专利名称：动物管理系统的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及电子控制和监视动物领域。
技术背景传统上，实体围栏用来将牲畜限制在规定范围内。最近，虚拟围 栏设备被描述用来安装于动物身上。通常，这些设备通过施加听觉和 /或电刺激来控制动物的空间位置。多个发明已大体上阐述了虚拟围栏的问题，但是这些设备中的每 一种均依赖于中央控制器的存在来确定例如动物的位置、虛拟边界的 位置、何时施加和停止施加刺激等等。尽管这些设备的工作令人满意，但它们受限于所用探测设备的固有特性，如GPS卫星网络的范围、 埋地线路的位置、中央发射器和/或接收器的位置等等。美国专利文献No.5241932 ( Janning ) />开了 一种4吏用应答器和 中央发射器来控制动物的系统。通过将应答器安装于动物身上以便发 信号告知它们何时靠得太近，这种系统也可以根据中央发射器的确定 来分散动物。当动物之间的距离小于最小编程距离时，这种系统向动 物施加刺激，但在应答器之间没有任何通信，也不确定例如哪个动物 应接受刺激或刺激应施加多长时间。本发明的一个目的是提供一种用于控制和监视动物的系统，该 系统在中央控制器处于可达范围之外及或根本不存在的时候也能够 工作。发明内容在一个主要方面，本发明提供了 一种用于控制和监视至少两个动 物的系统，该系统包括控制设备，这些控制设备被调配为安装到所述动物上并被设为彼此进行通信，其中每个控制设备包括距离和运动 处理器装置，用于确定所述控制设备相对于其它控制设备的距离和确 定所述控制设备相对于其它控制设备的相对运动；和触发信号产生装 置，该装置被设为在所确定的距离及相对运动值与一个或多个预定的 或依情况可选的距离及相对运动阈值相比偏离允许值时，产生触发信 号。该系统还包括至少 一个刺激施加设备，该设备被调配为安装到至 少所述动物中的一个被选动物上，并被设为在被触发信号激活时对该 动物选择性地施加刺激。在其另 一个主要方面，本发明也提供一种用于局部控制和监视至 少两个动物的方法，该方法包括在第一个和/或第二个动物的位置确定第一个动物相对于第二个动物的距离和相对运动；并在所确定的距离及相对运动值与一个或多个预定的或依情况可选的距离及相对运 动阈值相比偏离允许值时，选择性地对这些动物中的一个或多个施加 刺激。在转向对附加特征和/或可选特征进行介绍以及为上述确认的系 统组件的优选形式提供进一步定义之前，最好对一些本发明的主要原 理可找到应用的简单情况进行简要介绍。首先假定该系统被用来控制和监视仅两个动物， 一种情况为两只 公牛，另一种情况为一只公牛和一只母牛。在第一种情况下，相关的 是两只公牛中每一只都安装一个控制设备和一个刺激施加设备。这些 控制设备设计用来确定和记录这两只公牛彼此间的相对位置，如它们 之间的绝对距离是多少米，而不依赖与所述动物携带的设备相分离的中央控制器。因为只要这些控制设备记录到确定的距离大于例如25 米(该距离作为门限最小距离存储于控制设备中)，将不产生对任何 动物的刺激。同样地，当一个动物在运动或两个都在运动时，任何一 个保持与另一个的初始距离或处于不会减小该距离的方向上，这些控 制设备将记录并确定这样的运动模式，当这两个动物之间保持的距离 没有下降到低于(即偏离)允许的25米距离时，不产生触发信号。另一方面，如果这两只公牛中的一只是静止的，而另一只向静止 的动物运动(在方向和速度上)，且运动的方式是预先存储的阈值表 明构成'挑衅公牛情况，，此时仅该挑衅动物所携带的控制设备上的信 号产生设备产生触发信号，这样便开始对这只公牛施加'否定，刺激，例如一个具有预定强度(或这样一个强度 一旦控制设备确定这两个 动物的距离超过进一步的距离阈值，则该强度增加)的电击，其目的 是使该动物停止；刺激可以只施加较短的时间，如电击刺激，如果该 公牛停止则不再施加。如果已停止的公牛仍处于两只动物的最小允许 距离以内，此时为促使其远离另一只公牛，可向这只已停止的公牛施 加一种不同类型的刺激。为了使该动物能够对不同的刺激以所希望的 方式作出反应，当然有必要"教育"该动物使其响应于给定的刺激表现 出所期望的行为。鉴于公牛好斗的天性，给另一只公牛安装刺激施加 设备以便能够控制和监视这两个动物的行为，当然是必要的。相反，在上述一只公牛和一只母牛的情况下，鉴于母牛的性情更 为温和，可不对其进行主动控制(确切地说，只监视)，只需在公牛 身上安装刺激施加设备，同时两个动物都携带控制设备即可，通过只 对公牛进行选择性的刺激施加和控制，可以获得所希望的行为反应或 这两个动物之间的交互活动。这些控制设备可以包含额外的处理器和数据存储功能以及额外 的传感器设备，以使监视和控制一个或多个动物的行为(或其他环境 交互指示)成为这些其他指示的一项功能，例如在一个扩展系统中这 些控制设备被编入安装有这些设备的动物的动物标识数据，从而允许 实施更复杂的、选择性的刺激施加所依据的规则集合，下面将对此做 更详细地解释。从以上的举例说明中很明显地看出，该系统能够用在对较大数 量动物的控制和监视方面，如成群的羊或马。在后一种情况下，例如， 如果马群由1匹种马和10匹母马组成，尽管上述类型的控制设备能 够安装在所有动物身上以用于监视目的，但只在这匹种马身上安装刺 激施加设备以将马群作为一个单位进行控制，激发所希望的或阻止不希望的种马与马群中的一匹或多匹母马之间的交互活动。如上所述，下面是本发明的上述主要原理的优选实施方式及其 他方面。在本发明的一个实施方案中，该系统的控制设备也包括用于确 定这些控制设备之间绝对和/或相对位置的处理器装置，从而能够在规 定环境里对动物的位置进行额外的监视。在一种优选形式中，控制设备本身具有处理和存储能力，用于 处理所做的确定结果并产生其与所存储的预定的相对位置、距离和/ 或运动(即速度和方向)的允许阈值之间的比较，从而提供一种在满 足实时数据处理需求的情况下独立于中央控制器的系统。因此，进行对所述动物的监视和控制，无需中央控制器来实时 监视动物行为(如运动)。通过响应于被测动物的行为发出刺激施加 信号从而主动控制动物的交互活动，在每个控制设备处局部实现以上 任务。尽管如此，中央控制器可以用来间歇地或连续地上传或下载控制设备驻留数据，并视需要帮助计算更为复杂的行为标准控制模式。 因此，控制设备为完成局部控制需要足够的"独立性"或自主性，但可以依靠中央控制器对由不同确定装置提供的信号执行更复杂的计算工作。也应当理解，中央控制器可以为控制设备提供其他数据以满足某些特定场合的需要。应当理解，所述设备能够作为项圏或耳标戴在动物体外，或者完全或部分植入，例如具体实现为植入在动物体内的具有外部电源的微芯片。本发明最初是在反刍动物控制的背景下设计的，例如普通牧场 中的牛，用以阻止不希望的交互活动。然而，应当理解，本发明的系 统/方法能够用于其他动物。 一项可能的应用预计是对人的控制，例如， 用于拘禁设施的情况下。无线电信号发射器和接收器被加入到控制设备中，这提供了以下优点允许基于信号强度评估、脉沖检测(pinging)或遥测领域的 一些其他已知技术来确定动物的相对位置、距离和/或运动。还应当理解，对于是否需要对动物中的一个或多个施加刺激 (及其力度或强度)的确定，可以包括其他与相对位置、距离和/或运动不相关的属性。这提供了以下优点允许基于多种其他因素——如 环境属性、动物身份、性别、行为和/或姿态——施加或停止施加刺激。在另 一个优选的实现方案中，控制设备被设为允许数据沿着一 连串的所述控制设备传输，例如，以使第一个控制设备采样和确定的 代表第一个动物行为的数据能够传送到这个动物附近的其他动物所 携带的控制设备上。在这种情况下，这些传输的数据将包括唯一的控 制i殳备标识符，从而允许识别动物个体。这便提供了以下优点这样的数据能够从一个控制设备传输到 另 一个控制设备，直到它进入例如数据读取器或数据存储设备的范围 内，该设备允许中央控制器对动物在时间上的行为模式进行釆样和存 储。应当理解，控制设备也可以被设为从其他传感器上采集数据， 这些传感器安装于基础设施上，例如农场中的门、水槽和/或水/食物 供应设施，从而允许确定更全面的历史行为情况。然而，同样地，由 这些其他传感器提供的数据可以用作可对动物施加刺激所依据的其 他属性。如上面提到的，在另一种优选的实现方案中，该系统可以包括 一个或多个与控制设备相关联的二级传感器，用于监视动物中心和/ 或环境属性，如外部温度、内部温度等等。这提供了以下优点能够 采样进一步的关于动物对环境因素作出反应的行为的信息，如脖子角 度传感器来确定牧草或交配习性，"啃咬，，计来提供关于营养和牧场空 间利用率的信息，内部生理传感器、计步器来确定动物行走了多远等 等。在另一种优选的实现方案中，控制设备被设为允许从选定的控 制设备获取数据和/或向选定的控制设备提供数据。这便提供了以下优点允许关于特定动物的行为的信息按照需 要被采样和存储。在本发明系统的一个更有限的方面，提供了一种用于控制和监 视至少两个动物的系统，该系统包括控制设备，这些控制设备被调配为安装在动物身上并被设为相互通信，其中每个控制设备包括 用于确定安装有这样的控制设备的动物的位置的装置； 用于确定动物之间的距离的装置； 用于确定动物之间的相对运动的装置； 该系统还包括至少一个刺激施加设备，该设备被设为对携带所述设备的动物 进行选择性的刺激施加，该刺激施加设备被设为对所述控制设备中的 一个或多个作出响应；和用于响应于对相对位置、距离和运动中的至少一项的确定及其与 一个或多个预定的或依情况选择的属性之间的比较来确定是否需要 向动物施加刺激的装置。另一方面，本发明提供了一种用于控制和监视至少两个动物的方 法，包括至少两个前述类型的控制设备，该方法包括以下步骤a) 确定第一个所述动物相对于第二个所述动物的位置；b) 确定第一个所述动物与第二个所述动物的距离；c) 确定所述第一个与第二个动物之间的相对运动；d) 响应于对相对位置、距离和运动中的至少一项的确定及其 与一个或多个预定的或依情况选择的属性之间的比较，开始对一个或 多个被选动物施加刺激；e) 在预定的刺激施加时间结束后，或者响应于所确定的相对 位置、所确定的距离及所确定的运动与其一个或多个预定的或依情况 而定的阈值相比偏离设定的量，停止对一个或多个被选动物施加刺 激。另一方面，本发明提供一种用于控制和监视至少两个动物的装 置，包括至少两个控制设备，这些控制设备被调配为安装在动物身上 并被设为彼此通信，每个控制设备包括微处理器，用于连续地确定第一个所述动物相对于第二个所述动物的距离，并确定所述第一个和第二个动物之间的相对运动；和 刺激单元，用于响应于从微处理器接收的信号向动物中的至少一个施加感觉刺激；其中，该微处理器是可编程的，以便如果满足预定的刺激规则，则对这些动物中的至少一个施加刺激并在取得预定结果时撤消该刺激。通过下文对本发明优选实施方案的描述及相关附图，本发明不同 方面的其他特征和优点将显而易见。
图1所示的是根据本发明一种具体实施方案的虚拟动物围栏装 置的框图；和图2所示的是示意流程图，该图显示了在图l装置的操作过程中 确定何时向动物施加刺激以及何时取消刺激的步骤。
具体实施方式
以下描述讨论利用安装于动物身上的控制设备间的通信对动物 进行控制和监视的系统、方法和装置。参考附图，图1以功能框图的形式示出了用于控制和监视动物的 装置10。装置IO安装于环绕着动物脖子(未示出)佩戴的项圏(未 示出)。装置10包括用于施加电击的刺激单元12，该刺激单元一般是向 动物脖子顶部施加电击。微处理器14与加速度计16协同工作，后者 被设为检测携带在动物身上的装置IO速度上的微小变化。装置10也 包括以发射器/接收器20的形式存在的通信模块，该模块与微处理器 14通信，并向安装于其他动物的类似项圏(装置10)发送信号或从 其接收信号。发射器/接收器20接收到的信号及信号强度被输入到微 处理器14,微处理器14于是能够计算并确定动物相对于目标——即 另一个动物——的位置。在一种替代的简易实施方案中，动物身上的装置10可包括仅一 个发射器，同时另一个动物身上的装置10可包括仅一个接收器。应当理解，GPS技术可以有利地结合到装置10中，并且与上 述确定所述动物相对位置(例如距离)的方法一起使用，以确定动物 在虚拟围栏和/或实体围栏里的实际位置。装置10也可结合电子罗盘18以提供表示动物微小运动的方向 的信号，并允许确定该方向。这样的信息是指示动物的运动模式的方 向(定向)所必需的。装置10也可以任选地包括颈部角度监视器来识别和/或记录何 时动物的脖子例如朝下，表明这个动物在吃草或喝水。这些附加信息 对于识别所述动物的具体行为是有利的，例如允许确定是否 一组携带 装置10的动物在给定位置表现出共同的习性。装置10设计用来使数据例如行为数据以链式方式传送至临近的类似装置并能被这些装置接收，这是为了使数据进入一个或多个位于 如固定建筑或车辆上的数据读取器或数据存储设备的范围内。应当理 解，这种数据中继功能也能用来传输从安装在固定基础设施——如农 场中常见的门、水槽或食物供应设施——上的传感器而来的数据。该系统及其组成装置10还被设计为能够从此类装置中的一个特 定装置获取由装置10采样和保存的数据， 一般是通过指向特定动物的定向天线"枪，，来获取。可替换的，或除此之外，该定向天线"枪，，也可以用来将数据加载到一个特定的装置10， 一般用于改变存储在装置 10中的刺激规则和/或其他参数并可应用于这些动物中的一个或多个。应当理解，这些数据中的一些可能是动物专用标签数据，该数据能 够用来例如控制门的、喂食器的或水槽的行为。装置10的微处理器14被编入数据，这些数据包括对一个或多个 动物施加刺激所必须满足的刺激规则、动物的类型、用于确定对哪个 (哪些)动物施加刺激的逻辑、用于计算对这个(这些)动物施加刺 激的持续时间的逻辑、关于当满足刺激规则时以何种强度施加刺激的 强度数据。所述刺激施加规则可以是例如仅两个动物之间的距离这样简单 的东西。通过这种方式，能使动物保持分散，例如，以避免其交配， 或诱使动物聚集，例如，以诱使交配。这些刺激规则也可以更为复杂并可以在施加任何刺激之前包括例如这样的确定两个动物都是公的 并且正在以一定的速度朝彼此走过去。通过这种方式，能够避免动物 ——诸如两只公牛——打架。图2所示的是示例性的用于确定何时向动物施加刺激以及何时 停止刺激的一系列步骤。在步骤30中，首先确定动物的位置和行为， 包括运动的距离、速度和方向。在步骤32中，该数据与提供预定刺 激规则的阈值进行比较。例如，该刺激规则集合可以包含不允许某些 动物个体靠近小于最小安全交互距离所依据的数据。由此，当检测到这些动物正向彼此运动或一个动物正向另一个运动，且达到最小距 离，微处理器14便根据所设定的规则确定是否需要向这些动物中的 一个或多个施加刺激，即步骤33，随后控制刺激单元12施加必要的 对动物加以刺激的行为，即步骤34。不间断地监视这些动物的行为， 施加的刺激可以一直持续到证实这些动物已停止，相互远离，要不然 是另一刺激标准不再满足，即步骤36。接着刺激被取消，即步骤38。 随后依照步骤30重新确定动物的位置和行为，此循环重复进行。能够表明，利用以上描述的方法和系统，训练诸如公牛这样的动 物使其表现出所希望的行为是可能的，其中，装置10用于满足此目 的即提供可被监视和控制的否定性强制行为，从而消除不期望的动 物个体或动物群体的行为。同样能够表明，安装有装置10并工作在本发明方法下的动物 '学习，避免导致施加不舒服的否定刺激的行为，即一段时间后，否定 刺激施加的频率会减少。鉴于所述的预定刺激规则集合能够以简单的方式(软件/数据库 实现)来调整，并且一个更新的或修订的集合可根据需要下载到装置 10，所以上述方法和系统允许对行为模式进行微调，并易于适应变化 的情况。例如，对多种动物进行的实验表明，诱发特定行为——如阻止动物做某一特定活动——所需的刺激持续时间和强度对于同一种 类的不同动物可以是不同的。此外，动物快速学习把剌激模式与所希 望的行为联系起来。此外，能够表明，施加刺激仅到动物停止活动为 止的策略是一种有效的控制动物运动的方法。相信该方法和系统是对以往系统的改进，并将可能使虚拟围栏成 为一种经济上可行的选择。本领域的技术人员应当理解，如所述具体实施方案中所示，可以 对本发明做许多变动和/或修改，而不脱离这里主要描述的发明的精神 或范畴。因此，所述的具体实现方案无论从那方面来说都是说明性而 非限定性的。
权利要求
1.一种用于控制和监视至少两个动物的系统，包括控制设备，这些控制设备被调配为安装到所述动物上并被设为彼此通信，其中，每个控制设备包括距离和运动处理器装置，用于确定所述控制设备相对于其他控制设备的距离和确定所述控制设备相对于其他控制设备的相对运动；和触发信号产生装置，该装置被设为在所确定的距离及相对运动值与一个或多个预定的或依情况可选的距离及相对运动阈值相比偏离允许值时产生触发信号，该系统还包括至少一个刺激施加设备，该刺激施加设备被调配为安装在所述动物中的至少一个被选动物身上，并被设为在被触发信号激活时对动物选择性地施加刺激。
2. —种用于控制和监视至少两个动物的系统，包括被调配为安 装在动物身上并被设为彼此通信的控制设备，其中，每个控制设备包 括用于确定安装有这样的控制设备的动物的位置的装置； 用于确定动物之间的距离的装置；用于确定动物之间的相对运动的装置；该系统还包括至少 一个刺激施加设备，被设为向携带所述设备的动物选择性 地施加刺激，该刺激施加设备被设为对一个或多个所述控制设备作出 响应；和用于响应于对相对位置、距离和运动中的至少一项的确定及其 与一个或多个预定的或依情况选择的属性之间的比较来确定是否需 要向动物施加刺激的装置。
3. 根据权利要求1或2的系统，其中所述控制设备还包括 处理和存储装置，用于处理所做的确定并将其与所存储的关于相对位置、距离和/或运动的预定的允许阈值进行比较。
4. 根据权利要求l、 2或3的系统，其中，所述控制设备还包 括无线电信号发射器和接收器。
5. 根据前述任何一个权利要求的系统，其中，确定是否需要向 一个或多个动物施加刺激及其力度或强度的操作可以包括其他与相 对位置、距离和/或运动无关的属性。
6. 根据权利要求5的系统，其中，所述的其他属性包括环境属 性、动物身份、性别和行为中的一项或多项。
7. 根据前述任何一个权利要求的系统，其中，所述控制设备被 设为允许数据沿着 一连串所述控制设备传输。
8. 根据权利要求7的系统，其中，所述数据包括唯一的控制设 备标识符。
9. 根据前述任何一个权利要求的系统，该系统还包括一个或多 个与所述控制设备相关联的二级传感器，用于监视动物中心和/或环境 属性。
10. 根据前述任何一个权利要求的系统，其中，所述控制设备 被设为允许从选定的控制设备获取数据和/或向选定的控制设备提供 数据。
11. 一种用于局部控制和监视至少两个动物的方法，包括在 第一个动物和/或第二个动物的位置上确定第一个动物相对于第二个 动物的距离和相对运动；以及在所确定的距离及相对运动值与一个或 多个预定的或依情况可选的距离及相对运动阈值相比偏离允许值时， 选择性地对这些动物中的一个或多个施加刺激。
12. 根据权利要求11的用于控制和监视至少两个动物的方法， 包括至少两个能够安装在所述动物上并被设为彼此通信的控制设备， 该方法包括以下步骤a) 确定第一个所述动物相对于第二个所述动物的位置；b) 确定第一个所述动物与第二个所述动物之间的距离；c) 确定所述第一个和第二个动物之间的相对运动；d) 响应于对相对位置、距离和运动的至少一项的确定及其与一 个或多个预定的或依情况选择的属性之间的比较，开始对一个或多个 被选动物施加刺激；e)响应于对刺激施加时间、相对位置、距离和运动中的至少一 项的确定及其与一个或多个预定的或依情况选择的属性之间的比较， 停止对一个或多个被选动物施加刺激。
13. 根据权利要求11或12的方法，其中，步骤a)包括所述第 一控制设备发射信号而第二控制设备接收该信号的子步骤。
14. 根据权利要求ll、 12或13的方法，其中，确定是否需要 向一个或多个动物施加刺激及其力度或强度的步骤包括其他的与相 对位置、距离和/或运动不相关的属性。
15. 根据权利要求13的方法，其中，所述其他属性包括环境属 性、动物身份、性别和行为中的一项或多项。
16. 根据权利要求11至15之一的方法，该方法还包括沿着一 连串所述控制设备传输数据的步骤。
17. 根据权利要求16的方法，其中，所述数据包括唯一的控制 设备标识符。
18. 根据权利要求11至17任何一个的方法，该方法还包括使 用 一个或多个与所述控制设备相关联的二级传感器监视动物中心和/ 或环境属性的步骤。
19. 根据权利要求11至18任何一个的方法，该方法还包括从 选定的控制设备获取数据和/或向选定的控制设备提供数据的步骤。
20. 用于控制和监视至少两个动物的系统、方法和装置，基本 上如这里参考附图对本发明的任何一个具体实施方案所描述的。
全文摘要
一种用于控制和监视动物的系统，包括控制设备(10)，这些控制设备能够安装在这些动物上并被设为彼此通信。每个控制设备(10)包括用于确定一个动物相对于第二个动物的位置的装置、用于确定这两个动物之间距离的装置和用于确定动物之间的相对运动的装置。该系统还包括刺激施加设备(12)，被设为基于动物的相对位置、距离和/或运动选择性地对动物施加刺激。
文档编号A01K15/02GK101222842SQ200680025824
公开日2008年7月16日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年5月24日
发明者皮特·伊恩·科克 申请人:联邦科学和工业研究组织