NL2036192B1 - Robotmelksysteem - Google Patents

Abstract

Een robotmelksysteem heeft melkmiddelen, en een robotarm met een speendetectiesysteem. Het speendetectiesysteem heeft een laserbron voor een laserstraal, een beweegbare laserspiegel, een camera voor beelden van de laserstraal op een object zoals een speen, en een beeldvenNerkingsinrichting voor uit de beelden bepalen van speenposities, alsmede een aanstuursysteem voor bewegen van de spiegel, met een spoel met een spoelpolen, en een voedingsinrichting voor een instelbare stroom l‚-. De voedingsinrichting heeft een gelijkspanningvoedingsbron met een plus- en minpool, 10 schakelelementen, een stroommeetinrichting, en een besturing, voor de stappen a) op ts… verbinden van de voedingsinrichting met de spoelpolen totdat !… is gestegen tot l,- + b of gedaald tot l,- - b, met b een stroombandbreedte, b) Ioskoppelen van de spoelpool van de gelijkspanningsvoedingsbron, en verbinden der spoelpolen tot tenminste tst.»… + T, met T een schakelperiode, c) omgepoold verbinden van de voedingsinrichting met de 15 spoelpolen totdat op tz lm is gedaald tot l,- - b, of gestegen tot l,- + b, d) verbinden van de spoelpolen tot tenminste tst.»… + 2T, en e) bijwerken van ts… tot tst.»… = max[tsta,t + 2T; t2 + 7]. Aldus is een flexibele, snelle, stabiele en betrouwbare laserstraalbesturing verkregen. Deze maakt snelle en effectieve speendetectie mogelijk, zodat melkbekers doelmatig kunnen worden aangesloten.

Description

Robotmelksysteem

De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een robotmelksysteem met een speendetectiesysteem.

Meer in het bijzonder heeft het robotmelksysteem melkmiddelen zoals melkbekers, voor melken van melk uit spenen van een melkdier, alsmede een robotarm voor het aanbrengen van de melkmiddelen op de spenen, met daarop aangebracht een speendetectiesysteem voor bepalen van speenposities van de spenen en voor besturen van de robotarm op basis van de bepaalde speenposities. Het speendetectiesysteem omvat een laserbron voor uitsturen van een laserstraal, een beweegbare spiegel voor richten van de laserstraal, een optische sensor voor herhaaldelijk opvangen van een beeld van reflecties van de laserstraal op een object zoals een speen, en een beeldverwerkingsinrichting voor verwerken van de herhaaldelijk opgevangen beelden en voor uit de verwerkte opgevangen beelden bepalen van genoemde speenposities.

Een speendetectiesysteem is essentieel voor het kunnen functioneren van een robotmelksysteem. Bij de onderhavige uitvinding omvat het speendetectiesysteem een optische sensor die reflecties van een laserstraal op bijvoorbeeld de spenen opvangt en verwerkt, om daarmee de speenposities te bepalen.

Melksystemen met dergelijke speendetectiesystemen zijn op zich bekend.

Zo openbaart EP1555544A2 een melkrobot met een robotarm met daarop een speendetectiesysteem waarbij een tweetal laserbronnen elk een laserstraal uitzendt, die via een roterende spiegel met verschillende vlakken wordt verstrooid tot een aantal vaste horizontale lijnen. Deze lijnen, en met name de reflecties daarvan op spenen, worden gebruikt voor het bepalen van de speenposities.

Hoewel het bekende melksysteem op zich goed werkt, is het niet altijd in staat om zowel betrouwbaar als snel de speenposities te vinden, zodat in die gevallen de capaciteit van het robotmelksysteem als geheel te wensen overlaat. Met name omdat melkdieren levende wezens zijn, die kunnen en zullen bewegen tijdens het aansluiten van de melkmiddelen, is het van groot belang om een snel en betrouwbaar speendetectiesysteem te hebben.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om het bekende robotmelksysteem sneller te maken, althans zodanig te verbeteren dat het speendetectiesysteem sneller en/of betrouwbaarder de speenposities kan bepalen.

De uitvinding bereikt dit doel met een robotmelksysteem volgens conclusie 1.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat de vaste gang van de laser, namelijk horizontale laserlijnen door de sneldraaiende spiegel(s) op een betrekkelijk groot omwentelingslichaam, een beperking vormen van de stand van de techniek. Immers zal niet alleen, om de lijnen te verplaatsen over bijvoorbeeld een waargenomen speen, de robotarm moeten worden verplaatst. Ook is dat draaien ondoelmatig, omdat de laserlijn meestentijds wijst naar een deel van het gezichtsveld dat niet relevant is voor de objectdetectie. Het is al helemaal lastig om de laserlijn naar een gewenste plek te sturen en te houden. Met name om een speenpunt te vinden, die immers het nauwkeurigst aangeeft waar een melkmiddel dient te worden gepositioneerd, is het van belang om reflecties van die speen vanuit het uitstraalgebied nauwkeurig te kunnen bepalen.

Daartoe heeft het weinig zin om de verdere buurt van het gebied waarin een speen wordt gezien of vermoed af te tasten met de verder zwaaiende laserstraal, doch is het beter om de laserstraal sneller en gerichter te kunnen sturen. Daarin voorziet de uitvinding door de laserstraal richtbaar te maken met behulp van een galvanometer-achtige opzet, met een spoel met een instelbaar magnetisch veld dat in wisselwerking kan treden met een magneet, en daardoor een kracht c.q. koppel kan genereren of ondervinden. Deze kracht c.q. dit koppel kan worden gebruikt om de spiegel te verplaatsen. Op zich zijn daarvoor verschillende mogelijkheden die verder zullen worden toegelicht.

Aansturen van de spiegel door simpelweg een aanstuurstroom voor de spoel te kiezen is erg inefficiënt en weinig stabiel en betrouwbaar. Daarom wordt gekozen voor een aansturing met wisselende stroom, die gemiddeld de gewenste waarde heeft.

Bijvoorbeeld kan daartoe een pulsbreedtemodulatie worden gebruikt, maar de uitvinding verkiest een hysteretische aansturing. De uitvinding maakt daarnaast gebruik van het inzicht dat de spiegel nog sneller kan worden bewogen als de zelfinductie L van de spoel klein kan worden gekozen. Dit heeft tot gevolg dat bij aanleggen van de voedingsspanning de stroom zeer snel zal stijgen, tot waarden die de maximale belastbaarheid te boven gaan, en tevens zouden zorgen voor grote verliezen. Dat kan weliswaar worden tegengegaan door zeer snel de voedingsspanning om te polen, om van een stijgende stroom naar een dalende stroom te gaan. Dat vereist dan weer zeer hoge schakelfrequenties, hetgeen de keuze in schakelelementen beperkt, maar ook zorgt voor hogere schakelverliezen en meer EMI (elektromagnetische interferentie}. Om dat op zijn beurt tegen te gaan bouwt de uitvinding in dat elke tak, zowel stijgend als dalend, een fase kent waarin de spoel als het ware wordt kortgesloten, waardoor de voedingsspanning de stroom niet verder kan doen stijgen, maar omgekeerd de in de spoel opgeslagen energie ervoor zorgt dat de stroom, bij voorkeur slechts langzaam,

afneemt. De waardes voor zelfinductie L, en weerstand (en eventueel capaciteit) in het kortgesloten-spoelcircuit, zijn door de vakman eenvoudig binnen ruime marges te kiezen om enerzijds een voldoende lage schakelfrequentie te verwezenlijken, en anderzijds een voldoende langzame stroomafval te waarborgen die voorkomt dat de schakeling en aansturing als geheel onstabiel worden. Belangrijk om op te merken is echter dat het melksysteem met speendetectiesysteem volgens de onderhavige uitvinding een aansturing van de laserstraal heeft die stabiel en snel is, zonder veel EMI schakelverliezen. Een en ander zal verderop nader worden toegelicht.

Hier wordt opgemerkt dat in de onderhavige aanvrage met “werkzaam koppelbaar of gekoppeld" bedoeld wordt dat

Bijzondere uitvoeringsvormen zijn beschreven in de afhankelijke conclusies, alsmede in het nu volgende deel van de beschrijving.

In uitvoeringsvormen omvat het robotmelksysteem voorts een tweede spiegel, waarbij de eerste spiegel rond een eerste draaiingsas verzwenkbaar is, en de tweede spiegel rond een tweede draaiingsas verzwenkbaar is, welke eerste en tweede draaiingsas onderling een hoek ongelijk nul maken, waarbij de laserstraal gericht is op de eerste draaiingsas, en waarbij de door de eerste spiegel gereflecteerde laserstraal gericht is op de tweede draaiingsas. Hierbij kan de laserstraal een ruimtehoek bestrijken, en aldus heel doelmatig een vollediger beeld verkrijgen van objecten in die ruimtehoek.

Het voordeel van de uitvinding van snellere, betrouwbaardere aansturing van de laserstraal komt hier nog beter tot uiting, omdat door de onafhankelijke en snelle aansturing van twee spiegels de laserstraal in twee richtingen naar een gewenste plek kan worden gestuurd. Dat kon in beginsel ook wel in de stand van de techniek, door de robotarm met de laserbron als geheel verticaal te verplaatsen, maar het zal duidelijk zijn dat dit veel langzaam zal geschieden dan het doen verzwenken van een of meer spiegels.

Met voordeel staat de eerste draaiingsas in hoofdzaak horizontaal en ligt de tweede draaiingsas in een loodvlak op de eerste draaiingsas. Met meer voordeel staat de tweede draaiingsas in hoofdzaak verticaal. Aldus zal de gereflecteerde laserstraal bij verzwenken van de spiegels in de respectieve loodrichting bewegen, dus verticaal respectievelijk horizontaal, hetgeen bepalen van de ruimtelijke positie van een object waaraan de laserstraal reflecteert eenvoudiger maakt.

Hier wordt opgemerkt dat "in hoofdzaak" in elk geval omvat "binnen de maaktoleranties" van het melksysteem, maar zelfs ook omvat "binnen 5 graden", bij voorkeur “binnen 2 graden" ten opzichte van de absolute verticaal respectievelijk horizontaal. Voorts wordt opgemerkt dat met reflecteren/reflectie hier tevens wordt bedoeld verstrooien/verstrooiing, zolang het licht van de laserstraal dat op het object valt maar naar de sensor terugkeert. Anderzijds is het zeker wel mogelijk om andere hoeken aan te houden, en dan een coördinatentransformatie uit te voeren.

In uitvoeringsvormen is ten minste één van de spiegels star verbonden met een permanente magneet, en omvat het laserbelichtingssysteem voorts rond de spiegel en de magneet een behuizing met daarin genoemde spoel. Deze uitvoeringsvorm is vergelijkbaar met een "moving magnet" galvanometer. Een voordeel is dat stroomdragende delen niet hoeven te bewegen, en voorts dat het eenvoudig is om de spoel te koelen, waartoe dan bij voorkeur een koelcircuit, koellichaam of dergelijke is verschaft voor de spoel. Door koelen van de spoel kan deze een grotere maximale stroomsterkte aan, waardoor het op zijn beurt mogelijk wordt om de spoel een grotere (maximale) versnelling te geven, waardoor het systeem nog sneller kan worden.

Alternatief of aanvullend is ten minste één van de spiegels star verbonden met genoemde spoel, en omvat het laserbelichtingssysteem voorts een rond de spoel verschafte magneet. Deze uitvoeringsvorm is te vergelijken met een “moving coil" galvanometer. Deze uitvoeringsvormen kunnen soms wat eenvoudiger met een lagere massa en zelfinductie worden gemaakt, zodat ze nog wat sneller kunnen zijn dan de "moving magnet" variant hierboven. De magneet kan zich hierbij bijvoorbeeld hoefijzervormig tot beide zijden van de spoel uitstrekken, of uit twee of meer deelmagneten bestaan.

In voordelige uitvoeringsvormen omvat de besturing beeldherkennings- programmatuur die is ingericht voor verwerken van de herhaaldelijk opgevangen beelden, voor herkennen van tenminste genoemd object in genoemde verwerkte beelden en voor bepalen van een positie van genoemd object. Met voordeel is de besturing ingericht om met behulp van het aanstuursysteem ten minste een van de spiegels te besturen op basis van de verwerkte beelden, in het bijzonder op basis van de positie van het herkende object. Op zich is het in de stand van de techniek bekend om het speendetectiesysteem op basis van de opgevangen beelden te besturen. Niettemin biedt de onderhavige uitvinding zoals hierboven reeds uitgelegd voordelen wat betreft snelheid van aanpassen van de stand van de spiegel(s) en dus van de positie die door de laserstraal wordt afgetast, door veranderen van de / voor de bij die spiegel horende spoel.

De camera kan hierbij een 2D-camera zijn, d.w.z. een gewone videocamera. Hiermee kan aldus de richting van de laserstraal op het object worden bepaald. Indien voorts de afstand tussen laserbron en camera bekend is, dat wil zeggen de basis, kan het speendetectiesysteem daarmee ook de 3D-coördinaten van het reflectiepunt op het object zoals de speen berekenen, en is daartoe met voordeel ook ingericht. Alternatief, indien de laserbron voorts een afstandssensor omvat, zoals op zich bekend bij laserafstandsmeters, kan het speendetectiesysteem zijn ingericht voor bepalen van een afstand van het object tot de laserbron, dat dan met voordeel daartoe 5 overeenkomstig is ingericht. De camera/sensor kan echter ook een 3D-camera zijn, zoals een stereocamera. Hiermee kan eveneens de positie van het object, zoals de speen of ook een poot of staart van het dier, eenvoudig in drie dimensies worden bepaald. Ook zou de camera een time-of-flight-camera (ToF-camera) kunnen zijn die is ingericht om de looptijd van de laserstraal van de laser bron naar de ToF-camera te meten, en daaruit de afstand tussen camera en reflectiepunt van de laserstraal. Op basis van de 2D- coördinaten die ook met de TOF-camera kunnen worden bepaald, zijn dan de 3D- coördinaten van het reflectiepunt, en dus het object, te bepalen.

Op zich zijn de in het robotmelksysteem te gebruiken waarden voor diverse grootheden niet bijzonder beperkt. Zo is de schakelperiode 7 binnen ruime grenzen vrij te kiezen In uitvoeringsvormen ligt echter 7 ligt tussen 0,3 en 10 us. Aldus is een voldoende snelle sturing van de spiegel(s} mogelijk, met grote betrouwbaarheid en stabiliteit, zonder de noodzaak van dure en/of complexe, voor hogere frequenties geschikte onderdelen, met slechts beperkte schakelverliezen en zonder veel last van

EMI. Daarnaast is de waarde van de (maximale) stroom /; in ruime mate vrij te kiezen, en bedraagt bijvoorbeeld enkele ampères. Op basis hiervan kan een waarde voor b worden gekozen die voldoende stabiliteit waarborgt, zoals bijvoorbeeld maximaal 10% van /;, of een absoluut maximum van bijvoorbeeld 200 mA. Ook deze waarde is op zich in een ruim bereik te kiezen. De waarden voor bijvoorbeeld de zelfinductie L van de spoel en de weerstand R van het kortgesloten-spoelcircuit kunnen op basis van het bovenstaande verder worden bepaald. Bijvoorbeeld is gekozen voor L = 50 pH. Een dergelijke waarde is gebruikelijk, en is geschikt om de stroom snel in de spoel te laten veranderen zonder te grote eisen aan de elektrische voeding. Andere waarde, zoals met name kleinere waarden, zijn echter goed mogelijk. De vakman kan voorts geschikte waarden voor de (netto) weerstand R van het kortgesloten-spoelcircuit kiezen om te waarborgen dat de stroom in de fase met kortgesloten spoel voldoende langzaam afvalt. Hierbij omvat R de eigen weerstand van de spoel, en eventueel een aanvullende weerstand. Bijvoorbeeld wordt gewaarborgd dat de stroom in een hele periode 7 maximaal 10% van /; afvalt, of maximaal 200 mA. Evenzeer kan de waarde voor de bandbreedte b binnen brede marges worden gekozen, zoals eveneens 200 mA, of kleiner of groter, zolang de gewenste stabiliteit wordt gewaarborgd.

In uitvoeringsvormen omvat de meetinrichting ten minste één stroommeetinrichting, telkens verschaft tussen een van genoemde pluspool en genoemde minpool enerzijds en een van de bestuurbare schakelelementen anderzijds, of tussen een van genoemde bestuurbare schakelelementen enerzijds en een van genoemde eerste of tweede spoelpool anderzijds. Op zich is de plek van de stroommeting niet bijzonder beperkt, en is elke plek in het circuit door de spoel mogelijk. Het kan voordelig zijn om de stroom op meer dan één plek te meten, om een redundante en betrouwbaardere meting te verkrijgen. Het meten van de stroom direct in serie met de spoel, d.w.z. aldoor verbonden met een van de spoelpolen, heeft het voordeel dat de spoelstroom continu kan worden gemeten, maar heeft het nadeel dat de verliezen iets groter zijn, en ook dat het totale circuit iets complexer is. Alternatief kan de stroom gemeten worden in serie met één van de polen van de voedingsbron. De stroom kan dan weliswaar niet worden gemeten tijdens een van de stappen b) of d), maar dat is in beginsel ook niet nodig, omdat het verloop van de stroom op zich bekend zal zijn, uit de eigenschappen van de resterende schakeling, met name de (zelfinductie L van de spoel, en de weerstand in de spoel en de verbindingen in de "kortsluiting". De schakeling als geheel is dan ook wat eenvoudiger.

In uitvoeringsvormen zijn of omvatten de bestuurbare schakelelementen veldeffecttransistoren (FETs). Deze zijn bij uitstek geschikt om een snel en verliesarm stuursysteem, en dito werkwijze, te verwezenlijken. Hierbij kunnen allerlei typen FET worden ingezet al naargelang verdere gewenste specificaties. Niettemin zijn andere schakelelementen niet uitgesloten.

In voordelige uitvoeringsvormen is ten minste één stroommeetinrichting verschaft in een van genoemde veldeffecttransistoren. Dit verschaft een verliesloze, althans verliesarme, stroommeetmogelijkheid met een gunstige prijs, zij het met een vaak wat slechtere nauwkeurigheid.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin enkele niet-beperkende voorbeelduitvoeringsvormen zijn weergegeven, en daarin toont: - Figuur 1 schematisch in perspectivisch aanzicht een robotmelksysteem volgens de uitvinding; - Figuur 2 in schematisch zijaanzicht in meer detail een deel van het robotmelksysteem 1; - Figuur 3 zeer schematisch bovenaanzicht een deel van het speendetectiesysteem;

- Figuur 4 een detail van een mogelijke opstelling voor een beweegbare spiegel met spoelaansturing; - Figuur 5 schematisch een eenvoudig aanstuursysteem 40; en - Figgur 6 schematisch een tijd-stroom-diagram.

Figuur 1 toont schematisch in perspectivisch aanzicht een robotmelk- systeem 1 volgens de uitvinding voor melken van een melkdier 100. Het robotmelksysteem 1 omvat een melkrobot 2 met een robotarm 3 en melkbeker 4, alsmede een speendetectiesysteem 5 met een werkveld 6, dit alles in een melkplaats 7. Het getoonde melkdier 100 heeft een uier 101 met spenen 102, en achterpoten 103.

De getoonde onderdelen zijn in beginsel op elk robotmelksysteem aanwezig, zodat het hier niet nodig is om veel details daaromtrent te verschaffen. Wel wordt opgemerkt opgemerkt dat het speendetectiesysteem 5 weliswaar duidelijkheidshalve op de melkrobot 2, althans een behuizing daarvan, is getoond, doch dat dit in de praktijk vrijwel altijd op de robotarm 3 is verschaft, alleen al om een optimaal zicht op de spenen 102 te hebben tijdens aansluiten van de melkbeker 4. Van deze melkbeker is er hier slechts een getoond, hetgeen voorkomt op systemen die een melkbeker 4 grijpen uit een magazijn en deze afzonderlijk aansluiten op de speen 102.

Andere systemen dragen alle melkbekers 4, bijvoorbeeld voor koeien vier melkbekers, op een drager, waarbij de robotarm tijdens melken onder het melkdier 100 blijft, zoals het

Lely Astronaut® systeem. Voorts kan de melkplaats 7 zijn verschaft als een individuele, grondgebonden melkplaats, of een plaats op een roterende melkinrichting, een carrousel.

Figuur 2 toont in schematisch zijaanzicht in iets meer detail een deel van het robotmelksysteem 1 met het speendetectiesysteem 5, maar nu wel op de robotarm 3. Het speendetectiesysteem 5 omvat een camera 8 met een beeldverwerkingsinrichting 39, alsmede een laserbron 10 die twee laserstralen 11 en 12 uitzendt, binnen een ruimtehoek qa, die als gereflecteerde stralen 11' respectievelijk 12’ worden opgevangen.

De laserbron 10 is hier getoond als een bron die twee laserstralen 11, 12 uitzendt. Deze hoeven zeker niet tegelijk te worden uitgezonden, doch geven slechts enkele mogelijke richtingen weer die kunnen worden verschaft binnen de ruimtehoek a.

Deze ruimtehoek kan dus worden bepaald als de verzameling richtingen die kunnen worden gegeven aan de laserstraal 11, 12, doch zou ook kunnen worden beschouwd als de verzameling richtingen vanwaaruit gereflecteerd licht 11’, 12' kan worden gezien door de camera 8. Idealiter vallen deze definities in hoofdzaak samen, althans zal het beeldveld zoals gezien door de camera 8 tenminste zo groot zijn als de ruimtehoek voor uitzenden van laserstralen. Merk voorts op dat de gereflecteerde straling 11', 12' hier is getoond als een enkele straal, maar dat dat in de praktijk een verstrooiingskegel zal zijn die door de interne optiek van de camera 8 wordt afgebeeld als komende uit één richting.

De laserstraal 11 is hier getoond als vallende op een speen 102, terwijl de laserstraal 12 op een achterpoot 103 valt. Een en ander kan worden bepaald door de speendetectieinrichting 5 met behulp van de camera 8, die bijvoorbeeld een opname kan maken waarin de laserstraal deze posities 11 en 12 inneemt, alsmede uiteraard nog veel meer richtingen, om zodoende een beeld te creëren in de ruimtehoek voor de camera 8.

De laserstraal hoeft hierbij niet noodzakelijkerwijs continu aan te staan, doch kan desgewenst slechts op gewenste momenten aan staan, om zodoende individuele punten te belichten. Uiteraard kan ook een meer continue belichting worden verschaft, zodat lijnen in gewenste richtingen ontstaan. De door de laserstraal aangestraalde objecten lichten zodoende op in het beeld van de camera 8. De beeldverwerkingsinrichting 9 is voorts ingericht om in de een of meer beelden van de camera 8 objecten te detecteren en te herkennen, volgens op zich bekende beeldverwerkingswerkwijzen. Aldus kan bijvoorbeeld de achterpoot 103 worden herkend, zodat die kan worden ontweken bij het besturen van de robotarm 3 bij het op de speen 102 aansluiten van de melkbeker 4. Deze besturing van de robotarm 3 kan geschieden door de beeldverwerkingsinrichting 9 of een met deze laatste werkzaam verbonden computer.

De laserbron 10 bevat naast een niet afzonderlijk getoonde lasergenerator een of meer spiegels voor het richten van de laserstraal 11, 12, welke een of meer spiegels bewogen met behulp van spoelen, die worden aangestuurd met behulp van een aanstuursysteem. Een en ander zal nader worden toegelicht aan de hand van de Figuren 3-6.

Figuur 3 toont zeer schematisch een deel van het speendetectiesysteem, in een bovenaanzicht.

Getoond zijn een eerste spiegel 20 die in de richting van de dubbele pijl A verzwenkbaar is rond een eerste as 21, en die werkzaam is verbonden met een eerste spoel 21, alsmede een tweede spiegel 25 die in de richting van de dubbele pijl B verzwenkbaar is rond een tweede as 26, en die werkzaam is verbonden met een tweede spoel 27. Voorts is getoond een laserstraal 11-1, een eenmaal gereflecteerde laserstraal 11-2 en een twee maal gereflecteerde laserstraal 11-3.

De laserstraal 11-1 zoals uitgezonden door de hier niet getoonde laserbron is hier gericht op de eerste as 21, die bij voorkeur samenvalt met het oppervlak van de eerste spiegel 20. Aldus zal de laserstraal 11-1 worden gereflecteerd als straal 11-2 in een waaiervorm vanuit het raakpunt 23 van de laserstraal 11-1 op de eerste spiegel. De eenmaal gereflecteerde laserstraal 11-2 is hier vervolgens gericht op de tweede as 26, zodat de twee maal gereflecteerde laserstraal 11-3 afkomstig lijkt uit de reflectie van het raakpunt 23 in de tweede spiegel 25.

Door variëren van de stand van de eerste spiegel 20 en/of de tweede spiegel 25 kan aan de twee maal gereflecteerde laserstraal 11-3 een richting binnen een ruimtehoek (vgl. a in Figuur 2) worden gegeven, om dat gebied, dat gezichtsveld te kunnen aftasten en af te beelden. De spiegels 20, 25 kunnen van stand worden veranderd met behulp van de spoelen 22 en 27.

Figuur 4 toont een detail van een mogelijke opstelling voor een beweegbare spiegel met spoelaansturing.

In de figuur zijn getoond een spiegel 20' die roteerbaar is rond as 21' in de richting van dubbele pijl C, en die met een stang verbonden is met de spoel 22'. Met 28 is een lasergenerator aangegeven, met 30 een aanstuurinrichting en met 31 en 32 een noordpool respectievelijk zuidpool van een permanente magneet.

De spoel 22', die hier zeer schematisch is getekend, is verbonden met de stang 29, en aldus met de spiegel 20', zodat elke (rotatie)beweging van de spoel 22' wordt overgenomen door de spiegel 20".

Om de spoel 22' te laten roteren in de richtingen C is de spoel geplaatst in een permanent magnetisch veld dat wordt opgewekt door de magneet met noordpool 31 en zuidpool 32. De stroom, dus bijvoorbeeld een instelstroom /;, die door de spoel 22 vloeit wekt daarin een magnetisch veld op, dat wordt beïnvloed door het externe, permanente magnetische veld. Anders gezegd oefent het externe magnetische veld van de magneet 31, 32 een krachtmoment uit op de spoel, onder invloed van de stroom die daardoor loopt. De grootte van het krachtmoment is afhankelijk van de stroom. Daarmee zal ook de rotatie dan wel de uiteindelijke positie afhankelijk zijn van de stroom. De nulpositie van de spoel 22', en dus van de spiegel 20', kan hierbij worden bepaald met behulp van een hier niet weergegeven mechanische veer of dergelijke. Dit mechanisme is op zich bekend bij galvanometers. Het is echter niet noodzakelijk, aangezien er ook galvanometer-opstellingen bekend zijn waarbij de spiegel, ook als de spoel stroomloos is, stil kan staan over het hele bereik, zoals over +30° tot -30°.

Alternatieve uitvoeringen, in vergelijking met de hierboven beschreven moving coil galvanometer-opstelling, zijn mogelijk, zoals een ‘moving magnet galvanometer'-opstelling. Hierbij is de spiegel juist star verbonden met een permanente magneet, en wordt dit geheel omgeven door de aan te sturen spoel, of eventueel simultaan aangestuurde spoelen aan weerszijden van de spiegel met magneet. De (of elke} spoel kan in een behuizing rond de spiegel zijn opgenomen, welke behuizing veelal uit metaal zal zijn vervaardigd. Bij een dergelijke opstelling kan een koeling zijn verschaft voor de spoel(en), die daardoor hogere stromen aankan. Dit heeft wederom als voordeel dat de aan de spiegel te verschaffen versnelling groter kan zijn, zodat het systeem als geheel sneller wordt.

Figuur 5 toont schematisch een eenvoudig aanstuursysteem 40, dat een spoel 22" met een eerste spoelpool 22"-1 en een tweede spoelpool 22"-2 omvat, alsmede een elektrische gelijkspanningsbron 43 met een pluspool 44-1 en een minpool 44-2. Een viertal schakelelementen is aangeduid als FETs 45-1 tot en met 45-4. Stroommeters zin aangeduid met 46-1, 46-2 en 46-3. De schakeling omvat twee knooppunten 47-1 en 47- 2, en delen van de schakeling/het circuit zijn aangeduid met 48-1 tot en met 48-5. Met 50 is een besturing aangeduid.

Duidelijkheidshalve zijn hier een aantal zaken niet getoond, zoals een object dat wordt bewogen met de spoel, en de werkzame verbindingen van de stroommeters 46 en de (meeste) schakelelementen 45 met de besturing 50. Een en ander zal hieronder nog nader worden toegelicht.

De besturing 50 is ingericht om een gewenste stroom /; door de spoel 22" te laten vloeien, zodat de spoel een stroomafhankelijk moment kan gaan ondervinden in een (extern) magneetveld, dat hier niet is weergegeven. De besturing 50 kan daartoe de spoel 22" in verbinding brengen met de polen 44-1 en 44-2 van de elektrische voedingsbron 3 door gericht schakelen van de schakelelementen 45-1 tot en met 45-4.

Hierbij maakt de besturing 50 gebruik van een stroommeting door de spoel 22" om te bepalen of de stroom verder moet stijgen, moet dalen, of dat de stroom ligt binnen een vooraf bepaalde bandbreedte b rond de gewenste instelstroom /:. Ingeval ook de richting van de stroom door de spoel 22" van belang is, dient "stijgen" niet te worden opgevat als stijgen van de absolute waarde, maar stijgen van de waarde van de stroom op de reële getallenas, waarbij "positief" betrekking heeft op een stroom die van de eerste spoelpool 22"-1 naar de tweede spoelpool 22"-2 loopt, en omgekeerd. Uiteraard zijn andere definities ook mogelijk.

Bijvoorbeeld is de stroom nul, en dient de stroom +1 A te worden. De besturing 50 schakelt dan de eerste FET 45-1 en de vierde FET 45-4 op ‘geleidend’, en de tweede FET 45-2 en de derde FET 45-3 op 'niet-geleidend'. Aldus zijn de delen 48-2, tussen pluspool 44-1 en het knooppunt 47-2, en 48-4 tussen knooppunt 47-1 en de minpool 44-2 geblokkeerd, en gaat er een stijgende stroom lopen van de pluspool 44-1 via de delen 48-1, 48-3 en 48-5. Vanwege de inductieve werking van de spoel 22" zal de stroom hierbij gaan oplopen. De stroom door de spoel wordt gemeten met één of meer van de stroommeters 46-1, 46-2 en 46-3. Hier wordt nadrukkelijk opgemerkt dat het niet nodig is om alle drie deze stroommeters te verschaffen, doch dat het volstaat om slechts een enkele ervan te verschaffen, en dat meerdere verschafte stroommeters in beginsel slechts dienen om een redundante stroommeting te verkrijgen. Voorts is het mogelijk om de stroommeting niet op de getoonde plekken te verschaffen, doch op een of meer andere delen van de schakeling, en/of geïntegreerd in een FET, zoals gecombineerd met een Infineon IR25750L. Met een dergelijke laatste combinatie zijn geen verdere stroommeetweerstanden of trafo's nodig, met hun bijbehorende verliezen.

Als de gewenste instelstroom [; is bereikt, zal de spoel hetzij een bijbehorende versnelling ondergaan, hetzij een bijbehorende positie innemen ingeval een veer of andere terugdrijvende actuator is verschaft. In het eerste geval leidt de versnelling tot een positieverandering, waarbij de versnelling dient te worden aangepast totdat de gewenste positie is bereikt. Vertraging van de spoel met behulp van een tegengestelde stroom/spanning zal dan een inherent onderdeel van de besturing zijn. In het andere geval zorgt de tegenwerkende actuator zoals de veer voor het afremmen totdat de bij de instelstroom horende positie is bereikt. Deze positie, en dus de bijbehorende stroom, dient te worden vastgehouden tot de volgende wijziging van de instelstroom, en is dus netto nul in het eerste geval, en de instelstroom /; in het tweede geval.

Hierna wordt het tweede geval, met een gewenste en vast te houden instelstroom verder behandeld. Om een stabiele situatie te verschaffen wordt de hystereseschakeling volgens de uitvinding toegepast. Daartoe laat de besturing 50 de stroom in eerste instantie verder veranderen tot een bandbreedte b voorbij de gewenste instelstroom /;. Bijvoorbeeld wordt b gekozen als enkele procenten van de maximale instelstroom. Als de gemeten stroom de waarde /; + b bereikt, schakelt de besturing 50 de schakelelementen zodanig dat de stroom door de spoel 22" gaat regenereren, dat wil zeggen dat de spoelpolen 22"-1 en 22"-2 onderling worden verbonden, en de stroomkring met de elektrische voedingsbron 43 wordt verbroken. Hiertoe worden bijvoorbeeld hetzij de FETs 45-1 en 45-2 op 'niet-geleidend' geschakeld, terwijl de FETs 45-3 en 45-4 op ‘geleidend’ worden geschakeld, of omgekeerd. Uiteraard zijn ook andere schakelelementen mogelijk die voldoende snel kunnen schakelen, zoals andere typen transistoren.

De stroom door de spoel 22" zal nu gaan zakken in de richting van nul, omdat er geen externe voedingsbron meer is. Met voordeel zijn enerzijds de bandbreedte b en anderzijds de elektrische grootheden L van de spoel en de weerstand

R van het kortgesloten circuit door de spoel 22" zodanig gekozen dat de stroom langzamer zakt dan dat de stroom stijgt wanneer de voedingsbron 43 is aangesloten op de spoel. Het is dan mogelijk om de stroom in de, overigens eveneens gekozen, omschakeltijd T slechts beperkt te laten zakken, bijvoorbeeld minder dan 2b, voordat de volgende stap in de cyclus van de werkwijze volgens de uitvinding wordt ingezet. Indien alternatief de voedingsspanning over de spoel 22" slechts zou worden omgepoold zal de stroom net zo snel weer gaan zakken als dat die steeg. Dat zou betekenen dat de stroom nog veel sneller opnieuw moet worden omgepoold om een stabiele gemiddelde waarde te behouden. Een dergelijke veel snellere ompoling dan vereist volgens de onderhavige uitvinding zou veel sneller schakelende onderdelen nodig hebben, met alle nadelen van dien.

Een voorbeeldwerkwijze te gebruiken bij het robotmelksysteem volgens de uitvinding, en in het bijzonder het aanstuursysteem ervan, wordt nu nader toegelicht onder verwijzing naar Figuur 5, en naar Figuur 6, dat schematisch een tijd-stroom- diagram toont. Hierin is als eerste instelstroom /; gekozen voor 1 A, en voor de bandbreedte b 60 mA. In de praktijk is een grotere bandbreedte van bijvoorbeeld 0,3 A overigens niet ongebruikelijk.

Op tijdstip fo schakelt de besturing 50 de FETs 45-1 tot en met 45-4 zodanig dat de stroom, die op dat moment nul is, zal gaan stijgen tot de nieuwe waarde 1 A plus de bandbreedte van 0,06 A, oftewel 1,06 A. Die waarde wordt bereikt op f£;. Hier is f£; groter dan fo + T met 7 een vooraf bepaalde tijdsduur, zoals 1 ys. In dit geval zal de besturing 50 de spoel niet eerst kortsluiten, doch meteen doorgaan met de volgende stap in de cyclus, in dit geval stap c), oftewel actief de voedingsspanning aansluiten om de stroom terug te brengen tot /- b, oftewel 0,94 A. Daartoe worden de FETs 45-1 … 45-4 geschikt omgeschakeld. In Figuur 6 is te zien dat de stroom snel zakt van / + b naar /-b op tijdstip t>. Op dat moment wordt de spoel 22" kortgesloten, door opnieuw de FETs 45- 1... 45-4 geschikt om te schakelen. Nu zal de stroom slechts langzaam zakken, en wel tot het omschakelmoment t; + 7. Op dat moment wordt de voedingsspanning weer over de spoel 22" aangelegd, maar wel omgepoold. De stroom zal nu weer snel toenemen tot /+ b, op tijdstip t3, waarna weer wordt kortgesloten tot tijdstip t: + 27 waarbij de stroom weer langzaam is gezakt. Vervolgens wordt weer omgepoold aangesloten tot tijdstip 4, waarna weer wordt kortgesloten tot tijdstip t1 + 37, waarna weer wordt omgepoold aangesloten tot tijdstip fs, wordt kortgesloten tot tijdstip f1 + 47, en omgepoold aangesloten tot op tijdstip fs. Uiteraard zal duidelijk zijn dat dit kan worden herhaald zolang de gewenste instelstroom /; gelijk blijft, in dit geval dus aan 1 A.

Wat er in uitvoeringsvomen kan gebeuren als de instelstroom /; verandert is weergegeven in het vervolg van het diagram. Op tijdstip ts wordt de spoel 22" weer kortgesloten. Echter wordt nu niet gewacht tot het tijdstip #; + 57, omdat eerder dan dat tijdstip, namelijk op tijdstip t7, de gewenste instelstroom wordt verlaagd naar 0,5 A. De besturing 50 zal bij deze uitvoeringsvormen niet wachten tot voltooien van de schakelperiode 7, maar direct de instelstroom verlagen en tevens de FETs 45-1 … 45-4 zodanig schakelen dat die stroom ook zo snel mogelijk wordt bereikt. In dit geval zal de stroom, door geschikt schakelen van de FETs 45-1 … 45-4 door de besturing 50, op tijdstip fz gaan zakken tot de nieuwe waarde van /; + b, namelijk 0,5 - 0,06 = 0,44 A, welke waarde wordt bereikt op tijdstip ts. Aangezien ts meer dan periode 7 na {; komt, zal de stroom direct weer worden omgepoold, zodat die snel gaat stijgen naar / + b = 0,56 A, op tijdstip fs. Op dat moment wordt de spoel 22" weer kortgesloten, en zal de stroom langzaam zakken tot tijdstip ts + 7, waarna de cyclus met de nieuwe waarden weer verdergaat.

Hier wordt opgemerkt dat er binnen het kader van de uitvinding vele varianten mogelijk zijn. Zo is het bijvoorbeeld niet nodig dat, indien de absolute waarde van de nieuwe instelstroom /; kleiner wordt, de stroom tot een bandbreedte b voorbij de nieuwe instelstroom / dient te veranderen, maar alternatief minder verandert, bijvoorbeeld tot een waarde die nog b van de nieuwe instelstroom af ligt. In het voorbeeld van Figuur 6 werkt dit als volgt. Op tijdstip tz wordt de nieuwe instelstroom van 0,5 A ingesteld, en gaat de stroom zakken tot een bandbreedte voorbij die waarde, d.w.z. tot 0,44 A. Het is alternatief mogelijk om juist een bandbreedte vóór bereiken van de nieuwe instelstroom te stoppen met de spoel verbonden te houden met de voedingsspanning, in dit geval dus wanneer de gemeten stroom de waarde 0,56 A bereikt. Immers zal daarna de spoel 22" worden kortgesloten, waarna de stroom rustig verder kan dalen. Omgekeerd kan bij een toenemende waarde van de instelstroom de spoel 22" worden kortgesloten wanneer de gemeten stroom is gestegen tot de nieuwe /;- b. Weliswaar zal de stroom dan, na kortsluiten van de spoel 22", alweer rustig gaan dalen, maar het stabiliserende effect van het afwisselende ompolen en kortsluiten wordt dan nog iets eerder bereikt.

Ook is het in het algemeen mogelijk om bij wijzigen van de instelstroom bij de allereerste stap, dus waarbij stroom gewijzigd wordt, de spoel 22" al kort te sluiten bij een andere waarde van de gemeten stroom die ligt binnen het gebied /; - b tot + b, waarna in volgende stappen a) en c) vervolgens echter pas wordt kortgesloten bij bereiken van die grenzen. Het is zeker ook mogelijk om niet stap b) of d) over te slaan als het veranderen van de instelstroom /; langer duurt dan T, of deze stappen in te korten wanneer de instelstroom wordt veranderd maar nog binnen periode 7 de nieuwe waarde bereikt. Met andere woorden is er in dergelijke uitvoeringsvormen altijd een kortsluitstap b) of d). Dergelijke uitvoeringsvormen zijn iets trager maar wel eenvoudiger te implementeren. Daarnaast is het bijvoorbeeld mogelijk om, ingeval de instelstroom /; wordt gewijzigd, de nieuwe schakelperiodes niet opnieuw te laten starten vanaf het moment dat de spoel 22" voor het eerst weer wordt kortgesloten in een nieuwe stap b) of d), maar dat de periodes 7 doortellen. Dat wil zeggen dat in dit geval, waarbij het moment dat de gemeten stroom de nieuwe grenswaarde bereikt, en dus het moment van het eerstvolgende kortsluiten, zal liggen op een moment tiem modulo 7, dat eerstvolgende kortsluiten zal duren tot bereiken van het eerstvolgende veelvoud van de periode 7.

Nog weer andere varianten zal de vakman eenvoudig kunnen vinden.

Claims (8)

CONCLUSIES

1. Robotmelksysteem voor melken van een melkdier, omvattende - melkmiddelen zoals melkbekers, voor melken van de melk uit spenen van het melkdier, alsmede - een robotarm voor het aanbrengen van de melkmiddelen op de spenen, en - een op de robotarm aangebracht speendetectiesysteem voor bepalen van speenposities van de spenen en voor besturen van de robotarm op basis van de bepaalde speenposities, waarbij genoemd speendetectiesysteem een laserbron voor uitsturen van een laserstraal in een uitstraalgebied, een eerste beweegbare spiegel voor door middel van reflecteren richten van de laserstraal, een camera voor herhaaldelijk opvangen van een beeld van reflecties vanuit het uitstraalgebied van de laserstraal op een object zoals een speen, en een beeldverwerkingsinrichting voor verwerken van de herhaaldelijk opgevangen beelden en voor uit de verwerkte opgevangen beelden bepalen van genoemde speenposities omvat, waarbij net speendetectiesysteem voorts een aanstuursysteem voor genoemd bewegen van de eerste spiegel omvat met een werkzaam met genoemde spiegel koppelbare of gekoppelde spoel met een eerste spoelpool en een tweede spoelpool, alsmede met een elektrische voedingsinrichting die is ingericht voor aan de spoel verschaffen van een instelbare gewenste stroom /, waarbij de elektrische voedingsinrichting omvat: - een gelijkspanningvoedingsbron met een pluspool en een minpool, ingericht voor verschaffen van de instelbare stroom aan de spoel, - een verzameling bestuurbare schakelelementen voor door middel van schakelen selecteerbaar onderling verbinden van de pluspool, de minpool en de eerste en tweede spoelpool, - een meetinrichting ingericht voor meten van een momentane waarde / van een stroom door de spoel of een daarmee gelijkwaardige grootheid, - een besturing die werkzaam is verbonden met de verzameling schakelelementen en de meetinrichting, waarbij de besturing en de schakelelementen zijn ingericht voor herhaald uitvoeren van de volgende cyclus van stappen: a) op een tijdstip sar verbinden van de pluspool met één van de eerste spoelpool en tweede spoelpool, en van de minpool met de andere van de eerste spoelpool en de tweede spoelpool, totdat, op een tijdstip £, de gemeten waarde van /n is gestegen tot / + b indien de stroom voorafgaand aan genoemd verbinden kleiner was dan / + b, dan wel de stroom door de spoel is gedaald tot / - b, indien de stroom voorafgaand aan genoemd verbinden groter was dan / + b, met b een vooraf bepaalde stroombandbreedte, b) loskoppelen van de eerste spoelpool van ten minste één van de pluspool en de minpool, en verbinden en verbonden houden van de eerste spoelpool en de tweede spoelpool, tot tenminste een tijdstip sar + 7, in het bijzonder tot een tijdstip t1+ T, met T een vooraf bepaalde schakelperiode, c) verbinden van de pluspool met genoemde andere van de eerste spoelpool en tweede spoelpool, en van de minpool met genoemde ene van de eerste spoelpool en de tweede spoelpool, totdat, op een tijdstip tz, de gemeten waarde van In, is gedaald tot / - b, indien de stroom voorafgaand aan genoemd verbinden groter was dan / - b, dan wel de stroom door de spoel is gestegen tot / + b, indien de stroom voorafgaand aan genoemd verbinden kleiner was dan /;+ b, d) loskoppelen van de eerste spoelpool van ten minste één van de pluspool en de minpool, en verbinden en verbonden houden van de eerste spoelpool en de tweede spoelpool, tot tenminste een tijdstip star: + 27, in het bijzonder tot een tijdstip t2+ 7, en e) bijwerken van fsa tot stan = MaX[tsan + 27, L + T].

2. Robotmelksysteem volgens conclusie 1, voorts omvattende een tweede spiegel, waarbij de eerste spiegel rond een eerste draaiingsas verzwenkbaar is, en de tweede spiegel rond een tweede draaiingsas verzwenkbaar is, welke eerste en tweede draaiingsas onderling een hoek ongelijk nul maken, waarbij de laserstraal gericht is op de eerste draaiingsas, en waarbij de door de eerste spiegel gereflecteerde laserstraal gericht is op de tweede draaiingsas.

3. Robotmelksysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de eerste draaiingsas in hoofdzaak horizontaal staat en de tweede draaiingsas ligt in een loodvlak op de eerste draaiingsas.

4 Robotmelksysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij ten minste één van de spiegels star verbonden is met een permanente magneet, en het laserbelichtingssysteem voorts rond de spiegel en de magneet een behuizing met daarin genoemde spoel omvat.

5. Robotmelksysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij ten minste één van de spiegels star verbonden is met genoemde spoel, en het laserbelichtingssysteem voorts een rond de spoel verschafte magneet omvat.

6. Robotmelksysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de besturing beeldherkenningsprogrammatuur omvat die is ingericht voor verwerken van de herhaaldelijk opgevangen beelden, voor herkennen van ten minste genoemd object in genoemde verwerkte beelden en voor bepalen van een positie van genoemd object.

7. Robotmelksysteem volgens conclusie 6, waarbij de besturing is ingericht om met behulp van het aanstuursysteem ten minste een van de spiegels te besturen op basis van de verwerkte beelden, in het bijzonder op basis van de positie van het herkende object.

8. Robotmelksysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij T ligt tussen 0,3 en 10 pus.