CN109362598A - 一种面向认知导航的鸽子诱导训练系统及训练方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向认知导航的鸽子诱导训练系统及训练方法，包括训练控制箱和设置在训练控制箱内部的终端执行控制模块、食物奖励模块以及设置在训练控制箱外部的训练项目选择模块、设备总控制模块和数据处理存储模块；本发明通过在密封的箱体内设置多个可触碰的不同色按钮，以及通过可视视频的颜色导向，通过控制鸽子触碰相同颜色按钮开关进行控制器得到的食物奖励，从而对不同的鸽子认知实验设计不同的训练项目，并且在训练过程中实时解析实验数据，动态调整训练方案，能够缩短训练的周期，为实验者提供了一种更加快速方便的训练动物相关能力的安全可靠的应用。训练过程中不需要人参与，能够根据训练结果信息，动态调整训练方案。
Description
技术领域
本发明涉及动物认知导航训练技术领域，尤其涉及一种面向认知导航的鸽子诱导训练系统及训练方法。
背景技术
目前，在使用鸽子进行的各种实验中，大多是对鸽子的方向判断能力进行训练的，训练的设备主要是各种类型的迷宫。或者是使用颜色辅助方向训练，单一的对鸽子视觉进行训练的系统并没有。其次，虽然自动控制技术在鸽子训练设备中的应用比较普遍，但是现有的自动控制大都是一种单一的训练方案，应用场景和训练方法单一，并且不能对训练结果进行统计分析。而且，现有的训练中大部分的训练设备在训练的过程中为了加快训练速度都带有惩罚机制，对训练动物会有一定程度损伤。
所以根据鸽子的生理特性，设计一套对鸽子视觉方面的训练系统，在不对鸽子进行伤害的情况下，对鸽子的视觉进行快速高效的训练，是本领域的技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向认知导航的鸽子诱导训练系统及训练方法，能够根据鸽子的特点，在不对鸽子进行伤害的情况下，对鸽子进行视觉训练。而且训练的方案可以根据不同训练阶段和不同的鸽子进行选择和设计。
本发明采用的技术方案为：
一种面向认知导航的鸽子诱导训练系统，包括训练控制箱和设置在训练控制箱内部的终端执行控制模块、食物奖励模块以及设置在训练控制箱外部的训练项目选择模块、设备总控制模块和数据处理存储模块；
所述的训练控制箱是六面体的箱体，箱体的正面具有一个可开合的透明门，背面为透明设置，其它侧面为非透光设置，其中透明门外部顶端设置有黑色挡帘，可根据需要当放下时遮挡透明门的光线进入箱体内或者收起后打开透明门的光线进入箱体；
所述的终端执行控制模块包括有多个发光按键，多个发光按键设置训练控制箱背面内部，第一显示器设置在外部，其中一侧壁上设置有食物盒子，侧壁外部设置食物奖励模块；
所述的设备总控制模块为单片机、输入设备、通讯接口和驱动控制电路，所述的单片机用于对数据进行处理分析以及发送控制信号到食物奖励模块使其动作，其中多个发光按键分别通过驱动控制电路连接单片机，输入设备连接单片机输入端，单片机的输出端连接第一显示设备、第二显示设备和数据处理存储模块的控制输入端；
所述的训练选择模块包括计算机和第一显示器、第二显示器，两个显示器的分辨率相同，计算机与单片机相连接；
所述训练项目选择模块用于选择或设计生成不同的训练课题；所述的设备总控制模块用于根据不同的课题信息驱动控制电路进行不同动作生成不同的训练方案；所述的终端执行控制模块用于根据控制电路的信号进行相应的动作；所述的食物奖励模块能够用于根据设备总控制模块的信号进行食物奖励；所述的数据处理存储模块用于对实验结果信息进行记录并进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。
所述的食物奖励模块为自动投食装置，自动投食装置和设备总控制模块的控制驱动电路连接，当自动投食装置在接收到设备总控制模块的信号后，在食物奖励区的食盒盒子中投放食物。
所述的数据处理存储模块主要包括存储器和数据处理存储软件，存储器用于记录每次的实验时间，实验动物编号，并便于实验结果信息并且对实验结果信息进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。
所述的单片机采用C8051F320。
一种基于权利要求1所述向导航的鸽子诱导训练系统的训练方法，
具体包括如下训练步骤：
（1）训练前的准备工作：检查训练箱的状态正常后，打开设备总控制模块和食物奖励模块；待硬件设备初始化完成后打开训练软件，选择固定训练课题或者重新设计生成新的训练课题；然后将待训练的鸽子放到训练箱中，等待鸽子的状态稳定后，放下箱子正面的遮光布，选择训练的课题方案，然后点击训练软件开始进行训练；
（2）训练开始，训练软件会根据选择的设计好的实验方案，从红绿蓝白四种颜色中随机产生一种颜色的图片在显示器上全屏显示，并且训练箱子中的四个发光按键会随机位置产生红绿蓝白四种颜色的光，以供鸽子进行选择；
（3）如果鸽子在规定的时间里进行了正确的选择，即用嘴巴触动了对应正确颜色的按钮开关，则单片机接收到正确按钮开关信息后，发送控制信号到控制驱动电路，控制驱动电路驱动投食装置会进行投食操作，在训练箱中的食物盒中会掉落有鸽子喜欢吃的蓖麻；否则，没有任何奖励；
（4）重复上述步骤，且通过数据处理存储模块在实验过程中记录着每一次的实验结果信息
步骤（4）中还包括如下步骤，当重复N次后，进行动态调整训练方案，动态调整实验方案算法包括如下策略：
①如果鸽子选择次数太少，则会延长实验过程中的选择时间，将3s提升到5s或者更长，并且对有结果的选择无论对错都进行食物奖励；
②如果鸽子选择的某一个颜色的错误率比较高，那么后续该颜色出现的频率会增加；
③如果选择的所有的颜色的正确率都超过90%的话，那么实验过程中的食物奖励会减少。
所述的N为50-200次。
所述的实验训练课题方案如下：T0时刻实验软件随机在两个显示器上显示红绿蓝白四种颜色的图片，同时训练箱中的四个发光按键也会随机位置发出四种颜色光，图片显示时间和按键的发光持续时间是3s；
T0+3s时刻界面显示灰色图片同时所有按键不再发光进入2s等待时间；
T0+5s时刻界面重新随机产生一个新的图片，进行新一轮的实验。
所述的实验训练课题方案中，如果在一个周期的前3s图片显示的任何时刻鸽子选择了发光按键，则界面会直接进入2s等待时间；如果鸽子在3s中未进行任何选择T0+3s时刻系统也会进入2s等待时间，2s等待时间系统会根据实验结果选是否对鸽子进行食物奖励。
本发明通过在密封的箱体内设置多个可触碰的不同色按钮，以及通过可视视频的颜色导向，通过控制鸽子触碰相同颜色按钮开关进行控制器得到的食物奖励，从而对不同的鸽子认知实验设计不同的训练项目，并且在训练过程中实时解析实验数据，动态调整训练方案，能够缩短训练的周期，为实验者提供了一种更加快速方便的训练动物相关能力的安全可靠的应用。训练过程中不需要人参与，能够根据训练结果信息，动态调整训练方案。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2 本发明的设备总控制模块结构示意图；
图3 发光按键模块示意图；
图4系统训练方法流程图。
图2 标记说明：
A是总控制模块;B是六面体训练箱子 ;C是投食装置 ;1、2、3、4是四个发光按键;5是食物盒子；6是显示器。
具体实施方式
如图1、2和3所示，本发明包括训练控制箱和设置在训练控制箱内部的终端执行控制模块、食物奖励模块以及设置在训练控制箱外部的训练项目选择模块、设备总控制模块A和数据处理存储模块；
所述的训练控制箱是六面体的箱体，箱体的正面具有一个可开合的透明门，背面为透明设置，其它侧面为非透光设置，其中透明门外部顶端设置有黑色挡帘，可根据需要当放下时遮挡透明门的光线进入箱体内或者收起后打开透明门的光线进入箱体；
所述的终端执行控制模块包括有多个发光按键，多个发光按键设置训练控制箱背面内部，如图中发光按键1、发光按键2、发光按键3、发光按键4是，四个发光按键，如图3所示，本发明采用红、绿、蓝、白四个颜色，对应四个发光按键，即在箱体内对应四个反馈按钮，中间为启动按钮，可以作为进阶训练使用，让鸽子自己主动开启测试，具体的按键形式和排布可以根据具体环境和训练的方案进行设置，此处并不是本发明的发明关键点。第一显示器6设置在外部，其中一侧壁上设置有食物盒子5，侧壁外部设置食物奖励模块；具体的，所述的终端执行控制模块主要包括安装四组发光按键模块的训练箱。四组发光按键模块和设备总控制模块的驱动控制电路连接。发光按键模块接收到设备总控模块发送的驱动信号后，根据信号内容四组按键分别显示不同的颜色，然后等待被训练的鸽子进行选择，然后将选择的结果转换为电信号通过控制驱动电路传回给设备总控制模块即下文提到的单片机。
所述的设备总控制模块为单片机、输入设备、通讯接口和驱动控制电路，所述的单片机用于对数据进行处理分析以及发送控制信号到食物奖励模块使其动作，其中多个发光按键分别通过驱动控制电路连接单片机，输入设备连接单片机输入端，单片机的输出端连接第一显示设备、第二显示设备和数据处理存储模块的控制输入端；所述的单片机采用C8051F320。通信接口接收到训练选择模块实时发送的训练课题信号传输给C8051F320单片机，单片机根据课题信息生成对应的电平信号驱动控制电路工作，同时接收执行终端控制模块回传的实验结果信息，并将该结果信息通过通信接口发送给加固计算上的数据处理存储模块。
所述的训练选择模块包括计算机和第一显示器、第二显示器，两个显示器的分辨率相同，计算机与单片机相连接；所述的训练项目选择模块主要包括一台加固计算机和两个相同分辨率的显示器，计算机上安装有针对该训练系统设计的一套专用软件程序，两个显示器其中一个是实验操作人员设计训练课题以及进行必要的数据处理使用，另一个显示器是在训练过程中供被训练动物使用。在训练实验开始阶段根据不同的实验目，实验操作员在软件操作显示器上的选择或者设计生成不同的训练课题，然后将课题信息发送给设备总控制模块；
由透明的亚克力板制成的一个，箱子除了正面和后面其他的四个面都用黑色的遮光纸粘贴，箱子的正面是一个可以打开的透明的门，后面是供鸽子看训练题目使用。正面在正式训练的过程中是需要盖上遮光布的，
所述训练项目选择模块用于选择或设计生成不同的训练课题；所述的设备总控制模块用于根据不同的课题信息驱动控制电路进行不同动作生成不同的训练方案；所述的终端执行控制模块用于根据控制电路的信号进行相应的动作；所述的食物奖励模块能够用于根据设备总控制模块的信号进行食物奖励；所述的数据处理存储模块用于对实验结果信息进行记录并进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。
所述的食物奖励模块为自动投食装置，自动投食装置和设备总控制模块的控制驱动电路连接，当自动投食装置在接收到设备总控制模块的信号后，在食物奖励区的食盒盒子中投放食物。
所述的数据处理存储模块主要包括存储器和数据处理存储软件，存储器用于记录每次的实验时间，实验动物编号，并便于实验结果信息并且对实验结果信息进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。所述的数据处理存储模块还承载一个数据处理存储软件，该软件安装在加固计算机上。通过该软件可以方便的记录每次的实验时间，实验动物编号，实验结果信息并且对实验结果信息进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。
训练的过程中数据处理存储模块会实时分析训练数据，然后有针对性的动态调整终端执行控制模块设计训练内容，显著的缩短训练时间。
训练的过程中，通过数据处理存储模块的分析，控制食物奖励的数量以及奖励的时机，缩短训练时间。
一种基于上述所述向导航的鸽子诱导训练系统的训练方法，具体包括如下训练步骤：
（1）训练前的准备工作：检查训练箱的状态正常后，打开设备总控制模块和食物奖励模块；待硬件设备初始化完成后打开训练软件，选择固定训练课题或者重新设计生成新的训练课题；然后将待训练的鸽子（鸽子根据情况进行一定程度的绝食处理）放到训练箱中，等待鸽子的状态稳定后，放下箱子正面的遮光布，选择训练的课题方案，然后点击训练软件开始进行训练；
（2）训练开始，训练软件会根据选择的设计好的实验方案，从红绿蓝白四种颜色中随机产生一种颜色的图片在显示器上全屏显示，并且训练箱子中的四个发光按键会随机位置产生红绿蓝白四种颜色的光，以供鸽子进行选择；
（3）如果鸽子在规定的时间里进行了正确的选择，即用嘴巴触动了对应正确颜色的按钮开关，则单片机接收到正确按钮开关信息后，发送控制信号到控制驱动电路，控制驱动电路驱动投食装置会进行投食操作，在训练箱中的食物盒中会掉落有鸽子喜欢吃的蓖麻；否则，没有任何奖励；
（4）重复上述步骤，且通过数据处理存储模块在实验过程中记录着每一次的实验结果信息
步骤（4）中还包括如下步骤，当重复N次后，进行动态调整训练方案，动态调整实验方案算法包括如下策略：
①如果鸽子选择次数太少，则会延长实验过程中的选择时间，将3s提升到5s或者更长，并且对有结果的选择无论对错都进行食物奖励；
②如果鸽子选择的某一个颜色的错误率比较高，那么后续该颜色出现的频率会增加；
③如果选择的所有的颜色的正确率都超过90%的话，那么实验过程中的食物奖励会减少。
所述的N为50-200次。
所述的实验训练课题方案如下：T0时刻实验软件随机在两个显示器上显示红绿蓝白四种颜色的图片，同时训练箱中的四个发光按键也会随机位置发出四种颜色光，图片显示时间和按键的发光持续时间是3s；
T0+3s时刻界面显示灰色图片同时所有按键不再发光进入2s等待时间；
T0+5s时刻界面重新随机产生一个新的图片，进行新一轮的实验。
所述的实验训练课题方案中，如果在一个周期的前3s图片显示的任何时刻鸽子选择了发光按键，则界面会直接进入2s等待时间；如果鸽子在3s中未进行任何选择T0+3s时刻系统也会进入2s等待时间，2s等待时间系统会根据实验结果选是否对鸽子进行食物奖励。
本发明通过设置训练项目选择模块、设备总控制模块、终端执行控制模块、食物奖励模块、数据处理存储模块，在箱体内对鸽子进行自动训练，并在训练过程中进行优化训练方案从而达到缩短训练时间。整个实验装置中通过优化实验数据，仅仅采用正向诱导，即设置一个自动投食装置，通过自动投食装置和设备总控制模块的控制驱动电路连接。自动投食装置在接收到设备总控制模块的信号后，在食物奖励区的食盒中投放食物，而不涉及惩罚设备，从而通过多次优化的训练方法让鸽子迅速的完成颜色区分训练。
Claims (9)
1.一种面向认知导航的鸽子诱导训练系统，其特征在于：包括训练控制箱和设置在训练控制箱内部的终端执行控制模块、食物奖励模块以及设置在训练控制箱外部的训练项目选择模块、设备总控制模块和数据处理存储模块；
所述的训练控制箱是六面体的箱体，箱体的正面具有一个可开合的透明门，背面为透明设置，其它侧面为非透光设置，其中透明门外部顶端设置有黑色挡帘，可根据需要当放下时遮挡透明门的光线进入箱体内或者收起后打开透明门的光线进入箱体；
所述的终端执行控制模块包括有多个发光按键，多个发光按键设置训练控制箱背面内部，第一显示器设置在外部，其中一侧壁上设置有食物盒子，侧壁外部设置食物奖励模块；
所述的设备总控制模块为单片机、输入设备、通讯接口和驱动控制电路，所述的单片机用于对数据进行处理分析以及发送控制信号到食物奖励模块使其动作，其中多个发光按键分别通过驱动控制电路连接单片机，输入设备连接单片机输入端，单片机的输出端连接第一显示设备、第二显示设备和数据处理存储模块的控制输入端；
所述的训练选择模块包括计算机和第一显示器、第二显示器，两个显示器的分辨率相同，计算机与单片机相连接；
所述训练项目选择模块用于选择或设计生成不同的训练课题；所述的设备总控制模块用于根据不同的课题信息驱动控制电路进行不同动作生成不同的训练方案；所述的终端执行控制模块用于根据控制电路的信号进行相应的动作；所述的食物奖励模块能够用于根据设备总控制模块的信号进行食物奖励；所述的数据处理存储模块用于对实验结果信息进行记录并进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。
2.根据权利要求1所述的一种面向导航的鸽子诱导训练系统，其特征在于：所述的食物奖励模块为自动投食装置，自动投食装置和设备总控制模块的控制驱动电路连接，当自动投食装置在接收到设备总控制模块的信号后，在食物奖励区的食盒盒子中投放食物。
3.根据权利要求2所述的一种面向导航的鸽子诱导训练系统，其特征在于：所述的数据处理存储模块主要包括存储器和数据处理存储软件，存储器用于记录每次的实验时间，实验动物编号，并便于实验结果信息并且对实验结果信息进行在线实时分析，根据分析的结果信息动态调整实验方案。
4.根据权利要求3所述的一种面向导航的鸽子诱导训练系统，其特征在于：所述的单片机采用C8051F320。
5.一种基于权利要求1所述向导航的鸽子诱导训练系统的训练方法，其特征在于：
具体包括如下训练步骤：
（1）训练前的准备工作：检查训练箱的状态正常后，打开设备总控制模块和食物奖励模块；待硬件设备初始化完成后打开训练软件，选择固定训练课题或者重新设计生成新的训练课题；然后将待训练的鸽子放到训练箱中，等待鸽子的状态稳定后，放下箱子正面的遮光布，选择训练的课题方案，然后点击训练软件开始进行训练；
（2）训练开始，训练软件会根据选择的设计好的实验方案，从红绿蓝白四种颜色中随机产生一种颜色的图片在显示器上全屏显示，并且训练箱子中的四个发光按键会随机位置产生红绿蓝白四种颜色的光，以供鸽子进行选择；
（3）如果鸽子在规定的时间里进行了正确的选择，即用嘴巴触动了对应正确颜色的按钮开关，则单片机接收到正确按钮开关信息后，发送控制信号到控制驱动电路，控制驱动电路驱动投食装置会进行投食操作，在训练箱中的食物盒中会掉落有鸽子喜欢吃的蓖麻；否则，没有任何奖励；
（4）重复上述步骤，且通过数据处理存储模块在实验过程中记录着每一次的实验结果信息。
6.根据权利要求5所述的面向认知导航的鸽子诱导训练系统，其特征在于：步骤（4）中还包括如下步骤，当重复N次后，进行动态调整训练方案，动态调整实验方案算法包括如下策略：
①如果鸽子选择次数太少，则会延长实验过程中的选择时间，将3s提升到5s或者更长，并且对有结果的选择无论对错都进行食物奖励；
②如果鸽子选择的某一个颜色的错误率比较高，那么后续该颜色出现的频率会增加；
③如果选择的所有的颜色的正确率都超过90%的话，那么实验过程中的食物奖励会减少。
7.根据权利要求6所述的面向认知导航的鸽子诱导训练方法，其特征在于：所述的N为50-200次。
8.根据权利要求7所述的面向认知导航的鸽子诱导训练方法，其特征在于：所述的实验训练课题方案如下：T0时刻实验软件随机在两个显示器上显示红绿蓝白四种颜色的图片，同时训练箱中的四个发光按键也会随机位置发出四种颜色光，图片显示时间和按键的发光持续时间是3s；
T0+3s时刻界面显示灰色图片同时所有按键不再发光进入2s等待时间；
T0+5s时刻界面重新随机产生一个新的图片，进行新一轮的实验。
9.根据权利要求8所述的面向认知导航的鸽子诱导训练方法，其特征在于：所述的实验训练课题方案中，如果在一个周期的前3s图片显示的任何时刻鸽子选择了发光按键，则界面会直接进入2s等待时间；如果鸽子在3s中未进行任何选择T0+3s时刻系统也会进入2s等待时间，2s等待时间系统会根据实验结果选是否对鸽子进行食物奖励。
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