動物管理系統的製作方法

2023-09-22 07:53:50 2

專利名稱：動物管理系統的製作方法
技術領域：
本發明總地涉及電子控制和監視動物領域。
技術背景傳統上，實體圍欄用來將牲畜限制在規定範圍內。最近，虛擬圍 欄設備被描述用來安裝於動物身上。通常，這些設備通過施加聽覺和 /或電刺激來控制動物的空間位置。多個發明已大體上闡述了虛擬圍欄的問題，但是這些設備中的每 一種均依賴於中央控制器的存在來確定例如動物的位置、虛擬邊界的 位置、何時施加和停止施加刺激等等。儘管這些設備的工作令人滿意，但它們受限於所用探測設備的固有特性，如GPS衛星網絡的範圍、 埋地線路的位置、中央發射器和/或接收器的位置等等。美國專利文獻No.5241932 ( Janning ) />開了 一種4吏用應答器和 中央發射器來控制動物的系統。通過將應答器安裝於動物身上以便發 信號告知它們何時靠得太近，這種系統也可以根據中央發射器的確定 來分散動物。當動物之間的距離小於最小編程距離時，這種系統向動 物施加刺激，但在應答器之間沒有任何通信，也不確定例如哪個動物 應接受刺激或刺激應施加多長時間。本發明的一個目的是提供一種用於控制和監視動物的系統，該 系統在中央控制器處於可達範圍之外及或根本不存在的時候也能夠 工作。發明內容在一個主要方面，本發明提供了 一種用於控制和監視至少兩個動 物的系統，該系統包括控制設備，這些控制設備被調配為安裝到所述動物上並被設為彼此進行通信，其中每個控制設備包括距離和運動 處理器裝置，用於確定所述控制設備相對於其它控制設備的距離和確 定所述控制設備相對於其它控制設備的相對運動；和觸發信號產生裝 置，該裝置被設為在所確定的距離及相對運動值與一個或多個預定的 或依情況可選的距離及相對運動閾值相比偏離允許值時，產生觸發信 號。該系統還包括至少 一個刺激施加設備，該設備被調配為安裝到至 少所述動物中的一個被選動物上，並被設為在被觸發信號激活時對該 動物選擇性地施加刺激。在其另 一個主要方面，本發明也提供一種用於局部控制和監視至 少兩個動物的方法，該方法包括在第一個和/或第二個動物的位置確定第一個動物相對於第二個動物的距離和相對運動；並在所確定的距離及相對運動值與一個或多個預定的或依情況可選的距離及相對運 動閾值相比偏離允許值時，選擇性地對這些動物中的一個或多個施加 刺激。在轉向對附加特徵和/或可選特徵進行介紹以及為上述確認的系 統組件的優選形式提供進一步定義之前，最好對一些本發明的主要原 理可找到應用的簡單情況進行簡要介紹。首先假定該系統被用來控制和監視僅兩個動物， 一種情況為兩隻 公牛，另一種情況為一隻公牛和一隻母牛。在第一種情況下，相關的 是兩隻公牛中每一隻都安裝一個控制設備和一個刺激施加設備。這些 控制設備設計用來確定和記錄這兩隻公牛彼此間的相對位置，如它們 之間的絕對距離是多少米，而不依賴與所述動物攜帶的設備相分離的中央控制器。因為只要這些控制設備記錄到確定的距離大於例如25 米(該距離作為門限最小距離存儲於控制設備中)，將不產生對任何 動物的刺激。同樣地，當一個動物在運動或兩個都在運動時，任何一 個保持與另一個的初始距離或處於不會減小該距離的方向上，這些控 制設備將記錄並確定這樣的運動模式，當這兩個動物之間保持的距離 沒有下降到低於(即偏離)允許的25米距離時，不產生觸發信號。另一方面，如果這兩隻公牛中的一隻是靜止的，而另一隻向靜止 的動物運動(在方向和速度上)，且運動的方式是預先存儲的閾值表 明構成'挑釁公牛情況，，此時僅該挑釁動物所攜帶的控制設備上的信 號產生設備產生觸發信號，這樣便開始對這隻公牛施加'否定，刺激，例如一個具有預定強度(或這樣一個強度 一旦控制設備確定這兩個 動物的距離超過進一步的距離閾值，則該強度增加)的電擊，其目的 是使該動物停止；刺激可以只施加較短的時間，如電擊刺激，如果該 公牛停止則不再施加。如果已停止的公牛仍處於兩隻動物的最小允許 距離以內，此時為促使其遠離另一隻公牛，可向這隻已停止的公牛施 加一種不同類型的刺激。為了使該動物能夠對不同的刺激以所希望的 方式作出反應，當然有必要"教育"該動物使其響應於給定的刺激表現 出所期望的行為。鑑於公牛好鬥的天性，給另一隻公牛安裝刺激施加 設備以便能夠控制和監視這兩個動物的行為，當然是必要的。相反，在上述一隻公牛和一隻母牛的情況下，鑑於母牛的性情更 為溫和，可不對其進行主動控制(確切地說，只監視)，只需在公牛 身上安裝刺激施加設備，同時兩個動物都攜帶控制設備即可，通過只 對公牛進行選擇性的刺激施加和控制，可以獲得所希望的行為反應或 這兩個動物之間的交互活動。這些控制設備可以包含額外的處理器和數據存儲功能以及額外 的傳感器設備，以使監視和控制一個或多個動物的行為(或其他環境 交互指示)成為這些其他指示的一項功能，例如在一個擴展系統中這 些控制設備被編入安裝有這些設備的動物的動物標識數據，從而允許 實施更複雜的、選擇性的刺激施加所依據的規則集合，下面將對此做 更詳細地解釋。從以上的舉例說明中很明顯地看出，該系統能夠用在對較大數 量動物的控制和監視方面，如成群的羊或馬。在後一種情況下，例如， 如果馬群由1匹種馬和10匹母馬組成，儘管上述類型的控制設備能 夠安裝在所有動物身上以用於監視目的，但只在這匹種馬身上安裝刺 激施加設備以將馬群作為一個單位進行控制，激發所希望的或阻止不希望的種馬與馬群中的一匹或多匹母馬之間的交互活動。如上所述，下面是本發明的上述主要原理的優選實施方式及其 他方面。在本發明的一個實施方案中，該系統的控制設備也包括用於確 定這些控制設備之間絕對和/或相對位置的處理器裝置，從而能夠在規 定環境裡對動物的位置進行額外的監視。在一種優選形式中，控制設備本身具有處理和存儲能力，用於 處理所做的確定結果並產生其與所存儲的預定的相對位置、距離和/ 或運動(即速度和方向)的允許閾值之間的比較，從而提供一種在滿 足實時數據處理需求的情況下獨立於中央控制器的系統。因此，進行對所述動物的監視和控制，無需中央控制器來實時 監視動物行為(如運動)。通過響應於被測動物的行為發出刺激施加 信號從而主動控制動物的交互活動，在每個控制設備處局部實現以上 任務。儘管如此，中央控制器可以用來間歇地或連續地上傳或下載控制設備駐留數據，並視需要幫助計算更為複雜的行為標準控制模式。 因此，控制設備為完成局部控制需要足夠的"獨立性"或自主性，但可以依靠中央控制器對由不同確定裝置提供的信號執行更複雜的計算工作。也應當理解，中央控制器可以為控制設備提供其他數據以滿足某些特定場合的需要。應當理解，所述設備能夠作為項圏或耳標戴在動物體外，或者完全或部分植入，例如具體實現為植入在動物體內的具有外部電源的微晶片。本發明最初是在反芻動物控制的背景下設計的，例如普通牧場 中的牛，用以阻止不希望的交互活動。然而，應當理解，本發明的系 統/方法能夠用於其他動物。 一項可能的應用預計是對人的控制，例如， 用於拘禁設施的情況下。無線電信號發射器和接收器被加入到控制設備中，這提供了以下優點允許基於信號強度評估、脈沖檢測(pinging)或遙測領域的 一些其他已知技術來確定動物的相對位置、距離和/或運動。還應當理解，對於是否需要對動物中的一個或多個施加刺激 (及其力度或強度)的確定，可以包括其他與相對位置、距離和/或運動不相關的屬性。這提供了以下優點允許基於多種其他因素——如 環境屬性、動物身份、性別、行為和/或姿態——施加或停止施加刺激。在另 一個優選的實現方案中，控制設備被設為允許數據沿著一 連串的所述控制設備傳輸，例如，以使第一個控制設備採樣和確定的 代表第一個動物行為的數據能夠傳送到這個動物附近的其他動物所 攜帶的控制設備上。在這種情況下，這些傳輸的數據將包括唯一的控 制i殳備標識符，從而允許識別動物個體。這便提供了以下優點這樣的數據能夠從一個控制設備傳輸到 另 一個控制設備，直到它進入例如數據讀取器或數據存儲設備的範圍 內，該設備允許中央控制器對動物在時間上的行為模式進行釆樣和存 儲。應當理解，控制設備也可以被設為從其他傳感器上採集數據， 這些傳感器安裝於基礎設施上，例如農場中的門、水槽和/或水/食物 供應設施，從而允許確定更全面的歷史行為情況。然而，同樣地，由 這些其他傳感器提供的數據可以用作可對動物施加刺激所依據的其 他屬性。如上面提到的，在另一種優選的實現方案中，該系統可以包括 一個或多個與控制設備相關聯的二級傳感器，用於監視動物中心和/ 或環境屬性，如外部溫度、內部溫度等等。這提供了以下優點能夠 採樣進一步的關於動物對環境因素作出反應的行為的信息，如脖子角 度傳感器來確定牧草或交配習性，"啃咬，，計來提供關於營養和牧場空 間利用率的信息，內部生理傳感器、計步器來確定動物行走了多遠等 等。在另一種優選的實現方案中，控制設備被設為允許從選定的控 制設備獲取數據和/或向選定的控制設備提供數據。這便提供了以下優點允許關於特定動物的行為的信息按照需 要被採樣和存儲。在本發明系統的一個更有限的方面，提供了一種用於控制和監 視至少兩個動物的系統，該系統包括控制設備，這些控制設備被調配為安裝在動物身上並被設為相互通信，其中每個控制設備包括 用於確定安裝有這樣的控制設備的動物的位置的裝置； 用於確定動物之間的距離的裝置； 用於確定動物之間的相對運動的裝置； 該系統還包括至少一個刺激施加設備，該設備被設為對攜帶所述設備的動物 進行選擇性的刺激施加，該刺激施加設備被設為對所述控制設備中的 一個或多個作出響應；和用於響應於對相對位置、距離和運動中的至少一項的確定及其與 一個或多個預定的或依情況選擇的屬性之間的比較來確定是否需要 向動物施加刺激的裝置。另一方面，本發明提供了一種用於控制和監視至少兩個動物的方 法，包括至少兩個前述類型的控制設備，該方法包括以下步驟a) 確定第一個所述動物相對於第二個所述動物的位置；b) 確定第一個所述動物與第二個所述動物的距離；c) 確定所述第一個與第二個動物之間的相對運動；d) 響應於對相對位置、距離和運動中的至少一項的確定及其 與一個或多個預定的或依情況選擇的屬性之間的比較，開始對一個或 多個被選動物施加刺激；e) 在預定的刺激施加時間結束後，或者響應於所確定的相對 位置、所確定的距離及所確定的運動與其一個或多個預定的或依情況 而定的閾值相比偏離設定的量，停止對一個或多個被選動物施加刺 激。另一方面，本發明提供一種用於控制和監視至少兩個動物的裝 置，包括至少兩個控制設備，這些控制設備被調配為安裝在動物身上 並被設為彼此通信，每個控制設備包括微處理器，用於連續地確定第一個所述動物相對於第二個所述動物的距離，並確定所述第一個和第二個動物之間的相對運動；和 刺激單元，用於響應於從微處理器接收的信號向動物中的至少一個施加感覺刺激；其中，該微處理器是可編程的，以便如果滿足預定的刺激規則，則對這些動物中的至少一個施加刺激並在取得預定結果時撤消該刺激。通過下文對本發明優選實施方案的描述及相關附圖，本發明不同 方面的其他特徵和優點將顯而易見。


圖1所示的是根據本發明一種具體實施方案的虛擬動物圍欄裝 置的框圖；和圖2所示的是示意流程圖，該圖顯示了在圖l裝置的操作過程中 確定何時向動物施加刺激以及何時取消刺激的步驟。
具體實施方式
以下描述討論利用安裝於動物身上的控制設備間的通信對動物 進行控制和監視的系統、方法和裝置。參考附圖，圖1以功能框圖的形式示出了用於控制和監視動物的 裝置10。裝置IO安裝於環繞著動物脖子(未示出)佩戴的項圏(未 示出)。裝置10包括用於施加電擊的刺激單元12，該刺激單元一般是向 動物脖子頂部施加電擊。微處理器14與加速度計16協同工作，後者 被設為檢測攜帶在動物身上的裝置IO速度上的微小變化。裝置10也 包括以發射器/接收器20的形式存在的通信模塊，該模塊與微處理器 14通信，並向安裝於其他動物的類似項圏(裝置10)發送信號或從 其接收信號。發射器/接收器20接收到的信號及信號強度被輸入到微 處理器14,微處理器14於是能夠計算並確定動物相對於目標——即 另一個動物——的位置。在一種替代的簡易實施方案中，動物身上的裝置10可包括僅一 個發射器，同時另一個動物身上的裝置10可包括僅一個接收器。應當理解，GPS技術可以有利地結合到裝置10中，並且與上 述確定所述動物相對位置(例如距離)的方法一起使用，以確定動物 在虛擬圍欄和/或實體圍欄裡的實際位置。裝置10也可結合電子羅盤18以提供表示動物微小運動的方向 的信號，並允許確定該方向。這樣的信息是指示動物的運動模式的方 向(定向)所必需的。裝置10也可以任選地包括頸部角度監視器來識別和/或記錄何 時動物的脖子例如朝下，表明這個動物在吃草或喝水。這些附加信息 對於識別所述動物的具體行為是有利的，例如允許確定是否 一組攜帶 裝置10的動物在給定位置表現出共同的習性。裝置10設計用來使數據例如行為數據以鏈式方式傳送至臨近的類似裝置並能被這些裝置接收，這是為了使數據進入一個或多個位於 如固定建築或車輛上的數據讀取器或數據存儲設備的範圍內。應當理 解，這種數據中繼功能也能用來傳輸從安裝在固定基礎設施——如農 場中常見的門、水槽或食物供應設施——上的傳感器而來的數據。該系統及其組成裝置10還被設計為能夠從此類裝置中的一個特 定裝置獲取由裝置10採樣和保存的數據， 一般是通過指向特定動物的定向天線"槍，，來獲取。可替換的，或除此之外，該定向天線"槍，，也可以用來將數據加載到一個特定的裝置10， 一般用於改變存儲在裝置 10中的刺激規則和/或其他參數並可應用於這些動物中的一個或多個。應當理解，這些數據中的一些可能是動物專用標籤數據，該數據能 夠用來例如控制門的、餵食器的或水槽的行為。裝置10的微處理器14被編入數據，這些數據包括對一個或多個 動物施加刺激所必須滿足的刺激規則、動物的類型、用於確定對哪個 (哪些)動物施加刺激的邏輯、用於計算對這個(這些)動物施加刺 激的持續時間的邏輯、關於當滿足刺激規則時以何種強度施加刺激的 強度數據。所述刺激施加規則可以是例如僅兩個動物之間的距離這樣簡單 的東西。通過這種方式，能使動物保持分散，例如，以避免其交配， 或誘使動物聚集，例如，以誘使交配。這些刺激規則也可以更為複雜並可以在施加任何刺激之前包括例如這樣的確定兩個動物都是公的 並且正在以一定的速度朝彼此走過去。通過這種方式，能夠避免動物 ——諸如兩隻公牛——打架。圖2所示的是示例性的用於確定何時向動物施加刺激以及何時 停止刺激的一系列步驟。在步驟30中，首先確定動物的位置和行為， 包括運動的距離、速度和方向。在步驟32中，該數據與提供預定刺 激規則的閾值進行比較。例如，該刺激規則集合可以包含不允許某些 動物個體靠近小於最小安全交互距離所依據的數據。由此，當檢測到這些動物正向彼此運動或一個動物正向另一個運動，且達到最小距 離，微處理器14便根據所設定的規則確定是否需要向這些動物中的 一個或多個施加刺激，即步驟33，隨後控制刺激單元12施加必要的 對動物加以刺激的行為，即步驟34。不間斷地監視這些動物的行為， 施加的刺激可以一直持續到證實這些動物已停止，相互遠離，要不然 是另一刺激標準不再滿足，即步驟36。接著刺激被取消，即步驟38。 隨後依照步驟30重新確定動物的位置和行為，此循環重複進行。能夠表明，利用以上描述的方法和系統，訓練諸如公牛這樣的動 物使其表現出所希望的行為是可能的，其中，裝置10用於滿足此目 的即提供可被監視和控制的否定性強制行為，從而消除不期望的動 物個體或動物群體的行為。同樣能夠表明，安裝有裝置10並工作在本發明方法下的動物 '學習，避免導致施加不舒服的否定刺激的行為，即一段時間後，否定 刺激施加的頻率會減少。鑑於所述的預定刺激規則集合能夠以簡單的方式(軟體/資料庫 實現)來調整，並且一個更新的或修訂的集合可根據需要下載到裝置 10，所以上述方法和系統允許對行為模式進行微調，並易於適應變化 的情況。例如，對多種動物進行的實驗表明，誘發特定行為——如阻止動物做某一特定活動——所需的刺激持續時間和強度對於同一種 類的不同動物可以是不同的。此外，動物快速學習把剌激模式與所希 望的行為聯繫起來。此外，能夠表明，施加刺激僅到動物停止活動為 止的策略是一種有效的控制動物運動的方法。相信該方法和系統是對以往系統的改進，並將可能使虛擬圍欄成 為一種經濟上可行的選擇。本領域的技術人員應當理解，如所述具體實施方案中所示，可以 對本發明做許多變動和/或修改，而不脫離這裡主要描述的發明的精神 或範疇。因此，所述的具體實現方案無論從那方面來說都是說明性而 非限定性的。
權利要求
1.一種用於控制和監視至少兩個動物的系統，包括控制設備，這些控制設備被調配為安裝到所述動物上並被設為彼此通信，其中，每個控制設備包括距離和運動處理器裝置，用於確定所述控制設備相對於其他控制設備的距離和確定所述控制設備相對於其他控制設備的相對運動；和觸發信號產生裝置，該裝置被設為在所確定的距離及相對運動值與一個或多個預定的或依情況可選的距離及相對運動閾值相比偏離允許值時產生觸發信號，該系統還包括至少一個刺激施加設備，該刺激施加設備被調配為安裝在所述動物中的至少一個被選動物身上，並被設為在被觸發信號激活時對動物選擇性地施加刺激。
2. —種用於控制和監視至少兩個動物的系統，包括被調配為安 裝在動物身上並被設為彼此通信的控制設備，其中，每個控制設備包 括用於確定安裝有這樣的控制設備的動物的位置的裝置； 用於確定動物之間的距離的裝置；用於確定動物之間的相對運動的裝置；該系統還包括至少 一個刺激施加設備，被設為向攜帶所述設備的動物選擇性 地施加刺激，該刺激施加設備被設為對一個或多個所述控制設備作出 響應；和用於響應於對相對位置、距離和運動中的至少一項的確定及其 與一個或多個預定的或依情況選擇的屬性之間的比較來確定是否需 要向動物施加刺激的裝置。
3. 根據權利要求1或2的系統，其中所述控制設備還包括 處理和存儲裝置，用於處理所做的確定並將其與所存儲的關於相對位置、距離和/或運動的預定的允許閾值進行比較。
4. 根據權利要求l、 2或3的系統，其中，所述控制設備還包 括無線電信號發射器和接收器。
5. 根據前述任何一個權利要求的系統，其中，確定是否需要向 一個或多個動物施加刺激及其力度或強度的操作可以包括其他與相 對位置、距離和/或運動無關的屬性。
6. 根據權利要求5的系統，其中，所述的其他屬性包括環境屬 性、動物身份、性別和行為中的一項或多項。
7. 根據前述任何一個權利要求的系統，其中，所述控制設備被 設為允許數據沿著 一連串所述控制設備傳輸。
8. 根據權利要求7的系統，其中，所述數據包括唯一的控制設 備標識符。
9. 根據前述任何一個權利要求的系統，該系統還包括一個或多 個與所述控制設備相關聯的二級傳感器，用於監視動物中心和/或環境 屬性。
10. 根據前述任何一個權利要求的系統，其中，所述控制設備 被設為允許從選定的控制設備獲取數據和/或向選定的控制設備提供 數據。
11. 一種用於局部控制和監視至少兩個動物的方法，包括在 第一個動物和/或第二個動物的位置上確定第一個動物相對於第二個 動物的距離和相對運動；以及在所確定的距離及相對運動值與一個或 多個預定的或依情況可選的距離及相對運動閾值相比偏離允許值時， 選擇性地對這些動物中的一個或多個施加刺激。
12. 根據權利要求11的用於控制和監視至少兩個動物的方法， 包括至少兩個能夠安裝在所述動物上並被設為彼此通信的控制設備， 該方法包括以下步驟a) 確定第一個所述動物相對於第二個所述動物的位置；b) 確定第一個所述動物與第二個所述動物之間的距離；c) 確定所述第一個和第二個動物之間的相對運動；d) 響應於對相對位置、距離和運動的至少一項的確定及其與一 個或多個預定的或依情況選擇的屬性之間的比較，開始對一個或多個 被選動物施加刺激；e)響應於對刺激施加時間、相對位置、距離和運動中的至少一 項的確定及其與一個或多個預定的或依情況選擇的屬性之間的比較， 停止對一個或多個被選動物施加刺激。
13. 根據權利要求11或12的方法，其中，步驟a)包括所述第 一控制設備發射信號而第二控制設備接收該信號的子步驟。
14. 根據權利要求ll、 12或13的方法，其中，確定是否需要 向一個或多個動物施加刺激及其力度或強度的步驟包括其他的與相 對位置、距離和/或運動不相關的屬性。
15. 根據權利要求13的方法，其中，所述其他屬性包括環境屬 性、動物身份、性別和行為中的一項或多項。
16. 根據權利要求11至15之一的方法，該方法還包括沿著一 連串所述控制設備傳輸數據的步驟。
17. 根據權利要求16的方法，其中，所述數據包括唯一的控制 設備標識符。
18. 根據權利要求11至17任何一個的方法，該方法還包括使 用 一個或多個與所述控制設備相關聯的二級傳感器監視動物中心和/ 或環境屬性的步驟。
19. 根據權利要求11至18任何一個的方法，該方法還包括從 選定的控制設備獲取數據和/或向選定的控制設備提供數據的步驟。
20. 用於控制和監視至少兩個動物的系統、方法和裝置，基本 上如這裡參考附圖對本發明的任何一個具體實施方案所描述的。
全文摘要
一種用於控制和監視動物的系統，包括控制設備(10)，這些控制設備能夠安裝在這些動物上並被設為彼此通信。每個控制設備(10)包括用於確定一個動物相對於第二個動物的位置的裝置、用於確定這兩個動物之間距離的裝置和用於確定動物之間的相對運動的裝置。該系統還包括刺激施加設備(12)，被設為基於動物的相對位置、距離和/或運動選擇性地對動物施加刺激。
文檔編號A01K15/02GK101222842SQ200680025824
公開日2008年7月16日 申請日期2006年5月24日 優先權日2005年5月24日
發明者皮特·伊恩·科克 申請人:聯邦科學和工業研究組織