CN110972990A - 一种大鼠自动刺激跳跃训练系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种大鼠自动刺激跳跃训练系统及其工作方法，包括若干个训练平台，相邻训练平台之间固定设置有隔板，训练平台上部滑动设置有复位机构，训练平台下部设置有刺激机构，刺激机构与电脉冲发生器相连接，刺激机构下部设置有测力单元，训练平台上设置有位置检测单元；复位机构、电脉冲发生器、测力单元和位置检测单元均与协调控制器相连接，协调控制器通过信号传输单元与终端相连接。本发明可以同时对单个或多个被测目标进行跳跃训练，通过测力单元和无线穿戴测力单元能够对训练目标的体重、跳跃力和跳跃加速度实时检测，对目标跳跃到训练平台时实现自动复位，并且将各项数据传输至终端，避免了科研人员人工操作，手动记录数据的繁琐。
Description
技术领域
本发明涉及肢体训练实验仪器的技术领域，尤其涉及一种大鼠自动刺激跳跃训练系统及其工作方法。
背景技术
随着智能云和物联网技术的发展，仪器设备的智能化、信息化、自动化程度的不断提高，人们对仪器设备的自动化依赖程度进一步加深，也就对实验仪器的可靠性和智能化提出了更高的要求。无论在医学、体育、康复、生物学、生命科学对生物体的肢体运动的研究领域中，还是在体育教学仪器领域中，试验及训练过程的自动化、训练手段的标准化及精细化、试验数据的完整性和试验全程的信息化都提出了更高的要求。由于传统的仪器设备自动化程度低，需要科研人员过度的参与看护、人工操作、手动记录数据，这会造成科研人员精力的巨大浪费、科研效率的低下、科研方法简陋、科研手段粗糙，进而增大试验结果失败的风险。
发明内容
针对传统实验仪器设备自动化程度低，需要科研人员过度的参与看护、人工操作和手动记录数据，造成科研人员精力的巨大浪费，科研效率低下的技术问题，本发明提出一种大鼠自动刺激跳跃训练系统及其工作方法。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种大鼠自动刺激跳跃训练系统，包括若干个训练平台，所述相邻训练平台之间固定设置有隔板，训练平台上部滑动设置有复位机构，训练平台下部设置有刺激机构，刺激机构与电脉冲发生器相连接，刺激机构下部设置有测力单元，训练平台上设置有位置检测单元；所述复位机构、电脉冲发生器、测力单元和位置检测单元均与协调控制器相连接，协调控制器通过信号传输单元与终端相连接。
优选地，所述复位机构包括复位推板，复位推板滑动设置在训练平台上部且复位推板与机械臂固定连接，机械臂与动力组件相连接，动力组件与协调控制器相连接。
优选地，所述动力组件包括电动缸或气缸，电动缸或气缸与机械臂固定连接且电动缸或气缸与协调控制器相连接。
优选地，所述刺激机构包括刺激栅格，刺激栅格设置在训练平台下部，刺激栅格下部固定安装有测力单元，刺激栅格与电脉冲发生器相连接。
优选地，所述测力单元包括悬臂梁压电桥传感器，悬臂梁压电桥传感器安装在刺激栅格下部且悬臂梁压电桥传感器与刺激栅格相配合；所述悬臂梁压电桥传感器与协调控制器相连接。
优选地，所述测力单元还包括无线穿戴测力单元，无线穿戴测力单元与协调控制器相连接。
优选地，所述无线穿戴测力单元包括加速度传感器，加速度传感器与协调控制器相连接。
优选地，所述位置检测单元包括红外探测器和摄像头，红外探测器安装在训练平台上，摄像头设置在训练平台上方且红外探测器和摄像头均与协调控制器相连接。
优选地，所述信号传输单元包括通信单元和参数设置单元，通讯单元和参数设置单元均与协调控制器相连接，通讯单元与终端相连接。
优选地，大鼠自动刺激跳跃训练系统的工作方法，包括以下步骤：
S1，首先选定对单个或多个目标同时进行刺激训练，将训练目标放置在相应的刺激栅格上，并将无线穿戴测力单元戴在目标身上；
S2、随后实验人员通过终端设置训练参数，终端向协调控制器发送设置参数信息，协调控制器接收到训练参数后调整电脉冲发生器的占空比、幅值、相位和极性，并控制电脉冲发生器按周期输出；
S3、训练目标受到电脉冲刺激后向上跳跃，利用位置检测单元实时对目标进行跟踪，当位置检测单元检测到目标跳动到训练平台时，协调控制器控制复位机构启动复位，将目标推落；
S4、根据步骤S3，利用训练平台上设置的位置检测单元对目标的跳跃运行轨迹实时监测，监测信息实时传输至协调控制器；
S5、根据步骤S3，在目标跳跃时，利用测力单元分别对目标初始时体重和跳跃时产生的跳跃力进行连续采样检测，同时利用无线穿戴测力单元对目标跳跃时产生的加速度实时检测，检测信息实时传输至协调控制器，协调控制器将各项识别信息和检测信息实时通过信号传输单元传输至终端。
本发明的有益效果：本发明可以同时对单个或多个被测目标进行跳跃训练，通过终端或本地按键可设置电脉冲发生器的脉宽、幅值、延时和波形参数，利用刺激栅格刺激目标向上跳跃，在目标跳跃时，通过测力单元和无线穿戴测力单元能够对训练目标的体重、跳跃力和跳跃加速度实时检测，当位置检测单元检测到目标跳跃到训练平台时，协调控制器控制复位机构推动推板将目标推落，实现自动复位，整个训练过程中各项数据实时传输至终端，避免了科研人员人工操作，手动记录数据的繁琐，解决了传统实验仪器设备自动化程度低，需要科研人员过度的参与看护、人工操作和手动记录数据，造成科研人员精力的巨大浪费，科研效率低下的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作原理图。
图2为本发明中训练平台的结构示意图。
图3为本发明中位置检测单元的信号传输原理图。
图4为本发明中复位机构的信号传输原理图。
图5为本发明中电脉冲发生器的信号传输示意图。
图6为本发明中协调控制器的信号控制原理图。
图7为本发明中信号传输单元的信号传输示意图。
图8为本发明中测力单元的原理图。
图中，1为训练平台，2为刺激栅格，3为复位机构，31为复位推板，4为位置检测单元，5为测力单元，6为电脉冲发生器，7为协调控制器，8为信号传输单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种大鼠自动刺激跳跃训练系统，包括若干个训练平台1，训练平台为高度可调节训练平台，高度调节为人工手动调节，通过加设垫板调节高度，如图2所示，所述相邻训练平台1之间固定设置有隔板，每一个训练平台用于训练一个目标，如图4所示，训练平台1上部滑动设置有复位机构3，复位机构用于将跳跃在训练平台上的目标推落，复位机构3包括复位推板31，复位推板31滑动设置在训练平台1上部且复位推板31与机械臂固定连接，机械臂与动力组件相连接，动力组件与协调控制器7相连接；动力组件包括电动缸或气缸，电动缸或气缸与机械臂固定连接且电动缸或气缸通过继电器与协调控制器7相连接，协调控制器为嵌入式微型计算机，具有开关量输入接口和开关量输出接口，并且支持编程接口通信、串行接口通信、USB接口通信、网口电路通信、WIFI通讯模块通信、蓝牙模块模块通信和显示接口通信传输，协调控制器通过继电器控制电动缸或气缸的启动或停止。
如图5所示，训练平台1下部设置有刺激机构，刺激机构与电脉冲发生器6相连接，电脉冲发生器的输入电源为直流24V输入电源，直流24V输入电源通过电源适配器将外接220V交流输入电源降压整流而成，电脉冲发生器通过直流升压电路后向刺激栅格发出高电压低能量的电压脉冲，电源刺激机构包括刺激栅格2，刺激栅格由正负导体交叉分布构成，刺激栅格2平铺设置在训练平台1下部，将目标放置在刺激栅格上，刺激栅格2下部固定安装有测力单元5，刺激栅格2与电脉冲发生器6相连接，电脉冲发生器由可改变脉冲占空比、幅值和相位的正负脉冲发生器构成，电脉冲发生器的输出电压脉冲幅值为20V~2000V，功率＜10W，利用电脉冲发生器向刺激机构发送可变电脉冲刺激，刺激目标跳跃到训练平台上部。
如图8所示，刺激机构下部设置有测力单元5，测力单元对目标的体重和目标跳跃时产生的跳跃力进行连续采样，测力单元5包括悬臂梁压电桥传感器，悬臂梁压电桥传感器安装在刺激栅格2下部且悬臂梁压电桥传感器与刺激栅格2相配合即利用悬臂梁压电桥传感器检测刺激栅格上目标的体重和目标跳跃时向上产生的跳跃力；所述悬臂梁压电桥传感器与协调控制器7相连接，检测的参数实时传输协调控制器；测力单元1还包括无线穿戴测力单元，无线穿戴测力单元与协调控制器7相连接，无线穿戴测力单元用于检测目标起跳时的加速度，加速度参数传输至协调控制器，无线穿戴测力单元是由WIFI模块ESP8266和6轴运动处理组件MPU-6050组成的无线运动姿态监测模块，由MPU-6050采集目标起跳时的X、Y、Z三轴的加速度值和角速度，然后通过WIFI模块ESP8266将这些数据发送给协调控制器，便于协调控制器根据加速度参数修正测力单元检测的跳跃时产生的跳跃力。
如图3所示，训练平台1上设置有位置检测单元4，位置检测单元用于检测目标的位置，实现对目标追踪定位，位置检测单元4包括红外探测器和摄像头，红外探测器安装在训练平台的两侧，将摄像头安装在训练平台的上方顶部，红外探测器探测信号输入到协调控制器中通过恒温动物红外感知及运动轨迹跟踪软件对目标进行跟踪和定位。当监测到目标跳跃至安全顶面时，协调控制器控制电动缸或气缸启动，推动复位推板将目标推落复位，红外探测器安装在训练平台上，摄像头设置在训练平台两侧且红外探测器和摄像头均与协调控制器7相连接，红外探测器和摄像头探测的信息实时传输至协调控制器可以对目标跳跃次数进行计数，系统在规定的时间内对红外探测器及摄像头检测到的位置信号的移动轨迹后，由大鼠图像识别及运动轨迹跟踪软件来识别目标上行跳跃次数、下行复位次数、循环上下往复跳跃次数、单词跳跃高度、多次跳跃积分高度、有效跳跃次数和无效跳跃次数。
如图6所示，所述复位机构3、电脉冲发生器6、测力单元5和位置检测单元4均与协调控制器7相连接，协调控制器7通过信号传输单元8与终端相连接，通过信号传输单元将各项检测参数在终端上显示，并且科研人员通过终端可远程调整训练参数，终端为上位机和智能手机。
如图7所示，所述信号传输单元8包括通信单元和参数设置单元，通讯单元与终端相连接，通讯单元包括通用串口、蓝牙、USB口、网口或WIFI通讯模块，利用通用串口、USB口或网口与上位机进行通信，用蓝牙或WIFI通讯模块与智能手机进行通信，参数设置单元与协调控制器相连接，参数设置单元为液晶和按键组成的HMI电路用于本地显示和本地按键操作，整个训练过程中各项数据实时传输至终端，同时终端也可以远程调整训练参数，避免了科研人员人工操作，手动记录数据的繁琐，解决了传统实验仪器设备自动化程度低，需要科研人员过度的参与看护、人工操作和手动记录数据，造成科研人员精力的巨大浪费，科研效率低下的技术问题。
大鼠自动刺激跳跃训练系统的工作方法，包括以下步骤：
S1，首先选定对单个或多个目标同时进行刺激跳跃对照训练，将训练目标放置在相应的刺激机构中的刺激栅格2上，并将无线穿戴测力单元附戴在目标身上；
S2、随后实验人员根据训练目标个数通过终端或本地按键可设置训练时间、电脉冲频率、电脉冲电压、电脉冲延迟输出、电脉冲定时输出和电脉冲周期输出等训练参数，同时可以根据需要调节台阶高度，终端向协调控制器7发送设置训练参数信息，协调控制器7接收到训练参数后调整电脉冲发生器6的占空比、幅值、相位、极性、频率和电压，并同时控制电脉冲发生器6在一定时间内以延迟输出、定时输出或周期输出的规律进行输出电脉冲；
S3、训练目标受到电脉冲刺激后向上跳跃，利用位置检测单元4实时对目标进行跟踪，当位置检测单元4检测到目标跳动到训练平台1时，协调控制器7控制复位机构3启动复位，将目标推落；
S4、根据步骤S3，利用训练平台1上设置的位置检测单元4对目标的运行轨迹实时监测，监测信息实时传输至协调控制器7；
S5、根据步骤S3，在目标跳跃时，利用测力单元5分别对目标初始时体重和跳跃时产生的跳跃力进行连续采样检测，同时利用无线穿戴测力单元对目标跳跃时产生的加速度实时检测，检测信息实时传输至协调控制器7，协调控制器7将各项识别信息和检测信息实时通过信号传输单元8传输至终端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大鼠自动刺激跳跃训练系统，包括若干个训练平台（1），其特征在于，所述相邻训练平台（1）之间固定设置有隔板，训练平台（1）上部滑动设置有复位机构（3），训练平台（1）下部设置有刺激机构，刺激机构与电脉冲发生器（6）相连接，刺激机构下部设置有测力单元（5），训练平台（1）上设置有位置检测单元（4）；所述复位机构（3）、电脉冲发生器（6）、测力单元（5）和位置检测单元（4）均与协调控制器（7）相连接，协调控制器（7）通过信号传输单元（8）与终端相连接。
2.根据权利要求1所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述复位机构（3）包括复位推板（31），复位推板（31）滑动设置在训练平台（1）上部且复位推板（31）与机械臂固定连接，机械臂与动力组件相连接，动力组件与协调控制器（7）相连接。
3.根据权利要求2所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述动力组件包括电动缸或气缸，电动缸或气缸与机械臂固定连接且电动缸或气缸与协调控制器（7）相连接。
4.根据权利要求1所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述刺激机构包括刺激栅格（2），刺激栅格（2）设置在训练平台（1）下部，刺激栅格（2）下部固定安装有测力单元（5），刺激栅格（2）与电脉冲发生器（6）相连接。
5.根据权利要求1或4所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述测力单元（5）包括悬臂梁压电桥传感器，悬臂梁压电桥传感器安装在刺激栅格（2）下部且悬臂梁压电桥传感器与刺激栅格（2）相配合；所述悬臂梁压电桥传感器与协调控制器（7）相连接。
6.根据权利要求5所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述测力单元（1）还包括无线穿戴测力单元，无线穿戴测力单元与协调控制器（7）相连接。
7.根据权利要求6所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述无线穿戴测力单元包括加速度传感器，加速度传感器与协调控制器（7）相连接。
8.根据权利要求1所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述位置检测单元（4）包括红外探测器和摄像头，红外探测器安装在训练平台（1）上，摄像头安装在训练平台（1）上方且红外探测器和摄像头均与协调控制器（7）相连接。
9.根据权利要求1所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统，其特征在于，所述信号传输单元（8）包括通信单元和参数设置单元，通讯单元和参数设置单元均与协调控制器相连接，通讯单元与终端相连接。
10.根据权利要求1所述的大鼠自动刺激跳跃训练系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，首先选定对单个或多个目标同时进行刺激训练，将训练目标放置在相应的刺激机构中的刺激栅格（2）上，并将无线穿戴测力单元戴在目标身上；
S2、随后实验人员通过终端设置训练参数，终端向协调控制器（7）发送设置参数信息，协调控制器（7）接收到训练参数后调整电脉冲发生器（6）的占空比、幅值、相位和极性，并控制电脉冲发生器（6）周期输出；
S3、训练目标受到电脉冲刺激后向上跳跃，利用位置检测单元（4）实时对目标进行跟踪，当位置检测单元（4）检测到目标跳动到训练平台（1）时，协调控制器（7）控制复位机构（3）启动复位，将目标推落；
S4、根据步骤S3，利用训练平台（1）上设置的位置检测单元（4）对目标的运行轨迹实时监测，监测信息实时传输至协调控制器（7）；
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