e的 数值和电位器3的可变电压输出数值是一致的。如果voltage在1. 42-3. 58之间，这时小 轴承9旋转在一圈以内，不用解旋。直接delay (1000)(括号里数值的单位是ms)，即延迟 ls，然后单片机12会重新执行程序进行检测。当voltage在0-1. 42之间时，代表动物运动 使小轴承9逆时针（从上往下看，下同）旋转超过一圈，大齿轮1顺时针旋转超过0. 22周。 这时需要使平台顺时针旋转解旋，由于平台和步进电机20由一对齿轮连接（详见驱动部 分），所以步进电机20需要逆时针旋转，即与动物旋转方向一致。因此让方向信号输出引脚 (direct，[4]号引脚）输出低电平，即用digitalWrite语句将其赋值为LOW。然后从脉冲 信号输出引脚（pulse，[2]号引脚）向步进电机驱动器17输出500个脉冲，高低电平宽各 lms，共Is。如果解旋在这Is内未成功，则单片机12会重复执行该程序，继续解旋，直到解 旋成功。设定解旋时间为Is主要是为了和前面的延迟Is匹配。这样可以做到比较实时的 监控，以免解旋过度，产生一些不必要的副作用。由于驱动器设计要求方向信号必须在脉冲 信号之前建立，所以要先给方向信号输出引脚赋值。voltage落到3. 58-5之间时，原理相 同，只是方向和上面相反。
[0046] 3)驱动部分
[0047] 如图4所示，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。
[0048] 驱动部分主要功能是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25向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的解旋。优选地，底盘 24采用铝质底盘，长度和宽度为40 X 40cm，厚度5mm，重量比较大，可以稳定整个平台的重 心。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34X34mm，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。 [0049] 步进电机20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，因此两个伞齿之间减速比（直径比）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。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。这样的电机速度低，力矩大，可以满足设计要求。由于两个伞齿之间还 有1:2的减速比，所以总减速比为1:100,即电机内部主轴旋转100圈，平台才会旋转一圈。 驱动器17上设置的细分是400,即步进电机20内轴转一圈需要400步（步距角0. 9度）， 需要单片机12输出400个脉冲。由于存在1:100的减速比，所以平台旋转一圈需要40000 个脉冲。主程序中设定的脉冲输出频率是500HZ (波宽2ms)，所以平台旋转一圈需要80s， 即0. 75rpm。对自由活动动物进行神经生理及遗传学实验，这样的速度是足够的。
[0050] 以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本 实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
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： 将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号的传感部分； 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的控制部分；以及 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，实现连接线的解旋的驱动部分。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⑷上，大齿轮⑴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， 所述小轴承（9)为塑料轴承，内径X外径X厚度为20X42X12mm，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X外径X厚度为 15X22X10mm，大齿轮（1)的内孔X外径X厚度为6X102X10mm，大齿轮（1)与小齿轮 ⑵的直径比例为4. 63:1，小齿轮（7)旋转一周大齿轮⑴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〈〇? 5mN?m。5. 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，所述控制 部分至少包括单片机（12)和步进电机驱动器（17)，其中，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。6. 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)。7. 根据权利要求6所述的自由活动动物实验连接线解旋装置，其特征在于， 底盘（24)采用铝质底盘，长度和宽度为40X40cm，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34X34mm，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。
【专利摘要】本实用新型公开了一种自由活动动物实验连接线解旋装置，包括：将连接线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号的传感部分；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的控制部分；以及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，实现连接线的解旋的驱动部分。本实用新型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。
【IPC分类】A01K1/035, A01K1/03
【公开号】CN204616672
【申请号】CN201520142072
【发明人】陈伟恒, 何雪松, 李飞, 董二宝, 刘北明, 毕国强
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月12日