(57)【要約】【課題】四肢歩行動物が乗駕行動を許容する乗駕許容の検知精度の向上を図る。【解決手段】本発明に係るセンサ１０は、四肢歩行動物の背に取り付けられ、該四肢歩行動物が他の四肢歩行動物による乗駕行動を許容する乗駕許容を検知するためのセンサであって、イオン導電性高分子層１２２の両面に電極層１２３Ａ，１２３Ｂが設けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するポリマー素子１２１を有し、ポリマー素子１２１は、荷重が印加されていない状態において非平面状に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四肢歩行動物の背に取り付けられ、該四肢歩行動物が他の四肢歩行動物による乗駕行動を許容する乗駕許容を検知するためのセンサであって、
イオン導電性高分子層の両面に電極層が設けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するポリマー素子を有し、
前記ポリマー素子は、前記荷重が印加されていない状態において非平面状に設けられていることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記荷重の印加に応じて変形する変形部材をさらに有し、
前記ポリマー素子は、前記変形部材の変形に応じて変形することを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサにおいて、
前記ポリマー素子は、前記変形部材に取り付けられ、
前記ポリマー素子が取り付けられた変形部材の周囲に設けられた緩衝材をさらに有し、
前記緩衝材を介して、前記荷重が前記変形部材に印加されることを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記ポリマー素子は、湾曲しており、前記荷重の印加に応じて、曲率が小さくなるように、または、曲率が大きくなるように変形することを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記ポリマー素子は、屈曲しており、前記荷重の印加に応じて、屈曲角が小さくなるように、または、屈曲角が大きくなるように変形することを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記イオン導電性高分子層および前記電極層の積層体を覆うカバーフィルムをさらに備えることを特徴とするセンサ。
【請求項７】
第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、前記第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知する検知装置であって、
前記第１の四肢歩行動物の背に取り付けられた、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサから出力された信号を取得する取得部と、
前記取得部が取得した信号に対応する検知荷重と、前記センサが荷重を検知した荷重時間とに基づき、前記乗駕許容を検知する検知部と、を備えることを特徴とする検知装置。
【請求項８】
請求項７に記載の検知装置において、
前記検知部は、前記検知荷重が所定値以上であり、かつ、前記荷重時間が所定時間以上である場合、前記乗駕許容があったと検知することを特徴とする検知装置。
【請求項９】
請求項７に記載の検知装置において、
前記検知部は、前記検知荷重と前記荷重時間との積算値が所定値以上である場合、前記乗駕許容があったと検知することを特徴とする検知装置。
【請求項１０】
第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、前記第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知する検知装置における検知方法であって、
前記第１の四肢歩行動物の背に取り付けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するセンサから出力された信号を取得するステップと、
前記取得した信号に対応する検知荷重と、前記荷重が印加された荷重時間とに基づき、前記乗駕許容を検知するステップと、を含むことを特徴とする検知方法。
【請求項１１】
第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、前記第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知する検知装置内のコンピュータに、
前記第１の四肢歩行動物の背に取り付けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するセンサから出力された信号を取得するステップと、
前記取得した信号に対応する検知荷重と、前記荷重が印加された荷重時間とに基づき、前記乗駕許容を検知するステップと、を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗駕許容を検知するためのセンサおよびそれを用いた検知装置、検知方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
牛などの四肢歩行動物の背に他の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、その四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知することは、人工授精による繁殖を行う上で重要である。
【０００３】
特許文献１には、四肢歩行動物に対する乗駕行動を検知するための装置が記載されている。この装置は、第１の接点と第２の接点とを有するスイッチと、送信器モジュールとを備え、四肢歩行動物の背に取り付けられる。四肢歩行動物に対する乗駕行動が行われ、装置に所定以上の荷重が印加されると、スイッチの第１の接点と第２の接点とが電気的に接続してスイッチが作動し、スイッチの作動に応じて送信回路が信号を送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平９−５０７３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
乗駕行動以外にも、四肢歩行動物の背に他の四肢歩行動物の体（例えば、鼻）が押圧されることで、荷重が印加されることがある。このような荷重の印加を、乗駕行動による荷重の印加と区別するためには、四肢歩行動物の背に印加された荷重の大きさおよび荷重が検知された時間（荷重時間）を用いることが有効である。
【０００６】
特許文献１に記載されている装置においては、所定以上の荷重の印加に応じて、スイッチの第１の接点と第２の接点とが電気的に接続してスイッチが作動する。そのため、特許文献１に記載されている装置においては、所定以上の荷重の印加の有無を検知することはできるが、印加された荷重の大きさを検知することはできない。そのため、正確に検知することができないことがある。なお、乗駕許容を検知するために、一般的な圧電素子あるいはメカニカルなＯＮ／ＯＦＦスイッチなどの素子を用いることも考えられる。しかしながら、これらの素子は、物理的な強度、価格、重量などの制約から、乗駕許容を検知するためのセンサとして用いることは困難である。また、乗駕許容を検知するためには、乗駕行動時に印加される圧力をリニアに検出できることが望ましいが、従来のセンサでは、厳しい環境下で上述したような制約を満たしつつ、このような検出を行うことは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、四肢歩行動物が乗駕行動を許容する乗駕許容の検知精度の向上を図ることができるセンサ、検知装置、検知方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るセンサは、四肢歩行動物の背に取り付けられ、該四肢歩行動物が他の四肢歩行動物による乗駕行動を許容する乗駕許容を検知するためのセンサであって、イオン導電性高分子層の両面に電極層が設けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するポリマー素子を有し、前記ポリマー素子は、前記荷重が印加されていない状態において非平面状に設けられている。
【０００９】
また、本発明に係るセンサにおいて、前記荷重の印加に応じて変形する変形部材をさらに有し、前記ポリマー素子は、前記変形部材の変形に応じて変形することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るセンサにおいて、前記ポリマー素子は、前記変形部材に取り付けられ、前記ポリマー素子が取り付けられた変形部材の周囲に設けられた緩衝材をさらに有し、前記緩衝材を介して、前記荷重が前記変形部材に印加されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るセンサにおいて、前記ポリマー素子は、湾曲しており、前記荷重の印加に応じて、曲率が小さくなるように、または、曲率が大きくなるように変形することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るセンサにおいて、前記ポリマー素子は、屈曲しており、前記荷重の印加に応じて、屈曲角が小さくなるように、または、屈曲角が大きくなるように変形することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るセンサにおいて、前記イオン導電性高分子層および前記電極層の積層体を覆うカバーフィルムをさらに備えることが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る検知装置は、第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、前記第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知する検知装置であって、前記第１の四肢歩行動物の背に取り付けられた、上記のいずれかのセンサから出力された信号を取得する取得部と、前記取得部が取得した信号に対応する検知荷重と、前記センサが荷重を検知した荷重時間とに基づき、前記乗駕許容を検知する検知部と、を備える。
【００１５】
また、本発明に係る検知装置において、前記検知部は、前記検知荷重が所定値以上であり、かつ、前記荷重時間が所定時間以上である場合、前記乗駕許容があったと検知することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る検知装置において、前記検知部は、前記検知荷重と前記荷重時間との積算値が所定値以上である場合、前記乗駕許容があったと検知することが好ましい。
【００１７】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る検知方法は、第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、前記第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知する検知装置における検知方法であって、前記第１の四肢歩行動物の背に取り付けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するセンサから出力された信号を取得するステップと、前記取得した信号に対応する検知荷重と、前記荷重が印加された荷重時間とに基づき、前記乗駕許容を検知するステップと、を含む。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、前記第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知する検知装置内のコンピュータに、前記第１の四肢歩行動物の背に取り付けられ、荷重の印加に応じて変形し、該変形に応じた信号を出力するセンサから出力された信号を取得するステップと、前記取得した信号に対応する検知荷重と、前記荷重が印加された荷重時間とに基づき、前記乗駕許容を検知するステップと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るセンサ、検知装置、検知方法およびプログラムによれば、四肢歩行動物が乗駕行動を許容する乗駕許容の検知精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサの要部構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すセンサの荷重の印加時の状態を示す図である。
【図３】図１に示すＥＡＰセンサの要部構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るセンサの要部構成の他の一例を示す図である。
【図５】図４に示すセンサの荷重の印加時の状態を示す図である。
【図６】図１に示すＥＡＰセンサの要部構成の他の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るセンサの要部構成の他の一例を示す図である。
【図８】図７に示すセンサの荷重の印加時の状態を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る検知装置の構成例を示す図である。
【図１０Ａ】実施例１に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｂ】実施例２に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｃ】実施例３に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｄ】実施例４に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｅ】実施例５に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｆ】実施例６に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｇ】実施例７に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｈ】実施例８に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｉ】実施例９に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｊ】実施例１０に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１０Ｋ】実施例１１に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【図１１】牛へのセンサの取り付け位置を示す図である。
【図１２】センサの出力信号の波形の一例を示す図である。
【図１３Ａ】図１２に示す１４番目のピークのタイミングにおけるカメラ画像を示す図である。
【図１３Ｂ】図１２に示す１７番目のピークのタイミングにおけるカメラ画像を示す図である。
【図１４】図１４に示す１３番目のピークを波形をより詳細に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ１０の要部構成を示す断面図である。本実施形態に係るセンサ１０は、牛などの四肢歩行動物の背に取り付けられ、その四肢歩行動物が他の四肢歩行動物による乗駕行動を許容する乗駕許容を検知するためのセンサである。より具体的には、本実施形態に係るセンサ１０は、四肢歩行動物に対する乗駕行動により、四肢歩行動物の背に荷重が印加された際に、その印加された荷重に応じた信号を出力するものである。
【００２３】
図１に示すセンサ１０は、変形部材１１と、ＥＡＰ（Electroactive Polymers）センサ１２とを備える。
【００２４】
変形部材１１は、円筒状の部材であり、図２に示すように、荷重の印加により変形する。変形部材１１の材質としては、ポリ塩化ビニル（Polyvinyl chloride:PVC）、ナイロンなどを用いることができる。ただし、変形部材１１の材質は、これらに限られるものではなく、荷重の印加に応じて変形すれば、センサ１０の機能を損なわない範囲で、任意の材質を用いることができる。また、変形部材１１のサイズ（直径）も、印加される荷重の大きさなどに応じて、適宜、設定することができる。また、変形部材１１は、必ずしも円筒状である必要は無く、荷重の印加に応じて変形すれば、任意の形状とすることができる。
【００２５】
ＥＡＰセンサ１２は、例えば、粘着性を有する保護フィルムにより、円筒状の変形部材１１の外表面に、周方向の一部に沿って配置（固定）される。すなわち、ＥＡＰセンサ１２は、荷重が印加されていない状態において、非平面状に（図１では湾曲して）配置される。図２に示すように、変形部材１１の上部から測定対象部に向かって荷重が印加されると、変形部材１１は上下方向に潰れるように変形する。ＥＡＰセンサ１２は、変形部材１１が変形した場合に、曲率が大きくなる部分に配置されている。ＥＡＰセンサ１２は、変形部材１１の変形に伴って、曲率が大きくなるように変形する。図１においては、ＥＡＰセンサ１２が測定対象部に当接する例を示しているが、これに限られるものではなく、変形部材１１が測定対象部に当接してもよい。
【００２６】
ＥＡＰセンサ１２は、変形部材１１の変形に伴って変形し、その変形に応じた信号（電気信号）を出力する。
【００２７】
図３は、ＥＡＰセンサ１２の要部構成の一例を示す図であり、特に、ＥＡＰセンサ１２が有するポリマー素子１２１の概略構成例（Ｚ−Ｘ断面構成例）を示す図である。
【００２８】
図３に示すように、ＥＡＰセンサ１２は、高分子層１２２（イオン導電性高分子層）と、電極層１２３Ａ，１２３Ｂとを備えるポリマー素子１２１を有する。
【００２９】
高分子層１２２は、スルホン酸基またはカルボン酸基といった極性基を有するフッ素系樹脂（例えば、デュポン株式会社製のナフィオン（登録商標））などのイオン導電性高分子により構成される。高分子層１２２を構成する材料はこれに限られるものではなく、イオン物質が含浸されたイオン伝導性高分子化合物により構成される。「イオン物質」とは、高分子層１２２内を伝導することが可能なイオン全般を指しており、有機物質であっても無機物質であってもよい。例えば、イオン物質としては、水素イオン、金属イオン単体、またはそれら陽イオンおよび／または陰イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいはイミダゾリウム塩などのそれ自体が液状である陽イオンおよび／または陰イオンを含むものなどを含むが、これらに限られるものではない。
【００３０】
電極層１２３Ａ，１２３Ｂは、高分子層１２２のＺ方向の両面に、高分子層１２２を挟むようにして設けられている。すなわち、ポリマー素子１２１は、高分子層１２２を電極層１２３Ａ，１２３Ｂが挟むように積層された積層体である。電極層１２３Ａ，１２３Ｂはそれぞれ、高分子層１２２を構成する高分子材料中にカーボンブラックを配合して構成される。電極層１２３Ａ，１２３Ｂにはそれぞれ、電気信号の取り出し用の配線が接続されるが、図３においては記載を省略している。
【００３１】
ポリマー素子１２１（ＥＡＰセンサ１２）が外力を受けて、例えば、図３のＺ軸の正方向（電極層１２３Ｂ側）に変形（湾曲）すると、高分子層１２２では、電極層１２３Ｂ側が圧縮し、電極層１２３Ａ側が伸張する。すると、高分子層１２２に含まれる陽イオンが内圧の低い電極層１２３Ａ側に移動し、電極層１２３Ａ側では陽イオンが密となり、電極層１２３Ｂ側では陽イオンが疎となる。そのため、電極層１２３Ａと電極層１２３Ｂとに電位差が生じ、この電位差が電極層１２３Ａ，１２３Ｂに接続された電気信号の引き出し用の配線から電気信号として出力される。
【００３２】
なお、一般に、ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）は、略平面状に形成される。このＥＡＰセンサ１２を平面状の台座の上に配置して荷重を印加しても、ＥＡＰセンサ１２は変形せず、ＥＡＰセンサ１２から電気信号は出力されない。一方、本実施形態においては、上述したように、ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）は、荷重が印加されていない状態において、変形部材１１の外表面に非平面状に配置されており、変形部材１１の変形に応じて変形する。ポリマー素子１２１の変形に応じて、電極層１２３Ａと電極層１２３Ｂとの間に電位差が生じ、この電位差が電気信号としてＥＡＰセンサ１２から出力される。
【００３３】
次に、本実施形態に係るセンサ１０を用いた荷重検知方法について、図１，２を参照して説明する。
【００３４】
まず、ＥＡＰセンサ１２が配置された変形部材１１が、図１に示すように、測定対象部上に配置される。ここで、ＥＡＰセンサ１２は、円筒状の変形部材１１の外表面に沿って、非平面状に設けられている。すなわち、ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）は、荷重が印加されていない状態において非平面状（図１においては、湾曲状）に設けられている。
【００３５】
図１に示す状態から、図２に示すように、変形部材１１を介して測定対象部に向かう方向に荷重が印加されると、変形部材１１は、ＥＡＰセンサ１２が貼り付けられた部分の曲率が大きくなるように変形する。変形部材１１の変形に応じて、ＥＡＰセンサ１２のポリマー素子１２１も曲率が大きくなるように変形する。ポリマー素子１２１の変形に応じて、ＥＡＰセンサ１２から信号が出力され、この信号を検出することで、印加された荷重を検出することができる。
【００３６】
荷重の印加に応じてＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）が変形し、その変形に応じた信号が出力されることで、印加された荷重の大きさ、および、荷重が検知された時間（荷重時間）を検知することができる。また、変形部材１１およびＥＡＰセンサ１２は、荷重の印加に応じて変形する程度の柔軟性を有する。そのため、測定対象部（四肢歩行動物の背）に押圧されても、測定対象部へのダメージ、例えば、傷を生じさせる可能性は少ない。したがって、測定対象部へのダメージを抑制しつつ、測定対象部に印加される荷重を検知することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、円筒状の変形部材１１にＥＡＰセンサ１２を固定して、ＥＡＰセンサ１２を非平面状に保持する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。変形部材１１は、ＥＡＰセンサ１２を非平面状に保持し、変形部材１１の変形に応じてＥＡＰセンサ１２を変形させることが可能であれば、任意の形状とすることができる。また、荷重が印加されていない状態において、ＥＡＰセンサ１２を非平面状に保持することができれば、必ずしも変形部材１１を設ける必要は無い。
【００３８】
また、本実施形態においては、ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）が、荷重の印加に応じて、曲率が大きくなるように変形する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）は、荷重の印加に応じて、曲率が小さくなるように変形してもよい。
【００３９】
また、本実施形態においては、ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）が、荷重が印加されていない状態において、湾曲している（円弧状をしている）例を用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＥＡＰセンサ１２（ポリマー素子１２１）が、図４に示すように、屈曲していてもよい（折れ曲がっていてもよい）。この場合、変形部材１１としては、例えば、図４に示すように、台形の部材を用いることができる。台形の変形部材１１は、平行な二辺のうち、短い方の辺が屈曲したＥＡＰセンサ１２に当接するように配置される。そして、荷重が印加されると、図５に示すように、ＥＡＰセンサ１２を押し広げるようにして、変形部材１１が潰れる（変形する）。すなわち、ＥＡＰセンサ１２は、荷重の印加に応じて、屈曲角が大きくなるように変形し、その変形に応じた信号を出力する。このように、ＥＡＰセンサ１２が屈曲していても、荷重を検知することができる。なお、ＥＡＰセンサ１２は、荷重の印加に応じて、屈曲角が小さくなるように変形してもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、ＥＡＰセンサ１２は、高分子層１２２（イオン導電性高分子層）の両側を電極層１２３Ａ，１２３Ｂで挟んだ積層体（ポリマー素子１２１）を備える例を用いて説明したが、これに限られるものではない。ＥＡＰセンサ１２は、図６に示すように、高分子層１２２および電極層１２３Ａ，１２３Ｂの積層体を覆うカバーフィルム１２４をさらに備えていてもよい。カバーフィルム１２４は、水分の透過を抑制可能な材質、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）などで構成される。また、カバーフィルム１２４としては、無機金属層を有するバリアフィルムを用いることができる。カバーフィルム１２４は、高分子層１２２および電極層１２３Ａ，１２３Ｂの積層体への水分の侵入を抑制するように、積層体全体を覆う。
【００４１】
高分子層１２２および電極層１２３Ａ，１２３Ｂの積層体は水分によりその起電圧に影響を及ぼすことがある。そのため、水分の透過を抑制可能なカバーフィルム１２４でその積層体を覆うことで、ＥＡＰセンサ１２は温度、湿度によらず、安定した特性を発現することができる。
【００４２】
このように本実施形態においては、センサ１０は、四肢歩行動物の背に設けられる。そして、センサ１０は、高分子層１２２（イオン導電性高分子層）の両面に電極層１２３Ａ，１２３Ｂが設けられ、荷重の印加に応じて変形し、変形に応じた信号を出力するポリマー素子１２１を有し、ポリマー素子１２１は、荷重が印加されていない状態において非平面状に設けられている。
【００４３】
センサ１０を四肢歩行動物の背に設けることで、荷重の印加に応じてポリマー素子１２１が変形すると、その変形に応じた信号が出力されるので、印加された荷重の大きさおよび荷重時間を検知することができる。また、変形部材１１およびポリマー素子１２１（ＥＡＰセンサ１２）は、荷重の印加に応じて変形する程度の柔軟性を有する。そのため、測定対象部に押圧されても、測定対象部へのダメージ、例えば、傷を生じさせる可能性は少ない。したがって、測定対象部へのダメージを抑制しつつ、測定対象部に印加される荷重を検知することができる。
【００４４】
センサ１０は、図１あるいは図４を参照して説明した構成に限られるものではない。図７は、本実施形態に係るセンサ１０の要部構成の他の一例を示す断面図である。
【００４５】
図７に示すセンサ１０は、図１に示すセンサ１０と比較して、緩衝材１３を追加した点が異なる。
【００４６】
緩衝材１３は、ＥＡＰセンサ１２が取り付けられた変形部材１１の周囲を覆うように設けられている。緩衝材１３は、変形部材１１に印加される荷重を緩衝する緩衝機能を有する。緩衝材１３は、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂などで構成されるが、これに限られるものではなく、緩衝機能を有していれば、センサ１０の機能を損なわない範囲で、任意に材質により構成することができる。
【００４７】
変形部材１１の変形の程度には限度がある。そのため、限度を超える変形を生じさせるような大きな荷重が印加された場合には、印加された荷重を正確に検知することができない。
【００４８】
図７に示すセンサ１０においては、図８に示すように、緩衝材１３を介して変形部材１１に荷重が印加される。緩衝材１３を介して荷重が印加されることで、変形部材１１自体に印加される荷重が減少するので、より大荷重の検知が可能となる。
【００４９】
次に、図９を参照して、本発明の一実施形態に係る検知装置２０について説明する。本実施形態に係る検知装置２０は、上述したセンサ１０を用いて、第１の四肢歩行動物の背に第２の四肢歩行動物が乗る乗駕行動を、第１の四肢歩行動物が許容する乗駕許容を検知するものである。
【００５０】
図９は、本実施形態に係る検知装置２０の構成例を示す図である。
【００５１】
検知装置２０は、取得部２１と、検知部２２とを備える。
【００５２】
取得部２１は、四肢歩行動物の背に設けられたセンサ１０から出力された信号を取得し、検知部２２に出力する。なお、図９においては記載を省略しているが、センサ１０と取得部２１との間には、センサ１０から出力された信号を増幅して出力するアンプ、および、アンプから出力された信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄコンバータなどが設けられる。センサ１０から出力される信号（電気信号）は、微弱であるため、アンプにより増幅され、その後、デジタル信号に変換されて、取得部２１に出力される。
【００５３】
検知部２２は、取得部２１が取得した信号に対応する荷重（以下、「検知荷重」と称する）と、センサ１０が荷重を検知した荷重時間（荷重の検知を示す信号が出力された時間）とに基づき、乗駕許容を検知する。例えば、検知部２２は、検知荷重が所定値以上であり、かつ、荷重時間が所定時間以上である場合、乗駕許容があったと検知する。また、検知部２２は、例えば、検知荷重と荷重時間との積が所定の閾値以上である場合、乗駕許容があったと検知する。検知荷重と荷重時間とに応じた乗駕許容の検知の詳細については後述する。
【００５４】
センサ１０と、検知装置２０とは一体的に設けられてもよい。この場合、センサ１０を備える検知装置２０が四肢歩行動物の背に設けられてもよい。検知部２２の検知結果は、例えば、検知装置２０が備える不図示のメモリに蓄積される。観察者は、メモリの読み取りにより、検知結果を取得することができる。また、検知部２２の検知結果は、例えば、無線通信により、観察者が所持する管理端末などに送信されてもよい。
【００５５】
また、センサ１０と、検知装置２０とが分離されている場合には、センサ１０から出力された信号は、例えば、無線通信により検知装置２０に送信される。また、センサ１０から出力された信号は、センサ１０に設けられたメモリに蓄積され、検知装置２０は、そのメモリに有線または無線を介してアクセスすることで、センサ１０から出力された信号を取得してもよい。
【００５６】
次に、本実施形態に係る検知装置２０における、乗駕許容の検知方法について説明する。
【００５７】
まず、取得部２１は、四肢歩行動物の背に取り付けられ、荷重の印加に応じて変形し、変形に応じた信号を出力するセンサ１０から出力された信号を取得する。次に、検知部２２は、取得部２１が取得した信号に対応する検知荷重と、センサ１０が荷重を検知した荷重時間とに基づき、乗駕許容を検知する。すなわち、本実施形態に係る検知装置２０における、乗駕許容の検知方法は、四肢歩行動物（第１の四肢歩行動物）の背に取り付けられ、荷重の印加に応じて変形し、変形に応じた信号を出力するセンサ１０から出力された信号を取得するステップと、取得した信号に対応する検知荷重と、センサ１０が荷重を検知した荷重時間とに基づき、乗駕許容を検知するステップと、を含む。
【実施例】
【００５８】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００５９】
まず、ポリマー素子を用いたセンサの作製について説明する。
（実施例１）
本実施例では、１ｃｍ×５ｃｍ（幅×長さ）の長方形状のポリマー素子を以下のようにして作製した。
【００６０】
まず、分散媒に導電性材料粉末と導電性高分子とを分散させた塗料をイオン導電性高分子膜の両面に塗布した。次に、分散媒を揮発させて、イオン導電性高分子膜の両面に電極層を形成するとともに、イオン導電性高分子膜に陽イオン物質を含浸させた。その後、イオン導電性高分子膜（イオン導電性高分子層）および電極層を所定の大きさ（１ｃｍ×５ｃｍ）に裁断して、ポリマー素子を作製した。イオン導電性高分子膜の厚さは１００μｍであった。また、イオン導電性高分子膜の両面に形成された電極層の厚さは１５μｍであった。
【００６１】
次に、作製したポリマー素子に電気信号の引き出し用の配線を取り付けた上で、２ｃｍ×６ｃｍ（幅×長さ）のＰＥＴフィルム（カバーフィルム）の中央部に配置した。そして、ＰＥＴフィルムの外周から５ｍｍの幅の領域に熱硬化型樹脂材を５０μｍの厚さで塗布し、その上から２ｃｍ×６ｃｍのＰＥＴフィルムを張り合わせて、ＥＡＰセンサを作製した。ポリマー素子の両面のＰＥＴフィルムの厚さは１２μｍであった。なお、以下の実施例においても、ＥＡＰセンサの作製方法は同じである。
【００６２】
次に、直径１５ｍｍのポリ塩化ビニル製のチューブに、作製したＥＡＰセンサを長辺がポリ塩化ビニル製のチューブの軸方向に沿うようにして貼り付けてセンサを作製した。
【００６３】
（実施例２）
本実施例では、直径１０ｍｍのナイロン製のチューブに、作製したＥＡＰセンサを長辺がナイロン製のチューブの軸方向に沿うようにして貼り付けてセンサを作製した。
【００６４】
（実施例３）
本実施例では、直径８ｍｍのナイロン製のチューブに、作製したＥＡＰセンサを長辺がナイロン製のチューブの軸方向に沿うようにして貼り付けてセンサを作製した。
【００６５】
（実施例４）
本実施例では、実施例１と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたポリ塩化ビニル製のチューブの周囲を、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂で構成されたスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。スポンジのサイズは、５０ｍｍ×７０ｍｍ×３０ｍｍ（幅×奥行き×高さ）であった。ポリ塩化ビニル製のチューブは、その軸方向がスポンジの奥行き方向と一致するように配置した。なお、以下の実施例においても、ＥＡＰセンサを貼り付けたチューブの配置方向は同じである。
【００６６】
（実施例５）
本実施例では、実施例２と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたナイロン製のチューブの周囲を、実施例４と同様のスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。
【００６７】
（実施例６）
本実施例では、実施例３と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたナイロン製のチューブの周囲を、実施例４と同様のスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。
【００６８】
（実施例７）
本実施例では、実施例１と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたポリ塩化ビニル製のチューブの周囲を、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂で構成されたスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。スポンジのサイズは、５０ｍｍ×８４ｍｍ×３０ｍｍ（幅×奥行き×高さ）であった。
【００６９】
（実施例８）
本実施例では、実施例２と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたナイロン製のチューブの周囲を、実施例７と同様のスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。
【００７０】
（実施例９）
本実施例では、実施例３と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたナイロン製のチューブの周囲を、実施例７と同様のスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。
【００７１】
（実施例１０）
本実施例では、実施例２と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたナイロン製のチューブの周囲を、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂で構成されたスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。スポンジのサイズは、２０ｍｍ×４６ｍｍ×３０ｍｍ（幅×奥行き×高さ）であった。
【００７２】
（実施例１１）
本実施例では、実施例３と同様にしてＥＡＰセンサを貼り付けたナイロン製のチューブの周囲を、実施例１０と同様のスポンジ（緩衝材）で覆ってセンサを作製した。
【００７３】
次に、実施例１〜１１に係るセンサに荷重を印加し、ＥＡＰセンサの発生電位を測定した。図１０Ａ〜図１０Ｋはそれぞれ、実施例１〜１１に係るセンサにおける印加された荷重に対する発生電位を示すグラフである。
【００７４】
図１０Ａに示すように、実施例１に係るセンサにおいては、荷重が約５〜２５ｋｇｆの範囲で発生電位が線形的に上昇した。
【００７５】
図１０Ｂに示すように、実施例２に係るセンサにおいては、荷重が約２５〜５０ｋｇｆの範囲で発生電位が線形的に上昇した。
【００７６】
図１０Ｃ〜図１０Ｋに示すように、実施例３〜１１に係るセンサにおいては、荷重が約２５〜１００ｋｇｆの範囲で発生電位が線形的に上昇した。
【００７７】
このように、実施例１〜１１に係るセンサはいずれも、印加される荷重の増加に伴って線形的に発生電位が増加する範囲があり、この範囲では荷重の検知が可能であることが分かった。
【００７８】
また、緩衝材を設けていない実施例１（図１０Ａ）と、緩衝材を設けた実施例４，７（図１０Ｄ，１０Ｇ）とを比較すると、あるいは、緩衝材を設けていない実施例２（図１０Ｂ）と、緩衝材を設けた実施例５，８、１０（図１０Ｅ，１０Ｈ，１０Ｊ）とを比較すると、緩衝材を設けた実施例の方が、線形的に発生電位が増加する荷重の範囲が大荷重側にシフトし、また、傾きが小さくなることが分かった。したがって、緩衝材を設けることにより、大荷重の検知が可能となることが分かった。
【００７９】
また、変形部材として用いたチューブの材質、直径、また、緩衝材のサイズなどに応じて、線形的に発生電位が増加する荷重の範囲が異なっていた。したがって、変形部材として用いたチューブの材質、直径、また、緩衝材のサイズなどを適宜、選択することで、検知する荷重の範囲を調整することができることが分かった。
【００８０】
次に、牛の背に設置したセンサによる検知荷重と、乗駕許容の有無との関係について調べた。
【００８１】
まず、外径１１ｍｍ、内径６．６ｍｍ、長さ６０ｍｍのＰＶＣ製のチューブに、１ｃｍ×５ｃｍ（幅×長さ）のＥＡＰセンサを貼り付け、固定部に固定した。そして、ＥＡＰセンサを貼り付けたチューブと、固定部とをスポンジ(緩衝材)で覆い、センサを作製した。
【００８２】
次に、作製したセンサを牛に取り付けた。図１１は、牛へのセンサの取り付け位置を示す図である。センサは、牛の両腰角を結ぶ線ＭＮと正中線Ｃとが交差する点Ａ（十字部）と、点Ａから正中線Ｃ上で尻側にＬｃｍ離れた点Ｂとの間に取り付けた。Ｌは、７〜９ｃｍであった。そして、牛に取り付けたセンサの出力信号を取得して検知荷重および荷重時間を求めるとともに、牛のカメラ観察により、観察者が乗駕許容の有無を確認した。
【００８３】
図１２は、センサの出力信号の波形を示した図である。図１２において、横軸は時間（秒）を示す。また、縦軸は、センサの検知荷重のデジタル変換値（１ｋｇｆ＝１９．３）である。検知荷重は、ベースラインからの差分で示される。
【００８４】
図１２に示すように、６５００００秒から７０００００秒の間に、センサの出力波形には、ピークが２７回検知された。図１２においては、各ピークに、時系列順に、１から２７までの番号（ピーク番号）を割り当てている。そして、各ピークのタイミングにおいて、乗駕許容の有無をカメラ画像から確認した。
【００８５】
図１３Ａは、１４番目のピークのタイミングにおけるカメラ画像を示した図である。図１３Ａに示すように、１４番目のピークのタイミングにおいては、センサを取り付けた牛に対する乗駕行動が行われ、センサを取り付けた牛の乗駕許容が確認された。また、図１３Ｂは、１７番目のピークのタイミングにおけるカメラ画像を示した図である。図１３Ｂに示すように、１７番目のタイミングにおいては、センサを取り付けた牛に対する乗駕行動ではなく、他の牛の顔の接触が観察された。このようにして、各ピークについて、カメラ画像を確認した結果、１番目から２７番目までのピークのうち、７，８，１２，１３，１４，１６，２３番目のピークのタイミングにおいては、乗駕許容が確認され、その他のピークのタイミングでは、乗駕許容が確認されなかった。図１２においては、乗駕許容が確認されたタイミングのピークの番号は、四角囲み数字で示しており、乗駕許容が確認されなかったタイミングのピーク番号は、丸囲み数字で示している。
【００８６】
次に、センサの出力信号から、各ピークにおける検知荷重（ｋｇｆ）および荷重時間（秒）を求めた。図１４は、１３番目のピークの波形をより詳細に示した図である。検知荷重は、ピークの最大値とベースラインとの差分を１９．３で割ることで求めた。また、荷重時間は、ベースラインからの立ち上がり後、ベースラインあるいはその近傍までの立ち下がりまでの時間として求めた。
【００８７】
各ピークにおける検知荷重および荷重時間を表１に示す。表１においては、乗駕許容が観察されたピーク（乗駕許容あり）と、乗駕許容が観察されなかったピーク（乗駕許容なし）とに分けて記載している。
【００８８】
【表１】
2020056723.tif 000003
【００８９】
表１より、乗駕許容が確認された最小の検知荷重は１７．６ｋｇｆであり、最小の荷重時間は２秒である。したがって、ピークにおける検知荷重が所定値（例えば、１７ｋｇｆあるいは１０ｋｇｆ）以上であり、かつ、荷重時間が所定時間（例えば、２秒）以上である場合、そのピークにおけるタイミングで乗駕許容があったと検知することができることが分かった。乗駕許容が確認されなかったピークにおいても、ピーク番号１０のピークでは、検知荷重が所定値（例えば、１７ｋｇｆあるいは１０ｋｇｆ）以上である。また、ピーク番号３，２０，２４，２６では、荷重時間が所定時間（２秒）以上である。しかしながら、乗駕許容が確認されなかったピークの中には、検知荷重が所定値（例えば、１７ｋｇｆあるいは１０ｋｇｆ）以上であり、かつ、荷重時間が所定時間（例えば、２秒）以上であるという条件（第１の条件）を満たすものはない。そのため、上述した条件は、乗駕許容の検知に有効であることが分かった。
【００９０】
また、各ピークにおける検知荷重と荷重時間との積算値を示す表２に示す。表２においても、乗駕許容が観察されたピーク（乗駕許容あり）と、乗駕許容が観察されなかったピーク（乗駕許容なし）とに分けて記載している。
【００９１】
【表２】
2020056723.tif 000004
【００９２】
一般に、乗駕許容あった場合、乗駕許容がなかった場合と比べて、乗駕行動を受けた牛には、より大きな荷重が長い時間、印加されると考えられる。そのため、乗駕許容が確認されたピークにおける検知荷重と荷重時間との積算値は、乗駕許容が確認されなかったピークにおける検知荷重と荷重時間との積算値よりも大きくなると考えられる。したがって、乗駕許容を検出する条件として、ピークにおける検知荷重と荷重時間との積算値が所定値以上であるという条件（第２の条件）が考えられる。表２に示されるように、乗駕許容が確認されたピークにおける積算値の最小値（ピーク番号１６における積算値４７．６）は、乗駕許容が確認されなかったピークにおける積算値の最大値（ピーク番号１０における積算値２４．２）よりも約２倍大きかった。このことからも、ピークにおける検知荷重と荷重時間との積算値が所定値（例えば、積算値４７．６あるいは積算値３０）以上であるという条件が、乗駕許容の検知に有効であることが分かった。なお、ピークの波形を積分した値が所定値以上であるか否かに応じて、乗駕許容の有無を判定してもよい。この場合、ピークの波形を積分した値が所定値以上であれば、乗駕許容があったと判定することができる。
【００９３】
上述した第１の条件および第２の条件のような、検知荷重と荷重時間との組み合わせによる乗駕許容の検知を行うことで、例えば、所定以上の荷重の印加の有無による検知を行う場合と比べて、より高精度に乗駕許容を検知することができる。例えば、ピーク番号１０のピークでは、乗駕許容が確認されなかったにも関わらず、乗駕許容が確認されたピーク番号１４，１６，２３のピークよりも大きな荷重が検知されている。所定以上の荷重の印加の有無による検知だけでは、このような場合には、乗駕許容の有無を正しく検知することができない。一方、本実施形態においては、検知荷重と荷重時間とを組み合わせることで、乗駕許容の有無を正しく検知することができる。したがって、乗駕許容の検知精度の向上を図ることができる。
【００９４】
なお、乗駕許容の検知精度の向上を図るためには、乗駕許容が行われた可能性があるピークを検知することも有効である。図１２の例では、ピーク番号１０番からピーク番号１６までの約８分間に、検知荷重が２０ｋｇｆを超えるピークが５つ存在し、そのうち、４つのピークのタイミングでは、乗駕許容が確認された。したがって、例えば、所定時間内（例えば、２０分間）に、所定値以上の荷重が所定回数以上検知された場合、その期間内のピークのタイミングで乗駕許容が行われた可能性が高いと推定することができることが分かった。
【００９５】
このように本実施形態においては、センサ１０は、四肢歩行動物の背に取り付けられ、その四肢歩行動物に対する乗駕行動を検出するためのセンサである。そして、センサ１０は、高分子層１２２（イオン導電性高分子層）の両面に電極層１２３Ａ，１２３Ｂが設けられ、荷重の印加に応じて変形し、変形に応じた信号を出力するポリマー素子１２１を有する。ポリマー素子１２１は、荷重が印加されていない状態において非平面状に設けられている。
【００９６】
また、検知装置２０は、四肢歩行動物の背に取り付けられたセンサ１０から出力された信号を取得する取得部２１と、取得部２１が取得した信号に対応する検知荷重と、センサ１０が荷重を検知した荷重時間とに基づき、乗駕許容を検知する検知部２２とを備える。
【００９７】
特許文献１に記載されている装置のように、所定以上の荷重の印加の有無を検知するだけでは、上述したような、検知荷重と荷重時間とを組み合わせた乗駕許容の有無の判定を行うことができず、乗駕許容の精度よく検知することは困難であった。
【００９８】
一方、本実施形態においては、荷重の印加に応じて変形し、その変形に応じた信号を出力するセンサ１０を四肢歩行動物の背に設けることで、四肢歩行動物の背に印加された荷重の大きさ（検知荷重）および荷重が検知された時間（荷重時間）を検知することができる。そして、検知荷重と荷重時間とに基づき、乗駕許容を検知する。そのため、四肢歩行動物が乗駕行動を許容する乗駕許容の検知精度の向上を図ることができる。
【００９９】
以上、検知装置２０について説明したが、検知装置２０として機能させるために、コンピュータを用いることも可能である。そのようなコンピュータは、検知装置２０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
【０１００】
また、プログラムは、コンピュータが読取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体であってもよい。
【０１０１】
本発明は、上述した各実施形態で特定された構成に限定されず、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０    センサ
１１    変形部材
１２    ＥＡＰセンサ
１３    緩衝材
１２１    ポリマー素子
１２２    高分子層
１２３Ａ，１２３Ｂ    電極層
１２４    カバーフィルム
２０    検知装置
２１    取得部
２２    検知部
【図１】
2020056723.tif 000005
【図２】
2020056723.tif 000006
【図３】
2020056723.tif 000007
【図４】
2020056723.tif 000008
【図５】
2020056723.tif 000009
【図６】
2020056723.tif 000010
【図７】
2020056723.tif 000011
【図８】
2020056723.tif 000012
【図９】
2020056723.tif 000013
【図１０Ａ】
2020056723.tif 000014
【図１０Ｂ】
2020056723.tif 000015
【図１０Ｃ】
2020056723.tif 000016
【図１０Ｄ】
2020056723.tif 000017
【図１０Ｅ】
2020056723.tif 000018
【図１０Ｆ】
2020056723.tif 000019
【図１０Ｇ】
2020056723.tif 000020
【図１０Ｈ】
2020056723.tif 000021
【図１０Ｉ】
2020056723.tif 000022
【図１０Ｊ】
2020056723.tif 000023
【図１０Ｋ】
2020056723.tif 000024
【図１１】
2020056723.tif 000025
【図１２】
2020056723.tif 000026
【図１３Ａ】
2020056723.tif 000027
【図１３Ｂ】
2020056723.tif 000028
【図１４】
2020056723.tif 000029