CN112369350B - 生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置及微调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置，包括生物固定装置、转接装置及微调装置；生物固定装置包括设置在上端的容置腔，容置腔设置为用于固定生物的通孔，容置腔的上下端分别设置有上定位圆弧和下定位圆弧，转接装置用于连接生物固定装置和微调装置，转接装置包括上连接凹槽以及下连接凹槽，生物固定装置通过容置腔的下定位圆弧套接在上连接凹槽与生物固定装置进行固定，微调装置包括调整轴及驱动电机，驱动电机通过连接件带动调整轴旋转及上下运动，本发明还公开了一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，本发明实现自动化调整生物触角位置的作用，使得生物触角研究更加自动化、标准化。
Description
技术领域
本发明属于生物行为检测技术领域，具体涉及一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置及其微调方法。
背景技术
生物行为检测装置是连接生命科学和信息科学的桥梁，是生物行为学发展必不可少的一种高级自动检测与观察装置。对于生物触角感知的检测，常用方法是人工用试剂接触生物的触角，但是不可避免地，检测过程中存在人为因素，影响实验结果。为提高生物触角感知检测的准确性以及实验研究效率，提出了一种自动化的用于生物触角感知机制研究的检测装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置，以解决背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明的实施例提供一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置，其特征在于，包括生物固定装置、转接装置及微调装置；
其中，所述生物固定装置包括设置在上端的容置腔，所述容置腔设置为用于固定生物的通孔，所述容置腔的上下端分别设置有上定位圆弧和下定位圆弧，所述上定位圆弧用于图像定位，所述下定位圆弧用于与转接装置连接固定；
所述转接装置用于连接生物固定装置和微调装置，所述转接装置包括上连接凹槽以及下连接凹槽，所述上连接凹槽与生物固定装置的下定位圆弧的形状、大小相适配，所述生物固定装置通过下定位圆弧套接在转接装置的上连接凹槽进行固定，所述下连接凹槽用于与微调装置对接；
所述微调装置，包括调整轴及驱动电机，所述驱动电机通过连接件带动调整轴旋转，所述调整轴在驱动电机的驱动下带动转接装置旋转。
进一步的，所述调整轴的上端具有一与转接装置的下连接凹槽相适配的凸块。
优选的，所述调整轴上端的凸块的横截面为半圆面。
进一步的，所述上连接凹槽以及下连接凹槽均设置为半圆状凹槽。
进一步的，所述上定位圆弧和下定位圆弧均设置为半圆环结构。
优选的，所述上定位圆弧与下定位圆弧交错设置，且所述上定位圆弧的两端直线与下定位圆弧两端直线平齐。
进一步的，所述容置腔的尺寸与生物身体的大小相适配。
优选的，所述驱动电机采用直线旋转电机。
本发明的实施例还提供一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物固定装置通过下定位圆弧套接在转接装置的上连接凹槽内，转接装置通过轴承转动连接在试验台的圆孔内，试验台的下方固定有直线旋转电机，直线旋转电机的输出轴通过连接件连接调整轴；
(2)配合图像采集处理装置进行图像采集，图像采集处理装置包括工业相机以及该相机所对应的图像采集软件，工业相机对生物位置进行拍照，图像采集软件对图像进行分析，计算生物两触角中心线与固定装置参考线角度偏差；偏差为α角；
(3)若步骤(2)计算出存在α角不为0时，需要对生物固定装置中的生物进行相应角度调整时，启动驱动电机，该驱动电机向上运动并进行角度旋转，将调整轴的凸块与转接装置的下连接凹槽进行对接，驱动电机动反向旋转α角，从而实现对生物位置的调整；
(4)调整完成后，驱动电机的输出轴向下运动，带动调整轴收缩，与转接装置脱离，退回到安全位置。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本发明的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置，通过设置有生物固定装置、转接装置及微调装置；生物固定装置用于固定生物，转接装置用于连接生物固定装置与微调装置，微调装置用于带动转接装置及生物固定装置进行相应角度的调整，从而实现自动化调整生物触角位置的作用，使得生物触角研究更加自动化、标准化。
(2)本发明的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置，在生物固定装置的上方设置有上定位圆弧，便于图像处理和生物的定位。
附图说明
图1为本发明的转接装置与生物固定装置的连接示意图；
图2为本发明的生物固定装置的结构示意图；
图3为本发明的转接装置的结构示意图；
图4为本发明的微调装置的连接示意图；
图5为本发明的调整轴的结构示意图；
图6为本发明中生物位置偏差图像示意图；
图7为本发明的实施例中生物触角感知机制研究的检测装置的结构示意图；
图8为本发明的实施例中生物触觉实验自动轮换模块的结构示意图；
图9为本发明的实施例中诱导切换模块的结构示意图。
附图标记说明：1、生物固定装置；11、容置腔；12、上定位圆弧；13、下定位圆弧；2、转接装置；21、上连接凹槽；22、下连接凹槽；3、微调装置；31、调整轴；311、凸块；32、驱动电机；33、连接件；100、一维移动装置；200、诱导切换模块；201、第一旋转平台；202、第一转盘；203、试剂管；204、衔铁；205、齿条；206、齿轮；207、电磁吸铁；208、电机；209、固定块；210、滑动丝杆平台；300、生物触觉实验自动轮换模块；301、第二旋转平台；302、第二转盘；304、滚动轴承；305、滑动丝杆平台；400、二维移动装置；410、卧式滚珠丝杆滑台机构；420、卧式滚珠丝杆滑台机构；411、滑块；412、丝杆；413、联轴器；414、电机；415、轴承；416、底座。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图5所示，一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置，包括生物固定装置1、转接装置2及微调装置3。
其中，生物固定装置1包括设置在上端的容置腔11，容置腔11设置为用于固定生物的通孔，容置腔11的上下端分别设置有上定位圆弧12和下定位圆弧13，上定位圆弧12用于图像定位，下定位圆弧13用于与转接装置2连接固定。该容置腔11的内侧壁可以防止生物移动。例如，将生物竖直放置，头部朝上，触角朝向上定位圆弧的对面，容置腔11的内壁侧将生物竖直固定住，防止生物移动，因此，生物固定装置1方便进行生物的触角感应实验。在本发明中，上定位圆弧12的圆弧位置经图像处理得出，下定位圆弧13与转接装置连接。
在上述生物固定微调装置中，转接装置2用于连接生物固定装置1以及微调装置3；转接装置2包括上连接凹槽21(如图3中左侧图所示)以及下连接凹槽22(如图3中右侧图所示)，上连接凹槽21与生物固定装置1的下定位圆弧12的形状、大小相适配，生物固定装置1通过下定位圆弧13套接在转接装置2的上连接凹槽21与转接装置2进行固定，下连接凹槽22用于与微调装置3对接。
微调装置3，包括调整轴31及驱动电机32，驱动电机32通过连接件33带动调整轴31旋转，调整轴31在驱动电机32的驱动下带动转接装置2旋转。
优选的，所述驱动电机31采用直线旋转电机，所述直线旋转电机能够实现带动调整轴31向上运动及旋转运动，实现向上对接并进行角度调整的作用。
在本实施例中，调整轴31的上端具有一与转接装置2的下连接凹槽22相适配的凸块311。
优选的，所述调整轴31上端的凸块311的横截面为半圆面。
在本实施例中，所述上连接凹槽21以及下连接凹槽22均设置为半圆状凹槽。
在本实施例中，所述上定位圆弧12和下定位圆弧13均设置为半圆环结构。
优选的，所述上定位圆弧13与下定位圆弧13呈180°交错设置，且所述上定位圆弧13的两端直线与下定位圆弧14两端直线平齐。
在本实施例中，所述容置腔11的尺寸与生物身体的大小相适配。
本发明的具体实施例的工作过程：
(1)使用时，将生物固定装置1通过下定位圆弧13套接在转接装置2的上连接凹槽21内，转接装置2通过轴承转动连接在试验台的圆孔内，试验台的下方固定有直线旋转电机(驱动电机32)，直线旋转电机(驱动电机32)的输出轴通过连接件33连接调整轴31，在本发明中，连接件33选择联轴器。
(2)本发明需要配合图像采集处理装置进行图像采集，图像采集处理装置包括工业相机以及该相机所对应的图像采集软件，工业相机对生物位置进行拍照，图像采集软件对图像进行分析，计算生物两触角中心线与固定装置参考线角度偏差；偏差为α角；如图6所示。在本实施例中，工业相机为大恒MER-500-7UM相机，所对应的图像采集软件为matlab软件。
(3)若步骤(2)计算出存在α角不为0时，则需要对生物固定装置1中的生物进行相应角度调整时，启动直线旋转电机(驱动电机32)，该直线旋转电机(驱动电机32)向上运动并进行角度旋转，将调整轴31的凸块与转接装置2的下连接凹槽33进行对接，直线旋转电机(驱动电机32)带动反向旋转α角，从而实现对生物位置的调整。
(4)调整完成后，驱动电机32的输出轴向下运动，带动调整轴31收缩，与转接装置脱离，退回到安全位置。
本发明的生物固定微调装置应用于生物触角感知机制研究的检测装置，如图7所示，这种检测装置包括包括诱导切换模块200、一维移动装置100、生物触觉实验自动轮换模块300、二维移动装置400及触角位置对准模块。
其中，所述诱导切换模块200包括诱导物自动轮换装置以及诱导物自动伸缩装置；所述诱导物自动轮换装置包括第一旋转平台201及置于第一旋转平台上的第一转盘202，所述第一转盘202上均匀开设m个用于放置试剂管203的第一圆孔，所述试剂管203的末端套接有衔铁204；所述诱导物自动伸缩装置包括齿轮206、齿条205和电磁吸铁207，所述齿轮206与齿条205啮合连接，所述电磁吸铁207与齿条205固定连接，所述齿轮206通过电机208带动旋转，所述齿轮206通过齿条205带动电磁吸铁207，所述电磁吸铁包括线圈、铁心和可分离连接在铁心上的衔铁，所述电磁吸铁207的铁心在线圈通电的情况下，铁心吸附衔铁204带动试剂管203伸缩移动；所述电磁吸铁207的铁心在线圈断电的情况下，铁心磁力消失，与衔铁断开吸附；在本发明的实施例中，第一旋转平台201的一侧设置有用于调整第一旋转平台201高度的一维移动装置100，一维移动装置100与第一旋转平台连接，一维移动装置100带动第一旋转平台201沿Z轴方向移动；实现了通过控制一维移动装置100带动整个诱导切换模块200的上下移动，从而实现将第一转盘202上其中一个第一圆孔圆心处于最低处位置与电磁吸铁207的轴心位置处于同一条水平线上；自动化程度高；具体的，所述一维移动装置100选用立式滚珠丝杆滑台机构。
如图9所示为诱导物自动轮换装置，具体地，在本实施例中，第一转盘202与电动分度盘旋转台(第一旋转平台201)通过滑动丝杆平台210同轴心装配，第一转盘202的直径为300mm，高为30mm，在距离第一转盘202圆心132mm处，圆周阵列出m个第一圆孔，这m个第一圆孔的直径为5mm。
在本发明进一步的实施例中，第一转盘202的第一圆孔中都插入试剂管203，试剂管203长160mm且直径为4.2mm。试剂管203贯穿第一转盘202，且在试剂管203的末端连接内径8mm，外径12mm的衔铁204。
如图5所示为诱导物自动伸缩装置，具体地，在本实施例中，衔铁212固定在试剂管203的末端，电磁吸铁207与齿条205的端部固定连接，可采用螺栓等方式进行固定连接，且电磁吸铁214的轴心位置与第一转盘202上其中一个第一圆孔圆心处于最低处位置在同一条水平线上。齿轮206通过联轴器与电机208连接，由电机208带动齿轮206旋转。在本实施例中，齿条205装配在固定块209上，固定块209固定于一维移动装置100上。
其中，如图8所示，所述生物触觉实验自动轮换模块300采用在标准环境的实验生物自动轮换装置；所述实验生物自动轮换装置包括第二旋转平台301及第二转盘302，所述第二转盘302上均匀开设n个用于放置生物固定装置1的第二圆孔，所述生物固定装置1用于放置实验生物，本发明中，实验生物可以是生物等。在本发明的实施例中，生物固定装置1以及第二转盘302都采用ABS塑料材质，为了生物固定装置1能够转动，在第二转盘302的第二圆孔内装配一个滚动轴承304，生物固定装置1与转接装置2固定，转接装置2与滚动轴承304配合。所述第二旋转平台301的下方设置有一用于驱动第二旋转平台301X轴方向及Y轴方向移动的二维移动装置400，二维移动装置400与实验生物自动轮换装置的第二旋转平台301连接，二维移动装置400带动第二旋转平台301沿X轴和Y轴方向移动；通过二维移动装置400的设置，实现了在X轴和Y轴方向对整个实验生物自动轮换装置进行位置调整，从而实现试剂管能够准确对准某一生物固定装置1内所固定的实验生物；二维移动装置400为两个卧式滚珠丝杆滑台机构(410、420)叠加而成。具体地，在本实施例中，两个卧式滚珠丝杆滑台机构(410、420)之间通过滑块411叠加，两个卧式滚珠丝杆滑台机构(410、420)垂直放置。卧式滚珠丝杆滑台机构(410、420)的底座设计为长500mm，宽140mm，导轨间距135mm，导轨长300mm，高10mm。丝杆412与联轴器413电机414，轴承415同轴心装配，轴承415固定在底座416上。滚动轴承415的型号为618-8GB 276-94，内径为8mm，外径为16mm。电机414选择57电机，尺寸为56*76mm。在进一步的实施例中，丝杆412带动滑动丝杆平台305移动，滑动丝杆平台305的台面与电动分度盘旋转台(第二旋转平台301)的台面重合，电动分度盘旋转台(第二旋转平台301)的直径为150mm，第二转盘302上的圆孔直径为10mm，距离第二转盘302中心54mm处圆周阵列n个第二圆孔。在本发明中，第一圆孔和第二圆孔的个数可以由实验中所需要试剂管的个数和实验生物的个数决定，在本发明中不作限定。
优选的，二维移动装置400在上端的卧式滚珠丝杆滑台机构410的上方设置有一滑动丝杆平台305，滑动丝杆平台305设置为L形结构。在本发明的实施例中，第二转盘302由电动旋转台分度盘(第二旋转平台301)通过滑动丝杆平台305连接且同轴配合，电机通过联轴器与电动旋转台分度盘(第二旋转平台301)连接，当电机启动，电动旋转台分度盘(第二旋转平台301)旋转，带动第二转盘302旋转。
所述触角位置对准模块包括图像采集处理装置以及本发明的生物固定微调装置；所述图像采集处理装置设于昆虫训练标准环境上方，所述图像采集处理装置包括工业相机以及对应的图像采集软件，所述工业相机对生物触角的位置进行拍照，所述对应的图像采集软件实现对采集图像的处理与分析，计算生物两触角中心线与固定装置参考线角度偏差；在本实施例中，工业相机为大恒MER-500-7UM相机，所对应的图像采集软件为matlab软件。
本发明的生物固定微调装置实现了对生物两触角中心线与固定装置参考线角度偏差的校正。
一种用于生物触角感知机制研究的检测方法，如下所示：
步骤S1、提供生物触角感知机制研究的检测装置；将调整轴31通过连接件33安装在直线旋转电机32上，将生物固定装置1与转接装置2固定。
步骤S2、将生物(蜜蜂)固定在生物固定装置1上，用导线将生物(蜜蜂)与信号采集装置内数据采集卡的某一输入端连接，遮住生物(蜜蜂)的视觉器官，将试剂管203放置在第一转盘202的第一圆孔中，末端固定有衔铁204。
步骤S3、试剂管内的液体试剂与信号采集装置的接地端用导线连接，提供接地信号；接触生物电信号主要由信号采集装置的数据采集卡采集，数据采集卡将采集的生物电信号传递给电脑；
S4、启动二维移动装置的两电机，利用滑台丝杆平台305，使得二维移动装置的两卧式滚珠丝杆滑台机构带动第二旋转平台运动到指定位置；
具体的，步骤S401、第二旋转平台301旋转，带动第二转盘302旋转，将生物固定装置1转到其中一生物固定装置1与第一转盘202最下端的试剂管204处于同一直线上；
步骤S402、工业相机对生物(蜜蜂)位置进行拍照，利用对应图像采集处理软件计算出生物(蜜蜂)两触角中心线与固定装置参考线角度偏差为α角；
步骤S403、直线旋转电机32启动旋转一定角度后，直线旋转电机32的输出轴向上运行，从而调整轴31对接转接装置2，动力装置通过转接装置2带动生物固定装置1反向旋转α角后，直线旋转电机的输出轴向下收缩，调整轴31收缩，与转接装置脱离，退回到安全位置。
步骤S5、启动一维移动装置的电机，立式滚珠丝杆带动第一旋转平台201移动到指定位置。
步骤S5具体如下：
步骤S501、第一旋转平台201转动，带动第一转盘202转动，将其中一个试剂管203转动到第一转盘202最低点位置；
步骤S502、电磁吸铁207通电，诱导物自动伸缩装置的电机启动，带动齿轮206转动，齿轮206传动给齿条205，推动电磁吸铁207向前移动，电磁吸铁207与衔铁204吸合，从而，通过诱导物自动伸缩装置的电机旋转将衔铁204及试剂管203推出，推至与生物(蜜蜂)触角距离D(D数值很小)的位置，电机停止，生物(蜜蜂)利用其自身触角的空间搜索特性随机在空间范围内运动，当生物(蜜蜂)与试剂管203第一次接触时，数据采集卡记录与采集生物(蜜蜂)触角接触电信号并传递给电脑，同时，工业相机拍摄记录触角的行为轨迹；
步骤S503、接触后，诱导物自动伸缩装置的电机反转，将试剂管203缩回，电磁吸铁207断电，齿条退回安全位置，电机停止。
步骤S6、重复上述步骤，启动诱导物自动轮换装置的电机带动第一转盘202旋转，将m个试剂管203依次与生物(蜜蜂)触角接触实验，完成同一只生物(蜜蜂)触角对不同试剂的感知机制的研究。在本实施例的图中，可见m＝8。
步骤S7、重复上述步骤，启动实验生物自动轮换装置的电机带动第二转盘302旋转，将n个生物(蜜蜂)依次与同一个试剂管203接触进行实验，完成不同生物(蜜蜂)的触角对同一试剂的感知机制的研究。在本实施例的图中，可见n＝10。
以上所述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来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置包括生物固定装置、转接装置及微调装置；其中，所述生物固定装置包括设置在上端的容置腔，所述容置腔设置为用于固定生物的通孔，所述容置腔的上下端分别设置有上定位圆弧和下定位圆弧，所述上定位圆弧用于图像定位，所述下定位圆弧用于与转接装置连接固定；所述转接装置用于连接生物固定装置和微调装置，所述转接装置包括上连接凹槽以及下连接凹槽，所述上连接凹槽与生物固定装置的下定位圆弧的形状、大小相适配，所述生物固定装置通过下定位圆弧套接在转接装置的上连接凹槽进行固定，所述下连接凹槽用于与微调装置对接；所述微调装置，包括调整轴及驱动电机，所述驱动电机通过连接件带动调整轴旋转并带动输出轴上下运动，所述调整轴在驱动电机的驱动下带动转接装置旋转；
该微调装置的微调方法，包括以下步骤：
(1)将生物固定装置通过下定位圆弧套接在转接装置的上连接凹槽内，转接装置通过轴承转动连接在试验台的圆孔内，试验台的下方固定有驱动电机，驱动电机的输出轴通过连接件连接调整轴；
(2)配合图像采集处理装置进行图像采集，图像采集处理装置包括工业相机以及该相机所对应的图像采集软件，工业相机对生物位置进行拍照，图像采集软件对图像进行分析，计算生物两触角中心线与固定装置参考线角度偏差；偏差为α角；
(3)若步骤(2)计算出存在α角不为0时，需要对生物固定装置中的生物进行相应角度调整时，启动驱动电机，该驱动电机向上运动并进行角度旋转，将调整轴的凸块与转接装置的下连接凹槽进行对接，驱动电机动反向旋转α角，从而实现对生物位置的调整；
(4)调整完成后，驱动电机的输出轴向下运动，带动调整轴收缩，与转接装置脱离，退回到安全位置。
2.根据权利要求1所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述调整轴的上端具有一与转接装置的下连接凹槽相适配的凸块。
3.根据权利要求2所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述调整轴上端的凸块的横截面为半圆面。
4.根据权利要求1所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述上连接凹槽以及下连接凹槽均设置为半圆状凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述上定位圆弧和下定位圆弧均设置为半圆环结构。
6.根据权利要求5所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述上定位圆弧与下定位圆弧交错设置，且所述上定位圆弧的两端直线与下定位圆弧两端直线平齐。
7.根据权利要求1所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述容置腔的尺寸与生物身体的大小相适配。
8.根据权利要求1所述的一种生物触角感知研究机制用的生物固定微调装置的微调方法，其特征在于，所述驱动电机采用直线旋转电机。
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