CN113080981A - 一种动物机器人脑电极转接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动物机器人脑电极转接装置。该动物机器人脑电极转接装置包括：底板、排母和排针；底板上设置有电极转接孔阵列和多个排母植入孔；排母安装在排母植入孔中；排针与排母连接；排母植入孔的个数与电极转接孔阵列的列数相同，且每一列电极转接孔与一个排母植入孔连接。本发明提供的动物机器人脑电极转接装置，通过在底板上设置电极转接孔阵列，以解决现有技术中存在的通过安装转接装置实现慢性电极转接或不具有电极转接功能的问题，进而简化动物机器人脑电极转接装置的整体结构。并且，通过采用排针，能够解决脑电极与电刺激平台转接困难的问题。

Description

一种动物机器人脑电极转接装置

技术领域

本发明涉及生物控制领域，特别是涉及一种动物机器人脑电极转接装置。

背景技术

动物机器人是当今世界新兴的前沿高科技领域，人类通过控制技术施加相关信号调控动物运动行为从而实现人类可操控的动物机器人，其在运动灵活性、隐蔽性、环境适应性和能源供给方面较机械机器人具有明显的优势和特色。因而，动物机器人在未来可广泛应用于生态研究、环境监测、地貌勘探、灾难搜救、定点清除、反恐侦查等方面。

控制动物机器人的最有效生物控制技术是控脑技术。脑是高级神经中枢，动物的运动是受脑运动神经核团支配的，所以人们普遍应用控脑技术控制动物机器人，其中脑电极的准确植入、长期固定、脑电极与电刺激平台转接是动物机器人运动控制的关键。

随着生物控制技术的快速发展，对于电极转接装置的要求也越来越高，设计一种方便操作的电极固定转接装置也成了迫切需求。南京航空航天大学研究了鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置(CN103690262B)，通过电极转接装置对植入鸽子脑内的慢性电极进行转接同时加以固定，并结合电刺激平台，确定了鸽子脑内与扇翅、转向和鸣叫相关的神经核团。上述装置用于飞行类动物机器人的搭载与控制，该装置转接的慢性电极经EC耳脑胶及牙科水泥初步固定后，再安装转接装置从而实现慢性电极转接，其存在操作较为繁琐，且无法重新植入慢性电极等问题。燕山大学设计了一种鲤鱼机器人脑电极固定装置及方法(CN109045464A)，该装置主要适用于鲤鱼机器人脑电极的固定，不具有电极转接功能。

因此，提供一种具有电极转接功能、结构简单的动物机器人脑电极转接装置是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有电极转接功能、结构简单的动物机器人脑电极转接装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种动物机器人脑电极转接装置，包括：底板、排母和排针；

所述底板上设置有电极转接孔阵列和多个排母植入孔；所述排母安装在所述排母植入孔中；所述排针与所述排母连接；所述排母植入孔的个数与所述电极转接孔阵列的列数相同，且每一列电极转接孔与一个排母植入孔连接。

优选地，所述底板为PCB板。

优选地，还包括LED指示灯；所述底板上还设置有LED指示灯孔和固定孔；

所述LED指示灯安装在所述LED指示灯孔中；所述固定孔用于放置固定钉；所述固定钉用于将所述底板固定在动物机器人的头部。

优选地，将其中一个固定钉作为参考电极。

优选地，所述LED指示灯为波长在650nm～680nm范围内的LED灯。

优选地，所述LED指示灯由多个发光二极管构成。

优选地，所述排针通过导线与电刺激平台连接。

优选地，所述电极转接孔阵列为矩阵阵列。

优选地，所述电极转接孔阵列中电极转接孔的个数为11×11。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的动物机器人脑电极转接装置，通过在底板上设置电极转接孔阵列，以解决现有技术中存在的通过安装转接装置实现慢性电极转接或不具有电极转接功能的问题，进而简化动物机器人脑电极转接装置的整体结构。并且，通过采用排针，能够解决脑电极与电刺激平台转接困难的问题。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的动物机器人脑电极转接装置的等轴侧视图；

图2为本发明提供的动物机器人脑电极转接装置的正视图；

图3为本发明提供的动物机器人脑电极转接装置俯视图；

图4为本发明提供的动物机器人脑电极转接装置中底板的结构示意图。

符号说明：

1底板，2排母，3排针，4导线，5LED指示灯，6固定钉，1-1固定孔，1-2电极转接孔，1-3电路走线，1-4LED指示灯孔，1-5排母植入孔。

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做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。

本发明的目的是提供一种具有电极转接功能、结构简单的动物机器人脑电极转接装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，一种动物机器人脑电极转接装置，包括：底板1、排母2和排针3。

如图4所示，底板1上设置有电极转接孔阵列和多个排母植入孔1-5。排母2安装在排母植入孔1-5中。排针3与排母2连接。排母植入孔1-5的个数与电极转接孔阵列的列数相同，且每一列电极转接孔1-2与一个排母植入孔1-5连接。具体的，排母2、排针3数量与电极转接孔阵列的列数相对应，排母2分别对应焊接在底板1上的排母植入孔1-5内。

其中，电极转接孔阵列为矩阵阵列。电极转接孔阵列中电极转接孔1-2的个数优选为11×11。排母植入孔1-5初始个数为11个，若动物头部较大，可以对电极转接孔1-2和排母植入孔1-5的数量进行调整，电极转接孔1-2及排母植入孔1-5在孔径及孔间距不变的前提下可相应增多，以实现不同大小动物的生物控制。

为了简化动物机器人脑电极转接装置的整体结构以及提高装置集成度，本发明采用的底板1为一PCB板，即底板1由印制电路板制成。其中，底板上的电路走线1-3如图4中所示。

进一步，本发明提供的动物机器人脑电极转接装置还包括LED指示灯5。底板1上还设置有LED指示灯孔1-4和固定孔1-1。

LED指示灯5安装在LED指示灯孔1-4中。固定孔1-1用于放置固定钉6。固定钉6用于将底板1固定在动物机器人的头部，以便实现电极的转接和固定。优选的，将其中一个固定钉6作为参考电极。

其中，LED指示灯5选用波长在650～680nm范围内的LED灯，其主要由10mm发光二极管构成。

设置LED指示灯5的目的是为了便于实时观察动物机器人脑电极转接装置的工作情况。在进行电刺激时，LED指示灯5为点亮状态，此时说明动物机器人处于受控状态。

在具体应用时，本发明提供的动物机器人脑电极转接装置是由底板1为主体，底板1中心电极植入孔与动物颅骨参考点对齐，在动物脑上方颅骨区域左右两侧钻固定孔1-1，通过固定钉6将底板1固定在动物颅骨上方，通过脑立体定位仪确定电极植入点，运用颅骨钻在动物电极植入点对应的颅骨处钻孔，通过电极转接孔1-2植入针形脑电极并通过焊锡加以固定。如果是水生动物机器人，可用热熔胶对转接装置进行防水处理。

基于本发明提供的以上具体结构，可以稳定的将动物机器人脑电极转接装置固定在不同种类动物头部，同时又以其中一个固定钉6为参考电极，简化了操作及电极植入流程，若试验动物头部相对较大，电极转接孔1-2及排母植入孔1-5在孔径及孔间距不变的前提下可相应增多，保证电极的植入精度，为动物机器人的研究与应用提供了一种有效的技术手段。

在具体实施时，本发明提供的动物机器人脑电极转接装置通过以下方法进行：

步骤一：将实验动物进行麻醉，再放于实验台上固定。

步骤二：将LED指示灯5焊接在底板1的LED指示灯孔1-4上，将两排排母2焊接在底板1的排母植入孔1-5处，将连有导线4的排针3插入排母2中，连接电源，检查电路是否导通。

步骤三，清除动物脑上方颅骨位置表皮组织，暴露颅骨。选择颅骨参考点，将电极转接孔阵列中心位置处的电极转接孔1-2的圆心与颅骨参考点对齐，放于动物颅骨区域，运用颅骨钻在底板1固定孔1-1对应颅骨位置钻孔，将四个固定钉6分别拧入固定孔1-1内，将底板1固定于动物头部，其中一个固定钉6接触的底板1上有电路通向排母2一侧，因此也为参考电极。

步骤四，以颅骨参考点为原点，参照脑图谱确定神经核团三维坐标，运用开颅钻钻孔，运用脑立体定位仪将针形电极通过底板1电极转接孔1-2植入到目标核团区域，运用焊锡固定针形脑电极。按照这种方法，根据需要，将若干根针形脑电极依次植入到脑运动神经核团，完成矩阵式脑电极的植入。

步骤五，将连接电刺激平台的排针3插入到排母2中，进行动物机器人运动控制试验。若实验动物为水生动物，需运用热熔胶对整个装置进行防水处理。

下面一具体的实施案例对本发明提供的上述动物机器人脑电极转接装置的优点进行说明。

实施例1

该动物机器人脑电极转接装置用于鲤鱼机器人，具体实施步骤如下：

步骤一：将一尾体重1.21kg、体长35.50cm的健康成年鲤鱼放置于丁香酚溶液中进行药浴麻醉，再固定于实验台上。

步骤二：将LED指示灯5焊接在底板LED指示灯孔1-4上，将两排排母2焊接在底板排母植入孔1-5处，将连有导线4的排针3插入排母2中，连接电源，检查电路是否导通。

步骤三，以头部与躯干交界的第一片鱼鳞前缘为参考点，将底板1电极植入孔阵列的中心位置处的电极植入孔与凸起点对齐，放于鲤鱼顶骨区域，运用颅骨钻在底板的固定孔1-1下钻孔，将四个固定钉6分别拧入固定孔1-1内，将底板1固定于鲤鱼头部，其中一个固定钉接触的底板1上有电路通向排母2一侧，因此将该固定钉也为参考电极。

步骤四，以头部与躯干交界的第一片鱼鳞前缘为原点，参照鲤鱼脑立体定位图谱确定其脑运动神经核团三维坐标，使用开颅钻于脑运动神经核团所在区域对应的底板电极转接孔1-2下钻孔，运用脑立体定位仪将针形电极植入到脑运动神经核团所在区域，运用焊锡固定针形脑电极。

步骤五，将电刺激装置的排针3插入排母2中，运用热熔胶进行防水处理，在水中进行鲤鱼机器人运动的控制实验。

实施例2

该动物机器人脑电极转接装置用于大鼠机器人，具体实施步骤如下：

步骤一：选取一只体重0.25kg的健康成年雄性大鼠，采用腹腔注射戊巴比妥钠溶液对大鼠进行麻醉。

步骤二：将LED指示灯5焊接在底板上，将两排排母2焊接在底板1的排母植入孔1-5处，将连有导线4的排针3插入排母2中，连接电源，检查电路是否导通。

步骤三，将大鼠放于脑立体定位仪上进行固定，将底板1放于大鼠颅骨上方，底板1的电极植入孔阵列的中心位置处的电极植入孔与前囟点对齐，确定底板1固定点位置，运用开颅钻钻孔，运用固定钉6将底板1固定于大鼠颅骨上方。

步骤四，以颅骨的前囟为原点，参照大鼠脑立体定位图谱确定脑神经核团三维坐标，运用开颅钻钻孔，运用脑立体定位仪将针形电极通过底板电极转接孔1-2植入到目标区域，运用焊锡固定针形脑电极。

步骤五，将排针3插入排母2中，进行大鼠机器人运动的控制实验。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，包括：底板、排母和排针；

所述底板上设置有电极转接孔阵列和多个排母植入孔；所述排母安装在所述排母植入孔中；所述排针与所述排母连接；所述排母植入孔的个数与所述电极转接孔阵列的列数相同，且每一列电极转接孔与一个排母植入孔连接。

2.根据权利要求1动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，所述底板为PCB板。

3.根据权利要求1动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，还包括LED指示灯；所述底板上还设置有LED指示灯孔和多个固定孔；

所述LED指示灯安装在所述LED指示灯孔中；所述固定孔用于放置固定钉；所述固定钉用于将所述底板固定在动物机器人的头部。

4.根据权利要求3动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，将其中一个固定钉作为参考电极。

5.根据权利要求3动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，所述LED指示灯为波长在650nm～680nm范围内的LED灯。

6.根据权利要求3动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，所述LED指示灯由多个发光二极管构成。

7.根据权利要求1动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，所述排针通过导线与电刺激平台连接。

8.根据权利要求1动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，所述电极转接孔阵列为矩阵阵列。

9.根据权利要求1动物机器人脑电极转接装置，其特征在于，所述电极转接孔阵列中电极转接孔的个数为11×11。

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