自由活動動物實驗連接線解旋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及實驗連接線解旋技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種自由活動動物實驗連接線解旋 裝置，主要應(yīng)用于神經(jīng)生理及光遺傳學(xué)實驗研宄。
【背景技術(shù)】
[0002] 對自由活動動物進行神經(jīng)生理及光遺傳學(xué)實驗過程中，由于動物可以自由活動， 在動物與控制及記錄設(shè)備之間的連接線（通常為電線和/或光纖）經(jīng)常會出現(xiàn)打圈纏繞問 題，這導(dǎo)致連接線上產(chǎn)生扭力，當(dāng)扭力過大時，會導(dǎo)致實驗無法正常進行。目前，普遍采用在 連接線上安裝換向器來解決這一問題。但是采用換向器的解決方案主要存在以下三個問 題：一是換向通道數(shù)有限，目前電線換向器最高換向通道數(shù)為120個（美國Dragonfly公 司：http://www. dragonflyinc. com/commutators, htm)，電線和光纖聯(lián)合換向器目前最高 換向通道數(shù)為12個電線通道和2個光纖通道（加拿大Doric公司：http://doriclenses. com/life-sciences/214-rotary-joints);另外通道數(shù)越多設(shè)備體積越龐大，使用不方便； 二是一些特殊的實驗（特別是涉及光遺傳學(xué)相關(guān)的實驗）目前無法開展；三是換向器價格 昂貴，12個電線通道數(shù)的電線和光纖聯(lián)合換向器需要約7000美金，10個通道數(shù)的電線換向 器也需要約4000美金，且通道數(shù)越多價格越昂貴，而且體積更加龐大，使用不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問題
[0004] 對自由活動動物進行神經(jīng)生理及遺傳學(xué)實驗過程中，由于動物可以自由活動，經(jīng) 常會出現(xiàn)在動物與控制及記錄設(shè)備之間連接線（通常為電線和/或光纖）打圈纏繞問題， 這導(dǎo)致在連接線上產(chǎn)生扭力，當(dāng)扭力過大時，會導(dǎo)致實驗無法正常進行。
[0005] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種自由活動動物實驗連接線解 旋裝置，以實時反饋解旋該類試驗中連接線的打圈纏繞問題，使得實驗得以順利開展。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種自由活動動物實驗連接線解旋裝置，該裝置 包括傳感部分、控制部分和驅(qū)動部分，其中：傳感部分，用于將連接線的打圈纏繞情況轉(zhuǎn)換 為可變電壓信號，并輸出至控制部分；控制部分，用于將接收自傳感部分的可變電壓信號轉(zhuǎn) 換為方向信號和脈沖數(shù)，并輸出至驅(qū)動部分；驅(qū)動部分，用于根據(jù)接收自控制部分的方向信 號和脈沖數(shù)，驅(qū)動載物臺上放置的動物實驗平臺向連接線打圈纏繞的反方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)連 接線的解旋。
[0008] 上述方案中，所述傳感部分至少包括小軸承9、橡皮塞8、小齒輪7、大齒輪1、電位 器3和支架4,其中：小軸承9的外圈固定于支架4上，并通過橡皮塞8與小齒輪7連接；橡 皮塞8經(jīng)過加工后形成凸字形，中央有小孔，可能打圈纏繞的連接線10被夾在橡皮塞8中 央的小孔中；橡皮塞8大頭塞入小軸承9內(nèi)圈，小頭塞入小齒輪7的內(nèi)孔；電位器3固定于 支架4上，大齒輪1固定于電位器3上。
[0009] 上述方案中，所述橡皮塞8夾持待解旋連接線10并連接小軸承9和小齒輪7,小軸 承9、橡皮塞8、小齒輪7和大齒輪1構(gòu)成感應(yīng)打圈纏繞情況的機械感應(yīng)部分，電位器3將連 接線的打圈纏繞情況轉(zhuǎn)換為可變電壓信號，并輸出至控制部分。
[0010] 上述方案中，當(dāng)連接線10打圈纏繞時，帶動小軸承9以及大齒輪1與小齒輪7轉(zhuǎn) 動，該轉(zhuǎn)動通過大齒輪1傳遞到電位器3,從而使電位器3發(fā)生角位移；電位器3初始值設(shè) 在正中位置，打圈纏繞的方向由電壓輸出的變大和變小來確定；考慮到動物可能在短時間 內(nèi)旋轉(zhuǎn)多圈，導(dǎo)致電位器3角位移超過360度的情況，該自由活動動物實驗連接線解旋裝置 在大齒輪1上進一步粘了一根突出邊緣的有機玻璃棒2,初始位置時玻璃棒2突出端正對著 小齒輪7與大齒輪1咬合處，在正對咬合處的大齒輪1側(cè)設(shè)置擋板6,將電位器3的旋轉(zhuǎn)范 圍限制在一圈內(nèi)，以防止電位器3旋轉(zhuǎn)超出量程而導(dǎo)致電位器3判斷紊亂。
[0011] 上述方案中，所述小軸承9為塑料軸承，內(nèi)徑X外徑X厚度為20 X 42 X 12mm，其 滾珠采用玻璃質(zhì)地的滾珠；所述凸字形的橡皮塞8,其上直徑15mm、下直徑20mm ;所述小齒 輪7和大齒輪1均是尼龍齒輪，小齒輪7的內(nèi)孔徑X外徑X厚度為15X 22X 10mm，大齒 輪1的內(nèi)孔X外徑X厚度為6X 102X 10mm，大齒輪1與小齒輪7的直徑比例為4. 63:1， 小齒輪7旋轉(zhuǎn)一周大齒輪1只旋轉(zhuǎn)0. 22周；所述電位器3為WDC35非接觸式數(shù)字電位器， 線性度為〇. 1 %，內(nèi)部裝有兩個軸承，旋轉(zhuǎn)力矩〈〇. 5mN · m。
[0012] 上述方案中，所述電位器3類似于或等同于一個滑動變阻器，使用時給電位器3接 入5V直流電壓，輸出電壓會根據(jù)軸的角位移旋轉(zhuǎn)而變化。
[0013] 上述方案中，所述控制部分至少包括單片機12和步進電機驅(qū)動器17,其中，單片 機12將電位器3傳來的可變電壓信號轉(zhuǎn)換為方向信號和脈沖數(shù)后輸入步進電機驅(qū)動器17， 通過步進電機驅(qū)動器17控制驅(qū)動部分的步進電機20轉(zhuǎn)動。
[0014] 上述方案中，所述單片機12采用Arduino UNO型單片機，所述步進電機驅(qū)動器17 采用M542步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器17外接20-50V直流電源。
[0015] 上述方案中，所述驅(qū)動部分包括步進電機20、底盤24、傘形齒輪21、支撐柱22、大 軸承23、載物臺18和動物實驗平臺25,其中步進電機20設(shè)置于底盤24之上，傘形齒輪21 依次通過支撐柱22和大軸承23設(shè)置于底盤24之上，傘形齒輪21之上設(shè)置有載物臺18,實 驗過程中載物臺18上面放置有動物實驗平臺25。
[0016] 上述方案中，底盤24采用鋁質(zhì)底盤，長度和寬度為40 X 40cm，厚度5mm，底盤24正 中間有一個凹型小物件，用來卡住大軸承23 ;大軸承23的外徑60mm，內(nèi)徑30mm ;載物臺18 采用有機玻璃平臺，長度和寬度為34X 34mm，厚度IOmm ;大軸承23與載物臺18之間的支撐 柱22,外徑30mm，與大軸承23的內(nèi)徑匹配；支撐柱22上的傘形齒輪21為32齒，內(nèi)孔30mm， 與支撐柱22外徑匹配，側(cè)面開有一個螺絲孔，用以通過螺釘將傘形齒輪21與支撐柱22固 接，傘形齒輪21底部頂?shù)捷d物臺18,以增加支撐柱22的有效承重面積；步進電機20為減 速步進電機，減速比1:50,電機高60mm，軸中心距底盤40mm，通過90度轉(zhuǎn)角的傘形齒輪21 控制載物臺18 ;步進電機20軸上的傘齒為16齒，內(nèi)徑8mm，兩個傘齒之間減速比為1:2 ;步 進電機20軸上的傘齒側(cè)面開有用作固定的螺絲孔。
[0017] (三）有益效果
[0018] 本發(fā)明提供的自由活動動物實驗連接線解旋裝置，可以實現(xiàn)連接線在實驗中幾乎 不產(chǎn)生大于1圈螺旋的狀況，完全可以滿足實驗對連接線解旋要求。該裝置最大的優(yōu)點是 不存在解旋通道數(shù)的限制，理論上可以實現(xiàn)任意多連接電線以及光纖的電生理以及光遺傳 學(xué)實驗；并使得一些當(dāng)前使用換向器無法開展的實驗得以開展，例如，自由活動動物2個以 上腦區(qū)獨立的光遺傳學(xué)操作實驗；且該裝置價格低廉，整套裝置生產(chǎn)成本約1700元人民幣 左右，批量生產(chǎn)價格更低。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明提供的自由活動動物實驗連接線解旋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明提供的自由活動動物實驗連接線解旋裝置中傳感部分的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明提供的自由活動動物實驗連接線解旋裝置中控制部分的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明提供的自由活動動物實驗連接線解旋裝置中驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0023] 附圖標(biāo)記：1.大齒輪，2.擋板，3.電位器