JP2006296221A

JP2006296221A - 動物誘導システム

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Publication number: JP2006296221A
Application number: JP2005118754A
Authority: JP
Inventors: Taro Maeda; 太郎前田; Hideyuki Ando; 英由樹安藤; Takehiro Moriya; 健弘守谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-15
Also published as: JP4554424B2

Abstract

【課題】言語による意思疎通の困難な対象を、訓練なしで確実に誘導する。
【解決手段】動物誘導システム３００は、電極４４ａ及び４４ｂからなる電極４４と、電気刺激装置８０とからなる。電極４４ａは犬の左耳の後ろに、電極４４ｂは右耳の後ろに装着する。電気刺激装置８０は、電極４４へ誘導のための前庭刺激電流を流し、犬を誘導する。
【選択図】図１

Description

本発明は、前庭感覚への刺激により動物に対する誘導制御を行う動物誘導システムに関する。

従来、特許文献１に記載されているように、平衡感覚の受容器である前庭感覚への電気刺激を利用した身体誘導装置が知られている。これは、前庭感覚を電気的に刺激することによって装着者自身の身体制御を介して自然な行動の誘導を行う非言語的なインターフェースであり、人間への適用を想定したものである。

図４は、従来の身体誘導装置の構成を示すブロック図である。同図において、２０１は利用者に搭載される各種センサ、２０２はそのセンサ２０１からの情報を取り込んで、電気的刺激信号を出力する電気刺激装置である。電気刺激装置２０２は、電源２０３と、電源２０３からの電力をセンサ２０１からの情報に応じて制御する制御装置２０４と、予め地図などの情報が記憶されるメモリ２０５を備えている。また、制御装置２０４からの出力信号を利用者の頭部に配置された電極２０６，２０７へ供給して、意識下での条件反射的な動作を誘導するようにする。

このような電気刺激による歩行の誘導は次のようなものである。利用者の頭部左後方と頭部右後方のそれぞれの乳状突起周辺部に、電極２０６，２０７を配置設置し、電気刺激装置２０２によりこれらの電極２０６，２０７間に０．１〜１０ｍＡ程度の弱い直流を流すと、陽極側に向かって利用者の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。このように左右方向への加速度感を生じさせることによって、立位動作の原点である鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができ、これによって利用者の立位姿勢は当人の意図的な応答によらずに陽極側に傾く。この傾きを歩行中に生じさせると、利用者の歩行方向は陽極側に向かって曲がって行くことになる。

利用者を目標地点に誘導する場合、電気刺激装置２０４の制御装置内のプログラムによって、ＧＰＳ信号による位置情報と予め電気刺激装置２０４の記憶装置に記憶された目的地の位置情報とが比較照合されて、身体誘導用電極２０５又は２０６からの電気刺激に強弱が加えられる。
特開２００４−２５４７９０号公報

従来、動物に移動する方向や姿勢を指示する場合、指示者が身振りや手振り、あるいは、声により行っていた。しかし、動物が指示者の指示を理解するまでには訓練が必要であり、これには相当な時間を要していた。また、訓練を行っても、指示者の指示を必ずしも理解できない場合もあった。しかし、従来の技術は、人間への適用を想定したものであり、動物を誘導することは行っていなかった。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、言語による意思疎通の困難な対象を、訓練なしで確実に誘導することができる電気刺激方法及び装置を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、前庭器官を有し、言語による意思疎通が困難な対象に対して、前庭器官刺激電流を流す手段、を備えることを特徴とする動物誘導システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動物誘導システムであって、前庭器官刺激電流を流す前記手段は、痛覚を刺激しない、誘導のための前庭刺激電流と、痛覚を刺激し、警告を指導するための前庭刺激電流とを併用する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の動物誘導システムであって、首輪と一体化したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の動物誘導システムであって、前庭器官刺激電流を流す手段は、電気的刺激信号を供給する電気刺激装置と、言語による意思疎通が困難な前記対象の前庭感覚へ前記電気刺激装置から供給される電気的刺激を作用させる電極とを備え、前記電極は、体内に埋め込み可能であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の動物誘導システムであって、前庭器官刺激電流を流す前記手段は、前庭器官を有し、言語による意思疎通が困難ではない対象に対して、前庭器官刺激電流を流す、ことを特徴とする。

本発明によれば、前庭器官を有し、言語による意思疎通の困難な対象に対して、前庭刺激電流を流すことにより、指示者との意思疎通を行うことができる。これにより、警察犬や災害救助犬の誘導、訓練だけでなく、家畜の誘導や、競走馬、馬術、サーカスなどの訓練にも有効である可能性がある。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

＜第一の実施の形態＞
図１は、本発明の第一の実施の形態による動物誘導システム３００の犬への装着例である。動物誘導システム３００は、電極４４ａ及び４４ｂからなる電極４４と、電気刺激装置８０とからなる。電極４４ａ及び４４ｂは、図４に示す従来技術の電極２０６，２０７を用いる。また、電気刺激装置８０は、図４に示す従来技術の電気刺激装置２０２を用いる。同図に示すように、電極４４ａを犬の左耳の後ろに、電極４４ｂを右耳の後ろに設置する。電極４４ａ及び電極４４ｂは、犬の耳の後ろに電極４４ａ及び電極４４ｂを挟んで装着するためのガイドに取り付けられている。電気刺激装置８０は、犬の体にベルトなどにより装着する。あるいは、動物誘導システム３００、または、電気刺激装置８０を犬の首輪と一体化することでもよい。

例えば、犬を目標地点に誘導する場合、ＧＰＳ（Global Positioning System）を犬に装着し、電気刺激装置８０の制御装置内のプログラムによって、ＧＰＳ信号による位置情報と予め電気刺激装置８０の記憶装置に記憶された目的地の位置情報とが比較照合されて、電極４４からの電気刺激に強弱が加えられる。

動物誘導システム３００は、警察犬や災害救助犬など、人間と協調作業を要求される犬に対して、訓練時及び現場での移動方向の指示のために用いる。従来は、音声や身振りなどを伴った訓練により、人間による指示と、犬が移動すべき方向との対応関係を反復学習させることで、指示に従って行動するよう訓練が行われてきた。しかし、人間の指示動作や音声は、犬にとっては直感的と言えず、訓練の難易度は高かった。本動物誘導システム３００によれば、歩行移動時の刺激は犬にとっても自然に体がそちらへと足を運んでしまう方向誘導として機能する。視覚や聴覚に依存せず、再現性の高い方向性と強度を伝達することにより、指示者が犬の視野内にいる必要がある、犬が指示者の声の聴取範囲にいる必要がある、などの犬と指示者の位置関係に拘束されることなく、犬が進むべき方向を指示することができるようになる。これにより、訓練の達成度や現場での活性度を大きく改善することが出来る。そして、地図を読んだり、言葉では目標地点を理解できない犬を、目的地へ誘導することができる。

また、動物の音声による誘導において、音声トランスミッタ等により指示を与える方法では、声の質の変化等により動物は指示者の意図を認識できず、誘導が困難であった。しかし、本実施の形態によれば、電流量の情報のみを電気刺激装置８０に伝達すればよいため、指示者の意図を確実に動物へ伝達することができるとともに、ワイヤレス化が可能である。また、動物への錬度も要求されない。

図２は、ワイヤレス化した動物誘導システム４００の犬への装着例である。この動物誘導システム４００は、電極４４と、電気刺激装置８５及び無線レシーバ装置９０とからなる。電気刺激装置８５は、電気刺激装置８０と同様の構成でもよく、電気刺激装置２０２からメモリ２０５を除いた構成とすることでもよい。
指示者は、無線コントローラ５００を操作することにより、動物誘導システム４００へ無線により指示を与える。無線コントローラ５００は、指示者による指示を与えるための入力指示入力手段と、入力された指示を無線により動物誘導システム４００へ入力された指示を送信する無線送信手段とを備える。入力指示入力手段としては、スティックなどの手動のコントローラがある。また、手動のコントローラの他に、以下のようにしてもよい。例えば、指示者の体、指示者が手に持っている杖や携帯機器などに加速度センサを装着しておく。そして、指示者が身振り、手振りなどの方向を指示する動作を行ったときに、加速度センサは動きが発生した方向及び速さを認識する。そして、動きが発生した方向及び速さ、あるいは、その方向及び速さに応じて決定される電流指令値を、動物誘導システム４００へ無線により送信する。

従来、災害救助における被災者発見のために情報収集レスキューロボットが使用されていたが、遠隔地の悪路や障害による使用不能状態に陥りやすかった。これに比べて、災害救助犬は、犬自身の走破性と臨機応変性によって障害回避を自ら行い、指示者は手動の無線コントローラ５００に限らず、指示者に装着された加速度センサからの情報によって、身振り、手振り、杖、携帯機器等を用いた方向指示のみを行うことで、情報収集レスキューロボットのように使用不能状態に陥ることなく、災害救助犬へ指示を与え、目的地へ誘導することが可能となる。

なお、電流を犬の体内に流すために、電極４４を皮膚に対して貼り付けることが望ましいが、毛の深い場合には導電性ジェルなどを併用して貼り付けることで解決可能である。また、電極４４を生体になじみやすく、かつ、手術等により動物の体内に埋め込むことのできる形状及び素材としてもよい。電極４４を体内に埋め込むことで、犬の動作により電極４４が脱落することを防止できる。

また、言語による意思疎通が困難ではない対象、例えば、人間に対して動物誘導システム３００、４００を用い、誘導を行うこともできる。例えば、動物誘導システム３００、４００を災害救助員が用いることにより、災害救助員が自身で地図を確認する必要なく、遠隔からの誘導により、災害現場へ到達することが可能となる。

なお、上述する動物誘導システム４００は、以下のように構成することでもよい。
図３は、動物誘導システム４００の構成を示すブロック図である。図３に示す構成は一例であり、この構成に限定されない。動物誘導システム４００は、無線レシーバ装置９０、電流変化量制御部２０、及び、定電流発生・制御部４０から構成される。なお、電気刺激装置８５は、これらから無線レシーバ装置９０及び定電流発生・制御部４０に含まれる電極４４を除いた部分により構成される。

無線レシーバ装置９０は、無線コントローラ５００から無線による指示を受信する無線受信部９１と、無線受信部９１が受信した指示から、刺激目標の電流値を指示するための電流指令値を得て電流変化量制御部２０へ出力する合成部９２とを備える。例えば、合成部９２は、無線受信部９１が、動きの方向及び速さを受信した場合は、その方向及び速さに応じた電流指令値を決定して電流変化量制御部２０へ出力する。また、無線受信部９１が、電流指令値を含む指示を受信した場合は、その電流指令値の情報を取り出して電流変化量制御部２０へ出力する。

電流変化量制御部２０の定数値出力部２１は、一定電圧を出力する。ゲイン調整器２２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。この電圧は積分器２４において積分され電流量を指示する値として用いられるので、ゲイン調整器２２から出力され積分器２４に入力される電圧は単位時間あたりの電流変化量を指示する値となる。すなわち、ゲイン調整器２２の増幅率を調整することにより電流変化量を制御することができる。ゲイン調整器２２の増幅率は、刺激入力開始時刻における電流変化量が皮膚痛覚を刺激せず、かつ、最も単位時間あたりの電流量の変化が大きくなるよう設定する。

比較器２６は、無線レシーバ装置９０が出力する電圧と積分器２４が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、積分器２４の出力する電圧が無線レシーバ装置９０の出力する電圧より小さい場合は、比較器２６はハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。スイッチ２３は、比較器２６からハイレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３を閉じてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させ、ローレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３を開いてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させない。積分器２４は、ゲイン調整器２２が出力する電圧を積分して出力する。すなわち、積分器２４の出力電圧は時間に比例して上昇し、電流指令値に等しい値まで上昇すると、以後、その値を維持する。

ゲイン調整器２５は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。電流指令値に等しい値に維持された積分器２４の出力電圧がゲイン調整器２５の増幅率に従って増減された電圧は定常目標電流量を指示する値として定電流発生・制御部４０に入力される。すなわち、ゲイン調整器２５の増幅率を調整することにより定常目標電流量を制御することができる。

電流変化量制御部２０は上記のような構成により、定常目標電流量と単位時間あたりの電流変化量を制御する。

定電流発生・制御部４０の電源４１は、一定電流を出力する。電流検出器４２は、電源４１から電流調整器４３へ流れる電流量を検出し、検出した電流量に比例した電圧を比較器４５へ出力する。比較器４５は、電流検出器４２が出力する電圧と電流変化量制御部２０が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、電流検出器４２の出力する電圧が電流変化量制御部２０の出力する電圧より小さい場合は、ハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。電流調整器４３は、比較器４５からハイレベルの電圧が入力されたときは電流量を増加させ、ローレベルの電圧が入力されたときは電流量を減少させる。電極４４は、左耳の後ろに設置される電極４４ａ及び右耳の後ろに設置される電極４４ｂから構成され、電流調整器４３から出力された電流を犬に入力する。定電流発生・制御部４０は上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御部２０から入力される電圧に対応する電流量を達成するように電流供給を制御する。

定電流発生・制御部４０は、上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御部２０から入力される定常目標電流量と電流変化量を達成するように電流供給を制御する。
上記の構成により、犬に入力される電流量は徐々に増加して電流指令値が示す電流量に到達するので、皮膚痛覚刺激が抑制されるとともに、皮膚痛覚刺激の抑制範囲内においてより早く電流指令値が示す電流量に達する。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態においては、上述する第１の実施の形態による動物誘導システム３００、４００が、訓練のために、故意に電極４４により入力される電流を大きくする、あるいは、電極４４から高周波電流を流すことによる刺激を与え、皮膚痛覚を誘発させることを併用する。誘導のための電流とは異なり、犬に叱責を与えるものである。

上記動物誘導システム３００、４００は、移動中の動物に対し、動物誘導システム３００、４００による誘導に従い歩行を行うための軽微な訓練だけで、従来ような多くの訓練を必要とせず、リアルタイムに誤解なく、確実に姿勢や方向を遠隔により指示し、誘導することが可能となる。また、警察犬や災害救助犬の誘導、訓練だけでなく、家畜の誘導や、競走馬、馬術、サーカスなどの訓練にも有効である可能性がある。動物誘導システム３００、４００は、前庭器官を有し、言語による意思疎通の困難な対象、例えば、異言語を使用する者や、音を聞き取りにくい者、脊椎動物等に対して、前庭刺激電流を流すことにより、意志疎通を行うことができる。

本発明の第一の実施の形態による動物誘導システム３００の装着例を示す図である。同実施の形態による動物誘導システム４００の装着例を示す図である。動物誘導システム４００の構成を示すブロック図である。従来の身体誘導装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２０…電流変化量制御部
２１…定数値出力部
２２、２５…ゲイン調整器
２３…スイッチ
２４…積分器
２６…比較器
４０…定電流発生・制御部
４１，２０３…電源
４２…電流検出器
４３…電流調整器
４４、４４ａ、４４ｂ、２０６，２０７…電極
４５…比較器
８０，２０２…電気刺激装置
９０…無線レシーバ装置
９１…無線受信部
９２…合成部
３００、４００…動物誘導システム
２０１…センサ
２０４…制御装置
２０５…メモリ
５００…無線コントローラ

Claims

前庭器官を有し、言語による意思疎通が困難な対象に対して、前庭器官刺激電流を流す手段、
を備えることを特徴とする動物誘導システム。
前庭器官刺激電流を流す前記手段は、痛覚を刺激しない、誘導のための前庭刺激電流と、痛覚を刺激し、警告を指導するための前庭刺激電流とを併用する、
ことを特徴とする請求項１に記載の動物誘導システム。
首輪と一体化したことを特徴とする請求項１に記載の動物誘導システム。
前庭器官刺激電流を流す前記手段は、
電気的刺激信号を供給する電気刺激装置と、
言語による意思疎通が困難な前記対象の前庭感覚へ前記電気刺激装置から供給される電気的刺激を作用させる電極とを備え、
前記電極は、体内に埋め込み可能であることを特徴とする請求項１に記載の動物誘導システム。
前庭器官刺激電流を流す前記手段は、前庭器官を有し、言語による意思疎通が困難ではない対象に対して、前庭器官刺激電流を流す、
ことを特徴とする請求項１に記載の動物誘導システム。