自由活动动物实验连接线解旋装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自由活动动物实验连接线解旋装置，包括：传感部分用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分；控制部分用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分；驱动部分用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。本发明专利技术可以实现连接线在实验中几乎不产生大于1圈螺旋的状况，完全可以满足实验对连接线解旋要求。该装置不存在解旋通道数的限制，可以实现任意多连接电线以及光纤的电生理以及光遗传学实验，并使得一些当前使用换向器无法开展的实验得以开展，且价格低廉，批量生产价格更低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实验连接线解旋
，尤其是一种自由活动动物实验连接线解旋装置，主要应用于神经生理及光遗传学实验研究。
技术介绍
对自由活动动物进行神经生理及光遗传学实验过程中，由于动物可以自由活动，在动物与控制及记录设备之间的连接线(通常为电线和/或光纤)经常会出现打圈缠绕问题，这导致连接线上产生扭力，当扭力过大时，会导致实验无法正常进行。目前，普遍采用在连接线上安装换向器来解决这一问题。但是采用换向器的解决方案主要存在以下三个问题：一是换向通道数有限，目前电线换向器最高换向通道数为120个(美国Dragonfly公司：http://www.dragonflyinc.com/commutators.htm)，电线和光纤联合换向器目前最高换向通道数为12个电线通道和2个光纤通道(加拿大Doric公司：http://doriclenses.com/life-sciences/214-rotary-joints)；另外通道数越多设备体积越庞大，使用不方便；二是一些特殊的实验(特别是涉及光遗传学相关的实验)目前无法开展；三是换向器价格昂贵，12个电线通道数的电线和光纤联合换向器需要约7000美金，10个通道数的电线换向器也需要约4000美金，且通道数越多价格越昂贵，而且体积更加庞大，使用不方便。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题对自由活动动物进行神经生理及遗传学实验过程中，由于动物可以自由活动，经常会出现在动物与控制及记录设备之间连接线(通常为电线和/或光纤)打圈缠绕问题，这导致在连接线上产生扭力，当扭力过大时，会导致实验无法正常进行。针对上述技术问题，本专利技术的主要目的在于提供一种自由活动动物实验连接线解旋装置，以实时反馈解旋该类试验中连接线的打圈缠绕问题，使得实验得以顺利开展。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种自由活动动物实验连接线解旋装置，该装置包括传感部分、控制部分和驱动部分，其中：传感部分，用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分；控制部分，用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分；驱动部分，用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。上述方案中，所述传感部分至少包括小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7、大齿轮1、电位器3和支架4，其中：小轴承9的外圈固定于支架4上，并通过橡皮塞8与小齿轮7连接；橡皮塞8经过加工后形成凸字形，中央有小孔，可能打圈缠绕的连接线10被夹在橡皮塞8中央的小孔中；橡皮塞8大头塞入小轴承9内圈，小头塞入小齿轮7的内孔；电位器3固定于支架4上，大齿轮1固定于电位器3上。上述方案中，所述橡皮塞8夹持待解旋连接线10并连接小轴承9和小齿轮7，小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7和大齿轮1构成感应打圈缠绕情况的机械感应部分，电位器3将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分。上述方案中，当连接线10打圈缠绕时，带动小轴承9以及大齿轮1与小齿轮7转动，该转动通过大齿轮1传递到电位器3，从而使电位器3发生角位移；电位器3初始值设在正中位置，打圈缠绕的方向由电压输出的变大和变小来确定；考虑到动物可能在短时间内旋转多圈，导致电位器3角位移超过360度的情况，该自由活动动物实验连接线解旋装置在大齿轮1上进一步粘了一根突出边缘的有机玻璃棒2，初始位置时玻璃棒2突出端正对着小齿轮7与大齿轮1咬合处，在正对咬合处的大齿轮1侧设置挡板6，将电位器3的旋转范围限制在一圈内，以防止电位器3旋转超出量程而导致电位器3判断紊乱。上述方案中，所述小轴承9为塑料轴承，内径×外径×厚度为20×42×12mm，其滚珠采用玻璃质地的滚珠；所述凸字形的橡皮塞8，其上直径15mm、下直径20mm；所述小齿轮7和大齿轮1均是尼龙齿轮，小齿轮7的内孔径×外径×厚度为15×22×10mm，大齿轮1的内孔×外径×厚度为6×102×10mm，大齿轮1与小齿轮7的直径比例为4.63:1，小齿轮7旋转一周大齿轮1只旋转0.22周；所述电位器3为WDC35非接触式数字电位器，线性度为0.1％，内部装有两个轴承，旋转力矩<0.5mN·m。上述方案中，所述电位器3类似于或等同于一个滑动变阻器，使用时给电位器3接入5V直流电压，输出电压会根据轴的角位移旋转而变化。上述方案中，所述控制部分至少包括单片机12和步进电机驱动器17，其中，单片机12将电位器3传来的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器17，通过步进电机驱动器17控制驱动部分的步进电机20转动。上述方案中，所述单片机12采用Arduino UNO型单片机，所述步进电机驱动器17采用M542步进电机驱动器，步进电机驱动器17外接20-50V直流电源。上述方案中，所述驱动部分包括步进电机20、底盘24、伞形齿轮21、支撑柱22、大轴承23、载物台18和动物实验平台25，其中步进电机20设置于底盘24之上，伞形齿轮21依次通过支撑柱22和大轴承23设置于底盘24之上，伞形齿轮21之上设置有载物台18，实验过程中载物台18上面放置有动物实验平台25。上述方案中，底盘24采用铝质底盘，长度和宽度为40×40cm，厚度5mm，底盘24正中间有一个凹型小物件，用来卡住大轴承23；大轴承23的外径60mm，内径30mm；载物台18采用有机玻璃平台，长度和宽度为34×34mm，厚度10mm；大轴承23与载物台18之间的支撑柱22，外径30mm，与大轴承23的内径匹配；支撑柱22上的伞形齿轮21为32齿，内孔30mm，与支撑柱22外径匹配，侧面开有一个螺丝孔，用以通过螺钉将伞形齿轮21与支撑柱22固接，伞形齿轮21底部顶到载物台18，以增加支撑柱22的有效承重面积；步进电机20为减速步进电机，减速比1:50，电机高60mm，轴中心距底盘40mm，通过90度转角的伞形齿轮21控制载物台18；步进电机20轴上的伞齿为16齿，内径8mm，两个伞齿之间减速比为1:2；步进电机20轴上的伞齿侧面开有用作固定的螺丝孔。(三)有益效果本专利技术提供的自由活动动物实验连接线解旋装置，可以实现连接线在实验中几乎不产生大于1圈螺旋的状况，完全可以满足实验对连接线解旋要求。该装置最大的优点是不存在解旋通道数的限制，理论上可以实现任<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，该装置包括传感部分、控制部分和驱动部分，其中：传感部分，用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分；控制部分，用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数，并输出至驱动部分；驱动部分，用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。

【技术特征摘要】
1.一种自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于，该装置包
括传感部分、控制部分和驱动部分，其中：
传感部分，用于将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输
出至控制部分；
控制部分，用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和
脉冲数，并输出至驱动部分；
驱动部分，用于根据接收自控制部分的方向信号和脉冲数，驱动载物
台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的
解旋。
2.根据权利要求1所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特
征在于，所述传感部分至少包括小轴承(9)、橡皮塞(8)、小齿轮(7)、
大齿轮(1)、电位器(3)和支架(4)，其中：
小轴承(9)的外圈固定于支架(4)上，并通过橡皮塞(8)与小齿
轮(7)连接；橡皮塞(8)经过加工后形成凸字形，中央有小孔，可能打
圈缠绕的连接线(10)被夹在橡皮塞(8)中央的小孔中；橡皮塞(8)大
头塞入小轴承(9)内圈，小头塞入小齿轮(7)的内孔；电位器(3)固
定于支架(4)上，大齿轮(1)固定于电位器(3)上。
3.根据权利要求2所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特
征在于，所述橡皮塞(8)夹持待解旋连接线(10)并连接小轴承(9)和
小齿轮(7)，小轴承(9)、橡皮塞(8)、小齿轮(7)和大齿轮(1)构成
感应打圈缠绕情况的机械感应部分，电位器(3)将连接线的打圈缠绕情
况转换为可变电压信号，并输出至控制部分。
4.根据权利要求2所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特
征在于，当连接线(10)打圈缠绕时，带动小轴承(9)以及大齿轮(1)
与小齿轮(7)转动，该转动通过大齿轮(1)传递到电位器(3)，从而使
电位器(3)发生角位移；电位器(3)初始值设在正中位置，打圈缠绕的
方向由电压输出的变大和变小来确定；考虑到动物可能在短时间内旋转多
圈，导致电位器(3)角位移超过360度的情况，该自由活动动物实验连

\t接线解旋装置在大齿轮(1)上进一步粘了一根突出边缘的有机玻璃棒(2)，
初始位置时玻璃棒(2)突出端正对着小齿轮(7)与大齿轮(1)咬合处，
在正对咬合处的大齿轮(1)侧设置挡板(6)，将电位器(3)的旋转范围
限制在一圈内，以防止电位器(3)旋转超出量程而导致电位器(3)判断
紊乱。
5.根据权利要求2所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特
征在于，
所述小轴承(9)为塑料轴承，内径×外径×厚度为20×42×12mm，其
滚珠采用玻璃质地的滚珠；
所述凸字形的橡皮塞(8)，其上直径15mm、下直径20mm；
所述小齿轮(7)和大齿轮(1)均是尼龙齿轮，小齿轮(7)的内孔
径×外径×厚度为15×22×10mm，大齿轮(1)的内孔×外径×厚度为
6×102×10mm，大齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟恒，何雪松，李飞，董二宝，刘北明，毕国强，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34