自由活动动物实验连接线解旋装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及实验连接线解旋技术领域，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宄。
【背景技术】
[0002] 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。 【实用新型内容】
[0003] (一）要解决的技术问题
[0004] 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。
[0005] 针对上述技术问题，本实用新型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。
[0006] (二）技术方案
[0007] 为达到上述目的，本实用新型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：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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 上述方案中，所述小轴承9为塑料轴承，内径X外径X厚度为20 X 42 X 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X外径X厚度为15X 22X 10mm，大齿 轮1的内孔X外径X厚度为6X 102X 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， 线性度为〇. 1 %，内部装有两个轴承，旋转力矩〈〇. 5mN ? m。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 上述方案中，底盘24采用铝质底盘，长度和宽度为40 X 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34X 34mm，厚度IOmm ;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。
[0017] (三）有益效果
[0018] 本实用新型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，例如，自由活动动物2 个以上脑区独立的光遗传学操作实验；且该装置价格低廉，整套装置生产成本约1700元人 民币左右，批量生产价格更低。
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置的结构示意图；
[0020] 图2是本实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置中传感部分的结构 示意图；
[0021] 图3是本实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置中控制部分的结构 示意图；
[0022] 图4是本实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置中驱动部分的结构 示意图。
[0023] 附图标记：1.大齿轮，2.挡板，3.电位器，4.传感部分支架，5.连接至单片机， 6.玻璃棒，7.小齿轮，8.橡皮塞，9.小轴承，10.待解旋连接线，11.连接至电位器，12.单 片机，13.方向信号，14.脉冲信号，15.接电源，16.连接至步进电机，17.步进电机驱动器， 18.载物台，19.连接至驱动器，20.步进电机，21.伞形齿轮，22.支撑柱，23.大轴承，24.底 盘，25.动物实验平台。
【具体实施方式】
[0024] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并 参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
[0025] 本实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置，采用的基本原理为：通过 感应装置及单片机控制装置来检测连接线打圈缠绕的螺旋程度及方向，并实时地通过单片 机控制步进电机驱动承载自由活动实验动物的载物台整体向连接线打圈缠绕的反方向转 动，从而达到连接线解旋的目的。
[0026] 如图1所示，本实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置包括三个部 分，分别为传感部分、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，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。控制