CN112293293A - 一种动物实验平台和实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动物实验平台和实验方法。该平台包括滚筒、驱动部件、驱动控制部件和控制计算单元，其中所述驱动部件与所述滚筒具有连接以带动滚筒转动，所述驱动控制部件与所述驱动部件具有连接，所述控制计算单元与所述驱动控制部件具有通信连接，所述控制计算单元基于用户输入或所述滚筒的实时转动情况来控制所述驱动控制部件带动驱动部件的运动，进而带动所述滚筒以期望方式运动。本发明的实验平台结构简单，操作方便，在实验过程中，便于调节速度和转向。

Description

一种动物实验平台和实验方法

技术领域

本发明涉及动物实验技术领域，尤其涉及一种动物实验平台和实验方法。

背景技术

大鼠是动物实验研究的重要模型，通常应用在动物运动实验中。实验中为了完成一些参数的测量，需要驱使大鼠进行特定速度、角度和方向的运动。

在现有技术中，通常采用两种方法来驱动大鼠运动，一是人力驱使运动方式，该方法通过人不断地施加影响使大鼠运动，需要耗费较多的时间和人力，单个人无法完成实验数据的测量，往往需要多人配合，实验过程较为繁杂；二是内置被动式滚筒方式，该方法采用市面上已有的运动装置，将大鼠放在滚筒内部，通过大鼠自身的运动、或者人为地操作使滚筒转动。这种方法控制的转速有较大的波动，不能定量检测运动状态，并且不能通过导线将传感器连接到大鼠身上实时测量大鼠运动过程中的生理信号；此外，在多次使用的情况下，需要多次开合滚筒，操作极为不便。

因此，需要对现有技术进行改进，提供新型的动物实验平台，从而能够更有效的监测大鼠等动物的运动过程，获得精确的实验结果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种动物实验平台和实验方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种动物实验平台。该实验平台包括滚筒、驱动部件、驱动控制部件和控制计算单元，其中所述驱动部件与所述滚筒具有连接以带动滚筒转动，所述驱动控制部件与所述驱动部件具有连接，所述控制计算单元与所述驱动控制部件具有通信连接，所述控制计算单元基于用户输入或所述滚筒的实时转动情况来控制所述驱动控制部件促使所述驱动部件运动，进而带动所述滚筒以期望方式运动。

在一个实施例中，所述滚筒包括两个滚筒端板、两个滚筒挡板、铁丝网和多个挡板隔离柱，其中所述两个滚筒端板通过所述多个挡板隔离柱的固连形成滚筒框架，所述两个滚筒挡板分别固定于该滚筒框架外。

在一个实施例中，所述两个滚筒挡板选用透明材料制造。

在一个实施中，所述驱动部件是电机，所述电机与所述滚筒经由法兰联轴器连接。

在一个实施例中，所述控制计算单元是单片机，该单片机通过CAN通信接口与所述驱动控制部件进行通信连接。

在一个实施例中，该平台还包括显示模块和设置在所述驱动部件上的测速传感器，其中，所述测速传感器用于感测所述驱动部件的运动速度信息并反馈至所述控制计算单元，所述显示模块设有用于接收用户输入的操控按钮以及用于显示所设置的驱动部件的转速和实时转速的界面。

在一个实施例中，所述驱动控制部件、所述控制计算单元和所述显示模块通过电池供电。

在一个实施例中，所述操控按钮包括转速加按钮、转速减按钮、正转按钮、反转按钮、启动/停止按钮。

在一个实施例中，所述滚筒旁侧还设有高速摄像机以实时观察所述滚筒上动物的运动情况。

根据本发明的第二方面，提供一种动物实验方法。该方法包括：

搭建权利本发明的动物实验平台；

将实验动物置于所述滚筒外圆上，控制所述滚筒的转速和转向，驱使待实验动物以期望的速度朝预定方向运动；

在实验动物运动过程中，采集其生理信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：提供结构简单、操作方便、无50Hz工频干扰、能够调节速度和转向的动物实验平台。该实验平台允许直接通过导线连接动物身上的传感器，实时采集实验动物的生理信号。同时，该实验平台采用电池供电，避免引入市电中50Hz的工频干扰，使得采集的信号更加准确。

附图说明

以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：

图1是根据本发明一个实施例的动物实验平台的框架示意图；

图2是根据本发明一个实施例的动物实验平台的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的动物实验平台的滚筒的结构示意图；

图中：1-滚筒、2-电机、3-测速传感器、4-电池、5-显示模块、6-单片机，7-电机驱动模块、8-滚筒支架、9-铁丝网、10-滚筒端板隔离柱、11-滚筒挡板、12-滚筒端板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在本文示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供的动物实验平台包括滚筒1、电机2、测速传感器3、电池4、显示模块5、单片机6、电机驱动模块7和滚筒支架8，利用该动物实验平台能够观测动物的运动情况并进行动物的运动实验，在下文中，将以大鼠为例进行介绍。

滚筒1用于承载大鼠，滚筒1与电机2具有连接，滚筒1在电机2的带动下进行相应的运动，电机2用于给滚筒1一个驱动力距并调节滚筒1的转动速度，进而调节滚筒1上大鼠的运动速度。电机2可采用通用器件或定制器件，例如，电机2是带减速箱的无刷电机，减速比19：1，型号为M3508，电机2和滚筒1可通过法兰联轴器连接。

电机驱动模块7与电机2具有连接，能够驱动电机2的调速、正反转动方向以及启动/停止等，其中正转可表示顺时针转动，反转可表示逆时针转动。电机驱动模块7可采用通用器件或定制芯片，例如，电机驱动模块7是无刷电机驱动模块，型号为C620，额定电压24V，最大持续电流20A。

测速传感器3用于感测电机2的转动速度，可设置在电机2的转轴上。测速传感器3例如是霍尔传感器或其他类型的测速传感器。

单片机6作为本发明动物实验平台的控制计算单元，与电机驱动模块7、测速传感器3和显示模块5具有连接，单片机6的作用包括但不限于接收测速传感器3感测的速度信息(或进一步计算电机2的转动角度)、向电机驱动模块7发送控制指令以控制其调节电机2的转速转向、接收来自于显示模块5的用户输入、向显示模块5反馈电机2的速度信息等。在一个实施例中，单片机6与电机驱动模块7通过CAN通信接口连接，与显示模块5通过异步串行通信接口(UART)连接，与测速传感器3通过CAN通信接口连接。

显示模块5是带有触控输入的显示屏，与单片机6连接，用于显示电机2的设置转速和实时转速，此外，显示模块5还设有转速加、转速减、正转、反转、启动/停止五个操控按钮，用于动物实验平台的输入控制。

电池4用于为电机驱动模块7、单片机6和显示模块5等提供电力，例如，将电池4的电压范围设置为18V至26V。这种利用电池进行供电的方式，能够避免采集大鼠运动过程的生理信号时引入市电中50Hz的工频干扰。

滚筒1作为大鼠运动的载体，与滚筒支架8连接，滚筒支架8能够为整个动物实验平台提供支撑。优选地，滚筒支架8采用铝型材搭建，这种材质结构简单、使用方便、价格便宜。

在一个实施例中，参见图3所示，滚筒1包括两个滚筒端板12、两个滚筒挡板11、铁丝网9、多个挡板隔离柱10，其中两个滚筒端板12通过多个挡板隔离柱10的固连组成滚筒框架，两个滚筒挡板11分别固定于滚筒框架外侧，两个滚筒挡板11相对设置。在这种情况下，滚筒端板与滚筒挡板会有一个接触面，铁丝网则通过该接触面与滚筒两端固连。滚筒框架的作用是接受外来驱动力，并带动整个滚筒的转动。铁丝网的作用是为了让大鼠在滚筒上有一个着力处，可以牢牢地抓住铁丝网，使得大鼠在滚筒转动起来时不至于掉下并可以在滚筒上平稳运动。挡板的作用是限定大鼠的运动方向，使得大鼠只能向一个方向运动，从而实现大鼠运动的连续、平稳。优选地，两个滚筒挡板11选用透明材料，从而能够直观地观测大鼠运动过程。

结合图1至图3的实施例，实验时首先将大鼠置于滚筒的铁丝网外圆的最高处，滚筒的透明挡板既可以避免大鼠的掉出滚筒，还能避免大鼠的转向，强制大鼠只能进行前后两个方向(或称正反两个方向)的运动，同时也能在滚筒旁侧架设高速摄像机对大鼠的步态进行同步跟踪。由于单片机通过通信总线连接到电机驱动模块，驱动电机的正向和反向转动，从而带动滚筒的正向和反向转。当滚筒转动时，大鼠为了保持在滚筒的最高处而不往下掉，便会采取一定的速度沿着与滚筒转动方向相反的方向运动，即便在大鼠因滚筒转速过快即将掉落时，在显示模块上按下反向转动的功能，能够有效防止大鼠掉落。进一步地，通过测速传感器实时采集滚筒转速，通过单片机闭环调速控制，能够保证大鼠在滚筒不同的位置运动时转速的恒定，驱使大鼠以一定的速度朝一个特定方向运动。

应理解的是，本发明不限于上述实施例，例如，一般性地，动物实验平台包括摆动台、驱动部件、驱动控制部件、控制计算单元、供电单元、显示单元，其中摆动台例如是上述滚筒或倾斜放置的同步带等结构；驱动部件例如是上述电机或旋转气缸或液压马达等；驱动控制部件例如是上述电机驱动模块或旋转气缸驱动模块或液压马达驱动模块等；控制计算单元例如是上述单片机或包含处理器的其他计算设备等；供电单元例如是上述电池或市政供电等。

本发明的实验平台允许直接通过导线连接大鼠身上的传感器，实时采集大鼠的生理信号。例如实时采集大鼠在滚筒上爬行运动时的肌电信号；实时记录大鼠在滚筒上爬行运动时的代谢活动；对大鼠进行运动康复训练和建立大鼠肌腱劳损及肌肉疲劳模型等。

综上，利用本发明的动物实验平台能够进行大鼠运动相关的实验，将大鼠置于滚筒外圆的铁丝网上，通过控制滚筒的转速和转向，驱使大鼠以一定的速度朝一个特定的方向运动，其中滚筒转速和转向能进行定量调节并具有速度闭环控制，大鼠能够在一定速度范围内进行连续、平稳地运动；滚筒采用透明材质的挡板，既能防止大鼠掉落，也能在旁侧架设高速摄像机对大鼠的步态进行同步跟踪；优选采用电池供电，能够避免市电中50Hz的工频干扰；此外，该实验平台还设有带触控的显示模块，通过界面化操作，能够实时显示滚筒转速，实验人员只需要在显示模块上操作就可以控制实验平台，同时能够获得电机的实时转速。

需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种动物实验平台，其特征在于，包括滚筒、驱动部件、驱动控制部件和控制计算单元，其中所述驱动部件与所述滚筒具有连接以带动滚筒转动，所述驱动控制部件与所述驱动部件具有连接，所述控制计算单元与所述驱动控制部件具有通信连接，所述控制计算单元基于用户输入或所述滚筒的实时转动情况来控制所述驱动控制部件促使所述驱动部件运动，进而带动所述滚筒以期望方式运动。

2.根据权利要求1所述的动物实验平台，其特征在于，所述滚筒包括两个滚筒端板、两个滚筒挡板、铁丝网和多个挡板隔离柱，其中所述两个滚筒端板通过所述多个挡板隔离柱的固连形成滚筒框架，所述两个滚筒挡板分别固定于该滚筒框架外。

3.根据权利要求2所述的动物实验平台，其特征在于，所述两个滚筒挡板选用透明材料制造。

4.根据权利要求1所述的动物实验平台，其特征在于，所述驱动部件是电机，所述电机与所述滚筒经由法兰联轴器连接。

5.根据权利要求1所述的动物实验平台，其特征在于，所述控制计算单元是单片机，该单片机通过CAN通信接口与所述驱动控制部件进行通信连接。

6.根据权利要求1所述的动物实验平台，其特征在于，该平台还包括显示模块和设置在所述驱动部件上的测速传感器，其中，所述测速传感器用于感测所述驱动部件的运动速度信息并反馈至所述控制计算单元，所述显示模块设有用于接收用户输入的操控按钮以及用于显示所设置的驱动部件的转速和实时转速的界面。

7.根据权利要求6所述的动物实验平台，其特征在于，所述驱动控制部件、所述控制计算单元和所述显示模块通过电池供电。

8.根据权利要求6所述的动物实验平台，其特征在于，所述操控按钮包括转速加按钮、转速减按钮、正转按钮、反转按钮、启动/停止按钮。

9.根据权利要求1所述的动物实验平台，其特征在于，所述滚筒旁侧还设有高速摄像机以实时观察所述滚筒上动物的运动情况。

10.一种动物实验方法，包括以下步骤：

搭建权利要求1至9任一项所述的动物实验平台；

将实验动物置于所述滚筒外圆上，控制所述滚筒的转速和转向，驱使待实验动物以期望的速度朝预定方向运动；

在实验动物运动过程中，采集其生理信号。

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