DE69737739T3 - Vorrichtung zum automatischen Melken von Tieren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Melken von Tieren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Eine derartige Vorrichtung ist bekannt, beispielsweise aus der FR-A-2 408 300 .
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Vorrichtung zu schaffen.
• Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.
• Auf diese Weise kann mittels Bildanalyse die Position der Zitzen in einer horizontalen Ebene genau ermittelt werden.
• Selbstverständlich können die hier erwähnten Ausführungsformen des Detektors unabhängig von der Bauweise insbesondere des oben beschriebenen Melkroboters bei jedem Melkroboter verwendet werden, der mit einer Roboterarm-Konstruktion versehen ist.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im Folgenden auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
• 1 einen Melkroboter mit einem Roboterarm, in dem die erfindungsgemäße Konstruktion angeordnet ist;
• 2 eine Seitenansicht dieses Melkroboters;
• 3 eine andere Art von Melkroboter mit einem Roboterarm, in dem die erfindungsgemäße Konstruktion angeordnet ist;
• 4 eine geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Konstruktion;
• 5 eine Draufsicht auf diese Konstruktion, wobei das Stützelement weggelassen ist;
• 6 ein Detail dieser Konstruktion und
• 7 bis 10 die verschiedenen Positionen, die von einem Gehäuse und einem Zitzenbecher während des Anschließens und während Melkens eingenommen werden.
• Entsprechende Teile in den Zeichnungen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
• Die in den 1 und 2 gezeigte Melkbox 1 ist in herkömmlicher Weise von einer Einfassung 2 umgeben und mit einer (nicht dargestellten) Eingangs- und Ausgangstür versehen. In der Melkbox und in ihrer unmittelbaren Nähe ist eine automatische Melkmaschine angeordnet, die neben der üblichen Melkausrüstung einen Melkroboter zum automatischen Anschließen von Zitzenbechern an die Zitzen eines in der Melkbox befindlichen, zu melkenden Tieres, zum automatischen Melken dieses Tieres und zum automatischen Abnehmen der Zitzenbecher von den Zitzen enthält. Der Melkroboter umfasst eine Roboterarm-Konstruktion 3, die in Längsrichtung der Melkbox 1 bewegbar ist. Die Roboterarm-Konstruktion ist mit einer Trageinheit 4 versehen, die auf Schienen 5 und 6 bewegbar ist.
• Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Schiene 5 rohrförmig ausgebildet und in der Mitte über der Melkbox 1 in Längsrichtung derselben mittels an der Einfassung 2 angebrachter Stützen 7 angeordnet. Die Schiene 6 ist etwa in halber Höhe der Melkbox an der Längsseite der Einfassung 2 angeordnet, d. h. an der Seite, an der sich die Roboterarm-Konstruktion befindet. Die Schiene 6 ist durch ein Winkelprofil gebildet, dessen Anlagefläche, auf der die Trageinheit 4 bewegt werden kann, sich relativ zu der Melkbox 1 in einem Winkel von etwa 45° schräg nach unten und außen erstreckt. Die Trageinheit 4 ist sowohl an ihrer Oberseite als auch an ihrer Unterseite mit Rollen 8 und 9 versehen. Die Rollen 8 und 9 sind an der Trageinheit 4 rechtwinklig zueinander und in einem Winkel von etwa 45° relativ zu einer in Längsrichtung der Melkbox stehenden, vertikalen Ebene derart angeordnet, dass die Trageinheit 4 an der Schiene 5 mittels der Rollen 8 und an der Schiene 6 mittels der Rollen 9 abgestützt ist. Um zu verhindern, dass die Trageinheit 4 aus den Schienen 5 und 6 herausgedrückt wird, ist eine Verriegelungsvorrichtung vorhanden, die beispielsweise durch eine an der Schiene 6 ausgebildete aufrechte Kante 10 oder zusätzliche (nicht dargestellte) Rollen gebildet ist, die ebenfalls an der Trageinheit 4 angebracht und relativ zu der Schiene 5 diametral gegenüberliegend zu den Rollen 8 angeordnet sind, so dass sich die Schiene 5 zwischen den Rollen erstreckt. Die Trageinheit 4 kann auf den Schienen 5 und 6 mit Hilfe eines Motors 11 bewegt werden.
• Die Roboterarm-Konstruktion ist ferner mit einem seitwärts schwenkbaren Abschnitt 12 versehen, der einen sich im wesentlichen nach unten erstreckenden Träger 13 und einen daran angebrachten Roboterarm 14 umfasst. Der seitwärts schwenkbare Abschnitt 12 und folglich auch der Roboterarm 14 sind um eine im Wesentlichen horizontale Schwenkachse 15 schwenkbar, die an oder nahe der Oberseite der Melkbox in deren Längsrichtung angeordnet ist. Die Schwenkachse 15 und die Mittellinie der Schiene 5 liegen in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene.
• Die seitwärts gerichtete Schwenkbewegung des Abschnittes 12 wird mittels eines Arbeitszylinders 16 erzielt, der zwischen dem schwenkbaren Abschnitt 12 und der Trageinheit 4 angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, umfasst der seitwärts schwenkbare Abschnitt 12 den Träger 13 und den Roboterarm 14. Der Roboterarm 14 ist mittels eines Arbeitszylinders 17 höhenbewegbar mit dem Träger 13 verbunden. Parallel zu diesem Arbeitszylinder 17 sind eine oder mehrere Führungsstangen 18 angeordnet, um einer Drehbewegung des Roboterarmes 14 relativ zu dem Träger 13 um eine Achse in Längsrichtung des Arbeitszylinders 17 entgegenzuwirken.
• Der Roboterarm 14 umfasst ein Teilstück 19, das sich schräg nach unten in Richtung der Melkbox erstreckt, sowie ein sich horizontal erstreckendes Teilstück 20. Das letztgenannte Teilstück 20, das sich als Träger für die Zitzenbecher 21 eignet, ist im Folgenden im Einzelnen beschrieben. An dem Teilstück 20 ist zusätzlich ein Detektor 22 zum Ermitteln der Position der Zitzen angeordnet.
• Damit ein Tier die Melkbox 1 betreten kann, ohne den Melkroboter zu beschädigen, kann der seitwärts schwenkbare Abschnitt 12 der Roboterarm-Konstruktion so weit nach außen geschwenkt werden, dass der Roboterarm 14 fast vollständig außerhalb der Melkbox 1 angeordnet ist. Wenn sich ein Tier in der Melkbox befindet und die Zitzenbecher 21 angeschlossen werden sollen, muss zunächst die Roboterarm-Konstruktion 3 mit Hilfe des Motors 11 in Längsrichtung der Melkbox so weit bewegt werden, d. h. in eine Position, in der der Roboterarm 14 vollständig oder nahezu vollständig aus der Melkbox herausgeschwenkt ist, dass der Roboterarm 14 mittels des Arbeitszylinders 16 unter das Tier in eine Position geschwenkt werden kann, in der der Detektor 22 die Position der Zitzen ermitteln kann. Durch anschließendes Betätigen des Motors 11 und der Arbeitszylinder 16 und 17 können die Zitzenbecher 21 an die Zitzen angeschlossen werden. Beim Einstellen eines Zitzenbechers in die richtige Position zum Anschließen an eine zugehörige Zitze kann die Schwenkbarkeit des Roboterarmes 14 um die Schwenkachse 15 von großem Vorteil sein, wenn die Zitzen des Tieres etwas nach außen gerichtet sind; diese Situation tritt insbesondere dann ein, wenn relativ viel Zeit seit dem letzten Melkvorgang verstrichen ist.
• 3 zeigt die Melkbox 1 mit der Einfassung 2 und eine Ausführung der Roboterarm-Konstruktion 23, die sich von der der 1 und 2 unterscheidet. Auch in diesem Fall ist die Roboterarm-Konstruktion 23 mit Hilfe eines Motors in Längsrichtung der Melkbox mittels Rollen 25 auf einer Schiene 24 bewegbar. Die Roboterarm-Konstruktion 23 ist mit einem Träger versehen, der mittels einer Parallelogrammführung und eines Arbeitszylinders höhenverstellbar ist, wobei der Träger auf der obengenannten Schiene 24 mittels eines Tragrahmens bewegbar ist. An der Unterseite des Trägers ist ein Roboterarm 26 mit einem Teilstück 20 angebracht, das in einer horizontalen Ebene schwenkbar ist. Mit Hilfe von Arbeitszylindern 27 und 28 ist das schwenkbare Teilstück 20 aus einer Position außerhalb der Einfassung 2 unter das Euter eines zu melkenden Tieres schwenkbar. Die Roboterarm-Konstruktion in 3 wurde bereits im Einzelnen in der EP-A-0 519 544 beschrieben; diese Beschreibung wird als Bestandteil der vorliegenden Beschreibung der Zeichnungen betrachtet. Das sich in horizontaler Richtung erstreckende Teilstück 20 des Roboterarmes ist in den 1 bis 3 identisch und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 bis 10 beschrieben.
• Das sich in horizontaler Richtung erstreckende Roboterarm-Teilstück 20 umfasst ein Stützelement 29. Dieses Stützelement weist mindestens eine obere Seite 30 und eine hintere Seite 31 auf. Zum Zwecke des Einbaus in den Roboterarm der 1 und 2 ist das Stützelement ferner mit einer Seitenplatte versehen, wobei diese Seitenplatte mittels Bolzen 32 an dem nach unten gerichteten Roboterarm-Teilstück 19 befestigt ist (1). Zum Zwecke des Einbaus in den Roboterarm von 3 ist das Stützelement mit zwei Ansätzen 33 versehen, in die eine vertikale Drehachse 34 eingesetzt werden kann, mittels der das horizontal ausgerichtete Roboterarm-Teilstück 20 unter Steuerung durch den Arbeitszylinder 28 in einer horizontalen Ebene unter dem Euter eines zu melkenden Tieres bewegbar ist.
• Für jeden Zitzenbecher 21 ist ein Gehäuse 35 vorgesehen. Jedes Gehäuse ist um einen Gelenkstift 36 drehbar mit dem Stützelement 29 einzeln gelenkig verbunden und besteht aus zwei Platten, zwischen denen ein Zitzenbecher 21 beweglich angeordnet ist. Jedes Gehäuse 35 ist mit einer Verbindungsvorrichtung 37 versehen, die aus einem Kniehebel 38 und einem Steuerhebel 39 besteht. An einem Ende ist der Kniehebel 38 um einen Gelenkstift 40 drehbar mit einem Gehäuse 35 gelenkig verbunden. Am anderen Ende ist der Kniehebel um einen Gelenkstift 41 drehbar mit dem Steuerhebel 39 gelenkig verbunden. Von dem Kniehebel 38 im unteren Teil des Gehäuses 35 erstreckt sich der Steuerhebel 39 nach vorn und ist an seinem vorderen Ende um einen Gelenkstift 42 drehbar mit einem Tragschuh 43 für einen Zitzenbecher 21 gelenkig verbunden. Der Tragschuh 43 ist ferner um einen Gelenkstift 44 drehbar mit dem Gehäuse 35 gelenkig verbunden. In dem Gehäuse 35 ist ein Arbeitszylinder 45 angeordnet, der an einem Ende mittels eines Verbindungselementes 46 um einen Gelenkstift 47 drehbar mit dem Stützelement 29 und am anderen Ende um einen Gelenkstift 48 drehbar mit dem Kniehebel 38 verbunden ist, insbesondere an einer Stelle zwischen den beiden Gelenkstiften 40 und 41. In der Konfiguration von 4 ist der Arbeitszylinder 45 eingefahren, so dass sich das Gehäuse 35 in seiner niedrigsten Position befindet und der Tragschuh 43 eine solche Position einnimmt, dass der von ihm getragene Zitzenbecher von dem Tragschuh 43 in einer sich schräg nach hinten erstreckenden Richtung abgestützt ist. In dieser Position, der Ruhelage, ist die offene Oberseite des Zitzenbechers 21 durch das Stützelement 29, insbesondere durch dessen obere Wand 30, geschützt. Wenn der Arbeitszylinder 45 aktiviert wird, wird der sich um den Gelenkstift 40 drehende Kniehebel 38 relativ zu dem Gehäuse 35 nach vorn geneigt, und diese Bewegung wird über den Steuerhebel 39 auf den Tragschuh übertragen, so dass sich dieser um den Gelenkstift 44 dreht, bis er an einem Anschlag 49 an dem Gehäuse 35 festgelegt wird. Der von dem Tragschuh getragene Zitzenbecher wird dadurch in die Arbeitslage eingestellt, d. h. die Lage, in der die offene Oberseite des Zitzenbechers nicht mehr durch das Stützelement geschützt ist. Aus dieser Position, die in 7 gezeigt ist, kann der Zitzenbecher nach oben bewegt werden. Eine solche Aufwärtsbewegung wird dadurch erreicht, dass der Arbeitszylinder 45 weiter aktiviert wird, so dass das sich um den Gelenkstift 26 drehende Gehäuse nach oben gedrückt wird. Diese Situation ist in 8 dargestellt. Wenn der Zitzenbecher 21 nach dieser Aufwärtsbewegung an eine zugehörige Zitze angeschlossen wird, kann das Gehäuse 35 nach unten bewegt werden, was dadurch erreicht wird, dass der Arbeitszylinder 45 in der anderen Richtung aktiviert wird; siehe 9. Obwohl der Zitzenbecher 21, der aufgrund des Vakuums in dem Zitzenbecher an die Zitze angeschlossen bleibt, dann von dem Tragschuh 43 gelöst ist, bleibt eine Verbindung zwischen dem Zitzenbecher 21 und dem Gehäuse durch ein flexibles Element 50, wie z. B. ein Seil, ein Kabel oder eine Schnur, bestehen. Das flexible Element 50 erstreckt sich von der Unterseite eines Zitzenbechers 21 durch einen Tragschuh 43 und unter einer Rolle 51 im unteren Teil des Gehäuses 35 zwischen dessen beiden Seitenplatten zu einem Arbeitszylinder 52. Während der nach unten gerichteten Schwenkbewegung des Gehäuses muss der Arbeitszylinder freigegeben sein, so dass das flexible Element, mittels dessen der Zitzenbecher 21 zuvor gegen den Tragschuh 43 gezogen wurde, den Zitzenbecher nicht behindert, wenn er von dem Tragschuh gelöst ist. Um eine unnötige Länge des Arbeitszylinders 52 zu vermeiden, ist das flexible Element 50 über ein Führungselement 53 am Ende der Kolbenstange 54 geführt und anschließend an dem Zylinderkörper 55 befestigt. 9 zeigt die Position des Arbeitszylinders 52, nachdem das Gehäuse 35 relativ zu dem Stützelement nach unten bewegt und der Zitzenbecher 21 von dem Roboterarm gelöst worden ist. Nachdem der Milchfluss aus dem entsprechenden Euterviertel versiegt oder nahezu versiegt ist, muss der Zitzenbecher von der betreffenden Zitze abgenommen werden. Zuerst muss jedoch sichergestellt werden, dass der Tragschuh 43 in die Position eingestellt ist, in der er den von der Zitze abgekoppelten Zitzenbecher problemlos aufnehmen kann. Zu diesem Zweck wird der Arbeitszylinder 45 in dem Maße aktiviert, dass der Tragschuh dieselbe Position wie in der Arbeitslage einnimmt, d. h. in der Lage, in der der Zitzenbecher nach oben bewegt werden kann; diese Situation ist in 10 gezeigt. Wenn danach das Vakuum in dem Zitzenbecher beseitigt und der Arbeitszylinder 52 aktiviert worden ist, wird der herabfallende Zitzenbecher unverzüglich gegen den Tragschuh 43 gezogen. Durch anschließendes erneutes Aktivieren des Arbeitszylinders 45 kann der Zitzenbecher aus der Arbeitslage wieder in die Ruhelage eingestellt werden, in der die offene Oberseite des Zitzenbechers geschützt ist. 4 zeigt ferner, in welcher Weise sich ein an einen Zitzenbecher 21 angeschlossener Milchschlauch 56 durch das Gehäuse 35 erstreckt. Vom Anschlusspunkt an dem Zitzenbecher 21 erstreckt sich dieser Milchschlauch über dem Arbeitszylinder 52 und verläuft dann hinter diesem nach unten zu einer Anschlussstelle an dem Anschlussstück 57. Die weiteren, an diesem Anschlussstück angeschlossenen Milchleitungen sind in den Figuren nicht gezeigt. Durch die relativ große Schlaufe in dem Milchschlauch kann der Roboterarm in ausreichender Entfernung von einem angeschlossenen Zitzenbecher bewegt werden.
• Wenn beim Zurückziehen eines Zitzenbechers an den Roboterarm der Arbeitszylinder 52 ausgefahren wird, wird der Milchschlauch gleichzeitig mittels des Führungselementes 53 nach oben und hinten bewegt, so dass sich der Milchschlauch immer in einer kontrollierten Position befindet und keine Gefahr besteht, dass der Milchschlauch knickt.
• Um einen Zitzenbecher durch Hochschwenken an eine entsprechende Zitze anzuschließen, muss die Position der Zitze relativ zu dem Roboterarm bekannt sein. Zu diesem Zweck ist der Detektor 22 in Form einer schwenkbaren Kamera vorgesehen. Um den Detektor 24 Stunden lang einsetzen zu können, also auch, wenn es in der Melkbox dunkel ist, sollten diese Kameras vorzugsweise als Infrarot-Kameras ausgeführt sein. Beim Einsatz solcher Kameras werden mittels Bildanalyse die Konturen einer Zitze relativ zu einem bestimmten Bezugspunkt, beispielsweise der Mitte des von der Kamera abgedeckten Bildes, ermittelt. Wenn z. B. eine Zitze in einem Abstand a auf der rechten Seite des vertikalen Durchmessers durch den Bezugspunkt und nach einer Schwenkbewegung der Kamera über einen Winkel φ in einem Abstand b auf der linken Seite dieses vertikalen Durchmessers angeordnet ist, so gilt für den Abstand r der Zitze relativ zu der Kamera r·φ = a + b. Die Winkelposition β der Zitze relativ zu der Position der Kamera in einer horizontalen Ebene kann z. B. nach der Gleichung a = β·r ermittelt werden. Da die Höhe, in der der Roboterarm beim Ermitteln der Position der Zitze angeordnet ist, aufgrund der Position des Arbeitszylinders 17 bekannt sein kann, kann die in Zylinderkoordinaten ausgedrückte Position einer Zitze ständig auf dem neuesten Stand gehalten werden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Melken von Tieren, wie z. B. Kühen, die versehen ist – mit einem Melkroboter mit einem Roboterarm (14; 26), der zum Tragen von Zitzenbechern (21) geeignet ist, wobei der Roboterarm eine Kamera trägt, und – einem Detektor (22) zum Detektieren der Position einer Zitze relativ zu dem Roboterarm (14; 26), dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor die Kamera umfasst, welche Kamera an dem Roboterarm (14; 26) schwenkbar angeordnet ist.
2. Vorrichtung zum Melken von Tieren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kamera als 30 Infrarot-Kamera ausgebildet ist.

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