CN110345901A - 一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，包括笼体，笼体的顶部设置有横杆，横杆上设置有滑轮，滑轮连接有升降箱，升降箱包括控制盒，控制盒连接步进电机，步进电机连接电源和齿轮组，齿轮组连接悬吊绳，悬吊绳用于悬吊大鼠，步进电机控制齿轮组运转进而带动悬吊绳升降，大鼠身上设置有数据采集单元，数据采集单元检测到大鼠的悬吊角度并将信号传输至控制盒，控制盒根据信号控制步进电机转动使大鼠始终处于固定悬吊角度。本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，可以精确地控制大鼠的悬吊角度，无需人工介入进行调整，节省了人力成本，并使所制备模型的准确性和可靠性得到提高。

Description

一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统
技术领域
本发明属于生物实验辅助设备技术领域，具体涉及一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统。
背景技术
尾部悬吊大鼠模型是用来模拟失重对机体影响的重要实验模型，具有应激程度轻、悬吊时间长等特点，其研究对保障航天飞行中航天员的健康和工作效率具有重要意义。模型制备过程中，需要将大鼠尾部悬吊一定高度，使大鼠始终保持头低位，并与地面形成一定角度(约-30°)，大鼠依靠前肢在笼内自由活动，并在该状态下持续生长数周。
为了使尾部悬吊大鼠模型具有准确性和可靠性，在大鼠生长期间，其悬吊角度应始终保持在一个固定数值。目前，常用的调节悬吊角度的方法是，将粘贴有胶布的大鼠尾部通过绳索悬吊至笼体上部的横杆上，通过手动调节横杆两端支板的高低改变横杆的高度，进而调节大鼠的悬吊角度。在实际模型制备过程中，大鼠的自然生长或异常活动等不确定因素可能会导致实际悬吊角度与设计悬吊角度差异过大，经常需要人工介入进行调整，影响了所制备模型的准确性和可靠性。
中国专利《模拟失重大鼠仿真智能化展示器》，(申请号：2011100716304，申请日：2011.03.24，公开日：2011.07.20，公开号：102129801A),公开了一种模拟失重大鼠仿真智能化展示器，包括透明笼体、垫脚、仿真的大鼠模型、支撑板、舵机、滑轨、滑动挂钩、动作存储卡和蓝牙通讯模块。该发明采用的是用硅胶等制成的大鼠模型，模型具有较高的可控性，但是所得的实验参数对于保持活体大鼠悬吊角度的指导意义不大。因此，目前在活体大鼠尾部悬吊过程中，仍然存在大鼠的自然生长或异常活动等不确定因素导致的悬吊角度变化过大以及经常需要人工介入进行调整的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，解决了目前大鼠尾部悬吊过程中因为大鼠的不确定因素导致的悬吊角度变化过大以及经常需要人工介入进行调整的问题，使所制备模型的准确性和可靠性得到提高。
本发明所采用的技术方案是，
一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，包括笼体，笼体的顶部设置有横杆，横杆上设置有滑轮，滑轮连接有升降箱，升降箱包括控制盒，控制盒连接步进电机，步进电机连接电源和齿轮组，齿轮组连接悬吊绳，悬吊绳用于悬吊大鼠，步进电机控制齿轮组运转进而带动悬吊绳升降，大鼠身上设置有数据采集单元，数据采集单元检测到大鼠的悬吊角度并将信号传输至控制盒，控制盒根据信号控制步进电机转动使大鼠始终处于固定悬吊角度。
本发明的特点还在于，
数据采集单元包括捆绑于大鼠的三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的Y轴沿大鼠身体纵向向尾部的方向安装，三轴加速度传感器通过无线传输实时将数据传送至控制盒。
三轴加速度传感器为ADXL345加速度传感器。
控制盒包括信息脉冲接收单元、算法处理单元和数据存储单元，信息脉冲接收单元包括脉冲接收器，算法处理单元包括单片机，数据存储单元包括存储芯片，脉冲接收器用于接收三轴加速度传感器发出的信号并将其处理后传输至单片机，单片机根据信号控制步进电机转动进而调整悬吊绳的升降。
单片机和存储芯片集成于同一电路板，存储芯片与单片机进行通信并实时记录、存储大鼠的悬吊角度。
齿轮组包括连接于步进电机旋转轴的第一螺旋杆，第一螺旋杆上套设有第一齿轮，第一齿轮在其圆心位置沿径向枢转连接有连杆，连杆在远离第一齿轮的一端枢转连接有第二螺旋杆，第二螺旋杆套设有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第一螺旋杆与第二螺旋杆互相平行设置，第一螺旋杆与第二螺旋杆之间设置有平行于连杆的第三齿轮，第三齿轮的圆心位置连接悬吊绳。
第三齿轮的圆心位置设置有绞丁环，绞丁环可沿第三齿轮的圆心转动，绞丁环连接悬吊绳。
升降箱上端设置有挂钩，挂钩连接滑轮。
升降箱内设置有隔板，步进电机和控制箱位于隔板的上端，齿轮组位于隔板的下端。
笼体的底部设置有多个支杆，每个支杆之间互相平行。
本发明的有益效果是：本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，在尾部悬吊期间可以自动检测并及时调整大鼠的悬吊状态；大鼠的自然生长过程中或异常活动时，系统可以自动检测悬吊角度，通过与设计悬吊角度对比进而调整大鼠尾部的升降，确保大鼠始终处于设计的悬吊角度。本发明可以精确地控制大鼠的悬吊角度，无需人工介入进行调整，节省了人力成本，并使所制备模型的准确性和可靠性得到提高。
附图说明
图1是本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统的结构示意图；
图2是本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统中升降箱的结构示意图；
图3是本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统中各组成单元及相关关系示意图；
图4是本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统中单片机的程序流程图。
图中，1.笼体，2.支板，3.横杆，4.滑轮，5.升降箱，6.大鼠，7.三轴加速度传感器，8.挂钩，9.步进电机，10.控制盒，11.隔板，12.第一齿轮，13.第一螺旋杆，14.第二螺旋杆，15.第三齿轮，16.第二齿轮，17.悬吊绳，18.绞丁环，19.支杆，20.连杆。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统进行说明。
如图1所示，一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，包括笼体 1，笼体1的顶部设置有横杆3，横杆3上设置有滑轮4，滑轮4连接有升降箱5，升降箱5包括控制盒10，控制盒10连接步进电机9，步进电机9连接电源和齿轮组，齿轮组连接悬吊绳17，悬吊绳17用于悬吊大鼠6，步进电机9控制齿轮组运转进而带动悬吊绳17升降，大鼠6身上设置有数据采集单元，数据采集单元检测到大鼠6的悬吊角度并将信号传输至控制盒10，控制盒10根据信号控制步进电机9转动使大鼠6始终处于固定悬吊角度。
数据采集单元包括三轴加速度传感器7，三轴加速度传感器7的四周打孔并穿线捆绑于大鼠6的背部，作为大鼠6的穿戴产品。三轴加速度传感器 7的Y轴沿大鼠6身体纵向向尾部的方向安装，用以检测大鼠6的位置状态。三轴加速度传感器7通过无线传输，实时将数据传送至控制盒10的脉冲接收器。
上述的三轴加速度传感器7为ADXL345加速度传感器。
如图3所示，控制盒10包括信息脉冲接收单元、算法处理单元和数据存储单元，信息脉冲接收单元包括脉冲接收器，算法处理单元包括单片机，数据存储单元包括存储芯片，脉冲接收器用于接收三轴加速度传感器7发出的信号并将其处理后传输至单片机，单片机根据信号控制步进电机9转动进而调整悬吊绳17的升降。
如图4所示，开机后可以输入设计悬吊角度β及控制精度α。单片机实时读取三轴加速度传感器7的各轴加速度值，并计算出Y轴与地面夹角β实测，即实际悬吊角度。当β实测大于(β+α)时，单片机通过信号控制步进电机 9转动进而将悬吊绳17向下释放。当β实测小于(β-α)时，单片机通过信号控制步进电机9转动进而将悬吊绳17向上提起。通过测量与流程分析，使得大鼠6的悬吊角度始终保持不变，从而提高了悬吊角度的精确度。
数据存储单元为存储芯片，可以进行读写。存储芯片和单片机集成于同一电路板，单片机每间隔一段时间(如每分钟或每小时)通过与存储芯片通信实时将悬吊角度记录、存储至存储芯片。存储芯片可以存储尾部悬吊期间大鼠的所有悬吊角度，对悬吊过程进行记录。存储芯片所得数据可以反映大鼠的悬吊状态，作为判断模型制备是否成功的参数。
如图2所示，齿轮组包括连接于步进电机9旋转轴的第一螺旋杆13，第一螺旋杆13上套设有第一齿轮12，第一齿轮12在其圆心位置沿径向枢转连接有连杆20，连杆20在远离第一齿轮12的一端枢转连接有第二螺旋杆14，第二螺旋杆14套设有第二齿轮16，第一齿轮12与第二齿轮16啮合，第一螺旋杆13与第二螺旋杆14互相平行设置，第一螺旋杆13与第二螺旋杆14 之间设置有平行于连杆20的第三齿轮15，第三齿轮15的圆心位置连接悬吊绳17。
第三齿轮15的圆心位置设置有绞丁环18，绞丁环18连接悬吊绳17，绞丁环18可沿第三齿轮15的圆心转动，可以实现360°水平旋转，使得悬吊绳17与大鼠6均保持周向不受力。绞丁环18的设置，使得大鼠在笼内可以自由旋转。
单片机通过信号控制步进电机9的正向或反向转动，驱动齿轮组运转，调整大鼠6尾部的升降，使得大鼠6的悬吊角度始终保持不变。
步进电机9作为动力源，负责转动，带动第一螺旋杆13及第一齿轮12 转动。第一齿轮12与第二齿轮16啮合，第一齿轮12转动时会带动第二齿轮16和第二螺旋杆14转动。第一螺旋杆13和第二螺旋杆14均与第三齿轮 15咬合，第一螺旋杆13和第二螺旋杆14转动时，共同带动第三齿轮15转动并使其向上或向下移动。第三齿轮15通过绞丁环18和悬吊绳17使大鼠6 上下移动。通过齿轮组的设置，可以自动调整大鼠6尾部的升降，无需人工介入进行调整，节省了人力成本。
升降箱5上端设置有挂钩8，挂钩8连接滑轮4。挂钩8的设置可以使升降箱5与滑轮4的连接更为灵活，并且便于升降箱5的拆卸。
升降箱5内设置有隔板11，步进电机9和控制箱10位于隔板11的上端，齿轮组位于隔板11的下端。隔板11将齿轮组与其他部分隔开，避免了工作过程中齿轮组与其他部分之间的相互干扰。
笼体1的底部设置有多个支杆19，每个支杆19之间互相平行，有利于大鼠6依靠前爪抓握，维持重心的稳定。
本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统的工作过程为：检查各部分的安装是否完整，将处理好的大鼠6尾部通过悬吊绳17连接至齿轮组，打开电源，将大鼠调整至设定的悬吊角度并开始尾部悬吊过程，悬吊过程中系统自动检测、控制悬吊角度并记录存储所有实验数据，悬吊结束后关闭电源，取出大鼠6。
本发明一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，可以自动检测并及时调整大鼠6的悬吊状态。大鼠6的自然生长过程中或异常活动时，本发明可以自动检测悬吊角度，通过与设计悬吊角度对比进而调整大鼠6尾部的升降，确保大鼠6始终处于设计的悬吊角度。本发明可以精确地控制大鼠的悬吊角度，无需人工介入进行调整，节省了人力成本，并使所制备模型的准确性和可靠性得到提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，包括笼体(1)，所述笼体(1)的顶部设置有横杆(3)，所述横杆(3)上设置有滑轮(4)，所述滑轮(4)连接有升降箱(5)，所述升降箱(5)包括控制盒(10)，所述控制盒(10)连接步进电机(9)，所述步进电机(9)连接电源和齿轮组，所述齿轮组连接悬吊绳(17)，所述悬吊绳(17)用于悬吊大鼠(6)，所述步进电机(9)控制齿轮组运转进而带动悬吊绳(17)升降，所述大鼠(6)身上设置有数据采集单元，所述数据采集单元检测到大鼠(6)的悬吊角度并将信号传输至控制盒(10)，所述控制盒(10)根据信号控制步进电机(9)转动使大鼠(6)始终处于固定悬吊角度。
2.根据权利要求1所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述数据采集单元包括捆绑于大鼠(6)的三轴加速度传感器(7)，所述三轴加速度传感器(7)的Y轴沿大鼠(6)身体纵向向尾部的方向安装，所述三轴加速度传感器(7)通过无线传输实时将数据传送至控制盒(10)。
3.根据权利要求2所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述三轴加速度传感器(7)为ADXL345加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述控制盒(10)包括信息脉冲接收单元、算法处理单元和数据存储单元，所述信息脉冲接收单元包括脉冲接收器，所述算法处理单元包括单片机，所述数据存储单元包括存储芯片，所述脉冲接收器用于接收三轴加速度传感器(7)发出的信号并将其处理后传输至单片机，所述单片机根据信号控制步进电机(9)转动进而调整悬吊绳(17)的升降。
5.根据权利要求4所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述单片机和存储芯片集成于同一电路板，所述存储芯片与单片机进行通信并实时记录、存储大鼠(6)的悬吊角度。
6.根据权利要求1所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述齿轮组包括连接于步进电机(9)旋转轴的第一螺旋杆(13)，所述第一螺旋杆(13)上套设有第一齿轮(12)，所述第一齿轮(12)在其圆心位置沿径向枢转连接有连杆(20)，所述连杆(20)在远离第一齿轮(12)的一端枢转连接有第二螺旋杆(14)，所述第二螺旋杆(14)套设有第二齿轮(16)，所述第一齿轮(12)与第二齿轮(16)啮合，所述第一螺旋杆(13)与第二螺旋杆(14)互相平行设置，所述第一螺旋杆(13)与第二螺旋杆(14)之间设置有平行于连杆(20)的第三齿轮(15)，所述第三齿轮(15)的圆心位置连接悬吊绳(17)。
7.根据权利要求6所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述第三齿轮(15)的圆心处设置有绞丁环(18)，所述绞丁环(18)可沿第三齿轮(15)的圆心转动，所述绞丁环(18)连接悬吊绳(17)。
8.根据权利要求1所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述升降箱(5)上端设置有挂钩(8)，所述挂钩(8)连接滑轮(4)。
9.根据权利要求1所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述升降箱(5)内设置有隔板(11)，所述步进电机(9)和控制盒(10)位于隔板(11)的上端，所述齿轮组位于隔板(11)的下端。
10.根据权利要求1所述的一种尾部悬吊大鼠的悬吊角度检测与控制系统，其特征在于，所述笼体(1)的底部设置有多个支杆(19)，每个所述支杆(19)之间互相平行。
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