专利名称：挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置和测量方法， 属于生物活体行走特征与爬附力测量技术领域。
背景技术：
地面上生活的足类动物通过足掌和地面间的相互作用，实现奔跑、静止、跳跃等运动行为。尤其是人们常常见到苍蝇、蚂蚁、蟋蟀等昆虫在光滑的表面快速爬行，甚至能倒吊在天花板上。这吸引了生物学家的兴趣，并且开展了广泛的研究。研究发现，许多昆虫足上都有着形态各异的粘性足垫。这些足垫可迅速释放，并且通过足垫产生的爬附力控制行进和奔跑。其爬附机制显示了惊人的结构多样性和卓越的性能。对昆虫行走特征和足-面间爬附力的测试是认识动物运动规律的重要途径，揭示动物运动的力学规律，能够指导机器人的动力学设计，提升机器人的性能，而且所获得的信息对仿生机器人设计具有重要指导意义。近几年来有一些关于测量动物与表面间爬附力的测试装置和测试方法。例如德国的 Walter Federle 等人在 2003 年杂志《The Journal of Experimental Biology)) 第 206 卷“Biomechanics of ant adhesive pads frictional forces are rate-and temperature-dependent” 一文中首次给出了用离心分离技术来测量蚂蚁的水平爬附力的测试装置，但是仅能测试动物在水平面上的爬附力；国内周群等人在同济大学学报2008年第36卷《蚂蚁附着力的测试及ANSYS分析》也给出了一种离心式基于高速图像反馈的爬附力测试平台，但是该装置不能测试在天花板上的爬附力；专利申请号为200810203235. 5“一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法”提出了一种运用杠杆原理测量生物活体与物体间爬附力的测力装置和测试方法，但是该测试方法制样复杂、测试步骤繁琐，而且试样台固定，只能测试水平面上的爬附力，测试范围较小。专利申请号为 CN200810156169. O的“动物足-面接触反力的测试方法及系统”提出了可以同时测量动物在水平面、垂直面和天花板运动时每只脚掌与附着表面间的接触反力的测试方法和系统， 但是该传感器阵列布置太过繁琐，而且只局限于测试三种特殊状态下的动物-表面接触情况，不能获得最大爬附力值。上述专利都与本发明的装置和方法不同，亦不用于测试受干扰条件下昆虫爬附力的测量。
发明内容
昆虫或小型动物在受到外界环境的干扰条件下，往往会通过本能或神经系统来调节步态和足掌的接触状态以适应外界环境的变化，由此更能反映出昆虫或小型动物应激性和足掌爬附特征。针对目前在昆虫或小型动物干扰状态下爬附力测量的空白，本发明所要解决的技术问题是提供一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置与方法，装置简单实用、设计成本低，而且能够实现观察水平、悬位上昆虫或小型动物行走特征、昆虫或小型动物足掌接触状态和测试昆虫或小型动物爬附力值的目的。
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为了解决上述技术方案，本发明提供了一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，包括试样台、测力机构、用于干扰昆虫或小型动物爬姿的爬附力机构、三轴移动机构以及显微摄像系统，所述的爬附力机构连接三轴移动机构。优选地，所述的测力机构包括悬臂梁、应变片组、力激光器、力反射镜和感光杆，所述的悬臂梁的一端固定，另一端与试样台固定连接，所述的应变片组包括粘贴在悬臂梁上面的两块应变片和粘贴在悬臂梁下面的两块应变片，所述的应变片呈平行并列排列并相互连接组成全桥式电路，应变片组的位置紧靠悬臂梁的固定端，力激光器通过铰链可旋转地连接于悬臂梁的上方，力反射镜粘贴在悬臂梁上侧，感光杆设于悬臂梁上方。优选地，所述的爬附力机构包括挑针、挑针片、针反射镜、针激光器和挑针应变片组，挑针侧面设有挑针应变片组，挑针固定连接挑针片，针反射镜粘结在挑针片上，针激光器通过铰链可旋转地连接于挑针片的前方。优选地，所述的三轴移动机构包括X移动机构、y移动机构和Z移动机构。更优选地，所述的X移动机构包括X移动台、X微调螺杆、X支撑座、X旋转手柄和 X步进电机，X移动台与X微调螺杆的中部连接，X微调螺杆的一端固定连接X旋转手柄，另一端连接X步进电机，所述的X支撑座通过滚动轴承与X微调螺杆连接。更优选地，所述的y移动机构包括y移动台、y微调螺杆、y支撑座、y旋转手柄、y 螺杆和I步进电机，y移动台与I螺杆的中部连接，y螺杆的一端连接I步进电机，另一端与 y微调螺杆相啮合，y微调螺杆固定连接I旋转手柄，所述的I微调螺杆和I螺杆通过滚动轴承与y支撑座连接。优选地，所述的z移动机构包括z移动台、z微调螺杆、z旋转手柄、z螺杆、z螺母和Z步进电机，所述的Z步进电机连接Z螺杆，Z螺杆连接Z螺母并与Z微调螺杆相啮合，Z 螺母固定连接Z移动台，Z微调螺杆固定连接Z旋转手柄。优选地，所述的显微摄像系统包括俯视摄像机、仰视摄像机、侧视摄像机和照明光源。优选地，所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置还包括计算机控制与数据处理系统，所述的计算机控制与数据处理系统包括计算机，计算机分别连接测力模块、模数转换模块、图像分析模块和驱动控制模块，所述的测力机构包括应变片组和感光杆，所述的爬附力机构包括挑针应变片组，所述的显微摄像系统包括俯视摄像机、仰视摄像机、侧视摄像机和照明光源，所述的三轴移动机构包括X步进电机、y步进电机和z步进电机，所述的测力模块连接应变片组和挑针应变片组，所述的模数转换模块连接感光杆，所述的图像分析模块连接俯视摄像机、仰视摄像机和侧视摄像机，所述的驱动控制模块连接X 步进电机、y步进电机和z步进电机。本发明还提供了一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量方法，其特征在于，采用上述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，具体步骤为第一步将试样板粘贴在试样台的上面或下面，并将昆虫或小型动物放置到试样板上；以显微摄像系统实时观测昆虫或小型动物在试样板上的位置(Λχ，Δγ);由测力机构测得昆虫或小型动物在试样台中心的重力和爬行时的振动；由测力机构精准测量并计算试样板上昆虫或小型动物垂直位移Λζ，由位置参数(Λχ，Δγ, Δζ)修正昆虫或小型动物的质量m ；
第二步通过三轴移动机构和爬附力机构干扰昆虫或小型动物，由所述爬附力机构测量水平拨动时的拨动力值F或由测力机构测量垂直拨动时的拨动力值F，并通过显微摄像系统观测昆虫或小型动物的位置、步态和接触状态，待昆虫或小型动物失衡时，爬附力机构复位；第三步实时地记录第一步和第二步所得的位置参数、果蝇的质量值和由所述爬附力机构测得的干扰的拨动力值F，计算昆虫或小型动物的爬附力值Fa。所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置与方法，不仅可以用于测试昆虫或小型动物在平位时的爬姿和爬附力，而且通过启动x，y，z步进电机驱动挑针31 下移到试样台的正下方，还可以用于测试昆虫或小型动物在悬位时的爬姿和爬附力。本发明不仅可用于昆虫行走和爬附力的测量，也可以用于小型动物的测量。由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果a)测试时，对昆虫活体试样的处理简单，对于不会飞行或跳跃的昆虫活体试样直接进行实验，实验速度快，成本低山)通过应变片实时测试昆虫受力值，测试灵敏度高，达到mN 级；c)挑针的运动通过驱动控制模块调节和手动微调节相结合，测试时先用驱动控制模块进行快速大范围调节，而后改用手动微调，可以对挑针的移动进行更为精确的控制；d)使测量对象的范围更广，既能够测量在不同种类昆虫活体，如蝇类、蟋蟀、甲虫或蚂蚁等运动行为特征，也可以用于壁虎、树蛙等小型动物的运动行为研究。
图1是一种挑针式干扰昆虫爬姿及爬附力测量装置的立体图；图2是一种挑针式干扰昆虫爬姿及爬附力测量装置的正视图；图3是一种挑针式干扰昆虫爬姿及爬附力测量装置的俯视图；图4是应变片组的连接电路图；图5是测力机构光路图；图6是一种挑针式干扰昆虫爬姿及爬附力测量装置的计算机控制与数据处理系 统图；图中，1-试样台，其包括11-上试样板；12-下试样板；13-试样架；2-测力机构，其包括21-悬臂梁；22_应变片组；23_力激光器；24_力反射镜； 25-感光杆；3-爬附力机构，其包括31-挑针；32_挑针片；33_针反射镜；34_针激光笔；35_挑针应变片组；4- 二轴移动机构，其包括4x_x轴移动机构；4y_y轴移动机构；4z_z轴移动机构；4x-x轴移动机构,其包括4xl_x移动台；4x2_x微调螺杆；4x3_x支撑座；4x4_x旋转手柄；4x5_x步进电机；4y-y轴移动机构,其包括4yl_y移动台；4y2_y微调螺杆；4y3_y支撑座；4y4_y旋转手柄；4y5_y螺杆；4y6_y步进电机；4z-z轴移动机构,其包括4zl_z移动台；4z2_z微调螺杆；4z3_z旋转手柄；4z4_z 螺杆；4z5-z螺母；4z6-z步进电机；5-显微摄像系统，其包括51_俯视摄像机；52_仰视摄像机；53_侧视摄像机；54-照明光源；计算机控制与数据处理系统，其包括61-测力模块；62_模数转换模块；63_驱动控制模块；64_图像分析模块；65_计算机；其中，其中Vtl为输入电压；V为输出电压；a,b为粘贴在上表面的两个应变片；c, d 为粘贴在下表面的两个应变片。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I本发明的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，如图I 图3所示， 由试样台I、测力机构2、用于干扰昆虫或小型动物爬姿的爬附力机构3、三轴移动机构4、显微摄像系统5和计算机控制与数据处理系统组成。试样台I尺寸为5cmX5cmX0. 5cm。所述的爬附力机构3连接三轴移动机构4。所述的试样台I是由固装在悬臂梁上的试样架13以及分别贴在试样架13的上面和下面的上试样板11和下试样板12组成，其上面或下面可用于放置昆虫或小型动物。所述的测力机构2包括悬臂梁21、应变片组22、力激光器23、力反射镜24和感光杆25，所述的悬臂梁21的一端固定，另一端与试样台I固定连接，如图4所示，所述的应变片组22包括粘贴在悬臂梁21上面的两块应变片和粘贴在悬臂梁21下面的两块应变片，所述的应变片呈平行并列排列并相互连接组成全桥式电路，应变片组22的位置紧靠悬臂梁 21的固定端，力激光器23通过铰链可旋转地连接于悬臂梁21的上方，力激光器23可在垂直于悬臂梁21的平面内旋转180°，力反射镜24粘贴在悬臂梁21上侧，用于反射激光，感光杆25设于悬臂梁21上方，用于接收激光。悬臂梁21尺寸为20cmX2cmX0. 5cm，应变片的量程为10mN，测试精度为0.05mN。力激光器23为激光笔，发射单束激光；力反光镜24是尺寸为5cmX 5cm反面镀银的玻璃片；感光杆25尺寸为40cmX 5cmX O. 5cm,为CXD感光材料制成；调节力激光器23发射的激光与力反光镜24的入射角度为5°。测力机构2用于测量实验过程中昆虫或小型动物动物的质量和爬行时的振动。由测力机构的悬臂梁、力激光器、 力反射镜和感光杆，还可以精准测量试样板中心点因昆虫或小型动物的质量产生的垂直方向的位移Λ z，这是昆虫或小型动物动物的质量修正计算的依据。所述的爬附力机构3包括挑针31、挑针片32、针反射镜33、针激光器34和挑针应变片组35，挑针31用于驱动并干扰昆虫或小型动物移动，挑针31侧面设有挑针应变片组 35，挑针31固定连接挑针片32，针反射镜33粘结在挑针片32上，用于反射激光，用于发射激光的针激光器34通过铰链可旋转地连接于挑针片32的前方的X移动台4x1上，其可在垂直于X移动台4x1的平面内旋转180°，挑针片32固接在X移动台4x1上。针激光器34 为激光笔，发射单束激光，针反射镜33是尺寸为5cmX 5cm反面镀银的玻璃片，调节针激光器34与针反光镜33的入射角度为5°。所述的三轴移动机构4包括X移动机构4x、y移动机构4y和z移动机构4z。所述的X移动机构4x包括X移动台4x1、X微调螺杆4x2、x支撑座4x3、x旋转手柄4x4和x 步进电机4x5, X移动台4x1与X微调螺杆4x2的中部连接，x微调螺杆4x2的一端固定连接X旋转手柄4x4,另一端连接X步进电机4x5,所述的X支撑座4x3通过滚动轴承与x微调螺杆4x2连接。所述的X支撑座4x3固定在z移动台4zl上,X微调螺杆4x2由x步进电机4x5带动旋转,进而带动X移动台4x1沿X向微移动。所述的I移动机构4y包括y移动台4yl、y微调螺杆4y2、y支撑座4y3、y旋转手柄4y4、y螺杆4y5和y步进电机4y6, y移动台4yl与y螺杆4y5的中部连接，y螺杆4y5的一端连接y步进电机4y6,另一端与y微调螺杆4y2相哨合，y微调螺杆4y2固定连接y旋转手柄4y4,所述的y微调螺杆4y2和y 螺杆4y5通过滚动轴承与y支撑座4y3连接。y微调螺杆4y2旋转并带动y螺杆4y5旋转, I步进电机4y6带动y螺杆4y5旋转，y螺杆4y5旋转并带动y移动台4yl沿y向移动,所述的I支撑座4y3固定在z移动台4zl上。所述的z移动机构4z包括z移动台4zl、z微调螺杆4z2、z旋转手柄4z4、z螺杆4z5、z螺母4z3和z步进电机4z6,所述的z步进电机 4z6连接z螺杆4z5，z螺杆4z5连接z螺母4z3并与z微调螺杆4z2相啮合，z螺母4z5固定连接z移动台4zl, z微调螺杆4z2固定连接z旋转手柄4z4。z微调螺杆4z2旋转并带动z螺杆4z5旋转。z步进电机4z6带动z螺杆4z4旋转,进而带动z移动台4zl沿z向移动。所述的X移动台4x1尺寸为8cmX 5cmX 5cm，底部侧面开有燕尾槽，燕尾槽上底3cm，下底2cm,高2cm ；y移动台4yl尺寸为8cmX 5cmX 5cm,顶面与x移动台4x1套在一起,底面前后开有燕尾槽，燕尾槽上底3cm,下底2cm,高2cm ；z移动台4zl尺寸为15cmX IOcmX 10cm, 上部与I移动台4yl套在一起。X步进电机4x6、y步进电机4y6和z步进电机4z6的默认转速为lOr/min，与其相连的各螺杆和各螺母型号为M16，直径为2cm，螺距为O. 1mm，x微调螺杆4x2、y微调螺杆4y2和z微调螺杆4z2的型号为M16，直径为2cm，螺距为O. Imm且各微调螺杆和与其相连的螺杆可以实现90°啮合。三轴移动机构4用于实现昆虫或小型动物空间干扰。所述的显微摄像系统5包括俯视摄像机51、仰视摄像机52、侧视摄像机53和照明光源54，用于采集昆虫或小型动物所处的位置、步态和接触状态。俯视摄像机51用于观察昆虫或小型动物平位时的位置(Λχ，Ay)和步态；仰视摄像机52用于观察昆虫或小型动物悬位时的位置(Λχ，Ay)和步态；侧视摄像机53用于观察昆虫或小型动物足掌与表面接触状态和位置(Λζ)，但此测得的是一个粗略值；照明光源54用于照明。精准的Λζ测量由测力机构完成，由此可得昆虫或小型动物相对试样板中心点的位置参数(Λχ，Δγ, Λζ)。如图6所示，所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置还包括计算机控制与数据处理系统，所述的计算机控制与数据处理系统包括计算机65，计算机65分别连接测力模块61、模数转换模块62、图像分析模块64和驱动控制模块63，所述的测力模块61连接应变片组22和挑针31水平拨动用的挑针应变片组35，所述的模数转换模块62 连接感光杆25，所述的图像分析模块64连接俯视摄像机51、仰视摄像机52和侧视摄像机 53,所述的驱动控制模块63连接X步进电机4x6、y步进电机4y6和z步进电机4z6。测力模块61用于采集和处理测力机构2所测得力值、模数转换模块62用于将感光杆25获得的电荷信号转化为数字信号，驱动控制模块63用于控制X，y, z步进电机运动和控制亮度，图像分析模块64用于分析视频照片。使用上述装置进行挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量的具体步骤为第一步开启计算机65和照明光源54，选择不同表面粗糙度或不同材料的试样板，裁剪成5cmX5cm大小，将其按实验要求用双面胶粘贴在试样台I的上面或下面，并将昆虫或小型动物放置到试样板上，若所要测试的昆虫或小型动物有翅膀(或跳足)且能够飞行(或跳跃)，则用胶水粘贴在一起(或用试样夹夹住)，以使其不能飞行(或跳跃)，并称其重量；同时，以俯视或仰视摄像机和侧视摄像机实时观测昆虫或小型动物在试样板上的位置(Λχ，Δγ);由测力机构的悬臂梁和应变片组测得昆虫或小型动物的质量和爬行时的振动；由测力机构的悬臂梁、力激光器、力反射镜和感光杆，精准测量并按照公式(4)计算试样板上昆虫或小型动物垂直位移Λζ，由位置(Λχ，Δγ, Δζ)参数按式(5)修正计算得昆虫或小型动物的质量。第二步启动X步进电机4x6、y步进电机4y6和z步进电机4z6驱动挑针31位于试样台I左侧，之后通过旋转X旋转手柄4x4、y旋转手柄4y4和z旋转手柄4z3将挑针31 无伤害地穿过昆虫或小型动物和试样板的间隙；设定X步进电机4x6、y步进电机4y6和z 步进电机4z6的转向和转速并干扰昆虫或小型动物运动，之后通过旋转X旋转手柄4x4、y 旋转手柄4y4和z旋转手柄4z3进行微调，并通过显微摄像系统5观测昆虫或小型动物的位置、步态和接触状态，由挑针31的上下摆动引起激光束经反光镜33在感光杆25上的位移测得拨动力值F (通过在挑针31上挂标准的mg砝码看感光点的偏移量，标定后即可)，或由挑针31水平拨动用的挑针应变片组35测得水平拨动时的拨动力值F，待昆虫或小型动物失衡时，挑针31复位；所述的步态和接触状态是指昆虫或小型动物爬行的步姿和触地脚数；所述的失衡是指昆虫或小型动物的侧翻、滚动或坠落；第三步实时记录第一步和第二步所得的位置(Δ X，Δ y, Δ z)参数、昆虫或小型动物的质量值和由挑针31的上下摆动引起激光束经反光镜33在感光杆25上的位移测得拨动力值F，或由挑针31水平拨动用的挑针应变片组35测得水平拨动时的拨动力值F，按照式(6)或(7)计算得昆虫或小型动物的的爬附力值。重复第一步的观测和第二、三步骤，测试20次，取爬附力平均值。然后，启动X步进电机4x6、y步进电机4y6和z步进电机4z6驱动挑针31回复到起始位置。将昆虫或小型动物放回试样瓶中，揭下试样板，关闭显微摄像系统5和计算机65，实验结束。测力机构2光学测量的测试原理如图5所示。由于悬臂梁21受力后下降距离很短，故假设入射角度不变，则由几何关系有
权利要求
1.一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，包括试样台 (I)、测力机构(2)、用于干扰昆虫或小型动物爬姿的爬附力机构(3)、三轴移动机构(4)以及显微摄像系统(5)，所述的爬附力机构(3)连接三轴移动机构(4)。
2.如权利要求I所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的测力机构⑵包括悬臂梁(21)、应变片组(22)、力激光器(23)、力反射镜(24)和感光杆(25)，所述的悬臂梁(21)的一端固定，另一端与试样台(I)固定连接，所述的应变片组(22)包括粘贴在悬臂梁(21)上面的两块应变片和粘贴在悬臂梁(21)下面的两块应变片，所述的应变片呈平行并列排列并相互连接组成全桥式电路，应变片组(22)的位置紧靠悬臂梁(21)的固定端，力激光器(23)通过铰链可旋转地连接于悬臂梁(21)的上方，力反射镜(24)粘贴在悬臂梁(21)上侧，感光杆(25)设于悬臂梁(21)上方。
3.如权利要求I所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的爬附力机构⑶包括挑针(31)、挑针片(32)、针反射镜(33)、针激光器(34)和挑针应变片组(35)，挑针(31)侧面设有挑针应变片组(35)，挑针(31)固定连接挑针片(32)， 针反射镜(33)粘结在挑针片(32)上针激光器(34)通过铰链可旋转地连接于挑针片(32) 的前方。
4.如权利要求I所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的三轴移动机构(4)包括X移动机构(4x)、y移动机构(4y)和z移动机构(4z)。
5.如权利要求4所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的X移动机构(4x)包括X移动台(4x1)、x微调螺杆(4x2)、x支撑座(4x3)、x旋转手柄(4x4)和X步进电机(4x5), X移动台(4x1)与x微调螺杆(4x2)的中部连接，x微调螺杆(4x2)的一端固定连接X旋转手柄(4x4),另一端连接X步进电机(4x5),所述的x支撑座(4x3)通过滚动轴承与X微调螺杆(4x2)连接。
6.如权利要求4所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的I移动机构(4y)包括y移动台(4yl)、y微调螺杆(4y2)、y支撑座(4y3)、y旋转手柄(4y4)、y螺杆(4y5)和y步进电机(4y6),y移动台(4yl)与y螺杆(4y5)的中部连接，y螺杆(4y5)的一端连接y步进电机(4y6),另一端与y微调螺杆(4y2)相哨合，y微调螺杆(4y2)固定连接y旋转手柄(4y4)，所述的y微调螺杆(4y2)和y螺杆(4y5)通过滚动轴承与I支撑座(4y3)连接。
7.如权利要求4所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的z移动机构(4z)包括z移动台(4zl)、z微调螺杆(4z2)、z旋转手柄(4z4)、z螺杆(4z5)、z螺母(4z3)和z步进电机(4z6),所述的z步进电机(4z6)连接z螺杆(4z5), z螺杆(4z5)连接z螺母(4z3)并与z微调螺杆(4z2)相啮合，z螺母(4z5)固定连接z移动台(4zl), z微调螺杆(4z2)固定连接z旋转手柄(4z4)。
8.如权利要求I所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，所述的显微摄像系统(5)包括俯视摄像机(51)、仰视摄像机(52)、侧视摄像机(53)和照明光源(54)。
9.如权利要求I所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，还包括计算机控制与数据处理系统，所述的计算机控制与数据处理系统包括计算机 (65)，计算机￠5)分别连接测力模块(61)、模数转换模块(62)、图像分析模块￠4)和驱动控制模块(63)，所述的测力机构(2)包括应变片组(22)和感光杆(25)，所述的爬附力机构(3)包括挑针应变片组(35)，所述的显微摄像系统(5)包括俯视摄像机(51)、仰视摄像机 (52)、侧视摄像机(53)和照明光源(54)，所述的三轴移动机构(4)包括x步进电机(4x6)、 y步进电机(4y6)和z步进电机(4z6),所述的测力模块(61)连接应变片组(22)和挑针应变片组(35)，所述的模数转换模块￠2)连接感光杆(25)，所述的图像分析模块￠4)连接俯视摄像机(51)、仰视摄像机(52)和侧视摄像机(53)，所述的驱动控制模块￠3)连接X 步进电机(4x6)、y步进电机(4y6)和z步进电机(4z6)。
10.一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量方法，其特征在于，采用权利要求I所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，具体步骤为第一步将试样板粘贴在试样台(I)的上面或下面，并将昆虫或小型动物放置到试样板上；以显微摄像系统(5)实时观测昆虫或小型动物在试样板上的位置；由测力机构(2) 的测得昆虫或小型动物在试样台中心的重力和爬行时的振动；由测力机构精准测量并计算试样板上昆虫或小型动物垂直位移Az，由位置参数修正昆虫或小型动物的质量m ;第二步通过三轴移动机构(4)和爬附力机构(3)干扰昆虫或小型动物，由所述爬附力机构(3)测量水平拨动时的拨动力值F或由测力机构(2)测量垂直拨动时的拨动力值F，并通过显微摄像系统(5)观测昆虫或小型动物的位置、步态和接触状态，待昆虫或小型动物失衡时，爬附力机构(3)复位；第三步实施地记录第一步和第二步所得的位置参数、果蝇的质量值和由所述爬附力机构(3)测得的干扰的拨动力值F，计算昆虫或小型动物的爬附力值Fa。
全文摘要
本发明提供了一种挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置和测量方法。所述的挑针式干扰昆虫或小型动物爬姿及爬附力测量装置，其特征在于，包括试样台、测力机构、用于干扰昆虫或小型动物爬姿的爬附力机构、三轴移动机构以及显微摄像系统，所述的爬附力机构连接三轴移动机构。通过三轴移动机构实现挑针的三维空间移动，继而带动试样台平位和悬位上的昆虫移动，通过测力机构测量实验过程中昆虫受力和垂直方向位移，结合爬附力机构获得昆虫水平方向位移，并由显微摄像系统观察整个实验过程中昆虫的步态和接触情况。本发明具有设计成本低、操作简单、适用性广等特点，可广泛用于昆虫和其他小型动物的行走姿态和爬附力测量。
文档编号G01L5/00GK102589777SQ20121003055
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月11日 优先权日2012年2月11日
发明者于伟东, 刘洪玲, 崔瑞国 申请人:东华大学