Биотехническая система поиска сосков на вымени дойного животного для робота-дояра
BIOTECHNICAL NIPPLE SEARCH SYSTEM ON THE CATTLE'S UDDER FOR A MILKING ROBOT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам для извлечения молока из вымени маток сельскохозяйственных животных, в частности, изобретение относится к способу поиска сосков на вымени матки с целью автоматизации присоединения стаканов и других устройств к соскам вымени, и изобретение также относится к устройству для осуществления способа поиска сосков на вымени матки животного, преимущественно в молочном, молочно-мясном и мясном скотоводстве.
Уровень техники
Известен способ дистанционного получения млекопитающими животными молока из вымени матки и устройство для осуществления способа (заявка на изобретение в ФИПС РФ №2016146637 от 28.11.2016 г.). Этот способ получения млекопитающими животными и, в частности, теленком молока из вымени матки, заключается в том, что животное высасывает молоко через присоединенное к соску вымени устройство дистанционного высасывания молока из вымени матки. Устройство может быть снабжено средствами для ручного или автоматического (роботизированного) присоединения, фиксирования и снятия стакана с соска матки. В частности, это устройство можно включить в известные системы автоматического поиска сосков на вымени коровы и подключения к ним стаканов устройств.
Известны роботы-дояры на молочных фермах, которые идентифицируют коров; выполняют подготовку их вымени к доению, поиск сосков на вымени, присоединяют к соскам доильные стаканы; осуществляют контроль над процессом выделения молока и его качеством и количеством; снимают стаканы с сосков, промывают и дезинфицируют доильное оборудование без участия оператора. Для поиска сосков с целью роботизированного присоединения к ним стаканов доильного аппарата привлекаются различные технические средства (прототип способа): сенсорные элементы, прецизионные датчики, лазерная техника, фотореле, ультразвук (Тенденции развития доильного оборудования за рубежом: Ан. обзор / Ю.А. Цой, Н.П. Мишуров, В.В. Кирсанов, А.И. Зеленцов М.: ФГНУ "Росинформагротех", 2000. - 76 с.), которые сопряжены и определенным образом взаимодействуют с управляющими, направляющими, присоединяющими и фиксирующими стаканы на сосках вымени коров автоматическими системами робота-дояра.
В частности, известно приспособление для автоматической дойки молочного скота, которое содержит доильный зал, датчик для наблюдения за соском и доильный робот для автоматического присоединения доильного стакана к соску (Патент RU 2473211 от 28.08.2007, МПК A01J 5/017). Доильный робот содержит устройство управления роботом, соединенное с датчиком. Датчик содержит источник излучения, приемник для получения электромагнитного излучения, отраженного от молочного животного, линзу и средства управления датчиком. Датчик содержит матрицу с множеством рядов и множеством колонок приемников. Средства управления датчиком оперативно соединены с источником излучения для модулирования электромагнитного излучения и предназначены для определения для каждого из приемников разницы фаз между испускаемым и отражаемым электромагнитным излучением для вычисления расстояния от датчика до множества точек на части молочного животного, подлежащей наблюдению.
При этом устройство управления роботом выполнено с возможностью вычисления взаимного расстояния между доильным стаканом и соском и управления доильным роботом на основании вычисленного взаимного расстояния и предназначено для определения с помощью этого взаимной скорости между рассматриваемыми соединенными доильным стаканом и соском. Средства управления датчиком предназначены для циклического определения разницы фаз между испускаемым и отражаемым электромагнитным излучением для вычисления расстояний от датчика до множества точек на соске и на доильном стакане. Изобретение обеспечивает более быстрое и точное определение местоположения объекта в пространстве, которое не искажается перемещением объекта в пространстве (прототип устройства).
Однако все эти технические средства поиска сосков и их сопряжения с последующими автоматическими системами робота-дояра сложны и дороги. При этом возрастает стоимость и сервисного обслуживания робота. Все это отрицательно сказывается на рентабельности производимой продукции и существенно сдерживает распространение роботов, особенно на мелких фермах.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является снижение стоимости устройства для поиска сосков на вымени матки в системах подведения к соску приспособлений для его захвата, санитарно-гигиенической обработки (при необходимости) и присоединения к нему стакана устройства для извлечения из вымени молока.
Указанная цель достигается тем, что, в отличие от известных способов поиска сосков на вымени с помощью технических средств, предлагаемый способ основан на использовании естественного инстинкта приплода млекопитающих животных к поиску сосков на вымени матки. Детали захвата и фиксации сосков, их обмывания и высушивания, подведения к соскам и присоединение к ним стаканов сведены в конструкцию, которая в нужное время взаимодействует либо присоединяется определенным образом к голове приплода, выполняющей для деталей получившегося устройства роль и временной дополнительной опоры, и датчика - целеуказателя.
Для корректировки в определенных пределах положения головы приплода в пространстве, присоединения к ней деталей требуемых устройств и повышения надежности их взаимодействия с головой приплода в поиске соска служит своего рода уздечка, в которую приплод в нужное время просовывает голову. При этом одни детали уздечки могут смещаться до контакта с телом приплода в области шеи, а другие - охватывают его морду, вблизи ротовой полости. Задние концы продольных ремней уздечки могут быть связаны с механизмом управления, который позволяет уздечке двигаться в нужных направлениях вместе с головой приплода, не мешая ей, или регулировать движение головы приплода в определенных пределах, натяжением и (или) ослаблением тех или иных продольных ремней уздечки. К уздечке крепятся направляющие приспособлений, обеспечивающих захват и отъем соска из ротовой полости приплода и присоединение к соску стакана. Приплод отыскивает сосок на вымени матки и берет его в рот. Сосательные движения ротовой полости приплода «включают» соответствующие детали захвата, которые сдвигаются по направляющим уздечки к соску, «отнимают» сосок у приплода, подвергают его дополнительной санитарно-гигиенической обработке (если в этом есть необходимость) и служат направляющими опорами для деталей приспособления, присоединяющего и фиксирующего на соске стакан устройства дистанционного высасывания молока приплодом, робота-дояра или обычной доильной установки.
Потеряв доступ к одному соску, приплод поочередно отыскивает следующие соски - с тем же результатом.
В альтернативном варианте на уздечке приплода в области, приближенной к его ротовой полости, прикреплены один или несколько индикаторов, позволяющих облегчить деталям захвата соска, не связанным конструктивно с уздечкой, правильно сориентироваться относительно найденного приплодом соска. Таким индикатором, к примеру, могут служить магниты и (или) электромагниты, взаимодействующие с противоположными полюсами магнитов или электромагнитов, прикрепленным к определенным местам захвата.
В другом альтернативном варианте на уздечке вообще может не быть ни направляющих, ни индикаторов и детали захватов сосков последовательно входят в контакт с головой приплода, просунутой в окно станка матки или (и) клетки приплода, опираясь на те или иные части головы, продвигаются к ротовой полости приплода и «отнимают» у него сосок. Станок матки может быть снабжен устройством, обеспечивающим последовательный порядок доступа приплода к определенным соскам, например, к переднему ближнему, переднему дальнему, заднему ближнему, заднему дальнему. Уздечка, посредством своих управляющих механизмов, может оказывать содействие этому устройству в обеспечении порядка доступа приплода к соскам, а деталям захвата - в «отнятии» у приплода соска и для отстранения головы приплода в нужное время от вымени матки.
Заявляемое устройство для поиска сосков на вымени дойного животного представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых биологических (животное молочного возраста, использующее для выполнения навязанных ему функций естественный инстинкт и органы чувств) и технических (станок, клетка, уздечка, механизмы соединения и/или взаимодействия животного с присоединяемыми к соскам техническими устройствами робота-дояра) систем и объектов или биотехническую систему поиска сосков на вымени дойного животного, которая и является объектом изобретения.
Перечень фигур графических изображений
На фиг. 1 изображен один из вариантов уздечки, на голове теленка, на фиг. 2 представлена схема одного из вариантов использования изобретения при выращивании телят молочного возраста.
Осуществление изобретения
В нужное время, в стенке клетки 1 теленка, смежной со станком 2 коровы, открывается окно 3, в которое вставлены детали уздечки 4, на которой могут быть прикреплены одна или несколько направляющих 5 для деталей, присоединяемых к соску захватов (не показаны) и стаканов устройств дистанционного высасывания молока 6. Окно 3 находится в зоне, вблизи которой расположено вымя 7 коровы. При этом теленок 8 через это окно получает визуальный контакт с коровой. Пытаясь дотянуться до соска коровы, теленок 8 просовывает голову в окно 3. При этом одни детали уздечки 4 мягко сходятся на шее теленка, а другие - также мягко охватывают его морду в области ротовой полости. Материал, из которого изготовлена уздечка 4, способ ее фиксации к окну 3 и механизмы управления ею позволяют уздечке 4 двигаться в нужных направлениях вместе с головой теленка 8, не мешая ей, или, при необходимости, регулировать движение головы теленка 8 в определенных пределах, натяжением и (или) ослаблением тех или иных ремней уздечки 4.
Способ может быть осуществлен, к примеру, при выращивании телят под коровами-кормилицами с использованием устройства дистанционного высасывания молока из вымени, следующим образом. В помещении вдоль продольных стен установлены индивидуальные клетки для телят 1. Каждый блок из четырех клеток с телятами, закрепленными за одной коровой, разделен в средней части станком 2 для этой коровы, который примыкает вплотную к соседним клеткам. При этом теленку необходим доступ только к двум соскам ближней к нему половины вымени, что упрощает процесс поиска сосков и присоединение к ним стаканов. Найдя первый сосок, теленок 8 берет его в рот и начинает сосать. Сосательные движения ротовой полости теленка включают систему автоматов 9, перемещающих детали захвата соска по направляющей 5 к соску, которые фиксируют сосок, отделяют от него теленка, подвергают сосок (при необходимости) дополнительной обработке, к примеру, теплой водой и теплым воздухом и служат дополнительной опорой и направляющей для деталей приспособления, присоединяющего к соску стакан устройства дистанционного высасывания молока для теленка 10, находящегося в смежной клетке. При этом детали захвата соска, присоединения и фиксации на соске стакана получают возможность отдалятся от уздечки 4. Теленок 8 отыскивает и берет в рот второй уже «свой» сосок. После подключения соска к стакану второго устройства дистанционного высасывания молока, уздечка 4 вместе с головой теленка вдвигается в окно 3 клетки, и голова теленка вытесняется за пределы окна 3. Окно 3 закрывается, а теленок 8 получает доступ к соске своего устройства дистанционного высасывания молока.
Предлагаемый способ поиска соска на вымени матки позволяет существенно упростить и удешевить устройства для получения молока из вымени маток животных без участия оператора. Это открывает широкие возможности для внедрения технологии получения молока и выращивания телят молочного возраста без участия оператора и на фермах, на которых использование современных роботов из-за высокой стоимости и роботов, и их сервисного обслуживания нерентабельно.