本发明涉及一种面向鸽子机器人控制训练的十字迷宫装置，以及利用该十字迷宫装置进行鸽子机器人认知行为及控制训练的训练方法，属于鸽子机器人训练技术领域。
背景技术：
动物机器人是指利用动物的运动机能、动力供应体制，从动物的感受传入或神经支配入手，实现对动物的运动和某些行为的人为控制；动物机器人在能源供给、运动灵活性、隐蔽性、机动性和适应性方面较传统机器人具有更明显的优势。
鸽子因其对方向和颜色判断敏感，因此用鸽子作为实验对象是一种非常普遍的现象；在应用鸽子做的各种实验过程中，对鸽子机器人的训练是后续实验必不可少的基础，但是由于鸽子的天性，在训练中容易受到如试验人员等外部因素的影响，不利于鸽子机器人的训练；目前对动物机器人进行训练的迷宫装置主要有传统十字迷宫、水迷宫、高架十字迷宫和八臂迷宫。
传统的十字迷宫仅在左中右三个方向上训练动物机器人转向，并没有涉及到颜色的区分，训练模式过于单一，无法对鸽子机器人进行综合训练；且为半自动化控制，没有训练统计功能，训练的奖罚方式主要针对大鼠设计，对鸽子机器人的训练并不理想。
水迷宫在进行实验时，不必对动物施以电击，对动物损害较小，但其在水中训练，对于鸽子一类动物并不适用。
高架十字迷宫主要应用于大鼠的对开放环境下的恐惧心理对大鼠机器人进行训练，对鸽子等飞行动物并不适用。
八臂迷宫的八臂和中心圆盘下连接有不同电势差的铜柱，只有正确方向的铜柱下无电势差，当大鼠走错误方向时会有一定强度的电击惩罚；由于鸽子的生理结构这种电刺激对鸽子起不到惩罚作用。
所以，根据鸽子的生理特点，设计一种迷宫装置及训练方法，在不对鸽子进行伤害的情况下，对鸽子机器人进行方向和颜色的综合认知训练，是本领域的技术人员急需解决的一个技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种面向鸽子机器人控制训练的十字迷宫装置及训练方法，能够根据鸽子的生理特点，在不对鸽子进行伤害的情况下，对鸽子机器人进行方向和颜色的综合认知训练，且训练控制的自动化程度高，不需要人工参与，训练效率和训练准确率得到进一步提升。
本发明采用的技术方案为：一种面向鸽子机器人控制训练的十字迷宫装置，包括中央选择区和四个子臂通道，所述中央选择区为规则封闭区域，所述四个子臂通道的一端封闭，另一端分别与中央选择区相连通，四个子臂通道共面且相邻两个子臂通道互相垂直；所述四个子臂通道中三个子臂通道为选择通道，一个子臂通道为准备通道；所述三个选择通道的自由端内均设置自动投食装置、蜂鸣器和光照惩罚装置，三个选择通道的两端内均设置有用于感应鸽子机器人位置的红外传感器，三个选择通道与中央选择区相连通的一端内均设置有方向及颜色指示装置；所述准备通道的自由端内设置有准备区，所述准备区为鸽子机器人出发及返回位置；还包括主控电路，所述红外传感器均与主控电路连接，用于向主控电路发送动物机器的位置信息，所述自动投食装置、蜂鸣器、光照惩罚装置和方向及颜色指示装置均受控于主控电路。
进一步地所述准备通道与中央选择区相连通的一端内设置有自动门，所述自动门与中央选择区不接触，自动门和中央选择区之间的准备通道内还依次设置有两个红外传感器，所述两个红外传感器也均与主控电路连接，自动门受控于主控电路。
进一步地所述选择通道和准备通道均为透明亚克力板材制成，且内壁均由黑色单面贴纸完全贴黑。
进一步地所述选择通道和准备通道中均设置有正白光led照明装置，所述正白光led照明装置均与主控电路相连接。
进一步地所述中央选择区为正方体，所述三个选择通道和一个准备通道均为长方体，三个选择通道的开口端和一个准备通道的开口端分别与中央选择区的一个侧壁相连通，中央选择区、选择通道和准备通道的上端面均能够拆卸。
进一步地还包括用于托举选择通道、准备通道和中央选择区进行三维转动的承载装置，所述承载装置受控于主控电路。
进一步地使用上述权利要求所述的面向鸽子机器人控制训练的十字迷宫装置的训练方法，包括步骤如下：
步骤a、训练前的准备工作；将选择通道、准备通道和中央选择区安装于承载装置上，并将鸽子机器人放入准备区，打开主控电路开关，所有红外传感器和正白光led照明装置开始工作。
步骤b、训练开始，鸽子机器人通过准备通道进入中央选择区；主控电路控制蜂鸣器鸣叫示意训练开始；主控电路运行其内部程序，根据内部程序中的随机函数随机控制三个单向通道中任一一个单向通道中的方向及颜色指示装置开启，主控电路控制准备通道的自动门打开，鸽子机器人通过准备通道进入中央选择区。
步骤c、鸽子机器人进行选择通道选择锻炼；鸽子机器人选择一个选择通道进入，若主控电路根据红外传感器的感应信号判断鸽子机器人走进错误选择通道时，主控电路控制三个选择通道中的正白光led照明装置熄灭，并控制三个选择通道中的光照惩罚装置和蜂鸣器开启以示惩罚，直到鸽子机器人返回准备通道中的准备区，主控电路根据红外传感器的感应信号控制准备通道的自动门关闭，一次训练结束，主控电路记录一次训练失败。
若主控电路根据红外传感器的感应信号判断鸽子机器人进入正确的选择通道，当鸽子机器人到达正确的选择通道的自由端设置的红外传感器时，主控电路控制正确的选择通道中的自动投食装置投食给予奖励；若鸽子机器人进入正确的选择通道并进行投食奖励后并未正确返回准备通道中的准备区，而是再次选择其它选择通道进入，主控电路控制三个选择通道中的正白光led照明装置熄灭，并控制三个选择通道中的光照惩罚装置和蜂鸣器开启以示惩罚，直到鸽子机器人返回准备通道中的准备区，主控电路根据红外传感器的感应信号控制准备通道的自动门关闭，一次训练结束，主控电路记录一次训练失败。
若鸽子机器人进入正确的选择通道并进行投食奖励后并正确返回准备通道中的准备区，主控电路根据红外传感器的感应信号控制准备通道的自动门关闭，一次训练结束，主控电路记录一次训练成功。
步骤d、对鸽子机器人进行多次训练并统计训练结果；重复步骤b和步骤c对鸽子机器人进行多次训练，主控电路根据多次的训练结果进行统计，若在多次训练中训练成功率大于或等于75%，则表示对鸽子机器人的认知行为和控制训练成功，反之则表示对鸽子机器人的认知行为和控制训练失败。
本发明通过设置中央选择区、三个选择通道和一个准备通道共同构成十字迷宫装置，在十字迷宫装置中通过设置红外传感器对鸽子机器人的位置进行追踪，通过设置方向及颜色指示装置对鸽子机器人进行方向和颜色的综合认知训练，通过设置自动投食装置对鸽子机器人进行食物奖励，并根据鸽子的生理特点通过设置光照惩罚装置和蜂鸣器进行光照和声音惩罚，进而对鸽子机器人的认知进行诱导；本装置通过主控电路对自动投食装置、蜂鸣器、光照惩罚装置和方向及颜色指示装置进行控制，在训练过程中不需要实验人员直接参与，避免实验人员的行为对鸽子机器人的训练结果产生影响，并在训练开始后可以实现无人值守，自动对鸽子机器人的训练结果进行统计，在减少人力的同时大大提高了训练效率及训练准确性；此外本装置在对鸽子机器人进行训练时不会对鸽子机器人的心理和身体造成伤害。
进一步地通过在准备通道与中央选择区相连通的一端内设置自动门，并在自动门和中央选择区之间的准备通道内设置有两个红外传感器，能够防止鸽子机器人在未进行选择进入选择通道之前返回准备通道，保证训练结果的准确性。
进一步地通过设计选择通道和准备通道均为透明亚克力板材制成，且内壁均由黑色单面贴纸完全贴黑，可有效防止外界光线的变化对训练中的鸽子机器人产生影响。
进一步地通过设计中央选择区为正方体，三个选择通道和一个准备通道均为长方体，中央选择区、选择通道和准备通道的上端面均能够拆卸，方便对中央选择区、选择通道和准备通道进行清理并对设置在其中的元器件进行检修。
更进一步地通过设置用于托举选择通道、准备通道和中央选择区进行三维转动的承载装置，在鸽子机器人进行训练时缓慢转动，可以对鸽子机器人的方向判断增加难度，避免鸽子机器人记住规律无法到达到与预期一致的实验效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述的训练方法的流程图；
图3为本发明所述的训练方法中步骤c的流程图；
图4为本发明的控制原理框图。
附图标记说明：
1、中央选择区；2、选择通道；3、准备通道；4、准备区；5、红外传感器；6、正白光led照明装置；7、自动门；8、方向及颜色指示装置；9、蜂鸣器；10、光照惩罚装置；11、自动投食装置。
具体实施方式
如图1所示，一种面向鸽子机器人控制训练的十字迷宫装置，包括中央选择区1和四个子臂通道，所述中央选择区1为规则封闭区域，所述四个子臂通道的一端封闭，另一端开口，另一端分别与中央选择区1相连通，四个子臂通道共面且相邻两个子臂通道互相垂直；所述四个子臂通道中三个子臂通道为选择通道2，一个子臂通道为准备通道3，优选地所述中央选择区1为正方体，所述三个选择通道2和一个准备通道3均为长方体，三个选择通道2的开口端和一个准备通道3的开口端分别与中央选择区1的一个侧壁相连通，中央选择区1、选择通道2和准备通道3的上端面均为盖板，通过卡合或螺钉固定，便于拆卸，方便对中央选择区1、选择通道2和准备通道3进行清理并对设置在其中的元器件进行检修；所述选择通道2和准备通道3均为厚度为0.5cm透明亚克力板材制成，且内壁均由黑色单面贴纸完全贴黑，选择通道2和准备通道3中均设置有正白光led照明装置6，既有效减少了外界光线等环境的变化对训练中的鸽子机器人产生影响，又可以避免鸽子机器人在训练中逃出十字迷宫装置。
如图1和图4所示，所述三个选择通道2的自由端内均设置自动投食装置11、蜂鸣器9和光照惩罚装置10，所述自动投食装置11用于对鸽子机器人进行投食奖励；所述光照惩罚装置10为led构成，能够发出相对于鸽子机器人的闪光刺激，当鸽子机器人进行错误选择时，用于对鸽子机器人进行惩罚；三个选择通道2的两端内均设置有用于感应鸽子机器人位置的红外传感器5，三个选择通道2与中央选择区1相连通的一端内均设置有方向及颜色指示装置8，所述方向及颜色指示装置8主要由led构成，能够进行多种颜色随机变换，用于为鸽子机器人进行选择通道2选择指示；所述准备通道3的自由端内设置有准备区4，所述准备区4为在准备通道3的自由端内画线圈定，为鸽子机器人出发及返回的位置，实验时，通过自动门7返回即被认为返回准备区4；还包括主控电路，主控电路包括外围电路和plc控制器；所述红外传感器5均与主控电路连接，用于向主控电路中的plc控制器发送动物机器的位置信息，所述自动投食装置11、蜂鸣器9、光照惩罚装置10、方向及颜色指示装置8和正白光led照明装置6均受控于主控电路。
所述准备通道3与中央选择区1相连通的一端内设置有自动门7，所述自动门7将准备区4通道隔开，且自动门7与中央选择区1之间具有30cm的距离，自动门7用于防止鸽子机器人在未进行选择进入选择通道2之前返回准备通道3；自动门7和中央选择区1之间的准备通道3内还依次设置有两个红外传感器5，两个红外传感器5与自动门7之间的距离分别为5cm和12cm，靠近自动门7的红外传感器5用于感应鸽子机器人是否到达自动门7，进而主控电路控制自动门7打开，远离自动门7的红外传感器5用于感应鸽子机器人是否走出准备通道3或是否返回准备通道3；所述两个红外传感器5也均与主控电路连接，自动门7受控于主控电路。
还包括用于托举选择通道2、准备通道3和中央选择区1进行三维转动的承载装置（图中未示出），承载装置由承载板和驱动电机构成，所述承载装置受控于主控电路；在实验中通过承载装置的缓慢转动，可以对鸽子机器人的方向判断增加难度，避免鸽子机器人记住规律无法到达到与预期一致的实验效果。
如图2所示，使用上述面向鸽子机器人控制训练的十字迷宫装置的训练方法，包括步骤如下。
步骤a、训练前的准备工作；将选择通道2、准备通道3和中央选择区1安装于承载装置上，并将鸽子机器人放入准备区4，打开主控电路开关，所有红外传感器5和正白光led照明装置6开始工作。
步骤b、训练开始，鸽子机器人通过准备通道3进入中央选择区1；主控电路控制蜂鸣器9鸣叫三声示意训练开始；主控电路运行其内部程序，根据内部程序中的rand()随机函数随机控制三个单向通道中任一一个单向通道中的方向及颜色指示装置8开启，rand()函数根据plc控制器内部时钟随机选择点亮红灯或蓝灯；主控电路控制准备通道3的自动门7打开，鸽子机器人通过准备通道3进入中央选择区1。
步骤c、鸽子机器人进行选择通道2选择锻炼；如图3所示，鸽子机器人选择一个选择通道2进入，若主控电路根据三个选择通道2与中央选择区1相连通的一端内设置的红外传感器5的感应信号判断鸽子机器人走进错误选择通道2时，主控电路控制三个选择通道2中的正白光led照明装置6熄灭，并控制三个选择通道2中的光照惩罚装置10和蜂鸣器9开启以示惩罚，具体为控制光照惩罚装置10点亮强光快速开关4次，蜂鸣器9每0.5s鸣叫一次，直到鸽子机器人返回准备通道3中的准备区4，主控电路根据设置在自动门7处的红外传感器5的感应信号控制准备通道3的自动门7关闭，一次训练结束，主控电路记录一次训练失败。
若主控电路根据三个选择通道2与中央选择区1相连通的一端内设置的红外传感器5的感应信号判断鸽子机器人进入正确的选择通道2，当鸽子机器人到达正确的选择通道2的自由端设置的红外传感器5时，主控电路控制正确的选择通道2中的自动投食装置11投食给予奖励；若鸽子机器人进入正确的选择通道2并得到投食奖励后并未正确返回准备通道3中的准备区4，而是再次选择其它选择通道2进入，主控电路控制三个选择通道2中的正白光led照明装置6熄灭，并控制三个选择通道2中的光照惩罚装置10和蜂鸣器9开启以示惩罚，惩罚方式与错误选择选择通道2时一致，直到鸽子机器人返回准备通道3中的准备区4，主控电路根据设置在自动门7处的红外传感器5的感应信号控制准备通道3的自动门7关闭，一次训练结束，主控电路记录一次训练失败。
若鸽子机器人进入正确的选择通道2并进行投食奖励后并正确返回准备通道3中的准备区4，主控电路根据设置在自动门7处的红外传感器5的感应信号控制准备通道3的自动门7关闭，一次训练结束，主控电路记录一次训练成功。
步骤d、对鸽子机器人进行多次训练并统计训练结果；重复步骤b和步骤c对鸽子机器人进行多次训练，训练次数不少于5次，主控电路中的plc控制器根据多次的训练结果进行统计，若在多次训练中训练成功率大于或等于75%，则表示对鸽子机器人的认知行为和控制训练成功，反之则表示对鸽子机器人的认知行为和控制训练失败，需要以后继续进行训练。
综上所述，本装置通过设置中央选择区1、三个选择通道2和一个准备通道3共同构成十字迷宫装置，在十字迷宫装置中通过设置红外传感器5对鸽子机器人的位置进行追踪，通过设置方向及颜色指示装置8对鸽子机器人进行方向和颜色的综合认知训练，通过设置自动投食装置11对鸽子机器人进行食物奖励，并根据鸽子的生理特点通过设置光照惩罚装置10和蜂鸣器9进行光照和声音惩罚，进而对鸽子机器人的认知进行诱导；本装置通过主控电路对自动投食装置11、蜂鸣器9、光照惩罚装置10和方向及颜色指示装置8进行控制，在训练过程中不需要实验人员直接参与，避免实验人员的行为对鸽子机器人的训练结果产生影响，并在训练开始后可以实现无人值守，自动对鸽子机器人的训练结果进行统计，在减少人力的同时大大提高了训练效率及训练准确性；此外本装置在对鸽子机器人进行训练时不会对鸽子机器人的心理和身体造成伤害。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。