阅读说明：本技术 控制系统、旋转挤奶厅、用于控制旋转挤奶厅的方法及计算机程序 (Control system, rotary milking parlor, method for controlling a rotary milking parlor and computer program ) 是由 A.乌梅加德 于 2018-12-14 设计创作，主要内容包括：传感器装置测量表示旋转厅(100)的可移动平台(110)相对于静态基准点(P<Sub>ref</Sub>)的位置的参数(P)。继而基于参数(P),控制单元(150)影响可移动平台(110)的运动。具有第一发射器天线的第一发射器单元(210)放置在可移动平台(110)上,因此与可移动平台(110)一起移动。从发射器天线发射的第一无线电信号(S<Sub>ID</Sub>)包含定时基准并且唯一地标识第一发射器单元(210)。至少三个接收器站(221、222、223；224、225、226)放置成静态,其相应的接收器天线位于使得经由视线传播接收第一无线电信号(S<Sub>ID</Sub>)。基于第一无线电信号(S<Sub>ID</Sub>)和从第一无线电信号(S<Sub>ID</Sub>)中的定时基准导出的相应传播时间,接收器站生成参数(P)。(The sensor device measures a movable platform (110) representing the rotating hall (100) relative to a static reference point (P) ref ) Parameter (P) of the position of (a). The control unit (150) then influences the movement of the movable platform (110) based on the parameter (P). A first transmitter unit (210) having a first transmitter antenna is placed on the movable platform (110) and thus moves together with the movable platform (110). A first radio signal (S) transmitted from a transmitter antenna ID ) Contains a timing reference and uniquely identifies the first transmitter unit (210). At least three receiver stations (221, 222, 223; 224, 225, 226) are placed in a static state with their respective receiver antennas located so as to be passed throughLine-of-sight propagation receives a first radio signal (S) ID ). Based on a first radio signal (S) ID ) And from the first radio signal (S) ID ) The receiver station generates a parameter (P) based on the respective propagation times derived from the timing references in (1).)

控制系统、旋转挤奶厅、用于控制旋转挤奶厅的方法及计算机 程序

技术领域

本发明总体涉及旋转挤奶厅。更具体地，本发明涉及用于旋转挤奶厅的控制系统、旋转挤奶厅及控制旋转挤奶厅的方法。本发明还涉及计算机程序和非易失性数据载体。

背景技术

旋转挤奶厅(也称为旋转定位器)能够使较大的牲畜高效挤奶。第一个旋转挤奶厅于1930年投入运营。从那时起，基本技术概念就逐渐完善。除其他外，出于安全原因并确保一致的操作，跟踪设备可移动平台的位置非常重要。

US2010/0147221描述了用于操作具有多个挤奶站的转盘挤奶设施的设备和方法，多个挤奶站布置在可移动平台上。相对于参考点确定平台的运动，并且可以利用位置检测装置计算至少一个挤奶站的位置。在此提出，在转盘的外周上布置视觉和/或磁性的周期性图案，其中通过借助于光学和/或磁性传感器确定线的高度，可以明确地确定线的局部高度和转盘上的角度。

然而，由于其对索林(soling)的敏感性，因此该设计有在农场环境中提供不可靠结果的风险，特别是如果定位仅基于光学配准的话。

发明内容

因此，本发明的目的是减轻上述问题并提供一种用于控制旋转挤奶厅的更可靠的系统。

根据本发明的一方面，该目的通过一种用于旋转挤奶厅的控制系统来实现。控制系统包含传感器装置、控制单元、第一发射器单元、至少三个接收器站和处理单元。传感器装置配置成测量表示旋转厅的可移动平台相对于静态基准点的位置的参数。控制单元配置为接收参数，并基于其生成影响可移动平台的运动的控制信号。第一发射器单元具有第一发射器天线，并且配置为放置在可移动平台上，以便与可移动平台的任何运动一起移动。第一发射器单元还配置为从发射器天线发射第一无线电信号，优选地以超宽带频谱，该第一无线电信号包含定时基准并且唯一地标识第一发射器单元。至少三个接收器站中的每个配置为放置成静态，其接收器天线位于使得在旋转挤奶厅的操作期间，第一无线电信号可以沿着视线从第一发射器天线传播到相应的接收器天线。至少三个接收器站中的每个还配置为接收第一无线电信号，并且基于其，产生相应的传感器信号。处理单元配置为从至少三个接收器站接收传感器信号，并基于从包含在第一无线电信号中的定时基准导出的相应传播时间来生成参数。

该控制系统是有利的，因为它对索林不敏感。提出的无线电定位是进一步有益的，因为它可以方便地扩展到包括附加的发射器单元以提高精度。此外，通过随时间收集多个测量值来逐步改善定位的质量是直接的。如果采用两个或更多个发射器单元，则这种改进特别显著。

根据本发明的这个方面的一个实施例，静态基准点是空间中的固定点，其位置：通过存储在处理单元的存储器中的坐标已知；经由至少三个接收器站并且借助于具有位于静态基准点处的第二发射器天线的第二发射器单元被重复地测量，其中第二发射器天线发射第二无线电信号，其包含定时基准并且唯一地标识第二发射器单元；和/或借助于与传感器装置不相关的至少一个传感器被重复地测量。因此，存在确定可移动平台的实际物理位置的许多替代方式。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种旋转厅来实现，其包含上述的控制系统、可移动平台和配置为响应于控制信号来控制可移动平台的运动的驱动单元。该旋转厅的优点从上面参照所提出的控制系统的讨论中是显而易见的。

根据本发明的该方面的一个实施例，第一检测器构件布置在静态基准点处，第二检测器构件布置在可移动平台上的良好定义位置处，并且控制单元配置为从第一和第二检测器构件中的至少一个接收检测器信号。基于其，控制单元配置成确定可移动平台上的良好定义位置何时通过静态基准点。这意味着当第一个挤奶站位于入口门的前面时，例如及时配准准确的点就不复杂。

根据本发明的该方面的另一实施例，至少三个接收器站中的至少一个接收器站放置成其接收器天线位于旋转挤奶厅的中心区域，在旋转挤奶厅的操作期间，可移动平台围绕该中心区域旋转。这样的布置是有利的，因为它节省空间，并且减少了牲口棚中的其他设备影响无线电信号的传播。

根据本发明的该方面的又一实施例，至少三个接收器站中的至少一个接收器站放置成其接收器天线位于可移动平台的外周边之外的周边区域中。如果平台的内部区域用于其他目的，和/或如果牲口棚为接收器站提供替代位置，则这种布置可能是有益的。

根据本发明的该方面的又一实施例，第一发射器单元布置在可移动平台上的特定设备上。第一发射器单元进一步配置成发射第一无线电信号以使得能够在旋转挤奶厅的操作期间将所述设备定位在可移动平台上。因此，这样的设备和可移动平台可被共同定位。

根据本发明的该方面的另一实施例，第一发射器单元还具有运动传感器，其配置为检测第一发射器单元相对于第一发射器单元相对于固定基准框架的定向的微动。此外，第一发射器单元配置为检查微动量是否超过阈值；如果是，则第一发射器单元生成警报信号。由此，例如，可以在早期阶段注意到可移动平台中的不希望的和/或有害的振动，并且可以在可移动平台损坏之前采取适当的纠正措施。

优选地，如果微动量超过阈值，则第一发射器单元配置为以第一重复频率例如5至10Hz重复地发射第一无线电信号。相反，如果微动量小于或等于阈值，则第一发射器单元配置为以低于第一重复频率的第二重复频率例如1Hz重复地发射第一无线电信号。实际上，为了节省能量，第二重复频率甚至可以为零。换句话说，根本不发射第一无线电信号。如果可以合理地预期少量的微动是由于可移动平台静止不动而导致的，则这可能是特别有利的。

根据本发明的该方面的实施例，运动传感器配置为配准三个维度上的位移和/或三个维度上的加速度。因此，可以记录和分析高度精确的运动模式。

根据本发明的另一方面，通过一种控制旋转挤奶厅的方法来实现该目的。该方法涉及以下内容：经由传感器装置测量表示旋转厅的可移动平台相对于静态基准点的位置的参数。更精确地，第一发射器单元放置在可移动平台上，使得第一发射器单元随着可移动平台的任何运动而移动。第一发射器具有发射器天线，从该发射器天线发射第一无线电信号。第一无线电信号包含定时基准并且唯一地标识第一发射器单元。在至少三个接收器站中接收第一无线电信号，其中的每个放置成静态，其接收器天线位于使得在旋转挤奶厅的操作期间，第一无线电信号可以沿着视线从第一发射器天线传播到接收器天线。在至少三个接收器站的每一个中产生相应的传感器信号；并且进一步基于该传感器信号，生成的参数反映从包含在第一无线电信号中的定时基准中导出的相应传播时间。最后，基于该参数生成控制信号，该控制信号配置为影响可移动平台的运动。根据上面参照所提出的控制系统和旋转挤奶厅的讨论，该方法的优点及其优选实施例是显而易见的。

根据本发明的另一方面，该目的通过一种计算机程序来实现，该计算机程序可加载到通信地连接至处理单元的非易失性数据载体中。该计算机程序包括用于当该程序在处理单元上运行时执行上述方法的软件。

根据本发明的另一方面，该目的是通过一种包含上述计算机程序的非易失性数据载体来实现的。

通过以下描述和从属权利要求，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

现在通过作为示例公开的优选实施例并参考附图，更详细地解释本发明。

图1-2示出了根据本发明实施例的旋转挤奶厅及其控制系统的示例；

图3示出了例示所发射的无线电信号的重复频率响应于可移动平台上微动的配准量而如何随时间变化的图；以及

图4通过流程图示出了根据本发明的控制旋转挤奶厅的通用方法。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一实施例的旋转挤奶厅100及其控制系统的第一示例。所提出的控制系统包括传感器装置和控制单元150。

传感器装置配置为测量代表旋转厅100的可移动平台110相对于静态基准点P_ref的位置的参数P。控制单元150配置为接收参数P，并基于其生成影响可移动平台110的运动例如其旋转速度的控制信号Ctrl。

传感器装置又包含第一发射器单元210、分别至少三个接收器站221、222和223以及处理单元230。

第一发射器单元210具有第一发射器天线，并且配置为放置在可移动平台110上，以便随着可移动平台110的任何运动而移动。第一发射器单元210还配置为发射来自发射器天线的第一无线电信号S_ID。第一无线电信号S_ID包含定时基准并且唯一地标识第一发射器单元210，例如通过签名代码。

至少三个接收器站221、222和223中的每个配置成静态放置，其接收器天线位于使得在旋转挤奶厅100的操作期间第一无线电信号S_ID可以沿着视线从第一发射器天线传播到接收器天线。因此，第一无线电信号S_ID优选地具有相对较高的频率，例如在超宽带光谱中，其传播特性与可见光相似。

至少三个接收器站221、222和223中的每一个还配置为接收第一无线电信号S_ID，并基于其分别产生相应的传感器信号R1、R2和R3。传感器信号R1、R2和R3反映了第一无线电信号S_ID在从发射器天线行进到所讨论的接收器站即分别为221、222和223的接收器天线时经历的相应传播延迟。由于第一无线电信号S_ID包含定时基准，因此可以通过将第一无线电信号S_ID的定时基准与接收器站中的与第一无线电信号S_ID的定时基准同步的本地定时基准进行比较来确定传播延迟。

处理单元230配置为从至少三个接收器站接收传感器信号R1、R2和R3。基于从第一无线电信号S_ID的定时基准导出的相应传播时间，处理单元230还配置为生成参数P，即旋转厅100的可移动平台110相对于静态基准点P_ref的位置。

因此，参数P可以表示相对于通过可移动平台110的中心轴线的旋转角度。假设可移动平台110的配置是已知的并且被适当地描述，则可以基于参数P来建立可移动平台110上所有元件的不同的单独位置。优选地，在处理单元230可以访问的计算机模型中描述可移动平台110的物理配置。例如，为了获得关于所有摊位的相应位置的信息，第一发射器单元210可以与给定摊位中的特定位置相关。假设可移动平台110具有例如60个相同且均匀分布的摊位，则参数P还揭示所有其他摊位及其相应设备的相应位置。在随时间段记录了参数P之后，并假设进行线性运动，可以非常精确地确定所有这些位置。如果在移动平台110上布置一个以上的发射器单元，则尤其如此。

静态基准点P_ref的空间位置可通过以下得知：存储在处理单元230的存储器中的坐标；通过使用至少三个接收器站221、222和223重复的测量；以及借助于第二发射器单元，其具有位于静态基准点P_ref处的第二发射器天线。在此，第二发射器天线发射包含定时基准并且唯一地标识第二发射器单元的第二无线电信号。因此，接收器站221、222和223可以与如何确定参数P类似地确定静态基准点P_ref。此外，如果重复测量，则可以非常精确地确定静态基准点P_ref的位置，例如通过平均过程。

当然，静态基准点P_ref的位置也可以借助于与传感器装置不相关的至少一个传感器比如光学和/或磁性传感器装置重复地测量。

根据本发明一实施例，上述控制系统布置成控制旋转挤奶厅100的可移动平台110。为此，参数P被馈送到控制单元150，其配置为产生基于参数P的控制信号Ctrl。驱动单元140配置为接收控制信号Ctrl，并且响应于其来控制可移动平台110的运动。

出于参考和定向目的，控制系统必须知道静态基准点P_ref的位置。因此，第一检测器构件可以布置在静态基准点P_ref处，第二检测器构件可以布置在可移动平台110上的明确限定的位置处。

通常，将静态基准点P_ref与旋转挤奶厅100的重要位置共同定位，例如将动物踩踏到可移动平台110上的进入区域120、将动物踩踏离开可移动平台110的出口区域130或者用于清洗动物奶头的机器人所在的地方。

此外，可能有利的是，将第一发射器单元210布置在固定地定位在可移动平台110上的特定设备上。即结果是，在旋转挤奶厅100的操作期间，该设备的位置是立即已知的。

在任何情况下，控制单元150配置为从第一和第二检测器构件中的至少一个接收检测器信号，并基于其来确定可移动平台110上良好定义的位置何时经过静态基准点P_ref。因此，可以准确地确定可移动平台110何时具有预定定向。与上述类似，该信息的质量同样随时间而提高，即在记录了多个配准之后。

可以看出，在图1所示的实施例中，接收器站221、222和223都放置成其接收器天线位于旋转挤奶厅100的中心区域AC中，可移动平台110在旋转挤奶厅100的操作过程中围绕该中心区域AC旋转RF。优选地，为了节省空间，将至少三个接收器站中的至少一个放置成其接收器天线位于中心区域AC中。

图2示出了根据本发明实施例的旋转挤奶厅及其控制系统的另一示例。这里，所有三个接收器站224、225和226都替代地放置成其接收器天线位于可移动平台110的外周边之外的周边区域中。为了提高精度和可靠性，有利的是将接收器天线彼此分开一定距离。因此，根据本发明一实施例，至少三个接收器站中的至少一个放置成其接收器天线位于可移动平台110的外周边之外的周边区域中。

此外，通常，可以通过由增加发射器的数量以及基于一个或多个相同的发射器和接收器而随时间记录多个配准的重复配准来提高位置精度。例如，如果以5Hz的频率更新位置配准，则对于一个发射器，每秒进行五次总体定位；对于两个发射器，每秒进行十次总体定位；对于十个发射器，每秒进行50次总体定位，依此类推。因此，随着发射器数量的增加，测量误差减小。

另外，假设可移动平台110是可旋转的，即围绕轴线执行旋转运动，则可移动平台110上的每个发射器单元沿着圆形路径移动。因此，随着时间，不仅将以提高的精度确定发射器单元的角位置，而且还将更精确地确定该圆形路径的半径的大小。当然，如果记录了一系列测量值，则还可以相对精确地确定可移动平台110的速度。假设速度相对恒定，则可以进一步增强定位。

即使每个配准的精度相对较低(例如±10cm)，则使用多个发射器单元也可以降低所得的不确定性Δx，如下所示：

其中，Δi是每次测量的不确定性，N是测量次数。例如，N＝5且Δi＝10cm，得出Δx＝4.5cm；N＝10且Δi＝10cm，得出Δx＝1.4cm。

如果应用自适应滤波器(例如卡尔曼类型)，则不确定性可以甚至进一步减小。

根据本发明一实施例，第一发射器单元210还包含运动传感器，其配置为检测第一发射器单元210相对于第一发射器单元210相对于固定参考框架，例如因此地球的定向的微动。

因此，第一发射器单元210(或系统中包括的任何其他发射器单元)中的运动传感器配置为配准三个维度上的位移和/或三个维度上的加速度。由此，可以非常精确地记录可移动平台110的开始和/或停止模式。这又为诊断旋转挤奶厅100及其可移动平台110的操作提供了有价值的基础。

特别地，根据本发明一实施例，第一发射器单元210还配置为检查微动量是否超过阈值。如果第一发射器单元210发现超过阈值，则第一发射器单元210配置为生成警报信号。由此，可以在早期阶段注意到可移动平台110中的不期望的和/或有害的振动，并且可以在旋转挤奶厅100损坏之前采取适当的纠正措施。

根据本发明一实施例，第一发射器单元210发射的重复频率取决于微动量。更确切地，如果微动量超过阈值，则第一发射器单元210配置为以第一重复频率重复地发射第一无线电信号S_ID。

另一方面，如果微动量小于或等于阈值，则将第一发射器单元210配置为以低于第一重复频率的第二重复频率重复地发射第一无线电信号S_ID。

图3示出了举例说明发射的无线电信号S_ID的重复频率f如何响应于可移动平台110上的微动的配准量而随时间t变化的图。

这里，我们假设可移动平台110处于静态直至可移动平台110开始旋转的第一时间点t₁，且结果是微动量增加到阈值以上。因此，直到第一时间点t₁，第一发射器单元210以相对较低的第一重复频率f₁例如0-3Hz发射第一无线电信号S_ID。然后，从第一时间点t₁开始，第一发射器单元210以第二重复频率f₂发射第一无线电信号S_ID，该第二重复频率f₂高于第一重复频率f₁，例如f₂等于10-15Hz。

然后，假定在此之后的预定间隔T内，第一发射器单元210的微动量保持在阈值之上，则第一发射器单元210继续以第二重复频率f₂重复地发射第一无线电信号S_ID直至预定间隔T到期。在图3所示的示例中，预定间隔T在第二时间点t₂到期；并且这里，第一发射器单元210开始以第三重复频率f₃重复地发射第一无线电信号S_ID，该第三重复频率f₃的大小分别在第一重复频率f₁和第二重复频率f₂之间，例如f₃等于5-8Hz。此后，即从第三时间点t₃开始，只要微动量超过阈值，第一发射器单元210就继续以第三重复频率f₃发射第一无线电信号S_ID。该过程是有利的，因为它提供了与启动可移动平台110相关的相对精确的位置数据。同时，在连续操作期间节省了能量。

通常有利的是，将上述处理单元230配置为例如通过执行计算机程序237以自动方式实现上述过程。因此，处理单元230可以通信地连接到存储计算机程序237的存储单元，即非易失性数据载体235，该计算机程序237继而包含用于当计算机程序237在处理单元230中运行时使处理单元230中的至少一个处理器执行上述动作的软件。

为了总结，并参考图4中的流程图，我们现在将描述根据本发明的控制旋转挤奶厅的一般方法。

在第一步骤410中，将第一发射器单元放置在可移动平台上，使得第一发射器单元及其发射天线与可移动平台的任何运动一起移动。然后，在步骤420中，从发射器天线发射第一无线电信号。第一无线电信号包含定时基准。第一无线电信号还唯一地标识第一发射器单元。

在与步骤420平行的步骤430中，在至少三个接收器站中接收第一无线电信号。这些站中的每一个都放置成静态，其接收器天线位于使得在旋转挤奶厅运行期间，第一无线电信号可以沿着视线从第一发射器天线传播到接收器天线。由此，第一发射器天线可被三角测量。具体地，在步骤430之后的步骤440中，在至少三个接收器站的每一个中产生相应的传感器信号。

随后，在步骤420和440之后的步骤450中，基于相应的传播时间生成参数，传播时间又是从包含在第一无线电信号中的定时基准导出的。由于传播速度对于每个接收器站都是相同的(即光速)，所以所述传播时间对应于发射器天线与接收器天线之间的相应距离。此外，该参数用于影响可移动平台的运动，例如其旋转速度和/或开始和停止顺序。

在步骤450之后，过程循环回到步骤420和430。

优选地，尽管在图4中被示为离散的步骤，但所有步骤420至450是顺序地并且同时地执行的，使得例如当在步骤420中的特定时间点发射无线电信号时，在步骤450中，基于在稍微较早的时间点发射的无线电信号来生成参数。

参考图4描述的所有处理步骤以及步骤的任何子序列可以通过编程的处理器来控制。此外，尽管以上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执行的处理，但本发明因此还扩展到适于将本发明付诸实践的计算机程序，特别是载体上或之中的计算机程序。该程序可以是源代码、目标代码、代码中间源和目标代码，比如以部分编译的形式，或者以适合在根据本发明的处理的实施方式中使用的任何其他形式。该程序可以是操作系统的一部分，也可以是单独的应用程序。载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括存储介质，比如闪存、ROM(只读存储器)，例如DVD(数字视频/通用磁盘)、CD(光盘)或半导体ROM、EPROM(可擦可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)或磁记录介质，例如软盘或硬盘。此外，载体可以是可传输载体，比如可以经由电缆或光缆或者通过无线电或通过其他方式来传送的电或光信号。当程序体现在可以通过电缆或其他设备或装置直接传送的信号中时，可以通过这种电缆或设备或装置来构成载体。可替代地，载体可以是其中嵌入有程序的集成电路，该集成电路适于执行或用于执行相关的处理。

当在本说明书中使用时，术语“包括”用于指定所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在。然而，该术语不排除一个或多个附加特征、整数、步骤或部件或者其组的存在或添加。

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地变化。