阅读说明：本技术 用于挤奶系统的控制单元、方法和计算机程序 (Control unit, method and computer program for a milking system ) 是由 C.O.鲍尔鲁德 于 2019-02-07 设计创作，主要内容包括：一种自动挤奶系统,通过接收表示从被挤奶的动物的乳房的至少一个乳头通过至少一个挤奶杯提取的奶的被测量流量(f(t))的参数来控制。脱开时间(t<Sub>TO</Sub>)是基于以下标准确定的必须停止挤奶的时间：第一标准指示流量(f(t))已经达到下降阶段(Ph<Sub>decl</Sub>),第二标准指示流量(f(t))下降得比阈值斜率(s<Sub>crit</Sub>1)更快。脱开时间(t<Sub>TO</Sub>)是响应于在已经满足第一标准的时间点(t<Sub>1</Sub>)时或之后满足第二标准而确定的。结果,与所关注的动物的总挤奶时间(t<Sub>M</Sub>)无关地估计特定量的奶(M<Sub>res</Sub>)将留在乳房中。(An automated milking system is controlled by receiving a parameter indicative of a measured flow (f (t)) of milk extracted through at least one teat cup from at least one teat of a udder of an animal being milked. Disengagement time (t) TO ) Is the time at which milking must be stopped, determined based on the following criteria: the first criterion indicates that the flow (f (t)) has reached the descent phase (Ph) decl ) The second criterion indicates that the flow rate (f (t)) falls below a threshold slope(s) crit 1) And faster. Disengagement time (t) TO ) Is responsive to a point in time (t) at which a first criterion has been met 1 ) When or after a second criterion is met. As a result, the total milking time (t) with the animal of interest M ) Estimating a specific quantity of milk (M) independently res ) Will remain in the breast.)

用于挤奶系统的控制单元、方法和计算机程序

技术领域

本发明总体上涉及产奶动物的机器挤奶。更具体地，本发明涉及用于挤奶系统的控制单元和控制挤奶系统的方法。本发明涉及一种计算机程序和一种非易失性数据载体。

背景技术

随着新的和更先进的挤奶设备的开发，挤奶过程已经完全自动化，或者至少几乎自动化。在这样的自动挤奶系统中，人类操作者的低参与度要求挤奶系统能够做出足够的决定：何时停止从每只动物提取奶。由于不同动物之间以及特定动物在不同挤奶场合的产奶量差异很大，确定最佳挤奶时间绝非易事。

DE 36 09 275A1描述了一种奶去除方法，其中在至少一个***中检测奶流量，并基于此推导出奶流量分布。奶流量分布表示在单个脉动周期内获得的奶量的时间依赖性。这反过来又作为后续挤奶操作的真空应用参数的基础。

V.Tanin等人在“Sources of Variation in Milk Flow Characteristics atUdderand Quarter Levels”，Journal of Dairy Science,No.89,American DiaryScienceAssociation,2006,pp 978-988中讨论了整个挤奶周期的奶流模式和奶流特性的变化。其中，下降阶段持续时间最长的是在高峰流量区和后区的停滞开始和结束时。还推测奶牛挤奶准备和真空改造是否在四分之一水平的下降阶段的持续时间中起作用。

然而，还没有全自动程序的例子来确定适合每只动物的个体化挤奶时间。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种解决方案，用于控制挤奶机在对于长期产奶量和动物健康都是理想的时间点停止奶的提取。

根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于挤奶系统的控制单元来实现，该控制单元包括处理电路和接口，其被配置为接收表示从动物***的至少一个***提取的奶的至少一个被测量奶流量的至少一个参数，该***通过至少一个挤奶杯挤奶。因此，该至少一个参数可以代表来自***所有***的共同奶流量，或者来自单独***的特定奶流量。基于所述至少一个参数，所述处理电路被配置成控制奶的提取的停止。更准确地说，处理电路被配置成基于第一和第二标准来确定应停止挤奶的脱开时间。第一标准指示至少一个流量已经达到下降阶段。第二标准指示至少一个流量的下降速度快于阈值斜率，并且响应于在已经满足第一标准的时间点时或之后满足第二标准而确定脱开时间。

所述处理电路被配置成基于当前挤奶期间记录的一系列流量值和/或正在被挤奶的动物的历史奶流量分布数据来确定所述至少一个流量已经达到下降阶段。

这种控制单元是有利的，因为它提供的挤奶时间正好适合于具有各种不同的奶流量分布的动物，例如在上升时间、平稳阶段的流量水平和下降阶段的延长的方面不同。

基于当前挤奶过程中记录的一系列流量值或正在被挤奶的动物的历史奶流量分布数据来确定已经达到下降阶段是有利的。也就是说，在前一种情况下，决策可以根据动物身份来作出；而在后一种情况下，决策的基础可以随着时间的推移而逐渐增强。

更有利的是记录一系列流量值，因为这样的数据可以作为确定奶流量分布中的平稳阶段和下降阶段之间的转变点的基础。例如，如果奶流量的平均时间导数从相对低的时间导数(正的或负的)变为相对大的负值，则这可以被认为是平稳阶段的结束和下降阶段的开始，即满足第一标准。

根据本发明这一方面的一个实施例，停止奶的提取包括从动物***的相应***分离至少一个挤奶杯，关闭至少一个挤奶杯的挤奶真空和，/或关闭至少一个挤奶杯的脉动器真空。因此，可以根据所用设备的具体类型来停止挤奶。

根据本发明这一方面的另一个实施例，处理电路被配置为仅基于至少一个流量下降得比阈值斜率更快来确定第二标准被地满足。因此，挤奶杯的脱离可以完全独立于奶流量水平。

根据本发明这一方面的又一实施例，处理电路被配置成基于在所述下降阶段之前的平稳阶段期间的流量的平均水平动态地设置所述第二标准。这意味着，如果在平稳阶段期间流量的平均水平相对较高，则第二标准设定相对较陡的阈值斜率；相反，如果平稳阶段的平均流量水平相对较低，则第二标准设定相对平缓的阈值斜率。换句话说，停止标准在高奶流量分布中比在低奶流量分布中要求更陡的下降阶段来进行触发。因此，在某些情况下，总奶量低的动物比总奶量高的动物被允许有更长的挤奶时间。

优选地，处理电路被配置成进一步响应第三标准来确定脱开时间。以下情况成立则满足第三标准：在第一标准表明流量已经达到下降阶段后，流量降低到阈值水平以下。因此，即使下降阶段非常平缓，挤奶过程也会在适当的时候中止，从而避免过度挤奶。

根据本发明这一方面的一个实施例，处理电路被配置为基于算法设置第一和第二标准，该算法适于在停止奶的提取之后在***中留下特定估计量的奶。因此，不管特定动物当前的奶流量分布如何，都将进行适当的挤奶。

根据本发明这一方面的又一实施例，处理电路被配置为基于在所述下降阶段之前的平稳阶段期间的所述流量的平均水平动态地设置所述第三标准，使得：如果平稳阶段期间的流量的平均水平相对较高，则第三标准设定相对较高的阈值水平；并且如果平稳阶段期间的流量的平均水平相对较低，则第三标准设定相对较低的阈值水平。与上述类似，通常，这导致总体奶流量低的动物比总体奶流量高的动物被允许有更长的挤奶时间。

根据本发明这一方面的又一个实施例，处理电路被配置成进一步基于以下来确定脱开时间：动物的历史产奶量数据、动物的历史产奶流量分布数据、动物当前的哺乳阶段、动物的年龄和/或动物的健康状况。当然，这进一步提高了获得个体最佳挤奶时间的机会。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种自动挤奶方法来实现，该方法包括：接收表示从动物***的至少一个***提取的奶的至少一个被测量奶流量的至少一个参数，该***通过至少一个挤奶杯挤奶；以及基于所述至少一个参数，控制奶的提取的停止。具体而言，基于第一和第二标准来确定应停止挤奶的脱开时间，其中，第一标准指示至少一个流量已经达到下降阶段，第二标准指示至少一个流量下降得比阈值斜率更快。在已经满足第一标准的时间点时或之后满足第二标准而确定脱开时间。这种方法的优点，以及其中的一些实施例，都是从上述讨论中得出的，并与控制单元有关。

根据本发明的另一方面，该目的通过可加载到通信连接到处理单元的非易失性数据载体中的计算机程序来实现。计算机程序包括当程序在处理单元上运行时用于执行上述方法的软件。

根据本发明的另一方面，该目的通过包含上述计算机程序的非易失性数据载体来实现。

从以下描述和从属权利要求中，本发明的其他优点、有益特征和应用将变得显而易见。

附图说明

现在将通过作为例子公开的优选实施例并参考附图更详细地解释本发明。

图1示出了本发明的第一实施例，其适于结合用于***挤奶的挤奶杯组来实现；

图2示出了本发明的第二实施例，其适于结合用于四分之一挤奶的单独的挤奶杯来实施；

图3a-c示出了举例说明了如何根据奶流量分布的特征应用一套建议的停止标准的示意图；和

图4-5通过流程图分别示出了根据本发明的一般挤奶方法及其实施例。

具体实施方式

图1示出了用于***挤奶的挤奶杯组110，即，对动物***105的所有***进行常规挤奶。这里，脉动器控制器135被设置成控制来自真空泵130的脉动器真空PV，以重复应用于挤奶组110的挤奶杯111、112、113和114。典型地，真空泵130还在奶导管120中提供挤奶真空MV，通过该真空MV，提取的奶被输送离开***105。

挤奶爪115通过各自的奶真空软管连接到四个挤奶杯111、112、113和114。挤奶杯111、112、113和114依次连接到***105的相应***上。脉动器真空PV被应用于所有四个挤奶杯111、112、113和114。奶从***105中取出，收集在挤奶爪115中，并通过奶导管120排出。流量计125测量代表奶导管120中测量的奶流量f(t)的参数。测量的奶流量f(t)可以被连续记录，或以离散时间重复记录。

在任何情况下，代表测得的奶流量f(t)的参数被传送到控制单元150，控制单元进而适于通过控制信号Ctrl影响挤奶系统如何操作。

术语“挤奶系统”在这里具有一般含义，并且可以包括例如单个挤奶杯组110、挤奶机器或挤奶机器人。

控制单元150包含处理电路和接口，以便使控制单元150能够接收数据和信号，执行所述数据和信号的各种分析，并产生输出，例如以控制信号Ctrl的形式。更准确地说，控制单元150被配置成接收表示从***105提取的奶的被测流量f(t)的参数，并基于该参数，通过控制信号Ctrl控制奶提取的停止。

例如，可以通过将挤奶杯111、112、113和114从***105的相应***上拆下来，以停止奶提取。退回缸或挤奶机器人可以响应控制信号Ctrl执行这种分离。另外，或者除此之外，可以针对挤奶杯111、112、113和114切断脉动器真空PV和/或挤奶真空MV。

现在参考图3a中的示意图，我们将解释控制单元150中的处理电路被配置为确定挤奶应当停止时的脱开时间t_TO所依照的标准。

图3a中示意图的横轴表示时间t，纵轴表示作为时间t的函数的所记录的奶流量f(t)。我们假设挤奶真空MV和脉动器真空PV在t＝零时被施加到挤奶杯111、112、113和114，并且由此产生的奶提取在时间t＝t₀的稍后点开始。然后，上升阶段Ph_r随之而来，在此期间，奶流量f(t)相对快速地增加。随后，上升阶段Ph_r结束，接下来是一个平稳阶段Ph_plt。这意味着奶流量f(t)在一个水平上相当稳定。在图3a中，这由奶流量f(t)的平均水平F_plt1表示。奶被提取一段时间t₁后，比如100-700秒，下降阶段Ph_decl开始，在此期间奶流量f(t)开始下降。正如下面将要讨论的，在下降阶段Ph_decl中，奶流量f(t)下降的斜率可以有很大的变化。图3a举例说明了在其下降阶段Ph_decl中具有相对较陡斜率的奶流量分布。

根据本发明的一个实施例，基于一系列记录的流量值来确定从上升阶段Ph_r过渡到平稳阶段Ph_plt的奶流量分布。更准确地说，控制单元150优选地被配置成研究由这些流量值描述的奶流量f(t)的时间变化。例如，如果奶流量f(t)的平均时间导数从相对较高的正值变为处于相对较低的时间导数的区间内，正的或负的，则控制单元150可以将其认为是上升阶段Ph_r的结束和平稳阶段Ph_plt的开始。同样，如果奶流量f(t)的平均时间导数从处于相对低的时间导数的区间(正或负)变为相对高的负值，则控制单元150可以将其认为是平稳阶段Ph_plt的结束和下降阶段Ph_decl的开始。

已经发现，如果在每次挤奶后在***105中留有大约相同量的奶，这对长期产奶量和动物健康都是有益的。因此，根据本发明的一个实施例，控制单元150中的处理电路被配置成在这样的时间点t_TO产生控制信号Ctl，使得在停止提取奶之后，特定估计量的奶M_res留在***105中。这是通过第一和第二标准实现的。

第一标准表明奶流量f(t)已达到下降阶段Ph_decl，第二标准表明奶流量f(t)下降速度快于阈值斜率。在图3a中，第二标准由点划线s_crit1表示。脱开时间t_TO是在满足第一标准的时间点t₁时或之后响应于第二标准的满足而确定的。

可以通过基于当前挤奶过程中记录的一系列流量值的信号处理、通过正在被挤奶的动物的历史奶流量分布数据D_mfp或两者来确定是否已经达到下降阶段Ph_decl。如果要使用历史奶流量分布数据D_mfp，数据库160与控制单元150通信连接，从而在挤奶过程中可以重复记录和读取奶流值f(t)。图2示出了本发明的一个实施例，其中包括这样的数据库160。

现在参考图3b，我们将讨论停止标准的进一步方面。从图3b中可以明显看出，奶流量分布具有的下降阶段与图3a中的相比不那么陡。如果下降阶段Ph_decl足够平缓，则会出现第二标准一直不满足的情况，例如图3a中通过点划线s_crit1表示的。因此，根据本发明的一个实施例，处理电路被配置为进一步响应于第三标准来确定脱开时间t_TO，如果在第一标准已经表明奶流量f(t)已经达到下降阶段Ph_decl之后，奶流量f(t)降低到阈值水平以下，则满足第三标准。在图3b中，这个水平由F_th1表示。因此，对于其奶流量分布具有非常轻微的倾斜下降阶段Ph_decl的动物，也可以避免过度挤奶。优选地，阈值水平F_th1被设置成使得，在停止提取奶之后，特定估计量的奶M_res留在***105中。总挤奶时间t_M是从t₀到脱开时间t_TO测量的。因此，在脱开时间t_TO，会将特定量的奶M_res留在***105中。

根据本发明的一个实施例，控制单元150中的处理电路被配置为基于在倾斜阶段Ph_decl之前的平稳阶段Ph_plt期间的奶流量f(t)的平均水平F_plt动态地设置第二标准。这将参考图3c进行解释，图3c示出了在平稳阶段Ph_plt期间奶流量f(t)的平均水平F_plt2相对较低的奶流量分布。在此，为了在脱开时间t_TO时在***105中留下特定估计量的奶M_res，设置相对平缓的阈值斜率s_crit2，因为在平稳阶段Ph_plt期间奶流量f(t)的平均水平F_plt2相对较低。相反，如图3a所示，如果在平稳阶段Ph_plt期间奶流量f(t)的平均水平F_plt1相对较高，则第二标准被设置为设定相对较陡的阈值斜率s_crit1。

类似地，根据本发明的一个实施例，同样为了将特定估计量的M_res留在***105中，控制单元150中的处理电路被配置为基于在倾斜阶段Ph_decl之前的平稳阶段Ph_plt期间的流量f(t)的平均水平F_plt动态地设置第三阈值。这意味着，如果在平稳阶段Ph_plt期间奶流量f(t)的平均水平F_plt1相对较高，则第三标准设定相对较高的阈值水平F_th1，例如，如图3b所示。换句话说，如果在平稳阶段Ph_plt期间奶流量f(t)的平均水平F_plt2相对较低，则第三标准设定相对较低的阈值水平F_th2，如图3c所示。

图2示出了本发明的第二实施例，其适于结合四分之一挤奶过程来实施，即，其中可以分别从四个挤奶杯111、112、113和114中的每一个单独控制奶的提取。

这里，特定的流量计126、127、128和129被布置在来自奶杯111、112、113和114中的每一个的相应奶软管121、122、123和124上，并且控制单元150被配置为分别从奶杯111、112、113和114中的每一个接收表示被测量的奶流量f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)和f₄(t)的参数。控制单元150还被配置为基于所述参数控制提取奶的停止，从而基于以下标准确定应当停止挤奶时的脱开时间t_TO：第一标准，其指示奶流量f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)和/或f₄(t)中的至少一个已经达到下降阶段Ph_decl；和第二标准，其指示f₁(t)、f₂(t)、f₃(t)和/或f₄(t)中的至少一个分别比阈值斜率s_crit1或s_crit2下降得更快。与上述类似，脱开时间t_TO是在已经满足了第一标准的时间点t₁时或之后响应于第二标准的满足而确定的。

优选地，在图2所示的本发明的四分之一挤奶过程实施例中，提取奶的停止可以包括将挤奶杯111、112、113和/或114中的特定挤奶杯(一个或多个)从***105的相应***(一个或多个)上拆下，就此而言，已经满足了上述第一和第二标准。替换地，或者除此之外，提取奶的停止可以包括关闭挤奶杯111、112、113和/或114中的每个挤奶杯的挤奶真空MV和/或挤奶真空PV的脉动，就此而言，已经满足上述第一和第二标准。

除了上述第一、第二和第三标准之外，如果控制单元150中的处理电路被配置成进一步基于动物的历史产奶量数据、动物的历史奶流量分布数据、动物的当前哺乳阶段、动物的年龄和/或动物的健康状况来确定脱开时间t_TO，则是优选的。该信息可以存储在数据库160中，并且响应于登记要被挤奶的动物的身份而被获取。因此，总挤奶时间t_M可以被更精确地单独调整。

如果上述控制单元150被配置成通过执行计算机程序157以自动方式实现上述过程，则通常是有利的。因此，控制单元150可以包括存储单元，即非易失性数据载体153，用于存储计算机程序157，计算机程序157又包含软件，用于当计算机程序157在至少一个处理器上运行时，使控制单元150中的至少一个处理器形式的处理电路执行上述动作。

尽管本发明主要用于控制从奶牛提取奶的系统，但是所提出的解决方案同样适用于任何其他种类的家畜，例如山羊、绵羊、猪、驴、牦牛或水牛。自然，如果被挤奶的动物的***数量不同于四个，例如两个，则上述四分之一挤奶的情况是根据***的相关数量来确定的。

为了总结，参考图4中的流程图，我们现在将描述根据本发明的控制挤奶系统的一般方法，其中已经开始了挤奶。

在第一步骤410中，接收至少一个参数，该至少一个参数表示测量的奶流量。然后，在步骤420中，检查是否满足第一标准，其指示该至少一个奶流量已经达到下降阶段。如果是，则随后是步骤430；否则，程序循环回到步骤410，继续接收奶流量相关参数(一个或多个)。

在步骤430中，检查是否满足第二标准，该第二标准指示所述至少一个奶流量的下降速度快于阈值斜率。如果是，则随后是步骤440；否则，程序返回并停留在步骤430。

在步骤440，控制挤奶机以停止奶的挤出。此后，程序结束。

图5通过流程图示出了用于控制挤奶机的本发明的实施例。这里，初始参考符号420表示上述步骤410和420

在此后的步骤530中，检查是否满足第二标准，即，是否至少一个奶流量下降得比阈值斜率更快。如果是，则随后是步骤550；否则，程序继续到步骤540。

在步骤540中，检查至少一个奶流量是否已经降低到阈值水平以下。如果是，则随后是步骤550；否则，则过程循环回到步骤530。

在步骤550，控制挤奶机以停止奶的挤出。此后，程序结束。

参考图4和5描述的所有过程步骤以及任何子步骤序列都可以通过编程处理器来控制。此外，尽管上面参照附图描述的本发明的实施例包括处理器和在至少一个处理器中形成的过程，因此本发明还扩展到计算机程序，特别是载体上或载体中的计算机程序，其适于将本发明付诸实践。程序可以是源代码、目标代码、介于源代码和目标代码之间的代码的形式，例如部分编译的形式，或者是适用于实现根据本发明的方法的任何其他形式。程序可以是操作系统的一部分，也可以是独立的应用程序。载体可以是任何能够携带程序的实体或设备。例如，载体可以包括存储介质，例如闪存、ROM(只读存储器)，例如DVD(数字视频/多功能盘)、CD(光盘)或半导体ROM、EPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(点可擦除只读存储器存储器)或磁记录介质，例如软盘或硬盘。此外，载体可以是可传输的载体，例如电信号或光信号，其可以通过电缆或光缆或通过无线电或其他方式传送。当程序包含在可由电缆或其它设备或手段直接传送的信号中时，载体可由这种电缆或设备或手段控制。换句话说，载体可以是嵌入程序的集成电路，该集成电路适用于相关过程的执行。

当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用来指定所陈述的特征、整体、步骤或组件的存在。然而，该术语不排除一个或多个附加特征、集成、步骤或组件或其组合的存在或添加。

本发明不限于附图中描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由变化。