CN104686384B - 自由活动动物实验连接线解旋装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自由活动动物实验连接线解旋装置，包括：传感部分用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分；控制部分用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分；驱动部分用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。本发明可以实现连接线在实验中几乎不产生大于1圈螺旋的状况，完全可以满足实验对连接线解旋要求。该装置不存在解旋通道数的限制，可以实现任意多连接电线以及光纤的电生理以及光遗传学实验，并使得一些当前使用换向器无法开展的实验得以开展，且价格低廉，批量生产价格更低。
Description
技术领域
本发明涉及实验连接线解旋技术领域，尤其是一种自由活动动物实验连接线解旋装置，主要应用于神经生理及光遗传学实验研究。
背景技术
对自由活动动物进行神经生理及光遗传学实验过程中，由于动物可以自由活动，在动物与控制及记录设备之间的连接线(通常为电线和/或光纤)经常会出现打圈缠绕问题，这导致连接线上产生扭力，当扭力过大时，会导致实验无法正常进行。目前，普遍采用在连接线上安装换向器来解决这一问题。但是采用换向器的解决方案主要存在以下三个问题：一是换向通道数有限，目前电线换向器最高换向通道数为120个(美国Dragonfly公司：http://www.dragonflyinc.com/commutators.htm)，电线和光纤联合换向器目前最高换向通道数为12个电线通道和2个光纤通道(加拿大Doric公司：http://doriclenses.com/life-sciences/214-rotary-joints)；另外通道数越多设备体积越庞大，使用不方便；二是一些特殊的实验(特别是涉及光遗传学相关的实验)目前无法开展；三是换向器价格昂贵，12个电线通道数的电线和光纤联合换向器需要约7000美金，10个通道数的电线换向器也需要约4000美金，且通道数越多价格越昂贵，而且体积更加庞大，使用不方便。
发明内容
(一)要解决的技术问题
对自由活动动物进行神经生理及遗传学实验过程中，由于动物可以自由活动，经常会出现在动物与控制及记录设备之间连接线(通常为电线和/或光纤)打圈缠绕问题，这导致在连接线上产生扭力，当扭力过大时，会导致实验无法正常进行。
针对上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种自由活动动物实验连接线解旋装置，以实时反馈解旋该类试验中连接线的打圈缠绕问题，使得实验得以顺利开展。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种自由活动动物实验连接线解旋装置，该装置包括传感部分、控制部分和驱动部分，其中：传感部分，用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分；控制部分，用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分；驱动部分，用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。
上述方案中，所述传感部分至少包括小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7、大齿轮1、电位器3和支架4，其中：小轴承9的外圈固定于支架4上，并通过橡皮塞8与小齿轮7连接；橡皮塞8经过加工后形成凸字形，中央有小孔，可能打圈缠绕的连接线10被夹在橡皮塞8中央的小孔中；橡皮塞8大头塞入小轴承9内圈，小头塞入小齿轮7的内孔；电位器3固定于支架4上，大齿轮1固定于电位器3上。
上述方案中，所述橡皮塞8夹持待解旋连接线10并连接小轴承9和小齿轮7，小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7和大齿轮1构成感应打圈缠绕情况的机械感应部分，电位器3将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分。
上述方案中，当连接线10打圈缠绕时，带动小轴承9以及大齿轮1与小齿轮7转动，该转动通过大齿轮1传递到电位器3，从而使电位器3发生角位移；电位器3初始值设在正中位置，打圈缠绕的方向由电压输出的变大和变小来确定；考虑到动物可能在短时间内旋转多圈，导致电位器3角位移超过360度的情况，该自由活动动物实验连接线解旋装置在大齿轮1上进一步粘了一根突出边缘的有机玻璃棒2，初始位置时玻璃棒2突出端正对着小齿轮7与大齿轮1咬合处，在正对咬合处的大齿轮1侧设置挡板6，将电位器3的旋转范围限制在一圈内，以防止电位器3旋转超出量程而导致电位器3判断紊乱。
上述方案中，所述小轴承9为塑料轴承，内径×外径×厚度为20×42×12mm，其滚珠采用玻璃质地的滚珠；所述凸字形的橡皮塞8，其上直径15mm、下直径20mm；所述小齿轮7和大齿轮1均是尼龙齿轮，小齿轮7的内孔径×外径×厚度为15×22×10mm，大齿轮1的内孔×外径×厚度为6×102×10mm，大齿轮1与小齿轮7的直径比例为4.63:1，小齿轮7旋转一周大齿轮1只旋转0.22周；所述电位器3为WDC35非接触式数字电位器，线性度为0.1％，内部装有两个轴承，旋转力矩<0.5mN·m。
上述方案中，所述电位器3类似于或等同于一个滑动变阻器，使用时给电位器3接入5V直流电压，输出电压会根据轴的角位移旋转而变化。
上述方案中，所述控制部分至少包括单片机12和步进电机驱动器17，其中，单片机12将电位器3传来的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器17，通过步进电机驱动器17控制驱动部分的步进电机20转动。
上述方案中，所述单片机12采用Arduino UNO型单片机，所述步进电机驱动器17采用M542步进电机驱动器，步进电机驱动器17外接20-50V直流电源。
上述方案中，所述驱动部分包括步进电机20、底盘24、伞形齿轮21、支撑柱22、大轴承23、载物台18和动物实验平台25，其中步进电机20设置于底盘24之上，伞形齿轮21依次通过支撑柱22和大轴承23设置于底盘24之上，伞形齿轮21之上设置有载物台18，实验过程中载物台18上面放置有动物实验平台25。
上述方案中，底盘24采用铝质底盘，长度和宽度为40×40cm，厚度5mm，底盘24正中间有一个凹型小物件，用来卡住大轴承23；大轴承23的外径60mm，内径30mm；载物台18采用有机玻璃平台，长度和宽度为34×34mm，厚度10mm；大轴承23与载物台18之间的支撑柱22，外径30mm，与大轴承23的内径匹配；支撑柱22上的伞形齿轮21为32齿，内孔30mm，与支撑柱22外径匹配，侧面开有一个螺丝孔，用以通过螺钉将伞形齿轮21与支撑柱22固接，伞形齿轮21底部顶到载物台18，以增加支撑柱22的有效承重面积；步进电机20为减速步进电机，减速比1:50，电机高60mm，轴中心距底盘40mm，通过90度转角的伞形齿轮21控制载物台18；步进电机20轴上的伞齿为16齿，内径8mm，两个伞齿之间减速比为1:2；步进电机20轴上的伞齿侧面开有用作固定的螺丝孔。
(三)有益效果
本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置，可以实现连接线在实验中几乎不产生大于1圈螺旋的状况，完全可以满足实验对连接线解旋要求。该装置最大的优点是不存在解旋通道数的限制，理论上可以实现任意多连接电线以及光纤的电生理以及光遗传学实验；并使得一些当前使用换向器无法开展的实验得以开展，例如，自由活动动物2个以上脑区独立的光遗传学操作实验；且该装置价格低廉，整套装置生产成本约1700元人民币左右，批量生产价格更低。
附图说明
图1是本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置的结构示意图；
图2是本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置中传感部分的结构示意图；
图3是本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置中控制部分的结构示意图；
图4是本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置中驱动部分的结构示意图。
附图标记：1.大齿轮，2.挡板，3.电位器，4.传感部分支架，5.连接至单片机，6.玻璃棒，7.小齿轮，8.橡皮塞，9.小轴承，10.待解旋连接线，11.连接至电位器，12.单片机，13.方向信号，14.脉冲信号，15.接电源，16.连接至步进电机，17.步进电机驱动器，18.载物台，19.连接至驱动器，20.步进电机，21.伞形齿轮，22.支撑柱，23.大轴承，24.底盘，25.动物实验平台。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置，采用的基本原理为：通过感应装置及单片机控制装置来检测连接线打圈缠绕的螺旋程度及方向，并实时地通过单片机控制步进电机驱动承载自由活动实验动物的载物台整体向连接线打圈缠绕的反方向转动，从而达到连接线解旋的目的。
如图1所示，本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置包括三个部分，分别为传感部分、控制部分和驱动部分，其中，传感部分用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分，至少包括小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7、大齿轮1、电位器3和支架4。控制部分用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分的步进电机驱动器，通过步进电机驱动器控制步进电机转动，至少包括单片机12和步进电机驱动器17。驱动部分用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋，包括步进电机20、底盘24、伞形齿轮21、支撑柱22、大轴承23、载物台18和动物实验平台25。
通过将可能打圈缠绕的连接线10(电线和/或光纤)穿过并固定在传感部分的小轴承9的内圈(轴承外圈固定在支架上，支架固定在旋转平台外)上，同时通过中央有小孔的橡皮塞8串联到齿轮系统的小齿轮7上，打圈缠绕的螺旋连接线10产生的扭力会带动小轴承9内圈及齿轮系统转动，从而使与齿轮系统的大齿轮1相连的电位器3产生角位移，角位移会让电位器3产生可变电压信号输出，控制部分的单片机12采集该可变电压信号，并通过该可变电压信号判断连接线打圈缠绕的方向及程度，并以此通过步进电机驱动器17控制步进电机20驱动载物台18上承载实验动物的动物实验平台25向连接线打圈缠绕的反方向转动，以解除连接线打圈缠绕产生的螺旋，从而释放连接线上的扭力，达到解旋目的。
以下分别对传感部分、控制部分和驱动部分进行详细介绍。
1)传感部分
如图2所示，传感部分至少包括小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7、大齿轮1、电位器3和支架4。传感部分主要功能为转换连接线打圈缠绕情况为可变电压信号并输出到控制部分。小轴承9的外圈固定于支架4上，并通过橡皮塞8与小齿轮7连接；橡皮塞8经过加工后形成凸字形，中央有小孔，可能打圈缠绕的连接线10被夹在橡皮塞8中央的小孔中；橡皮塞8大头塞入小轴承9内圈，小头塞入小齿轮7的内孔；电位器3固定于支架4上，大齿轮1固定于电位器3上。
橡皮塞8主要功能为夹持待解旋连接线10并连接小轴承9和小齿轮7，小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7和大齿轮1构成了感应打圈缠绕情况的机械感应部分，电位器3将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分。
小轴承9为塑料轴承，优选地，内径×外径×厚度为20×42×12mm，其滚珠采用玻璃质地的滚珠。这种小轴承小巧轻便，有助于减少旋转力矩。由于该小轴承9是由可能打圈缠绕的连接线10来带动，且连接线10打圈缠绕能产生的力矩非常小，所以小轴承9的旋转力矩是越小越好。小轴承9外圈固定于支架(支架固定于旋转平台外)上，并通过橡皮塞8和齿轮系统的小齿轮7连接到一起。
橡皮塞8经过加工后形成凸字形，中央有小孔(小孔大小依据可能打圈缠绕的连接线而定)，橡皮塞8上直径15mm、下直径20mm，可能打圈缠绕的连接线10被牢固的夹在橡皮塞8中央的小孔中。橡皮塞8大头塞入小轴承9内圈，小头塞入齿轮系统小齿轮7的内孔。
齿轮系统的小齿轮7和大齿轮1均是尼龙齿轮，优选地，小齿轮7的内孔径×外径×厚度为15×22×10mm，大齿轮1的内孔×外径×厚度为6×102×10mm，大齿轮1与小齿轮7的直径比例为4.63:1，即小齿轮7旋转一周大齿轮1只旋转0.22周。大齿轮1固定于轴径6mm的电位器3上。
该电位器3为WDC35非接触式数字电位器，线性度为0.1％，内部装有两个轴承，旋转力矩<0.5mN·m。电位器3实际上类似于或等同于一个滑动变阻器，使用时给电位器3接入5V直流电压，输出电压会根据轴的角位移旋转而变化。可变电压输出由单片机12接收，单片机12由此判断连接线的螺旋程度及方向，并发出控制信号驱动步进电机20运动。
当连接线10打圈缠绕时，带动小轴承9以及大齿轮1与小齿轮7转动，该转动通过大齿轮1传递到电位器3，从而使电位器3发生角位移；由于设计要求电位器3需要能够判断打圈缠绕的方向，所以电位器3初始值设在正中位置，即输出为2.5V电压处。打圈缠绕的方向(顺时针和逆时针)可由电压输出的变大和变小来确定。如果小轴承9旋转在一圈以内并不会对实验造成影响，无需解旋，只有小轴承9旋转超过一圈时才需要解旋。小轴承9旋转一圈，即电位器3旋转0.22周，电压输出改变1.08V。所以，电压输出在2.5±1.08V(即1.42-3.58V)之间时，步进电机20是不需要转动的，只有超出上述范围时才向小轴承9旋转的反方向驱动平台运动。
考虑到动物可能在短时间内旋转多圈，导致电位器3角位移超过360度的情况，本发明提供的自由活动动物实验连接线解旋装置在大齿轮1上进一步粘了一根突出边缘的有机玻璃棒2，初始位置时(电压输出2.5V)玻璃棒2突出端正对着小齿轮7与大齿轮1咬合处，在正对咬合处的大齿轮1侧设置挡板6，将电位器3的旋转范围限制在一圈内，以防止电位器3旋转超出量程而导致电位器3判断紊乱。这样，电位器3量程被限制为4.63圈(±2.32圈，对小轴承9而言)。若连接线10螺旋超过该量程，则螺旋被保留在连接线10上等待解旋。如果想要改变电位器3的量程，则可通过改变大、小齿轮的外径比例来实现。比如将大齿轮1外径改为152mm，则大齿轮1转一周小齿轮7可转6.91周，量程提高为±3.46周(对小轴承9而言)。当然，相应的开始解旋的阈值也要更改2.5±0.72V，以此类推。
2)控制部分
如图3所示，控制部分至少包括单片机12和步进电机驱动器17，其中单片机12将电位器3传来的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器17，通过步进电机驱动器17控制驱动部分的步进电机20转动。控制部分主要功能是实现转换电位器3传来的可变电压信号为步进电机20的驱动信号，单片机12将电位器3传来的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器17，通过步进电机驱动器17控制步进电机20转动。
优选地，本发明采用Arduino UNO型单片机12，其主要原因是该单片机编程简单易学易用，可读性强，且该单片机的性能足够达到本发明的要求。Arduino上有地线脚(GND)和5V直流电压输出脚，可以给电位器3供电。电位器3输出的0-5V可变电压模拟信号由单片机A0引脚接收，这在程序中可以定义，并可改为模拟信号输入端(A0-A5)的其他引脚。数字信号输入输出端[2]号引脚定义为脉冲信号输出，一个脉冲使步进电机20转动一步，脉冲上升沿有效，脉冲宽度需大于1.5us。该脉冲输出到驱动器PUL-接口，脉冲频率可决定步进电机20运行速度。[4]号引脚定义为方向信号输出，高电平使步进电机20正向转动，即顺时针转动(从前往后看，突出轴为前，下同)；低电平反向转动，即逆时针转动，信号由驱动器DIR-口接收。[2]号和[4]号引脚也可换成数字信号输入输出端([0]-[13])的其他引脚。驱动器PUL+和DIR+接口所需的5V直流电压仍由上述5V电压引脚提供。驱动器使能信号接口ENA+和ENA-(高电平输入电机可以运转，低电平不能运转)悬空不接，自动使能。
步进电机驱动器17采用M542步进电机驱动器，外接20-50V直流电源，本发明选用24V交流转直流电源供电。剩下的4个接口用来连接步进电机20。A+和A-接口为一相，分别接红线和绿线；B+和B-接口为一相，分别接黄线和蓝线。以下是本发明一个实施例中控制部分采用的程序：
开始define三句分别为定义模拟信号输入脚A0用invol表示，脉冲信号输出脚[2]号脚用pulse表示，方向信号输出脚[4]号脚用direct表示。这样是为了方便以后换用不同的引脚，直接在这里修改。下面是定义整形变量(int)a和sensor，浮点型变量(float)voltage，以供后面使用。voltage是用来存储电位器的可变电压输入的。void setup部分是给系统赋初值。Serial.begin(9600)是开启串口，并设置波特率为9600。pinMode(pulse,OUTPUT)表示设定pulse([2]号脚)为输出模式，pinMode(direct,OUTPUT)表示设定direct([4]号脚)为输出模式。
void loop部分为主程序，loop表示只要供电，单片机12就会不断重复执行该程序。用analogRead指令读入invol(A0引脚)的可变电压输入。由于单片机12只能处理数字信号，所以该模拟信号会被单片机12采样转化成数字信号，范围是0-1023。为了方便编程以及提高程序的可读性，本发明再把该数值换算成0-5的模拟信号范围，由变量voltage存储，并用Serial.println(voltage)语句输出显示，以便监控。这里voltage的数值和电位器3的可变电压输出数值是一致的。如果voltage在1.42-3.58之间，这时小轴承9旋转在一圈以内，不用解旋。直接delay(1000)(括号里数值的单位是ms)，即延迟1s，然后单片机12会重新执行程序进行检测。当voltage在0-1.42之间时，代表动物运动使小轴承9逆时针(从上往下看，下同)旋转超过一圈，大齿轮1顺时针旋转超过0.22周。这时需要使平台顺时针旋转解旋，由于平台和步进电机20由一对齿轮连接(详见驱动部分)，所以步进电机20需要逆时针旋转，即与动物旋转方向一致。因此让方向信号输出引脚(direct，[4]号引脚)输出低电平，即用digitalWrite语句将其赋值为LOW。然后从脉冲信号输出引脚(pulse，[2]号引脚)向步进电机驱动器17输出500个脉冲，高低电平宽各1ms，共1s。如果解旋在这1s内未成功，则单片机12会重复执行该程序，继续解旋，直到解旋成功。设定解旋时间为1s主要是为了和前面的延迟1s匹配。这样可以做到比较实时的监控，以免解旋过度，产生一些不必要的副作用。由于驱动器设计要求方向信号必须在脉冲信号之前建立，所以要先给方向信号输出引脚赋值。voltage落到3.58-5之间时，原理相同，只是方向和上面相反。
3)驱动部分
如图4所示，驱动部分包括步进电机20、底盘24、伞形齿轮21、支撑柱22、大轴承23、载物台18和动物实验平台25，其中步进电机20设置于底盘24之上，伞形齿轮21依次通过支撑柱22和大轴承23设置于底盘24之上，伞形齿轮21之上设置有载物台18，实验过程中载物台18上面放置有动物实验平台25。
驱动部分主要功能是根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台25向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。优选地，底盘24采用铝质底盘，长度和宽度为40×40cm，厚度5mm，重量比较大，可以稳定整个平台的重心。底盘24正中间有一个凹型小物件，用来卡住大轴承23。大轴承23的外径60mm，内径30mm。载物台18采用有机玻璃平台，长度和宽度为34×34mm，厚度10mm。大轴承23与载物台18之间的支撑柱22，外径30mm，与大轴承23的内径匹配。支撑柱22上的伞形齿轮21为32齿，内孔30mm，与支撑柱22外径匹配，侧面开有一个螺丝孔，用以通过螺钉将伞形齿轮21与支撑柱22固接，伞形齿轮21底部顶到载物台18，以增加支撑柱22的有效承重面积。
步进电机20通过90度转角的伞形齿轮21控制载物台18。步进电机20轴上的伞齿为16齿，内径8mm，因此两个伞齿之间减速比(直径比)为1:2。步进电机20轴上的伞齿侧面开有用作固定的螺丝孔。步进电机20为减速步进电机，减速比1:50，电机高60mm，轴中心距底盘40mm。这样的电机速度低，力矩大，可以满足设计要求。由于两个伞齿之间还有1:2的减速比，所以总减速比为1:100，即电机内部主轴旋转100圈，平台才会旋转一圈。驱动器17上设置的细分是400，即步进电机20内轴转一圈需要400步(步距角0.9度)，需要单片机12输出400个脉冲。由于存在1:100的减速比，所以平台旋转一圈需要40000个脉冲。主程序中设定的脉冲输出频率是500HZ(波宽2ms)，所以平台旋转一圈需要80s，即0.75rpm。对自由活动动物进行神经生理及遗传学实验，这样的速度是足够的。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，该装置包括传感部分、控制部分和驱动部分，其中：
传感部分，用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分；
控制部分，用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分；
驱动部分，用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋
所述传感部分至少包括小轴承(9)、橡皮塞(8)、小齿轮(7)、大齿轮(1)、电位器(3)和支架(4)，其中：
小轴承(9)的外圈固定于支架(4)上，并通过橡皮塞(8)与小齿轮(7)连接；橡皮塞(8)经过加工后形成凸字形，中央有小孔，可能打圈缠绕的连接线(10)被夹在橡皮塞(8)中央的小孔中；橡皮塞(8)大头塞入小轴承(9)内圈，小头塞入小齿轮(7)的内孔；电位器(3)固定于支架(4)上，大齿轮(1)固定于电位器(3)上。
2.根据权利要求1所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，所述橡皮塞(8)夹持待解旋连接线(10)并连接小轴承(9)和小齿轮(7)，小轴承(9)、橡皮塞(8)、小齿轮(7)和大齿轮(1)构成感应打圈缠绕情况的机械感应部分，电位器(3)将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分。
3.根据权利要求1所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，当连接线(10)打圈缠绕时，带动小轴承(9)以及大齿轮(1)与小齿轮(7)转动，该转动通过大齿轮(1)传递到电位器(3)，从而使电位器(3)发生角位移；电位器(3)初始值设在正中位置，打圈缠绕的方向由电压输出的变大和变小来确定；考虑到动物可能在短时间内旋转多圈，导致电位器(3)角位移超过360度的情况，该自由活动动物实验连接线解旋装置在大齿轮(1)上进一步粘了一根突出边缘的有机玻璃棒(2)，初始位置时玻璃棒(2)突出端正对着小齿轮(7)与大齿轮(1)咬合处，在正对咬合处的大齿轮(1)侧设置挡板(6)，将电位器(3)的旋转范围限制在一圈内，以防止电位器(3)旋转超出量程而导致电位器(3)判断紊乱。
4.根据权利要求1所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，
所述小轴承(9)为塑料轴承，内径×外径×厚度为20×42×12mm，其滚珠采用玻璃质地的滚珠；
所述凸字形的橡皮塞(8)，其上直径15mm、下直径20mm；
所述小齿轮(7)和大齿轮(1)均是尼龙齿轮，小齿轮(7)的内孔径×外径×厚度为15×22×10mm，大齿轮(1)的内孔×外径×厚度为6×102×10mm，大齿轮(1)与小齿轮(7)的直径比例为4.63:1，小齿轮(7)旋转一周大齿轮(1)只旋转0.22周；
所述电位器(3)为WDC35非接触式数字电位器，线性度为0.1％，内部装有两个轴承，旋转力矩<0.5mN·m。
5.根据权利要求4所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，所述电位器(3)类似于或等同于一个滑动变阻器，使用时给电位器(3)接入5V直流电压，输出电压会根据轴的角位移旋转而变化。
6.根据权利要求1所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，所述控制部分至少包括单片机(12)和步进电机驱动器(17)，其中，单片机(12)将电位器(3)传来的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器(17)，通过步进电机驱动器(17)控制驱动部分的步进电机(20)转动。
7.根据权利要求6所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，所述单片机(12)采用Arduino UNO型单片机，所述步进电机驱动器(17)采用M542步进电机驱动器，步进电机驱动器(17)外接20-50V直流电源。
8.根据权利要求1所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，所述驱动部分包括步进电机(20)、底盘(24)、伞形齿轮(21)、支撑柱(22)、大轴承(23)、载物台(18)和动物实验平台(25)，其中步进电机(20)设置于底盘(24)之上，伞形齿轮(21)依次通过支撑柱(22)和大轴承(23)设置于底盘(24)之上，伞形齿轮(21)之上设置有载物台(18)，实验过程中载物台(18)上面放置有动物实验平台(25)。
9.根据权利要求8所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，
底盘(24)采用铝质底盘，长度和宽度为40×40cm，厚度5mm，底盘(24)正中间有一个凹型小物件，用来卡住大轴承(23)；
大轴承(23)的外径60mm，内径30mm；
载物台(18)采用有机玻璃平台，长度和宽度为34×34mm，厚度10mm；
大轴承(23)与载物台(18)之间的支撑柱(22)，外径30mm，与大轴承(23)的内径匹配；
支撑柱(22)上的伞形齿轮(21)为32齿，内孔30mm，与支撑柱(22)外径匹配，侧面开有一个螺丝孔，用以通过螺钉将伞形齿轮(21)与支撑柱(22)固接，伞形齿轮(21)底部顶到载物台(18)，以增加支撑柱(22)的有效承重面积；
步进电机(20)为减速步进电机，减速比1:50，电机高60mm，轴中心距底盘40mm，通过90度转角的伞形齿轮(21)控制载物台(18)；步进电机(20)轴上的伞齿为16齿，内径8mm，两个伞齿之间减速比为1:2；步进电机(20)轴上的伞齿侧面开有用作固定的螺丝孔。
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