用于训练实验鼠的自动跑轮装置.pdf

《用于训练实验鼠的自动跑轮装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于训练实验鼠的自动跑轮装置.pdf（10页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020265102.7 (22)申请日 2020.03.05 (73)专利权人 中国科学院深圳先进技术研究院 地址 518000 广东省深圳市南山区西丽深 圳大学城学苑大道1068号 (72)发明人 胡耀中詹阳 (74)专利代理机构 北京维正专利代理有限公司 11508 代理人 何星民 (51)Int.Cl. A01K 15/02(2006.01) G05B 19/04(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种用于训练实验鼠的。

2、自动跑轮装置 (57)摘要 本实用新型一种用于训练实验鼠的自动跑 轮装置， 包括底座和跑轮， 跑轮呈竖直中空状设 置， 实验鼠放置于跑轮内， 跑轮内设置有奖励给 液臂， 奖励给液臂端部设置有供实验鼠舔舐的奖 励给液管口， 奖励给液管口相邻跑轮底壁设置且 位于实验鼠前进方向的斜上方， 跑轮与底座转动 配合且跑轮可绕自身轴线方向做定轴转动， 跑轮 装置还包括有驱动装置,驱动装置包括用于抵接 传动或抵接锁定跑轮的驱动轮,驱动轮可远离或 靠近跑轮方向位移。 实现了对实验鼠运动意愿激 励、 康复训练、 运动量的量化测量， 并提供了一个 实验鼠小范围运动过程中的观测平台并将以上 功能高度集成， 避免耗费大。

3、量时间和精力， 有效 的提高了实验进度和效率。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 211932006 U 2020.11.17 CN 211932006 U 1.一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 包括底座(1)和跑轮(2)， 所述跑轮(2)呈竖直 中空状设置， 跑轮(2)用于放置实验鼠， 其特征在于， 所述跑轮(2)内设置有奖励给液臂 (16)， 所述奖励给液臂(16)端部设置有供实验鼠舔舐的奖励给液管口(23)， 奖励给液管口 (23)相邻跑轮(2)底壁设置且位于实验鼠前进方向的斜上方， 所述跑轮(2)与底座(1)转动 配合且跑轮(2)可绕自身轴线方向做定轴转动， 跑轮(2)装置。

4、还包括有驱动装置(9),所述驱 动装置(9)包括用于抵接传动或抵接锁定跑轮(2)的驱动轮(20),所述驱动轮(20)可远离或 靠近跑轮(2)方向位移。 2.根据权利要求1所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 所述驱动 装置(9)还包括舵机(18)和机械臂(19)， 所述舵机(18)固定于底座(1)， 所述机械臂(19)一 端连接舵机(18)转轴， 另一端连接有驱动马达， 驱动马达与驱动轮(20)传动连接。 3.根据权利要求2所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 当驱动轮 (20)与跑轮(2)相抵接时， 驱动轮(20)所在平面与跑轮(2)所在平面相平行。 4.。

5、根据权利要求3所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 所述跑轮 (2)与底座(1)之间设置有支撑臂(3)， 所述支撑臂(3)一端固定连接底座(1)， 另一端连接有 水平设置的支架轴(25)， 所述支架轴(25)通过转动轴承(26)与跑轮(2)转动配合。 5.根据权利要求1或4所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 所述 跑轮(2)包括跑轮盘(13)和跑轮盖(14)， 跑轮盘(13)内用于放置实验鼠， 所述跑轮盘(13)与 跑轮盖(14)可拆卸连接。 6.根据权利要求5所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 自动跑轮 装置还包括控制器， 所述跑轮盘。

6、(13)内设置有光电码盘(15)， 所述光电码盘(15)包括码盘 (21)和光电测速模块(22)， 所述码盘(21)与跑轮盘(13)固定连接且呈同轴设置， 奖励给液 臂(16)固定于支架轴(25)， 所述光电测速模块(22)固定连接于奖励给液臂(16)， 光电测速 模块(22)电连接控制器， 控制器电连接舵机(18)。 7.根据权利要求6所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 所述奖励 给液管口(23)还设置有震动传感器(24)， 震动传感器(24)电连接控制器， 控制器电连接舵 机(18)。 8.根据权利要求7所述的一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 其特征在于， 所述跑轮 。

7、(2)内还设置有用于整理线束的束线环(17)， 所述束线环(17)固定连接于支架轴(25)， 所述 跑轮盖(14)中间开设有透气开孔(27)。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211932006 U 2 一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置 技术领域 0001 本实用新型涉及医学实验器械技术领域， 尤其是涉及一种用于训练实验鼠的自动 跑轮装置。 背景技术 0002 目前， 在全球范围内， 有至少十分之一的人口正饱受神经精神疾病的困扰， 每年由 此产生的医疗花费高达数万亿美元。 神经精神疾病发病率的不断增高， 不仅给患者和社会 造成了沉重的负担， 同时也对这些疾病的治疗和研究带来了前所未有的挑战。。

8、 在此背景下， 脑科学已成为当今国际科学研究的热点之一。 在脑科学研究中， 人们最常使用的实验动物 是小鼠和大鼠 （以下简称实验鼠） 。 对实验鼠进行行为学实验并观察实验鼠的行为方式是一 种重要的脑科学研究方法。 有一些行为学实验需要实验鼠按某种特定的方式进行运动， 这 就需要对实验鼠进行一定的训练， 例如在某些实验中需要实验鼠有较强的运动意愿来配合 实验而不是在原地不动， 典型的是旷场实验、 在虚拟现实系统中的浮球上进行的实验等。 在 这些实验中， 实验鼠有良好的运动积极性是至关重要的。 0003 另外， 一些实验鼠在进行手术或者某些原因受伤后需要一个恢复过程， 通常是通 过鼓励运动加快实验。

9、鼠的恢复， 这一过程可以认定为康复训练。 好的康复训练可以加快实 验进度， 提升实验效率。 此外在一些行为学实验中需要对实验鼠的运动意愿、 运动能力等进 行定量的检测与分析， 这就需要一个量化的标准来进行衡量， 这一方面可以被认为是进行 行为检测。 还有一些实验需要在实验鼠能在较为有限的空间范围内运动， 以提供一个相对 较为稳定的观测对象方便检测。 实验鼠在这一空间中还需有一定的活动自由， 这样实验测 得的数据才有意义。 0004 现有的行为学实验装置大多笨重而简单， 大多都只能满足上述的几个应用方面的 一个， 而对于培养实验鼠的运动积极性和进行实验鼠的康复训练这类的设备基本没有， 更 没有一。

10、个很好的集成装置能将以上各个方面的要求满足， 更多的是需要人工的参与。 实验 人员需要耗费大量的时间和精力， 科研成本大大升高， 而且进度和效率会大大降低。 实用新型内容 0005 针对现有技术存在的不足， 本实用新型的目的在于提供一种用于训练实验鼠的自 动跑轮装置该自动跑轮装置通过装置集成， 能够有效满足多个方面的实验需求， 避免耗费 大量时间和精力， 有效的提高了实验进度和效率。 0006 为实现上述目的， 本实用新型提供了如下技术方案： 一种用于训练实验鼠的自动 跑轮装置， 包括底座和跑轮， 所述跑轮呈竖直中空状设置， 实验鼠放置于跑轮内， 所述跑轮 内设置有奖励给液臂， 所述奖励给液臂。

11、端部设置有供实验鼠舔舐的奖励给液管口， 奖励给 液管口相邻跑轮底壁设置且位于实验鼠前进方向的斜上方， 所述跑轮与底座转动配合且跑 轮可绕自身轴线方向做定轴转动， 跑轮装置还包括有驱动装置,所述驱动装置包括用于抵 接传动或抵接锁定跑轮的驱动轮,所述驱动轮可远离或靠近跑轮方向位移。 说明书 1/5 页 3 CN 211932006 U 3 0007 通过采用上述技术方案， 实现了对实验鼠运动意愿激励、 康复训练、 运动量的量化 测量， 并提供了一个实验鼠小范围运动过程中的观测平台并将以上功能高度集成， 避免耗 费大量时间和精力， 有效的提高了实验进度和效率 ， 在具体实验时， 将实验鼠放置在跑轮 。

12、内， 通过驱动轮抵接传动跑轮绕自身轴线方向定轴转动， 使得实验鼠所处位置为头部朝下 的一个坡度上， 受到重力原因以及前方奖励液的诱惑， 实验鼠本能的向前爬动， 而跑轮与底 座之间为转动配合， 即实验鼠处于跑轮最低端的位置， 当实验鼠持续向前 （奖励液） 方向爬 动时， 跑轮发生转动， 使得实验鼠始终处于跑轮最低端的位置， 当实验鼠运动一段时间之 后， 通过驱动轮抵接锁定跑轮， 此时， 实验鼠向前爬动， 而跑轮与底座之间无法发生相对转 动， 使得实验鼠在爬到相对较高的位置之后能够舔舐或者啃咬奖励给液管口， 完成一次奖 励， 当舔舐或者啃咬一段时间之后， 可以再一次的调整驱动轮与跑轮之间的位置关系。

13、， 灵活 的选择抵接传动、 抵接锁定或者两者分离互不干扰三种不同的状态， 达到灵活控制实验鼠 运动的目的， 进而高效的完成相关的实验。 0008 进一步的， 所述驱动装置还包括舵机和机械臂， 所述舵机固定于底座， 所述机械臂 一端连接舵机转轴， 另一端连接有驱动马达， 驱动马达与驱动轮传动连接。 0009 通过采用上述技术方案， 舵机控制机械臂， 机械臂带动驱动轮进行位置移动， 而驱 动轮是否转动则有驱动马达进行控制， 驱动方式简单直接， 便于灵活的选择调节， 进而适配 于不同的实验场景。 0010 进一步的， 当驱动轮与跑轮相抵接时， 驱动轮所在平面与跑轮所在平面相平行。 0011 通过采用。

14、上述技术方案， 驱动轮所在平面与跑轮所在平面相平行的结构设置一方 面有利于提高抵接传动的效率， 避免两者之间发生打滑的现象， 另一方面在进行跑轮锁定 时， 有利于提高锁定时跑轮的稳定性。 0012 进一步的， 所述跑轮与底座之间设置有支撑臂， 所述支撑臂一端固定连接底座， 另 一端连接有水平设置的支架轴， 所述支架轴通过转动轴承与跑轮转动配合。 0013 通过采用上述技术方案， 支撑臂的设置使得跑轮能够悬至于底座上方， 通过支架 轴以及转动轴承进行连接配合， 传动方式简单直接， 便于结构灵活装配。 0014 进一步的， 所述跑轮包括跑轮盘和跑轮盖， 跑轮盘内用于放置实验鼠， 所述跑轮盘 与跑轮。

15、盖可拆卸连接。 0015 通过采用上述技术方案， 分体可拆卸设置的跑轮便于实验鼠的放置以及装置的清 洗。 0016 进一步的， 自动跑轮装置还包括控制器， 所述跑轮盘内设置有光电码盘， 所述光电 码盘包括码盘和光电测速模块， 所述码盘与跑轮盘固定连接且呈同轴设置， 奖励给液臂固 定于支架轴， 所述光电测速模块固定连接于奖励给液臂， 光电测速模块电连接控制器， 控制 器电连接舵机。 0017 通过采用上述技术方案， 光电码盘的设置可用于检测跑轮的运动状态， 在实际检 测时， 码盘随着跑轮同步转动， 光电测速模块则保持相对固定， 进而通过光电测速模块将对 应信号反馈至控制器， 反馈信号与控制器预设。

16、值进行比较， 再由控制器控制舵机进行相对 应的运动。 0018 进一步的， 所述奖励给液管口还设置有震动传感器， 震动传感器电连接控制器， 控 制器电连接舵机。 说明书 2/5 页 4 CN 211932006 U 4 0019 通过采用上述技术方案， 震动传感器用于感应奖励给液管口的震动， 从而检测实 验鼠是否在进行舔舐或者啃咬， 并将震动信号反馈至控制器， 反馈信号与控制器预设值进 行比较， 再由控制器控制舵机进行相对应的运动。 0020 进一步的， 所述跑轮内还设置有用于整理线束的束线环， 所述束线环固定连接于 支架轴， 所述跑轮盖中间开设有透气开孔。 0021 通过采用上述技术方案， 。

17、将线束整理之后嵌设于束线环内， 进而确保跑轮内部的 运动环境， 避免线束与实验鼠之间的运动产生干涉， 提高检测的准确度， 线束可以通过透气 开孔伸入， 便于安装。 0022 与现有技术相比， 本实用新型的优点是： 实现了对实验鼠运动意愿激励、 康复训 练、 运动量的量化测量， 提供了一个实验鼠小范围运动过程中的观测平台并将以上功能高 度集成。 附图说明 0023 图1为本实用新型的整体结构示意图； 0024 图2为本实用新型的整体结构示意图， 主要用于体现跑轮内部的相关结构； 0025 图3为本实用新型的局部结构示意图， 主要用于体现光电码盘、 奖励给液臂以及震 动传感器。 0026 附图标记。

18、： 1、 底座； 2、 跑轮； 3、 支撑臂； 4、 电源开关； 5、 功能键； 6、 USB插孔； 7、 B型 USB插孔； 8、 BNC插孔； 9、 驱动装置； 10、 显示屏； 11、 奖励液输入管； 12、 电源线； 13、 跑轮盘； 14、 跑轮盖； 15、 光电码盘； 16、 奖励给液臂； 17、 束线环； 18、 舵机； 19、 机械臂； 20、 驱动轮； 21、 码盘； 22、 光电测速模块； 23、 奖励给液管口； 24、 震动传感器； 25、 支架轴； 26、 轴承； 27、 透气 开孔。 具体实施方式 0027 下面结合附图和实施例， 对本实用新型进行详细描述。 0028。

19、 如图1和图2所示， 一种用于训练实验鼠的自动跑轮装置， 包括底座1和跑轮2， 底座 1上竖直连接有一支撑臂3， 支撑臂3下端固定连接底座1， 上端水平固定有一支架轴25， 支架 轴25一端穿设跑轮2且延伸至其内部， 在支架轴25上套设有转动轴承26， 转动轴承26与跑轮 2保持同轴， 且轴承26穿设跑轮2轮轴中心， 转动轴承26外环与跑轮2相固定， 通过支架轴25 以及转动轴承26的设置实现跑轮2与底座1上支撑臂3的转动配合， 跑轮2整体呈竖直中空 状， 实验鼠放置于跑轮2内， 跑轮2内设置有奖励给液臂16， 奖励给液臂16一端固定连接支架 轴25上， 另一端沿着跑轮2轴向向外延伸， 在奖励。

20、给液臂16内放置有奖励液， 奖励液通常为 水或乳液或蔗糖溶液， 在奖励给液臂16背对支架轴25一端端部设置有供实验鼠舔舐的奖励 给液管口23， 奖励给液管口23相邻跑轮2底壁设置且位于实验鼠前进方向的斜上方位置。 0029 在底座1上表面还设置有电源开关4、 功能键5、 USB插孔6、 B型USB插孔7、 BNC插孔8、 显示屏10； 显示屏10用来显示设备的各种信息； 电源开关4用于控制整个装置的通电； 各个 功能键5用于选择设备需要执行的相应功能以及参数的调节。 USB插孔6、 B型USB插孔7、 BNC 插孔8用于与其他设备的连接和通讯。 0030 驱动装置9包括舵机18、 机械臂19以。

21、及驱动轮20。 舵机18固定在底座1上， 所述机械 说明书 3/5 页 5 CN 211932006 U 5 臂19的一端固定在舵机18转轴上， 机械臂19另一端设有驱动马达 （图中未示出） 。 驱动轮20 与驱动马达的转动端连接， 驱动轮20所在的平面与跑轮2所在平面相平行。 0031 驱动装置9中的舵机18可以驱动机械臂19绕舵机18转轴转动。 机械臂19中的驱动 马达可以带动驱动轮20转动。 在舵机18的驱动下， 机械臂19上的驱动轮20可以靠近跑轮盘 13， 也可以远离跑轮盘13而不对其自由转动产生任何干扰。 驱动轮20靠近跑轮盘13， 直至驱 动轮20与跑轮盘13接触， 此时若驱动马。

22、达转动则驱动轮20可以驱动跑轮盘13转动； 若此时 将驱动马达锁死， 则跑轮盘13也将锁死不能转动。 优选的， 驱动轮20表面采用摩擦力较大而 且较软的橡胶材料， 以提升传动效率和稳定性、 减少跑轮盘13的形变、 提升使用寿命。 采用 这种可以完全分离式的传动方式可以完全消在跑轮2自由转动时， 传动装置对跑轮2转动流 畅性的影响， 减小其自由转动阻力。 因为对于实验鼠特别是小鼠， 由于其力量有限， 因此即 使很小的阻力也可能会对小鼠的跑动流畅性和运动积极性产生影响。 0032 跑轮2包括跑轮盘13和跑轮盖14， 跑轮盘13内用于放置实验鼠， 跑轮盖14采用透明 的塑料， 以便观察实验鼠的运动状。

23、况， 跑轮盘13与跑轮盖14可拆卸连接。 跑轮盘13可以绕轴 自由转动， 跑轮盖14安装在跑轮盘13的开口面处， 跑轮盘13与跑轮盖14之间具体的可拆卸 连接方式为通过螺纹旋紧连接， 在跑轮盖14中间开有圆形透气开孔27， 透气开孔27也可用 来传导用于在体观测、 记录实验鼠数据的线缆。 0033 结合图3所示， 在底座1内设置有控制器 （图中未示出） ， 跑轮盘13内设置有光电码 盘15， 光电码盘15包括有码盘21和光电测速模块22两部分， 码盘21与跑轮盘13固定连接且 呈同轴设置， 奖励给液臂16固定于支架轴25， 光电测速模块22固定连接于奖励给液臂16， 光 电测速模块22电连接控。

24、制器， 控制器电连接舵机18。 光电码盘15的设置可用于检测跑轮2的 运动状态， 在实际检测时， 码盘21可以随着跑轮2同步转动， 光电测速模块22则保持相对固 定， 进而通过光电测速模块22将对应信号反馈至控制器， 反馈信号与控制器预设值进行比 较， 再由控制器控制舵机18进行相对应的运动。 0034 在奖励给液管口23还设置有震动传感器24， 震动传感器24电连接控制器， 控制器 电连接舵机18。 震动传感器24用于感应奖励给液管口23的震动， 从而检测实验鼠是否在进 行舔舐或者啃咬， 并将震动信号反馈至控制器， 控制器接收震动传感器24的输出信号并判 定该信号的持续时间， 将该持续时间与。

25、控制器预设时间值比较， 当输出信号的持续时间大 于控制器预设时间值时， 控制器控制舵机18， 通过舵机18驱动机械臂19带动驱动轮20远离 跑轮盘13， 直至两者分离， 一次奖励完成。 0035 跑轮2内还设置有用于整理线束的束线环17， 束线环17固定连接于支架轴25， 束线 环17采用柔性材料， 中间断开， 方便线束整理之后嵌设于束线环17内。 0036 在支撑臂3一侧设置有奖励液输入管11， 奖励液输入管11用来盛装奖励液， 奖励液 输入管11与奖励给液臂16相连通， 便于及时补充奖励液， 输入管管壁采用透明材质并标有 刻度， 以便测量奖励液量。 0037 上述用于训练实验鼠的自动跑轮装。

26、置的具体控制方法步骤如下： 0038 S0001： 打开跑轮盖14， 将实验鼠放置于跑轮2内， 通过舵机18驱动机械臂19带动驱 动轮20靠近跑轮盘13， 直至驱动轮20抵接跑轮盘13外壁， 驱动轮20抵接传动跑轮盘13逆时 针方向转动30至90度， 转动后实验鼠头部朝下， 实验鼠向前跑动的同时带动跑轮2转动， 跑 轮盘13逆时针方向转动方式为间歇转动， 单次的转动角度为15至30度， 总转动角度为90度， 说明书 4/5 页 6 CN 211932006 U 6 转动间歇时间为1至2秒。 实验鼠爬动的过程可以与跑轮2被驱动轮20驱动转动的过程同时 进行， 通过设置1至2秒时间间隔， 给予充分。

27、的时间让实验鼠能够向前爬动一段距离， 从而训 练带动实验鼠保持一定速度向前爬行； 0039 S0002： 当驱动轮20带动跑轮盘13完成转动后， 通过舵机18驱动机械臂19带动驱动 轮20远离跑轮盘13， 直至两者分离， 实验鼠开始自由跑动； 0040 S0003： 通过跑轮2内的光电码盘15检测跑轮2是否保持运动状态， 光电测速模块22 输出单位时间t内的平均角速度信号反馈至控制器， 单位时间t为10秒至60秒， 实验优选20 秒或30秒， 控制器接收光电测速模块22输出的平均角速度信号， 将该输出的平均角速度信 号与控制器预设平均角速度值R比较， 控制器预设平均角速度值R为2.25rad/。

28、s， 当输出信号 小于控制器预设平均角速度值时， 则重复上述步骤S0001中舵机18的驱动动作； 0041 S0004： 通过光电码盘15检测实验鼠是否运动足量， 光电测速模块22输出圈数信号 反馈至控制器， 控制器接收光电测速模块22的输出信号， 将该输出圈数信号与控制器预设 圈数值A比较， 控制器预设圈数值A为10， 当输出圈数信号大于控制器预设圈数值A时， 则给 予实验鼠一次奖励， 控制器控制舵机18， 舵机18驱动机械臂19带动驱动轮20靠近跑轮盘13， 直至驱动轮20抵接跑轮盘13外壁， 此时锁定驱动轮20， 进而锁定跑轮2， 实验鼠可以爬至跑 轮2内较高的位置， 从而通过舔舐或者啃。

29、咬奖励给液管口23的方式获的奖励液， 奖励液为 水、 蔗糖溶液或者乳液； 0042 S0005： 通过奖励给液管口23的震动传感器24检测实验鼠舔舐或者啃咬时间， 震动 传感器24输出信号反馈至控制器， 控制器接收震动传感器24的输出信号并判定该信号的持 续时间， 将该持续时间与控制器预设时间值T比较， 控制器预设时间值T为3秒， 当输出信号 的持续时间大于控制器预设时间值T时， 控制器控制舵机18， 通过舵机18驱动机械臂19带动 驱动轮20远离跑轮盘13， 直至两者分离， 一次奖励完成， 并开始重新计算圈数。 0043 与现有技术相比， 本实用新型的优点是： 实现了对实验鼠运动意愿激励、 。

30、康复训 练、 运动量的量化测量， 并提供了一个实验鼠小范围运动过程中的观测平台并将以上功能 高度集成， 避免耗费大量时间和精力， 有效的提高了实验进度和效率， 通过不断的调整驱动 轮20与跑轮2之间的位置关系， 灵活的选择抵接传动、 抵接锁定或者两者分离互不干扰三种 不同的状态， 达到灵活控制实验鼠运动的目的， 进而高效准确的完成相关实验数据的测量。 0044 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式， 本实用新型的保护范围并不仅局限于 上述实施例， 凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。 应当指 出， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和 润饰， 这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 说明书 5/5 页 7 CN 211932006 U 7 图1 说明书附图 1/3 页 8 CN 211932006 U 8 图2 说明书附图 2/3 页 9 CN 211932006 U 9 图3 说明书附图 3/3 页 10 CN 211932006 U 10 。