Доильный робот: как устроен робот-дояр, виды и ограничения

Доильный робот, или робот-дояр, доит корову без оператора. Корова приходит в бокс сама, в удобное для неё время, а установка работает круглосуточно: производители называют такой режим добровольным доением. Робот узнаёт животное, решает, пора ли его доить, и при положительном решении выдаёт в кормушку порцию концентрата. Потом рука робота чистит соски, надевает доильные стаканы, доит и после доения обрабатывает соски средством для ухода за выменем.

По устройству доильный робот близок к машинам из раздела промышленные роботы и оборудование для роботизации: рука с приводами, датчики, контроллер и программа. Отличается объект работы. Промышленный манипулятор берёт деталь с известной позиции, а доильный робот ищет соски живого животного, которое переступает и двигается в боксе. Поэтому главное в роботе-дояре не механика, а зрение. По оценке ФНАЦ ВИМ, примерно половина стоимости робота приходится на манипулятор доения с системой технического зрения.

Истории доильных роботов больше 30 лет. Первый прототип Lely Astronaut поставили на две фермы в Нидерландах в 1992 году, на рынок робот вышел в 1995-м. В 1998 году свои системы начала продавать шведская DeLaval. Lely сообщает о более чем 50 000 установленных роботов в 40 с лишним странах.

Робот-дояр собран вокруг бокса, то есть станка на одну корову с входной и выходной дверцами. В схеме Lely Astronaut, которую приводят исследователи БГАТУ, девять узлов: манипулятор позиционирования животного, две дверцы, автоматическая кормораздаточная станция, блок регулирования перемещения руки, доильный аппарат, лазерные датчики, рука робота и ролики обмыва вымени.

Привод руки у марок разный. У DeLaval VMS рука гидравлическая. Lely Astronaut A5 разрабатывали вместе с Festo, и его рука с электроприводом по сравнению с предшественниками A3 и A4 двигается плавнее, меньше пугает животное и надевает стаканы на 30 % быстрее.

Соски робот находит тоже по-разному. Lely сочетает лазер с камерой широкого обзора, GEA ставит в DairyRobot R9500 3D-камеры, а многобоксовая система Prolion Liberty определяет соски двумя ультразвуковыми датчиками. По сути это задача машинного зрения: датчик строит картину вымени, программа вычисляет, куда вести стакан.

Во время доения датчики следят за молоком. Lely измеряет электропроводность молока и число соматических клеток у каждой коровы, а система контроля качества Lely MQC сообщает о признаках мастита, содержании жира, белка и лактозы. Отклонения фермер видит в программе управления стадом раньше, чем болезнь станет заметна.

Цикл доения у разных марок похож. Корова заходит в бокс, робот опознаёт её и решает, доить ли сейчас; если да, в кормушку падает порция корма, и животное спокойно стоит. Затем вымя готовят. У Lely щётки снимают грязь и навоз с сосков и нижней части вымени, стимулируют молокоотдачу, а после очистки их дезинфицируют. GEA делает всё внутри доильного стакана: стаканы надевают один раз, и прямо в сосковой резине соски чистят, стимулируют, сдаивают первые струйки, доят и обрабатывают.

Дальше робот доит каждую четверть вымени отдельно и учитывает поток молока конкретной коровы. После доения соски автоматически обрабатывают средством для ухода за выменем, дверца открывается, и корова выходит.

Готовит вымя робот дольше человека. По данным ФНАЦ ВИМ, чтобы обработать соски и подключить стаканы, робот тратит 1,5–2,0 минуты, оператор машинного доения 10–15 секунд, а правила машинного доения рекомендуют не больше 60 секунд. Медлить нельзя из-за физиологии: окситоцин действует 5–7 минут, потом корова перестаёт отдавать молоко.

Исследователи БГАТУ выделяют три направления: бокс с одной рукой робота, систему из нескольких боксов на одну руку и роботизированные доильные установки.

Однобоксовый робот доит до 60 коров в сутки, Lely называет для большинства ферм около 60 коров на робота. Если стадо больше, боксы ставят рядом. На испанской ферме El Carrizal два робота GEA DairyRobot R9500 доят 136 коров и получают 6000 литров молока в день. Производитель заявляет для бокса площадь 5,3 м² и до 40 % экономии места, когда боксов несколько.

В многобоксовой системе одна рука обслуживает несколько станков. Prolion Liberty объединяет до четырёх боксов: надев стаканы одной корове, рука возвращается и может работать в соседнем боксе. По таблице того же обзора такие системы рассчитаны на 80–90 коров против 60 у однобоксовых.

Для крупных ферм роботизируют доильные залы типа «Карусель». DeLaval и Boumatik ставят на карусели модули, которые готовят вымя, подключают аппараты и дезинфицируют соски после доения. При работе 18–19 часов в сутки такая установка доит до 90 коров в час, а один робот на карусели делает 18 доений в час против 7,9 в отдельном боксе DeLaval. В карусели GEA DairyProQ робот-манипулятор стоит на каждом доильном посту. Бывает и частичная роботизация, когда робот берёт на себя одну операцию, а остальное делают операторы: пример приведён ниже, в разделе о России.

Нагрузку на робот считают по числу коров и доений. Однобоксовый робот рассчитан до 60 коров, при 2,6 доения на корову в сутки это около 156 доений. Для небольших ферм ФНАЦ ВИМ ориентируется на 3–4 робота-монобокса на 200 голов. Запас по пропускной способности нужен потому, что коровы сами выбирают, когда идти на доение, и приходят неравномерно.

В октябре 2021 года представитель DeLaval оценивал российский парк доильных роботов в 800 с лишним единиц, которые обслуживали около 50 000 голов скота; в мире тогда работало больше 60 000 роботов, из них 24 000 марки DeLaval. Крупнейшей российской фермой с роботами этой марки он называл «Вакино» с 33 роботами. В 2023 году ФНАЦ ВИМ насчитывал в стране около 1000 зарубежных доильных роботов.

На большинстве мелких и средних ферм роботов нет: там 75–80 % доильных установок работают с переносными вёдрами или молокопроводом. Учёные ВИМ объясняют это ценой робота, 12–16 млн рублей, и добавляют, что из-за санкций и остановки поставок запчастей дальнейшая эксплуатация импортных машин проблематична. Lely единой цены не называет: стоимость зависит от планировки фермы, числа коров и роботов, монтажа и сервисного договора.

Отечественный робот пока в разработке. В 2023 году прототип ФНАЦ ВИМ проходил лабораторные испытания, а часть комплектующих и сенсоров ещё только предстояло начать выпускать в России. В материалах, поданных на премию Минобрнауки в 2024 году, авторы описывают первый в отечественной практике доильный робот с техническим зрением и контролем качества молока и считают, что он сократит трудозатраты на 35–40 %.

Крупные хозяйства роботизируют доение по частям. «ЭкоНива» начала пилот в 2025 году на комплексах «Высокое» и «Бодеевка» в Воронежской области. Робот обрабатывает вымя после доения на установке «Карусель», раньше это делали сотрудники водными пистолетами. Теперь на одной карусели работают четыре оператора и робот вместо пяти операторов. Холдинг планирует оснастить роботами все свои современные комплексы до конца 2026 года и закупает российское и импортное оборудование. Как роботы распределяются по операциям фермы, разобрано в материале о доении, кормораздаче и уборке в животноводстве.

Главный довод за робота: коровы дают больше молока. Исследователи связывают с роботами рост продуктивности на 10–15 % и лучшее качество молока: соски перед доением чистят тщательнее, а вакуумом управляют отдельно по каждой четверти. Труда на доение, по оценке БГАТУ, уходит в четыре раза меньше, чем на доильной «Карусели». Для фермы это заметная статья: на доение приходится 35–50 % всех затрат на производство молока.

Против робота говорят деньги. Даже в Европе с её дорогой рабочей силой роботы пока самый капиталоёмкий путь модернизации доения, в России тем более. Роботу нужна устойчивая связь с интернетом, а привязной коровник придётся перестроить под беспривязное содержание.

Поэтому ФНАЦ ВИМ советует считать от размера фермы. Коровники на 100–200 голов разумно переводить на 2–4 робота-монобокса, по одному на 50 голов. Фермам от 400 голов выгоднее доильный зал с почетвертными доильными аппаратами, который позже можно доукомплектовать роботами. Строить новое здание не всегда обязательно: робот Lely часто встраивают в существующий коровник, а некоторые фермы начинают с одного бокса и на время перехода оставляют доильный зал.

Доильный робот работает не в цеху, а на ферме, и по задаче ближе к сервисным машинам, чем к станочному оборудованию. Соседние классы роботов решают другие задачи. Промышленный робот-уборщик моет полы складов и торговых центров, роботы-доставщики возят посылки, а робот-официант разносит заказы в зале ресторана. Робот-охранник патрулирует территорию, робот-штукатур наносит раствор на стены, а человекоподобный робот (гуманоид) повторяет форму тела человека.

У доильного робота есть соседи и на самой ферме. Lely, например, выпускает робот-скрепер для навоза Discovery и робот для смешивания и раздачи корма Vector. В растениеводстве работают агророботы для сбора урожая и прополки, а общую картину даёт обзор роботизации сельского хозяйства.

• Время подготовки. На обработку сосков и подключение стаканов робот тратит 1,5–2,0 минуты при рекомендуемых 60 секундах, а окситоцин действует 5–7 минут. Ускорить робота можно более сложной конструкцией и дорогими сенсорами, и это поднимет цену оборудования.
• Цена. Импортный робот стоит 12–16 млн рублей в ценах 2023 года, роботизация остаётся самым капиталоёмким путём модернизации доения.
• Запчасти и сервис. Из-за санкций запчасти для импортных роботов везти трудно; отечественный робот в 2023 году был прототипом на лабораторных испытаниях.
• Инфраструктура. Нужны беспривязное содержание и устойчивая связь с интернетом.
• Пропускная способность. Один бокс рассчитан примерно на 60 коров, поэтому большому стаду нужны десятки боксов, а роботизированные карусели, по оценке БГАТУ, ещё нуждаются в доработке.