Устройство для позиционирования манипулятора роботизированных установок преддоильной подготовки вымени и доения

Полезная модель относится к области животноводства, в частности к роботизированным устройствам, используемых как для преддоильной подготовки вымени, так и для доения животных.
Известен способ определения расстояния до объекта при помощи камеры. [1] Способ имеет несколько вариаций и реализован на определении расстояния до объекта на основе известных метрических или угловых размеров объекта. Определяя расстояния от места установки камеры, до объекта или нескольких объектов, в частности до сосков вымени, возможно установить их координаты, которые в последствии могут быть использованы для наведения манипулятора в рабочую область. Однако недостатком применения данного способа является необходимость предварительного измерения размеров рассматриваемого объекта.
Известны установки [2, 3], которые содержат, в том числе, системы, позволяющие определить положение вымени, для последующего управления механической частью установки доения. Известные установки, используют активные оптические системы, использующие отражение и рассеивание света, а также измерение времени его пролета. Недостатком данных решений является применение сложных оптических систем и электроники, что удорожает их применение и обслуживание.
Известен способ [4], позволяющий определить положение сосков с помощью лазерной триангуляции, схема осуществления, которого содержит источник лазерного излучения, облучающий объект, до которого измеряется расстояние и приемник, способный по сфокусированному на матрице отраженному лучу определить угол отражения луча. Источник испускает луч под известным углом к линии расположения источника и приемника. Расстояние вдоль этой линии так же известно. В результате указанная линия, падающий на объект луч и отраженный луч, попадая в приемник, образуют треугольник. Тем самым определив угол попадания луча в приемник можно определить все остальные стороны треугольника, которые и являются искомыми расстояниями [5]. Описанный способ позволяет достаточно точно определить координаты объекта или препятствия, для перемещающегося робота и используется в молочном животноводстве, в частности при создании роботизированных установок доения. Следует отметить, что роботы с подобными системами наведения применяют при использовании технологии добровольного доения животных, которая достаточно нетребовательна ко времени осуществления позиционирования механических элементов. При этом данные системы используют достаточно сложную электрическую часть, что удорожает ее стоимость.
Большая часть используемых в животноводстве доильных роботов, осуществляющих в том числе преддоильную подготовку вымени (например, VMS «DELAVAL», ASTRONAUT «LELY», MERLIN «LEMMER FULLWOOD») используют оптические камеры и лазерные устройства [6]. Их общий главный недостаток состоит в том, что обработка сосков вымени производиться не одновременно, а поочередно, что снижает пропускную способность установки.
Задача полезной модели - обеспечение позиционирования манипулятора установки преддоильной подготовки вымени, обеспечивающей одновременную обработку всех сосков [7].
Устройство (фиг. 1) включает в себя две камеры 1, расположенные на элементах станка преддоильной подготовки 2 и ЭВМ 3 с программным обеспечением, позволяющим производить обработку и анализ полученного изображения. Камеры 1 могут свободно перемещаться горизонтально вдоль станка 2 и поворачиваться вокруг вертикальной оси для смены плоскости съемки вымени.
Работа системы осуществляется следующим образом. При нахождении животного в станке преддоильной подготовки 2, начинается процесс поиска рабочей области. Для этого камеры 1 перемещаются вдоль нижних элементов станка 2, до тех пор, пока в поле зрения не появится вымя животного 4. Обе камеры 1 снимают вымя животного в плоскостях, расположенных под некоторым углом. Изображение с камер 1 передается в ЭВМ 3 для обработки. Если в процессе обработки изображения не обнаруживается нужное количество сосков вымени, то камеры 1 осуществляют поворот относительно вертикальной оси и дополнительное перемещение вдоль нижнего основания станка, пока в поле зрения в одной плоскости не будет расположено нужное количество сосков вымени.
Определение координат сосков, осуществляется по двум плоским изображениям сосков вымени, полученным в двух пересекающихся плоскостях 5 с использованием оптических свойств объектива камер 1. В частности, при формировании изображения на матрице камеры 1 выполняется физический принцип, заложенный в формуле тонкой линзы, устанавливающий закономерность во взаимном расположении объекта и его изображения. При распознавании ЭВМ 3 изображения, полученного при съемке, могут быть установлены необходимые его характеристики, по которым и определяется положение объекта.
После распознавания изображения ЭВМ 3 выдает координаты расположения всех сосков вымени. По эти координатам манипулятор 6 наводит рабочий орган в необходимую область пространства, где тот осуществляет необходимые манипуляции.
Определение координат сосков вымени животного позволяет манипулятору 6 переместить рабочий орган в необходимое положение за одно движение, что ускорит его работу. Кроме того, подобная система учитывает индивидуальные особенности животного в расположении сосков вымени, что снижает требования к выбраковке животных по пригодности к машинному доению.
Также возможно совместное использование устройства с ридером для идентификации коров. При измерении координат сосков возможно определить и взаимное их расположение. Таким образом, при первом измерении координат возможно внесение данных о корове по ее идентификационному номеру в базу данных ЭВМ 3 и при последующих циклах достаточно определить координаты только одного соска, остальные будут определены автоматически, что также ускорит работу установки.
Источники информации
1. Патент RU 2602729 G01С 11/36, G01С 3/08
2. Патент RU 2415567 А01J 5/017
3. Патент US 2006196432 (А1)
4. Патент RU 2521509 A01J 7/04
5. Гужов, В.И. Методы измерения 3D-профиля объектов. Контактные, триангуляционные системы и методы структурированного освещения: учеб. пособие / В.И. Гужов. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. - 82 с. ISBN 978-5-7782-2727-9
6. Технологическое и техническое переоснащение молочных ферм / Л.П. Кормановский, Ю.А. Цой, А.И. Зеленцов [и др.]; ред. Л.П. Кормановский, Ю.А. Цой - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. - 268 с. ISBN 978-5-7367-1028-7
7. Муханов, Н.В., Крупин, А.В., Барабанов, Д.В., Сафонова, Н.Н. Роботизированная установка преддоильной подготовки вымени. / Н.В. Муханов, А.В. Крупин, Д.В. Барабанов, Н.Н. Сафонова // Аграрный вестник Верхневолжья - 2016. - №3. - с. 100-104.