CN112293277A - 一种基于任务驱动下的自动奖励装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于任务驱动下的自动奖励装置，包括：驱动电机、机械臂和机械爪；驱动电机用于根据控制信号确定驱动时间和驱动力量；机械臂和机械爪连接，机械臂用于根据驱动电机的驱动，带动机械爪在驱动时间内以驱动力量向固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部移动；机械爪用于抓握奖励食物，根据控制信号控制抓握或松开奖励食物，以控制对待检测非人灵长类动物的奖励。本发明公开的一种基于任务驱动下的自动奖励装置，能够驱使非人灵长类动物完成符合标准的实验动作，排除人为主观因素，提高实验数据的精度。

Description

一种基于任务驱动下的自动奖励装置
技术领域
本发明实施例涉及生物医学技术，尤其涉及一种基于任务驱动下的自动奖励装置。
背景技术
人类的大脑是控制人体各种活动的中枢神经核心，人类身体的多种疾病都是由于大脑产生病变而导致的，对人类大脑进行研究有助于多种疾病的诊断、治疗和预防。
但是由于人类大脑结构十分复杂，并位于人体内部，很难对大脑进行直接研究，只能依靠其他途径对大脑进行检测。但如果为了准确解析大脑与人体各种疾病之间的对应关系，选择在活体上直接进行实验，这显然并不现实。
非人灵长类动物是与人类最相似的动物，特别是非人灵长类动物的大脑，与人类大脑的相似度很高，因此目前主要采用非人灵长类动物作为大脑研究的实验对象。但非人灵长类动物生性好动、难被驯服，对非人灵长类动物进行实验很难在驱使非人灵长类动物完成实验所需动作。目前主要采用对非人灵长类动物提供食物奖励的方式促使非人灵长类动物完成实验所需动作，但依靠人工喂食奖励的方式效率较低，存在一定的主观人为因素，也难以驱使非人灵长类动物真正符合实验规范的去完成重复性实验，从而可能影响实验数据的精度。
发明内容
本发明提供一种基于任务驱动下的自动奖励装置，能够驱使非人灵长类动物完成符合标准的重复性实验，避免人为主观因素的干扰，提高实验数据的精度。
第一方面，本发明实施例提供一种基于任务驱动下的自动奖励装置，包括：驱动电机、机械臂和机械爪；
驱动电机用于根据控制信号确定驱动时间和驱动力量；
机械臂和机械爪连接，机械臂用于根据驱动电机的驱动，带动机械爪在驱动时间内以驱动力量向固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部移动；
机械爪用于抓握奖励食物，根据控制信号控制抓握或松开奖励食物，以控制对待检测非人灵长类动物的奖励。
在第一方面一种可能的实现方式中，驱动电机为步进电机。
在第一方面一种可能的实现方式中，步进电机用于根据控制信号确定旋转角度和速度。
在第一方面一种可能的实现方式中，机械爪为手形结构。
在第一方面一种可能的实现方式中，机械臂上包括滑动轨道，机械爪通过设置于滑动轨道上方的滑动块连接于机械臂。
在第一方面一种可能的实现方式中，机械臂上包括标尺，标尺沿机械爪的移动方向设置。
在第一方面一种可能的实现方式中，机械爪用于根据在驱动电机驱动机械臂带动机械爪移动至预设终点位置后，松开奖励食物。
在第一方面一种可能的实现方式中，驱动电机用于在预设时间内未接收到控制信号时，控制机械臂移动至初始位置；
驱动电机还用于在预设时间内接收到控制信号时，控制机械臂以预设的前进模式朝着非人灵长类动物嘴部移动；控制信号越大时，驱动电机驱动机械臂的前进速度越快；当控制信号到达阈值时，驱动电机驱动机械臂移动到预设临界位置。
在第一方面一种可能的实现方式中，驱动电机用于在判断控制信号达到预设阈值后驱动机械臂带动机械爪移动至预设临界位置，且控制信号达到预设阈值后又达到预设持续时间，驱动机械臂带动机械爪从临界位置前进到预设终点位置，并松开奖励食物；控制信号值越大，所需的持续时间越短。
在第一方面一种可能的实现方式中，驱动电机用于在判断控制信号达到预设阈值后驱动机械臂带动机械爪移动至预设临界位置，但控制信号达到预设阈值未达到预设持续时间时，驱动机械爪带动奖励食物不移动到预设终点位置。
本发明实施例提供的一种基于任务驱动下的自动奖励装置，包括：驱动电机、机械臂和机械爪；驱动电机用于根据控制信号确定驱动时间和驱动力量；机械臂和机械爪连接，机械臂用于根据驱动电机的驱动，带动机械爪在驱动时间内以驱动力量向固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部移动；机械爪用于抓握奖励食物，根据控制信号控制抓握或松开奖励食物，以控制对待检测非人灵长类动物的奖励。本发明实施例利用非人灵长类动物进行行为学实验获取数据，反过来即时地控制驱动非人灵长类动物进行行为学实验的奖励，实现了对非人灵长类动物行为学实验的自动奖励，从而驱使非人灵长类动物完成符合标准的重复性实验，避免人为主观因素的干扰，提高实验数据的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于任务驱动下的自动奖励装置实施例一的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种基于任务驱动下的自动奖励装置实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的实验奖励装置包括：驱动电机11、机械臂12和机械爪13。
由于非人灵长类动物生性好动、难被驯服，对非人灵长类动物进行实验很难在驱使非人灵长类动物完成实验所需动作。目前主要采用对非人灵长类动物提供食物奖励的方式促使非人灵长类动物完成实验所需动作，但依靠人工喂食奖励的方式效率较低，存在一定的主观人为因素，也难以驱使非人灵长类动物真正符合实验规范的去完成重复性实验，从而可能影响实验数据的精度。
因此本实施例提供基于任务驱动下的自动奖励装置，能够实现对非人灵长类动物的自动奖励。
驱动电机11用于根据控制信号确定驱动时间和驱动力量。机械臂12和机械爪13连接，机械臂12用于根据驱动电机11的驱动，带动机械爪13在驱动时间内以驱动力量向固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部移动。机械爪13用于抓握奖励食物，根据控制信号控制抓握或松开奖励食物，以控制对待检测非人灵长类动物的奖励。
为了确保对非人灵长类动物实验行为检测的准确性，基于任务驱动下的自动奖励装置需要在待检测非人灵长类动物正确执行了所需的行为后，才执行奖励。触发基于任务驱动下的自动奖励装置动作的控制信号由非人灵长类动物所执行的动作而产生，当待测非人灵长类动物所执行的动作发生时，控制信号也即时产生，驱动电机11也即时驱动机械臂12带动机械爪13发生移动。当待测非人灵长类动物所执行的动作满足实验需求，则产生的控制信号将足以驱动电机11使机械臂12带动机械爪13移动至固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部，并且控制信号还能驱动抓握有奖励食物的机械爪13松开奖励食物，以对待检测非人灵长类动物进行奖励。
由于非人灵长类动物较为活泼，若机械爪13抓握奖励食物直接移动到待检测非人灵长类动物嘴部，那么待检测非人灵长类动物可能在机械爪未松开奖励食物时就用嘴部抢夺食物，这样可能导致待检测非人灵长类动物的嘴部受伤，也可能无法达到预计实验效果。因此机械爪13移动至待检测非人灵长类动物嘴部时，需要位于待检测非人灵长类动物嘴部的上位一定距离，避免待检测非人灵长类动物使用嘴部抢夺机械爪13抓握的奖励食物。
由于待检测非人灵长类动物是被固定在非人灵长类动物实验平台的固定位置上，因此驱动电机11可以为步进电机，也就是驱动电机11可以根据不同的控制信号驱动机械臂12在固定的几个位置上移动。当驱动电机11为步进电机时，步进电机用于根据控制信号确定旋转角度和速度，待检测非人灵长类动物的动作完成度越好，则控制信号强度越强，则对应的驱动电机11的旋转角度和速度也越高。
进一步地，为了更好地抓握奖励食物，机械爪13可以为手形结构。
另外，机械爪13还可以为其他结构，例如机械爪13包括由透明材质制成的两个半圆形的结构，当机械爪13抓握奖励食物时，两个半圆形的结构合在一起将奖励食物容纳在两个半圆形结构组成的圆形中，当机械爪13达到预设的位置，或者达到预设的位置或持续时间后，将两个半圆形的结构分开而将奖励食物松开。
机械臂13上可以包括滑动轨道14，机械爪13通过设置于滑动轨道14上方的滑动块15连接于机械臂12。驱动电机11实际上是驱动滑动块15在滑动轨道14内滑动。
进一步地，机械臂12上还可以包括标尺16，标尺16沿机械爪13的移动方向设置。在机械臂12上设置标尺16，可以使实验人员对非人灵长类动物的实验过程进行监控，即使待检测非人灵长类动物所执行的动作为达到提供奖励食物所需的力量或时间，那么通过观察机械爪13与机械臂12上标尺16的对应关系，可以确定待检测非人灵长类动物在不同状态下的实验情况。
机械爪用于根据在驱动电机驱动机械臂带动机械爪移动至预设终点位置后，松开奖励食物。
进一步地，机械爪13用于根据在驱动电机11驱动机械臂12带动机械爪13移动至预设临界位置，但未持续预设时间后，机械爪13不前进到预设终点位置并松开奖励食物，而是需要在到达预设临界位置后并持续预设时间，才前进到终点位置并松开奖励食物，这样可以避免待检测非人灵长类动物误操作而未正确执行所需实验动作而触发的误奖励事件的发生。
进一步地，驱动电机11还用于在预设时间内未接收到控制信号时，控制机械臂12位于初始位置。当驱动电机11在一定的预设时间内未接收到控制信号，那么意味着待检测非人灵长类动物没有执行实验动作，此时驱动电机11未检测到任何信号强度，驱动机械臂12不发生移动。当待测非人灵长类动物开始进行行为学实验，并发生一定的动作完成度时，驱动电机11收到相应的信号强度，并根据信号的强弱驱动机械臂12带着机械爪13靠近待测非人灵长类动物。在信号强度达不到阈值时，驱动电机11无法驱动机械臂12带着机械爪13到达预设临界位置，且待测非人灵长类动物的动作完成度越来越低或者变无的化，相应的控制信号随之减弱或者消失，机械臂12便会发生后退甚至复位到初始位置。也就是只有在待检测非人灵长类动物发生一次完整的实验所需动作，且保持在预设时间内的时候，驱动电机11才会驱动机械臂12带着机械爪13前进到预设终点位置并对其进行奖励。进一步地，当待测非人灵长类动物完成实验的效果越好的时候，即控制信号值越大，所需的持续时间越短，这样可激励非人灵长类动物拉出极限最大值。另外，当一个实验动作结束后，机械臂12移动至初始位置进行复位，才能开始下一轮实验。
本实施例提供的一种基于任务驱动下的自动奖励装置，包括：驱动电机、机械臂和机械爪；驱动电机用于根据控制信号确定驱动时间和驱动力量；机械臂和机械爪连接，机械臂用于根据驱动电机的驱动，带动机械爪在驱动时间内以驱动力量向固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部移动；机械爪用于抓握奖励食物，根据控制信号控制抓握或松开奖励食物，以控制对待检测非人灵长类动物的奖励，实现了对非人灵长类动物行为实验的自动奖励，从而驱使非人灵长类动物完成符合标准的实验动作，可以提高实验数据的精度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于任务驱动下的自动奖励装置，其特征在于，包括：驱动电机、机械臂和机械爪；
所述驱动电机用于根据控制信号确定驱动时间和驱动力量；
所述机械臂和所述机械爪连接，所述机械臂用于根据所述驱动电机的驱动，带动所述机械爪在所述驱动时间内以所述驱动力量向固定在非人灵长类动物实验平台上的待检测非人灵长类动物嘴部移动；
所述机械爪用于抓握奖励食物，根据所述控制信号控制抓握或松开所述奖励食物，以控制对所述待检测非人灵长类动物的奖励。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动电机为步进电机。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述步进电机用于根据所述控制信号确定旋转角度和速度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械爪为手形结构。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械臂上包括滑动轨道，所述机械爪通过设置于所述滑动轨道上方的滑动块连接于所述机械臂。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械臂上包括标尺，所述标尺沿所述机械爪的移动方向设置。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械爪用于根据在所述驱动电机驱动所述机械臂带动所述机械爪移动至预设终点位置后，松开所述奖励食物。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述驱动电机用于在预设时间内未接收到控制信号时，控制所述机械臂移动至初始位置；
所述驱动电机还用于在预设时间内接收到控制信号时，控制所述机械臂以预设的前进模式朝着非人灵长类动物嘴部移动；控制信号越大时，所述驱动电机驱动所述机械臂的前进速度越快；当控制信号到达预设阈值时，所述驱动电机驱动所述机械臂移动到预设临界位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述驱动电机用于在判断所述控制信号达到预设阈值后驱动所述机械臂带动所述机械爪移动至预设临界位置，且控制信号达到预设阈值后又达到预设持续时间，驱动机械臂带动机械爪从临界位置前进到预设终点位置，并松开所述奖励食物；所述控制信号值越大，所需的持续时间越短。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述驱动电机用于在判断控制信号达到预设阈值后驱动所述机械臂带动所述机械爪移动至预设临界位置，但控制信号达到预设阈值未达到预设持续时间时，驱动机所述机械爪带动奖励食物不移动到预设终点位置。
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