WO2018180455A1 - 家畜管理システム、当該家畜管理システムで使用されるビーコンおよび家畜の位置の提供方法 - Google Patents

家畜管理システム、当該家畜管理システムで使用されるビーコンおよび家畜の位置の提供方法 Download PDF

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WO2018180455A1
WO2018180455A1 PCT/JP2018/009677 JP2018009677W WO2018180455A1 WO 2018180455 A1 WO2018180455 A1 WO 2018180455A1 JP 2018009677 W JP2018009677 W JP 2018009677W WO 2018180455 A1 WO2018180455 A1 WO 2018180455A1
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WO
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livestock
beacon
management system
control device
communication device
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/009677
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English (en)
French (fr)
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伊藤　順治
華璽 劉
朋彦 友金
Original Assignee
日本電産株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K29/00—Other apparatus for animal husbandry
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/06—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the present disclosure relates to a livestock management system, a beacon used in the livestock management system, and a method for providing a position of livestock.
  • the sound may not reach the livestock depending on the topography and weather around the livestock location. In that case, not all livestock can be guided.
  • the breeder must check whether all the livestock have returned after the herd has returned to the specified position, and if some livestock has not returned, it is necessary to search for the position of the livestock. is there.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 10-160820 discloses a receiver that receives radio waves from a GPS (Global Positioning System) satellite, a position signal acquired using the receiver, and a livestock identification code.
  • GPS Global Positioning System
  • a grazing livestock remote management system that manages the position of individual livestock in remote locations is disclosed.
  • the breeder can grasp the position of each livestock. However, the breeder must go to the position of the livestock that could not be guided and guide the livestock back.
  • This disclosure provides a technology that allows the position of each domestic animal to be grasped and the guidance of the individual domestic animal to be made possible.
  • the livestock management system of the present disclosure is a plurality of beacons that are attached to and used by a plurality of livestock, each having a communication device and a tactile device connected to the communication device.
  • a plurality of beacons a positioning system that detects electromagnetic wave signals transmitted from the communication devices of the plurality of beacons and estimates the position of each domestic animal to which each beacon is attached, and a control connected to the positioning system
  • the controller selects at least one beacon from the plurality of beacons according to the position of each livestock, and generates a command to operate the haptic device included in the selected beacon, The command is transmitted to the communication device included in the selected beacon, and the tactile device connected to the communication device is transmitted. To generate a stimulus to work.
  • the livestock management system of the present disclosure it is possible to grasp the position of each livestock and to guide each livestock.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a pasture where a livestock management system 100 according to the present disclosure is introduced.
  • FIG. 2 is a diagram showing the cow 1 with the beacons 50 mounted on both cheeks.
  • FIG. 3 is a diagram showing the internal hardware of the beacon 50.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the positioning device 30.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a hardware configuration of the control device 40.
  • FIG. 6 is a diagram showing the cow 1 a that has entered the restriction region S beyond the restriction line 7.
  • FIG. 7 is a diagram showing the cow 1a that has further entered the restricted area S.
  • FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of livestock (cow 1) guidance processing by the CPU 41 of the control device 40.
  • FIG. 1 is a procedure of livestock (cow 1) guidance processing by the CPU 41 of the control device 40.
  • FIG. 9 is a diagram showing a livestock management system 110 that uses the multicopter 60 to guide the cow 1 b away from the herd 9.
  • FIG. 10 is an external perspective view of an exemplary multicopter 60 according to the present disclosure.
  • FIG. 11 is a side view of the multicopter 60.
  • livestock means birds and beasts kept by humans.
  • Livestock includes, for example, cows, horses, pigs, chickens, dogs, and may also include pets (pets).
  • cow which is an industrial animal, is exemplified as livestock.
  • FIG. 1 shows a pasture where a livestock management system 100 according to the present disclosure is introduced.
  • a plurality of cattle 1 are kept in the pasture.
  • the grazing land is demarcated by a physical or virtual boundary 2.
  • the physical boundary line 2 is defined by a fence (not shown), for example.
  • the virtual boundary line 2 is determined by the breeder setting in advance in the control device 40 described later. As will be described later, the control device 40 can guide each cow 1 so that the cow 1 does not enter the land ahead of the boundary line 2.
  • the livestock management system 100 includes one or a plurality of receiving antenna devices 20, a positioning device 30, a control device 40, a beacon 50 attached to each cow 1, and a transmitting antenna device 80.
  • the beacon 50 is clearly shown only for the foremost cow 1.
  • FIG. 2 shows a cow 1 with a beacon 50 mounted on both cheeks.
  • the beacon 50 includes a right piece 50a attached to the right cheek, a left piece 50b attached to the left cheek, and a cable 50c connecting the right piece 50a and the left piece 50b.
  • the beacon 50 is a small electronic device having a communication device and a tactile device connected to the communication device, which will be described later.
  • the tactile device generates a stimulus applied to the cow 1.
  • the right piece 50a has a communication device and a haptic device
  • the left piece 50b has a haptic device.
  • each cow 1 can be trained in advance to change the course to the right when receiving a stimulus from the tactile device of the right piece 50a and to change the course to the left when receiving a stimulus from the tactile device of the left piece 50b. is there.
  • beacons 50 are assigned unique identification information in advance. While the beacon 50 is operating, the communication device of the right piece 50a periodically transmits its identification information (ID) superimposed on the electromagnetic wave signal, for example, every second.
  • ID identification information
  • the electromagnetic wave signal is referred to as a “beacon signal”.
  • the receiving antenna device 20 is attached to the upper part of the pole 4 having the illumination device 6. Although only one receiving antenna device 20 is shown in FIG. 1, a plurality of receiving antenna devices 20 may be provided.
  • the receiving antenna device 20 is connected to the positioning device 30 via a wired cable 25, for example. A wireless communication path may be used instead of the wired cable 25.
  • the receiving antenna device 20 has, for example, a plurality of receiving antenna elements arranged in a two-dimensional (planar) shape or an array shape.
  • the receiving antenna device 20 sends a beacon signal from each cow 1 received by the plurality of receiving antenna elements to the positioning device 30.
  • the receiving antenna device 20 and the positioning device 30 are collectively referred to as a “positioning system 38”.
  • the positioning system 38 detects the beacon signal transmitted from the communication device of the beacon 50 and estimates the position of each livestock to which each beacon is attached.
  • the positioning device 30 is installed in the building 90 together with the control device 40.
  • the control device 40 connected to the positioning system 38 receives information on the position of each livestock estimated by the positioning system 38.
  • the control device 40 selects at least one beacon from a plurality of beacons according to the position of each livestock. For example, when detecting that a certain cow 1 has entered a predetermined range from the boundary line 2, the control device 40 selects the beacon 50 attached to the cow 1 as a target for transmitting a command.
  • the control device 40 generates a command for operating the haptic device and transmits it to the selected beacon 50.
  • the beacon 50 that has received the command selectively operates the haptic device of the right piece 50a and / or the haptic device of the left piece 50b according to the command to generate a stimulus.
  • the stimulus is, for example, vibration or electric shock.
  • FIG. 3 shows the internal hardware of the beacon 50.
  • the right piece 50a of the beacon 50 includes a communication device 51, a battery 56, and a tactile device 57a.
  • the left piece 50b of the beacon 50 has a haptic device 57b.
  • the communication device 51 includes a storage device 52, an antenna element 54, and an IC circuit 55.
  • the storage device 52 is a flash ROM, for example, and stores unique identification information (ID) 53 for each beacon 50.
  • ID unique identification information
  • the IC circuit 55 When power is supplied from the battery 56, the IC circuit 55 generates a beacon signal having a predetermined frequency and periodically transmits the beacon signal via the antenna element 54.
  • the communication device 51 can receive the radio signal transmitted from the control device 40 via the transmission antenna device 80 by the antenna element 54.
  • an antenna element that receives the radio signal may be provided separately from the antenna element 54 that transmits the beacon signal according to the frequency to be used.
  • the battery 56 is, for example, a lithium ion battery.
  • the battery 56 supplies power to the communication device 51 and also supplies power to the haptic devices 57a and 57b.
  • the tactile device 57a includes a vibration motor 58 and a motor drive circuit 59 connected to the vibration motor.
  • the vibration motor 58 is, for example, a horizontal linear actuator.
  • the motor drive circuit 59 operates the vibration motor 58 with the vibration pattern included in the command.
  • the vibration pattern can be determined, for example, by the rising speed, the amplitude of the vibration, the frequency of the applied current or voltage, and / or the frequency of the amplitude.
  • the configuration of the haptic device 57b of the left piece 50b is the same as that of the haptic device 57a.
  • the tactile device 57b can receive power from the battery 56 via the cable 50c.
  • the communication device 51 acquires a command from the radio signal transmitted from the control device 40.
  • the command includes data designating a haptic device to be operated, and vibration pattern and vibration time data.
  • the vibration pattern can be determined by, for example, the rising speed, the vibration amplitude, and the vibration frequency.
  • the IC circuit 55 operates the tactile device designated by the command with the designated time and vibration pattern.
  • FIG. 4 shows the configuration of the positioning device 30.
  • the positioning device 30 includes a central processing unit (CPU) 31, a memory 32, an interface (I / F) device 33, and a communication circuit 34, which are connected by an internal bus 35.
  • CPU31 measures the position of each beacon 50 by the process mentioned later, and produces
  • the memory 32 is a DRAM, for example, and is a work memory used in connection with the processing of the CPU 31.
  • the communication circuit 34 is a communication circuit having one or more communication connectors, for example.
  • the I / F device 33 is connected to each receiving antenna device 20 by wire.
  • the I / F device 33 is connected to the output of each receiving antenna device 20 and outputs a high-frequency electric signal generated from a beacon signal received by each receiving antenna element of each receiving antenna device 20.
  • the communication circuit 34 is connected to the control device 30 via, for example, a wired communication line that performs Ethernet (registered trademark) standard wired communication.
  • the positioning device 30 measures the position of the beacon 50 using one of these positioning processes or a combination of a plurality of positioning processes.
  • the positioning process will be exemplified.
  • the positioning device 30 measures the arrival direction of the radio signal transmitted by the beacon 50 and determines the position of the beacon 50, in other words, the position of the cow 1 (AOA (Angle-Of-Arrival) system).
  • AOA Angle-Of-Arrival
  • the position of the beacon 50 is measured by measuring the arrival angle of the reaching radio wave based on the reference direction (for example, the front direction of the receiving antenna). This is a method for determining. Since the minimum number of reception antenna devices 20 required for determining the position is two, the number of reception antenna devices 20 required at the same time can be small.
  • the position of the beacon 50 can be determined with high accuracy when there is no obstacle between the receiving antenna device 20 and the beacon 50 and the line of sight is clear.
  • a phased array antenna that controls the beam direction and radiation pattern by adjusting the phase of the current flowing through each antenna element can also be used.
  • the positioning device 30 receives the radio signal emitted from the beacon 50 by the reception antenna device 20 and determines the position of the moving body from the difference in reception time in the plurality of reception antenna devices 20 (TDOA (Time Difference Of Arrival )method). The positioning device 30 must measure the exact reception time at each receiving antenna device 20.
  • TDOA Time Difference Of Arrival
  • the positioning device 30 determines the position from the reception intensity of the radio signal emitted by the beacon 50 using the fact that the position of the receiving antenna device 20 is known and the radio wave attenuates according to the distance. (RSSI (Received Signal Signal Strength Indication) method). However, since the strength of the received signal is affected by multipath, a distance attenuation model is required for each environment in which the positioning system 1 is introduced in order to calculate the distance (position).
  • RSSI Receiveived Signal Signal Strength Indication
  • Identification information for example, QR code (registered trademark) of each beacon 50 is added to the outer surface of each beacon 50.
  • the positioning device 30 captures the identification information with a camera (not shown), and determines the position of the beacon 50 based on the position of the camera, the direction in which the camera is facing, and the position of the beacon 50 in the captured image. You can also.
  • the position measurement accuracy varies depending on the positioning process.
  • the position measurement accuracy is determined by the angular resolution of the antenna and the distance between the object to be measured and is currently 10 cm.
  • the positioning process (b) there is a problem of synchronization, and realistic distance measurement is not realized.
  • the positioning process (c) due to a change in radio field intensity due to interference of the electromagnetic wave signal transmitted from the beacon 50, an error of several meters in a general room or even about 1 m can be generated even under good conditions.
  • the positioning error largely depends on the number of pixels of the image sensor, the spatial resolution, and distortion caused by the lens, and further requires a very heavy processing such as object recognition, which is not realized. .
  • the position of the beacon 50 in other words, the position of each cow 1 is estimated using the positioning process (a) described above.
  • the above description of the positioning processes (b) and (d) only means that the positioning processes (b) and (d) have not been realized to the extent that they can be put into practical use at the present time. These positioning processes mean that they are difficult to implement at the present time as compared to other methods, or are actually difficult to adopt because the performance is inferior at the present time. As a result of the technological development, the livestock management system 100 of the present disclosure may be constructed in the future using the positioning processes (b) and (d).
  • FIG. 5 shows a hardware configuration of the control device 40.
  • the control device 40 includes a central processing unit (CPU) 41, a memory 42, a guidance database (DB) 43, and a communication circuit 44, which are connected by an internal bus 45.
  • CPU central processing unit
  • DB guidance database
  • communication circuit 44 which are connected by an internal bus 45.
  • the CPU41 is a signal processing circuit which produces
  • the CPU 41 is a computer configured by a semiconductor integrated circuit.
  • the memory 42 is a DRAM, for example, and is a work memory used in connection with the processing of the CPU 41.
  • the memory 42 stores the position information of each beacon 50 received from the positioning device 30.
  • the CPU 41 updates information in the memory 42.
  • the communication circuit 44 is, for example, a communication circuit that has one or more communication connectors and performs Ethernet standard wired communication.
  • the communication circuit 44 acquires position information indicating the position of each beacon 50 from the positioning device 30.
  • the communication circuit 44 transmits a command to the beacon 50 via the transmission antenna device 80.
  • the guidance DB 43 holds vibration pattern data according to the boundary 2 of the grazing land where the livestock management system 100 is introduced, a regulation line described later, and a distance from the regulation line.
  • control device 40 may have a speaker and / or a lamp (not shown).
  • the CPU 41 transmits a flashing control signal including an audio signal and / or a flashing pattern previously held in the memory 42 to the speaker and / or lamp as a warning signal. May be. Thereby, the breeder or the operator of the livestock management system 100 can recognize the approach of the cow 1 to the boundary line 2.
  • control device 40 a specific operation of the control device 40 will be described.
  • FIG. 6 shows the cow 1a that has entered the restricted area S beyond the restricted line 7.
  • “Regulated area S” is a band-shaped area set between the boundary line 2 and the regulated line 7 inside the grazing land.
  • the distance L1 between the boundary line 2 and the regulation line 7, that is, the width L1 of the regulation area S can be arbitrarily set by the breeder or the manager of the livestock management system 100, for example, 5 m.
  • the restriction line 7 is virtually set in the pasture as a straight line or a curve at a distance L1 from the boundary line 2. Data indicating the position of the restriction line 7 can be set in the guidance DB 43 together with the boundary line 2.
  • the reason why the regulation line 7 and the regulation area S are provided is that when the cow 1a enters the regulation area S, the boundary line 2 may be exceeded.
  • the control device 40 guides the cow 1a to the inside of the pasture.
  • the positioning device 30 estimates the position of each beacon 50 (hereinafter referred to as “the position of the cow 1a”) in synchronization with the cycle in which the beacon 50 attached to each cow 1a transmits a beacon signal.
  • the control device 40 determines whether each cow 1a has entered the restriction area S beyond the restriction line 7.
  • the cow 1a exceeds the regulation line 7 as shown in FIG.
  • the CPU 41 of the control device 40 generates a command, and the communication circuit 44 transmits the command to the beacon 50 of the cow 1a via the transmission antenna device 80.
  • the beacon 50 is hidden by the cow 1a and is not shown. The same applies to FIG. 7 described later.
  • the IC circuit 55 of the beacon 50 that has received the command outputs a PWM signal to the motor drive circuit 59 in accordance with the command.
  • the motor drive circuit 59 causes a current to flow through the vibration motor 58 in accordance with the PWM signal to operate the vibration motor 58.
  • the control device 40 issues a command to vibrate only the tactile device 57 a of the right piece 50 a of the beacon 50, for example, once per second for a total of 5 times over 5 seconds. Generate.
  • FIG. 7 shows the cow 1a that has further entered the restricted area S.
  • the control device 40 detects from the output of the positioning device 30 that the cow 1a has reached the position of the distance L2 from the boundary line 2.
  • the control device 40 further transmits a command to the beacon 50 of the cow 1a.
  • the control device 40 continues to turn the cow 1 a to the right side, so that only the tactile device 57 a of the right piece 50 a is returned to the pasture area inside the regulation line 7, for example, 5 times per second.
  • the cow 1a that has sustained a stimulus on the right cheek causes an illusion of being pulled to the right cheek side, or turns to the right around the pasture line inside the regulation line 7 according to the result of learning performed in advance. Return. Thereby, it can prevent that the cow 1a exceeds the boundary line 2.
  • the vibration pattern given when the regulation line 7 is exceeded, the distance L2 from the boundary line 2, and the vibration pattern given when the boundary line 2 is closer to the boundary line 2 than the distance L2 are described in advance in the guidance DB 43.
  • the control device 40 refers to the guidance DB 43 according to the position of the cow 1 and determines the content of the command.
  • the control device 40 continues monitoring the position of the cow 1 and further refers to the guidance DB 43 according to the subsequent position of the cow 1 to change the content of the command, that is, the vibration pattern.
  • the vibration generated in the haptic device 57a of the right piece 50a and / or the haptic device 57b of the left piece 50b, that is, the stimulus applied to the cow 1a can be changed.
  • the vibration pattern may vary depending on the type of livestock. This is because the firing conditions of the tactile receptor can change if the type of livestock is different.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of livestock (cow 1) guidance processing by the CPU 41 of the control device 40.
  • step S1 the CPU 41 receives from the positioning device 30 data on the position of each livestock estimated based on the beacon signal.
  • step S ⁇ b> 2 the CPU 41 refers to the guidance DB 43 and determines whether there is a livestock exceeding the regulation line 7. If there is a livestock exceeding the restriction line 7, the process proceeds to step S3. If there is no livestock, the process returns to step S1 and monitoring is continued.
  • step S3 the CPU 41 generates a command for returning the livestock to the area inside the regulation line 7, and in step S4, instructs the communication circuit 44 to transmit the command to the livestock beacon.
  • step S5 the CPU 41 receives the position data of the livestock from the positioning device 30.
  • step S ⁇ b> 6 the CPU 41 determines from the received position data whether the livestock has returned to the area inside the regulation line 7. When the livestock returns to the area inside the regulation line 7, the process returns to step S1. On the other hand, if the livestock has not yet returned to the area inside the regulation line 7, the process proceeds to step S7.
  • step S7 the CPU 41 generates a command for giving a stronger stimulus, and in step S8, instructs the communication circuit 44 to transmit the command to the livestock beacon. Thereafter, the process returns to step S5, and the subsequent processes are continued until the process returns to the area inside the restriction line 7.
  • the stimulation by vibration is given to the cow 1 which is a domestic animal, but the electrical stimulation may be given to the domestic animal.
  • the haptic device 57 replaces the vibration motor 58 and the motor drive circuit 59 with at least one electrode and the power supplied from the battery 56 to several thousand volts, for example, 3000 volts or more.
  • a booster circuit for boosting may be provided.
  • FIG. 9 shows a livestock management system 110 that uses the multicopter 60 to guide the cow 1b away from the herd 9.
  • the livestock management system 110 is the same as the livestock management system 100 (FIG. 1) except that the beacon signal is received via the multicopter 60.
  • FIG. 10 is an external perspective view of an exemplary multicopter 60 according to the present disclosure.
  • FIG. 11 is a side view of the multicopter 60.
  • the multicopter 60 includes a receiving antenna device 75.
  • the receiving antenna device 75 has the same configuration and function as the receiving antenna device 20. That is, the receiving antenna device 75 has a plurality of receiving antenna elements arranged in a two-dimensional (planar) shape or an array shape.
  • the multicopter 60 includes a central housing 62, a plurality of arms (for example, arms 63) extending around the central housing 62, and a plurality of legs 66 extending below the central housing 62.
  • arms 63 for example, arms 63
  • legs 66 extending below the central housing 62.
  • a configuration related to the arm 63 will be described as an example.
  • Other arm configurations are the same as the arm 63.
  • a motor 64 is provided on the tip side of the arm 63 (on the side opposite to the central housing 2).
  • a propeller (rotary blade) 65 is provided on the rotating shaft of the motor 64. As the motor 64 rotates, the rotor blades 65 also rotate and give the multicopter 60 lift. In this specification, as long as the flight mentioned later can be performed, the number of the rotor blades 65 provided in one multicopter 60 is arbitrary.
  • the rotary blade 65 attached to one motor 4 has a plurality of blades 65a and 65b extending from the rotary shaft. However, three or more blades may be used.
  • the rotor blade 65 is preferably made of carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) from the viewpoint of strength, weight, and the like.
  • the multicopter 60 further includes a positioning device 31 that measures the arrival direction of the beacon signal received by the antenna device 75 and estimates the position of the beacon 50.
  • a positioning device 31 that measures the arrival direction of the beacon signal received by the antenna device 75 and estimates the position of the beacon 50.
  • the functions and configuration of the positioning device 31 are the same as those of the positioning device 30 except for the functions and configurations specifically described below.
  • the multicopter 60 uses a GPS, for example, to fly over a predetermined airspace, specifically over a pasture.
  • the receiving antenna device 75 of the multicopter 60 detects a beacon signal output from the beacon 50 over the pasture
  • the positioning device 31 performs the same processing as the positioning device 30 and the position where the beacon 50 is transmitted, That is, the position of the cow 1b is estimated.
  • the estimated position is the position of the cow 1b that is relatively determined in relation to the current flight position of the multicopter 60. Accordingly, the positioning device 31 calculates the absolute position of the cow 1b by further considering the flight position acquired by the multicopter 60 using the GPS. The multicopter 60 wirelessly transmits the calculated absolute position data of the cow 1b to the control device 40 using a transmission antenna device (not shown). Since the process performed by the control device 40 is the same as the description of the previous embodiment, the description is used and the description thereof is omitted.
  • FIG. 9 shows a restriction line 8 different from the restriction line 7.
  • the restriction line 8 may be defined as a straight line or a curve connecting the most common positions where a beacon signal can be received by the ground receiving antenna device 20.
  • the position of the restriction line 8 does not depend on the distance from the boundary line 2.
  • control device 40 When the control device 40 detects that the cow 1b is approaching the restriction line 8, or detects that the cow 1b has moved beyond the restriction line 8, the control device 40 outputs an alarm signal from the transmission antenna device 80. . At the same time, the control device 40 transmits a command from the transmitting antenna device 80 to the beacon 50 of the cow 1b, and guides the cow 1b to leave the cow 1b away from the regulation line 8.
  • the multicopter 60 that has received the warning signal takes off if it is before takeoff and flies to the position of the cow 1b, and changes the flight direction to the direction of the cow 1b if it is in flight.
  • the multicopter 60 detects the position of the cow 1b from the air and transmits it to the control device 40. Thereby, even if the cow 1b continues to move beyond the restriction line 8, the control device 40 can correctly detect the position of the cow 1b. And the control apparatus 40 can transmit a command to the beacon 50 of the cow 1b continuously, and can guide the cow 1b to return to the herd 9.
  • the control device 40 transmits to the multicopter 60 information on the position where the cow 1b is estimated to exist wirelessly.
  • the multicopter 60 can quickly receive the beacon signal from the cow 1b by flying over the periphery based on the information.
  • the control device 40 may transmit / receive a command to / from the beacon 50 via the relay to the multicopter 60.
  • the present modification is a multicopter 60
  • a moving body that autonomously travels on the ground for example, a vehicle having a plurality of wheels may be adopted.
  • the configuration of the positioning device that receives the beacon signal and estimates the position may be the same as that of the multicopter 60.
  • a livestock management system is used to estimate the position of livestock and to guide livestock.
  • the control device 40 may output the livestock position data estimated by the method of the present disclosure so that the breeder or the system administrator can use the data. This is because the data on the position of livestock is useful information for breeders.
  • the livestock may be guided by an instruction from a breeder or the like.
  • the beacon 50 may be provided with one or more sensors for detecting biological information of livestock.
  • the beacon 50 stores the sensor data output from the sensor in an internal storage device or transmits the acquired biological information superimposed on the beacon signal in synchronization with the transmission of the beacon signal.
  • An example of biological information is body temperature. Thereby, the health condition of each domestic animal can also be grasped.
  • beacon signal for example, BLE (Bluetooth Low Energy) standard frequency, Bluetooth (registered trademark) standard frequency, or electromagnetic waves having a frequency compliant with Wi-Fi (registered trademark) standard can be used.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • Bluetooth registered trademark
  • Wi-Fi registered trademark
  • an electromagnetic wave having a frequency of “5G”, which is also called a fifth generation mobile network or a fifth generation wireless system, can be used for the beacon signal.
  • the communication device 51 of the beacon 50 is a terminal that performs 5G communication
  • the reception antenna device 20 is a small base station.
  • the livestock management system of the present disclosure can be widely used for searching and guiding livestock.

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Abstract

家畜管理システム（１００）は、複数の家畜（１）にそれぞれ取り付けられて使用される複数のビーコン（５０）であって、それぞれが通信装置（５１）および通信装置に接続された触覚デバイス（５７ａ、５７ｂ）を有する、複数のビーコンと、複数のビーコンの通信装置から送信された電磁波信号を検知し、個々のビーコンが取り付けられている各家畜の位置を推定する測位システム（３８）と、測位システムに接続された制御装置（４０）とを備えている。制御装置は、各家畜の位置に応じて、複数のビーコンから少なくとも１個のビーコンを選択し、選択されたビーコンが有する触覚デバイスを動作させる指令を生成し、選択されたビーコンが有する通信装置に指令を送信し、通信装置に接続された触覚デバイスを動作させて刺激を発生させる。

Description

家畜管理システム、当該家畜管理システムで使用されるビーコンおよび家畜の位置の提供方法
　本開示は、家畜管理システム、当該家畜管理システムで使用されるビーコンおよび家畜の位置の提供方法に関する。
　従来、牛などの家畜を誘導する場合、誘導信号として音が利用されていた。スピーカから出力された音を聞いた家畜は、学習した所定の位置まで移動し、当該位置でたとえば餌を食べることができる。
特開平１０－１６０８２０号公報
　音は広範囲に拡散するため、家畜の群れを誘導するには有用である。しかしながら、家畜を個別に誘導することは困難である。
　また、家畜の所在位置周辺の地形、天候等によっては、音が家畜に届かないことがある。その場合には、全ての家畜を誘導することができない。飼育者は、家畜の群れが所定の位置まで戻った後、全ての家畜が戻って来たかどうかを確認し、一部の家畜が戻っていない場合には、当該家畜の位置を探索する必要がある。
　たとえば特開平１０－１６０８２０号公報は、家畜に、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの電波を受信する受信機と、当該受信機を用いて取得した位置の信号および家畜の識別コードを送信する送信機とを取り付け、遠隔地で個々の家畜の位置を管理する放牧家畜遠隔管理システムを開示する。
　当該システムを利用すれば、飼育者は個々の家畜の位置を把握できる。しかしながら、飼育者は、誘導できなかった家畜の位置まで自ら足を運び、当該家畜を誘導して戻らなければならない。
　本開示は、個々の家畜の位置を把握し、かつ、個々の家畜の誘導を可能にする技術を提供する。
　本開示の家畜管理システムは、例示的な実施形態において、複数の家畜にそれぞれ取り付けられて使用される複数のビーコンであって、それぞれが通信装置および前記通信装置に接続された触覚デバイスを有する、複数のビーコンと、前記複数のビーコンの前記通信装置から送信された電磁波信号を検知し、個々のビーコンが取り付けられている各家畜の位置を推定する測位システムと、前記測位システムに接続された制御装置とを備え、前記制御装置は、各家畜の位置に応じて、前記複数のビーコンから少なくとも１個のビーコンを選択し、前記選択されたビーコンが有する前記触覚デバイスを動作させる指令を生成し、前記選択されたビーコンが有する前記通信装置に前記指令を送信し、前記通信装置に接続された前記触覚デバイスを動作させて刺激を発生させる。
　本開示の家畜管理システムの例示的な実施形態によれば、個々の家畜の位置を把握し、かつ、個々の家畜を誘導することが可能になる。
図１は、本開示による家畜管理システム１００が導入された放牧地を示す図である。 図２は、ビーコン５０が両頬に装着された牛１を示す図である。 図３は、ビーコン５０の内部ハードウェアを示す図である。 図４は、測位装置３０の構成を示す図である。 図５は、制御装置４０のハードウェアの構成を示す図である。 図６は、規制線７を越えて規制領域Ｓに侵入した牛１ａを示す図である。 図７は、さらに規制領域Ｓに侵入した牛１ａを示す図である。 図８は、制御装置４０のＣＰＵ４１による、家畜（牛１）の誘導処理の手順を示すフローチャートである。 図９は、マルチコプター６０を利用して、群れ９から離れた牛１ｂを誘導する家畜管理システム１１０を示す図である。 図１０は、本開示による例示的なマルチコプター６０の外観斜視図である。 図１１は、マルチコプター６０の側面図である。
　以下、添付の図面を参照しながら、本発明による家畜管理システムおよび当該家畜管理システムで使用されるビーコンの実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。たとえば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明においては、同一または類似する構成要素には、同一の参照符号を付している。
　本願では、「家畜」の用語は、人間に飼養される鳥獣を意味する。「家畜」は、たとえば牛、馬、豚、鶏、犬を含み、さらに愛玩動物（ペット）も含み得る。以下の説明では、家畜として、産業動物である「牛」を例示する。
　図１は、本開示による家畜管理システム１００が導入された放牧地を示す。
　放牧地では複数の牛１が飼われている。放牧地は、物理的、または、仮想的な境界線２によって区画される。物理的な境界線２は、たとえば不図示の柵によって定められる。仮想的な境界線２は、後述する制御装置４０に飼育者が予め設定することによって定められる。後述するように、制御装置４０は、境界線２から先の土地に牛１が侵入しないよう各々の牛１を誘導することができる。
　以下、家畜管理システム１００の構成および動作の概要を説明する。
　家畜管理システム１００は、１または複数の受信アンテナ装置２０と、測位装置３０と、制御装置４０と、各々の牛１に装着されたビーコン５０と、送信アンテナ装置８０とを備えている。図１では、最も手前の牛１にのみビーコン５０が明示されている。
　図２は、ビーコン５０が両頬に装着された牛１を示す。ビーコン５０は、右頬に装着される右ピース５０ａと、左頬に装着される左ピース５０ｂと、右ピース５０ａおよび左ピース５０ｂを接続するケーブル５０ｃとを有する。ビーコン５０は、後述する通信装置および通信装置に接続された１つまたは複数の触覚デバイスを有する小型の電子機器である。触覚デバイスは、牛１に与える刺激を生成する。本実施形態では、右ピース５０ａは通信装置および触覚デバイスを有し、左ピース５０ｂは触覚デバイスを有している。各牛１は、たとえば右ピース５０ａの触覚デバイスからの刺激を受けると進路を右側に変え、左ピース５０ｂの触覚デバイスからの刺激を受けると進路を左側に変えるよう、予め学習させることが可能である。
　全てのビーコン５０には、固有の識別情報が予め割り当てられている。ビーコン５０が動作している間、右ピース５０ａの通信装置は、定期的に、たとえば１秒ごとに、自らの識別情報（ＩＤ）を電磁波信号に重畳して送信する。本明細書では、当該電磁波信号を「ビーコン信号」と呼ぶ。
　再び図１を参照する。受信アンテナ装置２０は、照明装置６を有するポール４の上部に取り付けられている。図１には１つの受信アンテナ装置２０のみが示されているが、複数の受信アンテナ装置２０が設けられていてもよい。受信アンテナ装置２０は、たとえば有線ケーブル２５を介して測位装置３０に接続されている。有線ケーブル２５に代えて無線通信路が利用されてもよい。
　受信アンテナ装置２０は、たとえば２次元（平面）状またはアレー状に配置された複数の受信アンテナ素子を有している。受信アンテナ装置２０は、複数の受信アンテナ素子が受信した各牛１からのビーコン信号を測位装置３０に送る。複数の受信アンテナ素子を用いてビーコン信号を受信することにより、受信アンテナ装置２０から出力された信号から、ビーコン信号が到来した方向およびビーコン５０と受信アンテナ装置２０との距離の情報を取得することができる。本明細書では、受信アンテナ装置２０および測位装置３０を包括的して、「測位システム３８」と呼ぶ。測位システム３８は、ビーコン５０の通信装置から送信されたビーコン信号を検知し、個々のビーコンが取り付けられている各家畜の位置を推定する。なお例示的な本実施形態では、測位装置３０は、制御装置４０とともに建造物９０内に設置されている。
　測位システム３８に接続された制御装置４０は、測位システム３８が推定した各家畜の位置の情報を受け取る。制御装置４０は、各家畜の位置に応じて、複数のビーコンから少なくとも１個のビーコンを選択する。たとえば制御装置４０は、ある牛１が境界線２から所定範囲内に侵入したことを検出すると、指令を送信する対象として、当該牛１が装着するビーコン５０を選択する。制御装置４０は、触覚デバイスを動作させる指令を生成し、選択したビーコン５０に送信する。指令を受信したビーコン５０は、指令に従って右ピース５０ａの触覚デバイスおよび／または左ピース５０ｂの触覚デバイスを選択的に動作させ、刺激を発生させる。刺激は、たとえば振動または電撃である。牛１の右頬または左頬に選択的に刺激が与えられることにより、境界線２から離れるよう牛１を誘導できる。つまり、刺激を与えることによって牛１の動きに干渉し、牛１が移動する方向を変更させることができる。
　以下、家畜管理システム１００の各構成の詳細を説明する。
　図３は、ビーコン５０の内部ハードウェアを示す。
　ビーコン５０の右ピース５０ａは、通信装置５１と、電池５６と、触覚デバイス５７ａとを有する。またビーコン５０の左ピース５０ｂは、触覚デバイス５７ｂを有する。
　通信装置５１は、記憶装置５２と、アンテナ素子５４と、ＩＣ回路５５とを有する。記憶装置５２はたとえばフラッシュＲＯＭであり、ビーコン５０毎に一意の識別情報（ＩＤ）５３が格納されている。ＩＣ回路５５は、電池５６から電力が供給されると、予め定められた周波数のビーコン信号を生成し、アンテナ素子５４を介して周期的に送信する。また通信装置５１は、送信アンテナ装置８０を介して制御装置４０から送信された無線信号を、アンテナ素子５４で受信することもできる。ただし利用する周波数等に応じて、ビーコン信号を送信するアンテナ素子５４とは別に、当該無線信号を受信するアンテナ素子を設けてもよい。
　電池５６は、たとえばリチウムイオン電池である。電池５６は、通信装置５１に給電すると共に、触覚デバイス５７ａおよび５７ｂに給電する。
　触覚デバイス５７ａは、振動モータ５８と、当該振動モータに接続されたモータ駆動回路５９とを有する。振動モータ５８は、たとえば水平リニアアクチュエータである。モータ駆動回路５９は、指令に含まれた振動パターンで振動モータ５８を動作させる。振動パターンは、たとえば立ち上がり速度、振動の振幅、与える電流または電圧の周波数、および／または振幅の周波数によって決定され得る。牛１は、一方の頬に予め決定された振動パターンによる振動が与えられると、振動が与えられた頬側に引っ張られる錯覚を覚え、振動が与えられた頬側に進路を変更する。または、振動が与えられた頬側に進路を変更するよう学習が行われている場合も、振動が与えられた頬側に進路を変更する。
　なお、左ピース５０ｂの触覚デバイス５７ｂの構成は、触覚デバイス５７ａと同じである。触覚デバイス５７ｂは、ケーブル５０ｃを介して電池５６から給電を受けることができる。
　通信装置５１は、制御装置４０から送信された無線信号から指令を取得する。指令には、動作させるべき触覚デバイスを指定するデータと、振動パターンおよび振動時間のデータが含まれている。振動パターンは、たとえば立ち上がり速度、振動振幅、振動周波数によって決定され得る。ＩＣ回路５５は、当該指令で指定された触覚デバイスを、指定された時間および振動パターンで動作させる。
　図４は、測位装置３０の構成を示す。
　測位装置３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３１と、メモリ３２と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）装置３３と、通信回路３４とを有しており、これらは内部バス３５で接続されている。ＣＰＵ３１は、後述の処理により、個々のビーコン５０の位置を測定し、測定した位置を示す位置情報を生成する。メモリ３２は、たとえばＤＲＡＭであり、ＣＰＵ３１の処理に関連して利用されるワークメモリである。通信回路３４は、たとえば、１または複数の通信コネクタを有する通信回路である。Ｉ／Ｆ装置３３は各受信アンテナ装置２０と有線で接続されている。より具体的には、Ｉ／Ｆ装置３３は、各受信アンテナ装置２０の出力と接続されており、各受信アンテナ装置２０の各受信アンテナ素子によって受信されたビーコン信号から生成された高周波電気信号を受信する。また、通信回路３４は、制御装置３０と、たとえば、イーサネット（登録商標）規格の有線通信を行う有線通信回線を介して接続されている。
　以下、測位装置３０が行う、ビーコン５０の位置を測定する処理（測位処理）を説明する。平面上の、または空間内の物体の測位処理は種々知られている。測位装置３０は、それらのうちの１つの測位処理、または、複数の測位処理の組み合わせを利用してビーコン５０の位置を測定する。以下、測位処理を例示する。
　（ａ）測位装置３０は、ビーコン５０が送信した無線信号の到来方向を測定し、ビーコン５０の位置、換言すると牛１の位置、を決定する（ＡＯＡ(Angle Of Arrival)方式）。ＡＯＡ方式は、ビーコン５０が送信する信号を受信アンテナ装置２０で受信した際に、基準方位（たとえば受信アンテナの正面方向）をもとに到達電波の到来角度を測定することで、ビーコン５０の位置を決定する方式である。位置の決定に最低限必要な受信アンテナ装置２０の数は２つであるため、同時に必要な受信アンテナ装置２０の数は少なくて済む。また、角度を正確に計測することができるため、受信アンテナ装置２０からビーコン５０までに障害物がなく、見通し線が明確な場合には高い精度でビーコン５０の位置を決定できる。各アンテナ素子を流れる電流の位相を調整することによってビーム方向や放射パターンの制御を行う、フェーズド・アレー・アンテナを用いることもできる。
　（ｂ）測位装置３０は、ビーコン５０が発した無線信号を受信アンテナ装置２０で受信し、複数の受信アンテナ装置２０における受信時刻の差から移動体の位置を決定する（ＴＤＯＡ（Time Difference Of Arrival）方式）。測位装置３０は、各受信アンテナ装置２０における正確な受信時刻を測定しなければならない。
　（ｃ）測位装置３０は、受信アンテナ装置２０の位置が既知であり、かつ、電波が距離に応じて減衰することを利用して、ビーコン５０が発した無線信号の受信強度から位置を決定する(ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication)方式)。ただし、受信信号の強度はマルチパスの影響を受けるため、距離（位置）を算出するためには、測位システム１が導入される環境ごとに距離減衰モデルが必要である。
　（ｄ）各ビーコン５０の外表面には、各ビーコン５０の識別情報（たとえばＱＲコード（登録商標））が付加されている。測位装置３０は、当該識別情報を不図示のカメラで撮影し、カメラの位置、カメラが向いている方向、撮影された画像内のビーコン５０の位置に基づいて、ビーコン５０の位置を決定することもできる。
　なお、測位処理によってその位置測定精度は異なる。測位処理（ａ）においては、位置測定精度はアンテナの角度分解能と被測定物との距離で決まり、現時点では１０ｃｍが実現されている。測位処理（ｂ）においては同期の問題があり現実的な測距は実現されていない。測位処理（ｃ）においてはビーコン５０から送信された電磁波信号の干渉による電波強度の変化等により、一般の室内では数メートル、条件の良い場合でも１ｍ程の誤差が生じ得る。測位処理（ｄ）においては、測位誤差は、イメージセンサの画素数、空間分解能、レンズによる歪に大きく依存しており、更に物体認識という非常に負荷の高い処理を必要としており、実現されていない。
　本実施形態では、上述した測位処理（ａ）を用いて、ビーコン５０の位置、換言すると各牛１の位置を推定する。
　なお、測位処理（ｂ）および（ｄ）についての上記説明は、測位処理（ｂ）および（ｄ）が、現時点では実用化できる程度にまで実現されていないことを意味するに過ぎない。これらの測位処理は、現時点では他の方法と比べて実現が困難である、または、現時点では性能が劣ってしまうため実際上採用することは困難である、と言う程度の意味である。技術開発の結果、将来的に測位処理（ｂ）および（ｄ）を利用して本開示の家畜管理システム１００が構築されてもよい。
　図５は、制御装置４０のハードウェアの構成を示す。
　制御装置４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１と、メモリ４２と、誘導データベース（ＤＢ）４３と、通信回路４４とを有しており、これらは内部バス４５で接続されている。
　ＣＰＵ４１は、後述の処理により、ビーコン５０を有する牛１を誘導するための指令を生成する信号処理回路である。典型的には、ＣＰＵ４１は半導体集積回路によって構成されたコンピュータである。メモリ４２は、たとえばＤＲＡＭであり、ＣＰＵ４１の処理に関連して利用されるワークメモリである。たとえばメモリ４２には、測位装置３０から受信した、各ビーコン５０の位置情報等が格納される。ＣＰＵ４１はメモリ４２の情報を更新する。
　通信回路４４は、たとえば、１または複数の通信コネクタを有し、イーサネット規格の有線通信を行う通信回路である。通信回路４４は、測位装置３０から個々のビーコン５０の位置を示す位置情報を取得する。また通信回路４４は、送信アンテナ装置８０を介して、ビーコン５０に指令を送信する。
　誘導ＤＢ４３は、家畜管理システム１００が導入される放牧地の境界線２、後述する規制線、規制線からの距離に応じた振動パターンのデータが保持されている。
　なお、制御装置４０には、不図示のスピーカおよび／またはランプを有していてもよい。牛１が境界線２に接近しつつある時に、ＣＰＵ４１は、警告信号として、予めメモリ４２に保持されていた音声信号および／または点滅パターンを含む点滅制御信号を、スピーカおよび／またはランプに送信してもよい。これにより、飼育者または家畜管理システム１００の操作者は、境界線２への牛１の接近を認識することができる。
　以下、制御装置４０の具体的な動作を説明する。
　図６は、規制線７を越えて規制領域Ｓに侵入した牛１ａを示す。
　「規制領域Ｓ」は、境界線２と、放牧地の内側の規制線７との間に設定される帯状の領域である。境界線２と規制線７との距離Ｌ１、つまり規制領域Ｓの幅Ｌ１は、飼育者または家畜管理システム１００の管理者が任意に設定することができ、たとえば５ｍである。規制線７は、境界線２から起算して距離Ｌ１の位置の直線または曲線として放牧地内に仮想的に設定される。規制線７の位置を示すデータは、境界線２とともに誘導ＤＢ４３に設定され得る。
　規制線７および規制領域Ｓを設けた理由は、牛１ａが規制領域Ｓへ侵入すると、境界線２を超える恐れが生じるからである。本実施形態では、規制線７を超えたとき、制御装置４０は放牧地のより内部に牛１ａを誘導する。
　各牛１ａに装着されたビーコン５０がビーコン信号を送信する周期に同期して、測位装置３０は各ビーコン５０の位置（以下「牛１ａの位置」と記述する。）を推定する。制御装置４０は、各牛１ａが規制線７を越えて規制領域Ｓに侵入したか否かを判定する。
　図６に示すように、牛１ａが規制線７を超えたとする。制御装置４０のＣＰＵ４１は指令を生成し、通信回路４４は送信アンテナ装置８０を介して当該指令を牛１ａのビーコン５０に送信する。なお図６にはビーコン５０は牛１ａに隠れており示されていない。後述する図７も同様である。
　指令を受信したビーコン５０のＩＣ回路５５は、指令に従ってモータ駆動回路５９にＰＷＭ信号を出力する。モータ駆動回路５９はＰＷＭ信号に従って振動モータ５８に電流を流し、振動モータ５８を動作させる。図６の例では、制御装置４０は、牛１ａを右側に転回させるため、ビーコン５０の右ピース５０ａの触覚デバイス５７ａのみを、たとえば１秒間に１回、５秒間にわたって計５回振動させる指令を生成する。
　図７は、さらに規制領域Ｓに侵入した牛１ａを示す。制御装置４０は、測位装置３０の出力により、牛１ａが境界線２から距離Ｌ２の位置に到達したことを検出する。制御装置４０は、牛１ａのビーコン５０にさらに指令を送信する。図７の例では、制御装置４０は、引き続き牛１ａを右側に転回させるため、右ピース５０ａの触覚デバイス５７ａのみを、たとえば１秒間に５回、規制線７よりも内側の放牧地に戻るまで振動させる指令を生成する。右頬に持続的な刺激を受けた牛１ａは、右頬側に引っ張られる錯覚を起こし、または予め行われた学習の結果により、右周りに転回して規制線７よりも内側の放牧地に戻る。これにより、牛１ａが境界線２を超えることを防止できる。
　上述した、規制線７を超えた際に与える振動パターン、境界線２からの距離Ｌ２、および境界線２から距離Ｌ２よりも境界線２に近付いた際に与える振動パターンは、誘導ＤＢ４３に予め記述されている。制御装置４０は、牛１の位置に応じて誘導ＤＢ４３を参照し、指令の内容を決定する。制御装置４０は牛１の位置の監視を継続し、その後の牛１の位置に応じてさらに誘導ＤＢ４３を参照し、指令の内容、つまり振動パターンを変更する。これにより、右ピース５０ａの触覚デバイス５７ａおよび／または左ピース５０ｂの触覚デバイス５７ｂに発生させる振動、つまり牛１ａに与える刺激を変化させることができる。なお、振動パターンは、家畜の種類によって異なり得る。家畜の種類が異なれば、触覚受容器の発火条件が変わり得るからである。
　図８は、制御装置４０のＣＰＵ４１による、家畜（牛１）の誘導処理の手順を示すフローチャートである。
　ステップＳ１において、ＣＰＵ４１は、測位装置３０から、ビーコン信号に基づいて推定された各家畜の位置のデータを受け取る。
　ステップＳ２において、ＣＰＵ４１は、誘導ＤＢ４３を参照して、規制線７を越えた家畜が存在するか否かを判定する。規制線７を越えた家畜が存在する場合には処理はステップＳ３に進み、存在しない場合にはステップＳ１に戻り監視を継続する。
　ＣＰＵ４１は、ステップＳ３において、当該家畜を規制線７よりも内側の領域に戻すための指令を生成し、ステップＳ４において、通信回路４４に指示して、当該家畜のビーコンに指令を送信する。
　ステップＳ５において、ＣＰＵ４１は測位装置３０から当該家畜の位置のデータを受け取る。ステップＳ６において、ＣＰＵ４１は、受け取った位置のデータから、当該家畜が規制線７よりも内側の領域に戻ったか否かを判定する。当該家畜が規制線７よりも内側の領域に戻った場合には処理はステップＳ１に戻る。一方、当該家畜が依然として規制線７よりも内側の領域に戻っていない場合には処理はステップＳ７に進む。
　ＣＰＵ４１は、ステップＳ７において、より強い刺激を与えるための指令を生成し、ステップＳ８において、通信回路４４に指示して、当該家畜のビーコンに指令を送信する。その後処理はステップＳ５に戻り、規制線７よりも内側の領域に戻るまで以降の処理を継続する。
　上述の例では、振動による刺激を家畜である牛１に与えたが、電気刺激を家畜に与えてもよい。電気刺激を与える場合には、触覚デバイス５７は、振動モータ５８およびモータ駆動回路５９に代えて、少なくとも１個の電極と、電池５６から供給される電力を数千ボルト、たとえば３０００ボルト以上、に昇圧する昇圧回路を設ければよい。電極を家畜に接触させ、所定の電圧値（たとえば３０００ボルト）以上の大電圧で当該電極に数ミリアンペアの微小な電流を流すことにより、家畜に電気刺激を与えることができる。なお、一般には、電気刺激を一方の頬に与えると、電気刺激を嫌う家畜は他方の頬の方向に進路を変更するよう学習すると考えられる。
　次に、家畜を誘導する変形例を説明する。本変形例でも、家畜は牛であるとする。
　図９は、マルチコプター６０を利用して、群れ９から離れた牛１ｂを誘導する家畜管理システム１１０を示す。なお、家畜管理システム１１０は、マルチコプター６０を介してビーコン信号の受信を行う以外は、家畜管理システム１００（図１）と同じである。
　図１０は、本開示による例示的なマルチコプター６０の外観斜視図である。また、図１１は、マルチコプター６０の側面図である。マルチコプター６０は、受信アンテナ装置７５を有する。受信アンテナ装置７５は、受信アンテナ装置２０と同等の構成および機能を有している。すなわち受信アンテナ装置７５は、２次元（平面）状またはアレー状に配置された複数の受信アンテナ素子を有している。
　マルチコプター６０は、中央筐体６２と、中央筐体６２の周囲に伸びる複数のアーム（たとえばアーム６３）と、中央筐体６２の下方に伸びる複数の脚６６とを備えている。以下、アーム６３に関連する構成を例示して説明する。他のアームの構成もアーム６３と同じである。
　アーム６３の先端側（中央筐体２と反対側）には、モータ６４が設けられている。モータ６４の回転軸にはプロペラ（回転翼）６５が設けられている。モータ６４が回転することによって回転翼６５も回転し、マルチコプター６０に揚力を与える。本明細書では、後述する飛行を行うことができる限り、１台のマルチコプター６０に設けられる回転翼６５の数は任意である。
　１つのモータ４に取り付けられる回転翼６５は、回転軸から伸びる複数のブレード６５ａおよび６５ｂを有している。ただし、ブレードは３枚以上であってもよい。また、回転翼６５は、強度、重量等の観点で炭素繊維強化プラスチック（carbon-fiber-reinforced plastic；ＣＦＲＰ）で製造されていることが好適である。
　さらにマルチコプター６０は、アンテナ装置７５で受信したビーコン信号の到来方向を測定し、ビーコン５０の位置を推定する測位装置３１をさらに有している。ただし、以下に特に説明する機能および構成を除いては、測位装置３１の機能および構成は測位装置３０と同等である。
　マルチコプター６０は、たとえばＧＰＳを利用して、予め定められた空域、具体的には放牧地の上空を飛行する。マルチコプター６０の受信アンテナ装置７５が、放牧地の上空でビーコン５０から出力されるビーコン信号を検出すると、測位装置３１は測位装置３０と同様の処理を行って、ビーコン５０が送信された位置、すなわち牛１ｂの位置を推定する。
　ただし推定される位置は、マルチコプター６０の現在の飛行位置との関係で相対的に決定される牛１ｂの位置である。そこで測位装置３１は、マルチコプター６０がＧＰＳを利用して取得した自身の飛行位置をさらに考慮して、牛１ｂの絶対位置を算出する。マルチコプター６０は、算出した牛１ｂの絶対位置のデータを、不図示の送信アンテナ装置を用いて、無線で制御装置４０に送信する。制御装置４０が行う処理は、先の実施形態の説明と同じであるため、当該説明を援用し、再度の説明は省略する。
　図９には、規制線７とは異なる規制線８が記載されている。規制線８は、たとえば地上の受信アンテナ装置２０によってビーコン信号が受信できる最も通い位置を結ぶ直線または曲線として定義され得る。規制線８の位置は、境界線２からの距離には依存していない。
　制御装置４０は、牛１ｂが規制線８に近付きつつあることを検知したとき、または、規制線８を越えて牛１ｂが移動したことを検知したとき、警報信号を送信アンテナ装置８０から出力する。併せて制御装置４０は、送信アンテナ装置８０から牛１ｂのビーコン５０への指令を送信し、牛１ｂを規制線８から離れるよう、牛１ｂを誘導する。
　警報信号を受信したマルチコプター６０は、離陸前であれば離陸して牛１ｂの位置に飛行し、飛行中であれば飛行方向を牛１ｂの方向に変更する。そしてマルチコプター６０は、空中から牛１ｂの位置を検出して制御装置４０に送信する。これにより、仮に規制線８を越えて牛１ｂが移動し続けたとしても、制御装置４０は牛１ｂの位置を正しく検出できる。そして制御装置４０は、牛１ｂのビーコン５０に継続して指令を送信し、牛１ｂが群れ９に戻るよう誘導することができる。
　なお、マルチコプター６０の受信アンテナ装置７５が牛１ｂからのビーコン信号を検出するまでは、マルチコプター６０は牛１ｂの所在を正確に知ることができない。そこで制御装置４０は、マルチコプター６０に無線で牛１ｂが存在すると推定される位置の情報を送信する。マルチコプター６０は当該情報に基づいて周辺上空を飛行することにより、牛１ｂからのビーコン信号を迅速に受信することができる。
　なお、送信アンテナ装置８０の送信出力および指向性を適切に調整すれば、送信アンテナ装置８０から送信された無線信号は、ビーコン５０に十分な強度で受信され得る。ただし、制御装置４０は、マルチコプター６０に中継させる形でを介して指令をビーコン５０に送受信してもよい。
　本変形例は、マルチコプター６０であるが、地上を自律走行する移動体、たとえば複数の車輪を有する乗り物を採用してもよい。ビーコン信号を受信し、位置を推定する測位装置の構成はマルチコプター６０と同じでよい。
　以上、例示的な実施形態を説明した。
　上述の例示的な実施形態では、家畜管理システムを用いて、家畜の位置を推定し、家畜を誘導することを説明した。しかしながら、本開示の方法によって推定した家畜の位置のデータを、飼育者またはシステムの管理者が利用できるよう、制御装置４０が出力してもよい。家畜の位置のデータはそれ自体、飼育者等にとっては有益な情報だからである。その上で、飼育者等の指示により、当該家畜を誘導してもよい。
　上述のビーコン５０は家畜に装着されるため、ビーコン５０に家畜の生体情報を検知する１以上のセンサを設けてもよい。ビーコン５０は、センサから出力されるセンサデータを内部の記憶装置に記憶する、または取得した生体情報を、ビーコン信号の送信に同期してビーコン信号に重畳して送信する。生体情報の一例は体温である。これにより、各家畜の健康状態も把握することができる。
　上述のビーコン信号には、たとえばＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）規格、Bluetooth（登録商標）規格の周波数、または、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した周波数の電磁波が利用され得る。または、ビーコン信号には、第５世代モバイルネットワークまたは第５世代ワイヤレスシステムとも呼ばれる「５Ｇ」の周波数の電磁波が利用され得る。後者の場合、ビーコン５０の通信装置５１は５Ｇ通信を行う端末であり、受信アンテナ装置２０は小型基地局である。
　本開示の家畜管理システムは、家畜の探索、誘導に広く利用可能である。
　１　家畜（牛）、　２　境界線、　２０　受信アンテナ装置、　３０　測位装置、　３８　測位システム、　４０　制御装置、　５０　ビーコン、　８０　送信アンテナ装置

Claims (22)

  1. 　複数の家畜にそれぞれ取り付けられて使用される複数のビーコンであって、それぞれが通信装置および前記通信装置に接続された触覚デバイスを有する、複数のビーコンと、
    　前記複数のビーコンの前記通信装置から送信された電磁波信号を検知し、個々のビーコンが取り付けられている各家畜の位置を推定する測位システムと、
    　前記測位システムに接続された制御装置と
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　各家畜の位置に応じて、前記複数のビーコンから少なくとも１個のビーコンを選択し、
    　前記選択されたビーコンが有する前記触覚デバイスを動作させる指令を生成し、
    　前記選択されたビーコンが有する前記通信装置に前記指令を送信し、前記通信装置に接続された前記触覚デバイスを動作させて刺激を発生させる、家畜管理システム。
  2. 　前記測位システムは、それぞれが前記電磁波信号を受信する複数のアンテナであって異なる位置に設置された複数のアンテナを備え、
    　前記複数のアンテナの少なくとも１つが受信した前記電磁波信号に応じて、前記電磁波信号を放射したビーコンの位置を推定する、請求項１に記載の家畜管理システム。
  3. 　前記複数のアンテナのそれぞれは、複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナである、請求項２に記載の家畜管理システム。
  4. 　前記制御装置は、前記指令の内容を変更することによって前記触覚デバイスが発生させる前記刺激を制御する、請求項１から３のいずれかに記載の家畜管理システム。
  5. 　前記制御装置は、前記測位システムが推定した各家畜の位置または前記位置の変化に応じて前記触覚デバイスの刺激を変化させ、各家畜の位置または前記位置の変化に応じて異なる指示を各家畜に与える、請求項４に記載の家畜管理システム。
  6. 　各ビーコンが有する触覚デバイスの個数は複数である、請求項１から５のいずれかに記載の家畜管理システム。
  7. 　前記指令は、各ビーコンが有する複数個の前記触覚デバイスを別々または同時に動作させて前記刺激を発生させる、請求項６に記載の家畜管理システム。
  8. 　前記触覚デバイスは、振動モータと、前記振動モータに接続されたモータ駆動回路とを有している、請求項１から７のいずれかに記載の家畜管理システム。
  9. 　前記触覚デバイスは、少なくとも１個の電極と、前記少なくとも１個の電極に、電流および／または電圧を印加する駆動回路とを有している、請求項１から７のいずれかに記載の家畜管理システム。
  10. 　各ビーコンは、前記通信装置および前記触覚デバイスに給電する電池を有している、請求項１から７のいずれかに記載の家畜管理システム。
  11. 　前記制御装置は、選択された領域を規定する規制線に家畜が接近しつつあることを検知したとき、または、前記規制線を越えて前記家畜が移動したことを検知したとき、前記家畜の前記通信装置に前記指令を送信し、前記通信装置に接続された前記触覚デバイスを振動させることにより、前記家畜の動きに干渉する、請求項１から８のいずれかに記載の家畜管理システム。
  12. 　前記制御装置は、選択された領域を規定する規制線に家畜が接近しつつあることを検知したとき、または、前記規制線を越えて前記家畜が移動したことを検知したとき、前記家畜の前記通信装置に前記指令を送信し、前記通信装置に接続された前記触覚デバイスに電気刺激を発生させることにより、前記家畜の動きに干渉する、請求項１から７、請求項９のいずれかに記載の家畜管理システム。
  13. 　前記制御装置は、選択された領域を規定する規制線に家畜が接近しつつあることを検知したとき、または、前記規制線を越えて前記家畜が移動したことを検知したとき、警告信号を外部に出力する、請求項１から１２のいずれかに記載の家畜管理システム。
  14. 　前記制御装置から出力された前記警告信号を受信すると、前記制御装置から前記家畜の位置を示す情報を取得し、前記家畜の探索を行う少なくとも１個の移動体を備える、請求項１３に記載の家畜管理システム。
  15. 　前記移動体は、モータと、前記モータによって駆動されるプロペラまたは車輪と、前記モータに接続された駆動回路と、前記駆動回路に接続された通信機とを有する、請求項１４に記載の家畜管理システム。
  16. 　前記制御装置は、前記移動体が前記家畜を探索しているあいだ、前記家畜の位置を示す情報を前記移動体の前記受信機に送信する、請求項１５に記載の家畜管理システム。
  17. 　前記移動体は、前記電磁波信号を受信する移動体アンテナをさらに有し、
    　前記通信機は、前記移動体アンテナが受信した前記電磁波信号を前記制御装置に送信する、請求項１６に記載の家畜管理システム。
  18. 　各ビーコンは、家畜の生体情報を検知する少なくとも１個のセンサを有し、前記センサが出力するセンサデータを記録する、請求項１から１７のいずれかに記載の家畜管理システム。
  19. 　各ビーコンは、家畜の生体情報を検知する少なくとも１個のセンサを有し、前記センサが出力するセンサデータを前記通信装置から外部に送信する、請求項１から１８のいずれかに記載の家畜管理システム。
  20. 　請求項１から１９のいずれかに記載の家畜管理システムで使用されるビーコンであって、
    　通信装置と、
    　前記通信装置に接続された触覚デバイスと、
    　前記通信装置および前記触覚デバイスに給電する電池と、
    を備え、
    　前記触覚デバイスは、振動モータと、前記振動モータに接続されたモータ駆動回路とを有している、ビーコン。
  21. 　家畜管理システムを利用した、家畜の位置の提供方法であって、
    　前記家畜管理システムは、
    　　複数の家畜にそれぞれ取り付けられて使用される複数のビーコンであって、それぞれが通信装置および前記通信装置に接続された触覚デバイスを有する、複数のビーコンと、
    　　測位システムと、
    　　前記測位システムに接続された制御装置と
    を有しており、
    　前記測位システムが、前記複数のビーコンの前記通信装置から送信された電磁波信号を検知し、
    　前記測位システムが、個々のビーコンが取り付けられている各家畜の位置を推定し、
    　推定された前記各家畜の位置を出力する、家畜の位置の提供方法。
  22. 　前記制御装置が、各家畜の位置に応じて、前記複数のビーコンから少なくとも１個のビーコンを選択し、
    　前記制御装置が、前記選択されたビーコンが有する前記触覚デバイスを動作させる指令を生成し、
    　前記制御装置が、前記選択されたビーコンが有する前記通信装置に前記指令を送信し、前記通信装置に接続された前記触覚デバイスを動作させて刺激を発生させる、請求項２１に記載の家畜の位置の提供方法。
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