或中止安置过程。
6.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，从一个位于待挤奶的动物的乳 头(11)下方的位置执行3D直接拍摄记录。
7.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，借助于所存储的拍摄记录，来确 定是否应该将一个动物纳入待手工挤奶的动物组中或者是否该动物为一个严重脏污的或 受伤的动物。
8.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，直接就在挤奶机器人的输入和 输出终端处当场实行诊断。
9.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，所述诊断是作为远程诊断实施的。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述诊断作为远程诊断是经由互联网实 施的。
11.按照权利要求1至10之一项或按照权利要求1的特征a)至d)所述的方法，其特 征在于，在空间上确定出乳头(11)的定向，并且，当乳头(11)以大于预定的极值角度倾斜 于铅垂线时，使所述一个或多个挤奶杯(5)在安置到乳头(11)上时相应于该定向信息倾斜 于铅垂线定向。
12.按照权利要求1至11之一项所述的方法，其特征在于，确定是否在3D直接拍摄记 录上描绘了待挤奶的动物的全部已知的乳头(11)和挤奶工具( 的全部挤奶杯(5)，并且，只有当在全部乳头(11)与挤奶杯(5)中相应的一个挤奶杯之间能够由拍摄记录分别确定 出一个相对的距离信息时，才实行安置。
13.按照上述权利要求之一项或按照权利要求1的特征a)至d)所述的方法，其特征在 于，有调控地实行在挤奶杯与乳头之间的距离的最小化，其中，例如在一预定的时栅内，重 复进行权利要求1的步骤a)至d)。
14.按照上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中执行一种透视的 3D直接拍摄记录。
15.按照上述权利要求之一项或按照权利要求1的特征a)至d)所述的方法，其特征在 于，如果由3D直接拍摄记录确定出其他的差错情况，如缺少的(例如断开的乳头)或患病 的乳头等，则中止安置过程以及在必要时输出一差错信号和优选存储至少一个拍摄记录。
16.用于实施按照上述权利要求之一项所述的方法的设备，其特征在于包括一个3D直 接照相机(9)和一个在3D直接照相机上连接的图像处理和控制装置(10)，该图像处理和控 制装置设计为，用于直接由所执行的3D直接拍摄记录确定在所述一个或多个挤奶杯与待 挤奶的动物的所述一个或多个乳头之间的相对距离，并确定和实施一种针对机器人运动机 构以便其运动的相应的控制运动，并且，该图像处理和控制装置还设计为，用于针对一种诊 断来评价所执行的3D直接拍摄记录和/或至少当在安置过程中出现差错情况时将其存储。
17.挤奶机器人，其特征在于包括按照权利要求16所述的设备。
18.特别是按照权利要求17所述的挤奶机器人，其特征在于该挤奶机器人的控制装置 为模块式结构。
全文摘要
一种用于将一个或多个挤奶杯安置于产奶动物的一个乳头(11)或多个乳头(11)上的方法，包括下列步骤a)对至少一个或多个挤奶杯(5)和产奶动物的一个或多个乳头(11)执行一种透视的3D直接拍摄记录；b)然后利用一图像处理装置由所述3D直接拍摄记录确定出在所述挤奶杯(5)与所述一个或多个乳头(11)之间的相对距离；c)借助于步骤b)中的距离确定，针对用以移动所述一个或多个挤奶杯(5)的一个或多个促动器(6，8)，由一控制装置(10)算出分别要由所述一个或多个挤奶杯(5)实施的控制运动，通过该控制运动来减小所确定出的在所述一个或多个挤奶杯(5)与所述一个或多个乳头(11)之间的相对距离；d)实施所述控制运动和结束所述控制运动，只要没有差错出现；和/或e)借助于一种诊断来评价一个或多个所执行的3D直接拍摄记录，和/或针对一种诊断将其存储和/或输出。
文档编号A01J5/017GK102105049SQ200980129264
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月20日 优先权日2008年7月29日
发明者A·施普林格, E·尼斯万德, R·克诺赫, T·克雷布斯 申请人:Gea农业技术有限公司