用于小型动物运动控制的电刺激系统及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于小型动物运动控制的电刺激系统，其包括：用于调节刺激参数的上位机模块；用于输出电刺激信号的多通道电刺激模块；用于将计算机与该电刺激模块相连接的USB dongle模块；该上位机模块与USB dongle模块通过串口通讯连接，该USB dongle模块与多通道电刺激模块通过无线通讯连接，该多通道电刺激模块的输出端与电极一端相连，电极另一端作用于目标动物的相应功能区。本发明具有如下的有益效果：输出通道数量可根据使用者的实际需求决定且允许多通道同时输出；输出脉冲参数可根据使用者的实际需求决定且实时可调，通过上位机参数调节模块实现；电源模块选用钮扣电池以使刺激器足够轻巧，保证不会给目标动物造成过大负担。
【专利说明】
用于小型动物运动控制的电刺激系统及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于小型动物运动控制的电刺激系统及其使用方法，属于神经科学技术领域。
【背景技术】
[0002]电子动物(cyborg)指利用动物体的运动机能，动力供应体制，从动物运动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，涉及电子信息技术，微纳技术，生物科学技术等领域。通过在目标动物相应感觉神经区植入电极后进行电刺激训练，其将能够有效地接收并翻译控制信号，最终完成预期的动作。生物机器人较普通机器人在能源供给，运动灵活性，机动性和适应性方面有明显优势，可胜任移动机器人、生物传感器等工作，完成诸多复杂环境下的艰巨任务。目前对生物机器人的控制一般通过遥控操作实现。
[0003]经检索并未发现能够实现小型动物运动控制的电刺激系统的相关专利。中国专利CN104324446A-“大鼠颅脑电刺激装置及其电极固定座”解决了为大鼠植入电极易脱落及难以控制插入深度的问题且主要用于医学领域偏头痛的研究，这与实现生物机器人运动控制的目标并不一致。其他大量已公开的电刺激器发明专利都是针对于人体开发而非生物机器人。
【发明内容】
[0004]发明针对现有技术中存在的空白，提供了一种适用于小型动物运动控制的电刺激系统。是一种参数实时可调的多通道小型电刺激器系统，可专门用于小型动物体脑部相应感觉神经区的刺激。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]第一方面，本发明提供了一种用于小型动物运动控制的电刺激系统，其包括:
[0007]用于调节电刺激参数的上位机模块；
[0008]用于根据电刺激参数输出电刺激信号的多通道电刺激模块；
[0009]上位机模块通过USBdongle模块将刺激参数传输给多通道电刺激模块；
[0010]所述上位机模块与USB dongle模块通过串口通讯连接，所述USB dongle模块与多通道电刺激模块通过无线通讯连接，所述多通道电刺激模块的输出端与电极一端相连，电极另一端作用于目标动物的相应功能区。
[0011 ]作为优选方案，所述上位机模块包括如下任一种模块:
[0012]-串口检索及连接模块；
[0013]-蓝牙检索及连接模块；
[0014]-参数调节模块；
[0015]-参数确认模块；
[0016]-运行日志打印模块；
[0017]所述串口检索及连接模块用于查找所连接的USBdongle模块，所述蓝牙检索及连接模块用于和多通道电刺激模块进行连接，所述参数调节模块用于调节多通道电刺激模块的输出信号参数，所述参数确认模块用于发送最终的刺激脉冲，所述运行日志打印模块用于显示各个操作的状态。
[0018]作为优选方案，所述多通道电刺激模块包括主控芯片模块、电源模块、稳压模块、数字电位器、输出模块、下载模块及指示灯模块，电源模块用于提供电源，稳压模块、下载模块及指示灯模块均独立地与主控芯片模块直接连接;数字电位器输入端与主控芯片模块连接，输出端与输出模块连接。
[0019]作为优选方案，所述输出模块的输出通道数量为四路。
[°02°]作为优选方案，所述下载模块中采用5pin、间距为1.27mm的排母。
[0021]作为优选方案，所述多通道电刺激模块设置有贴片LED灯。
[0022]作为优选方案，所述无线通讯连接为蓝牙连接或红外连接。
[0023]作为优选方案，所述电刺激参数包括脉冲频率、脉冲幅值、脉冲宽度及脉冲持续时间。
[0024]第二方面，本发明还提供了一种如前述的用于小型动物运动控制的电刺激系统的使用方法，其包括如下步骤:
[0025]SI:将USB Dongle模块与上位机模块连接，并启动运行日志打印模块，显示连接结果;
[0026]S2:启动多通道电刺激模块，将多通道电刺激模块与USB Dongle模块进行无线连接，并启动运行日志打印模块，显示连接结果；
[0027]S3:在上位机模块中设定电刺激参数，并通过多通道电刺激模块进行电刺激输出；
[0028]S4:对电刺激效果与预期动作进行比较，若电刺激效果与预期动作不符，则重新调整电刺激参数，直至电刺激效果与预期动作相符为止，记录相应的电刺激参数。
[0029]本发明的工作原理为:使用者通过上位机的串口检索及连接模块来让计算机与USBDongle建立连接，通过蓝牙检索及连接模块让USB Dongle与电刺激器建立连接，通过参数调节与确认模块调节刺激参数。USB Dongle将在上位机界面中选择的参数无线传送给电刺激器，电刺激器接收到信号后以相应的参数进行脉冲输出并且返回是否成功，同时输出结果由上位机的运行日志打印模块打印显示。最终实现输出电压的脉宽、频率、幅值、持续时间可调，刺激信号通过电极传导至目标动物相应感觉神经区并最终实现运动控制。
[0030]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0031]1、输出通道数量可根据使用者的实际需求决定且允许多通道同时输出；
[0032]2、输出脉冲参数可根据使用者的实际需求决定且实时可调，通过上位机参数调节丰吴块实现；
[0033]3、电源模块选用钮扣电池以使刺激器足够轻巧，保证不会给目标动物造成过大负担；
[0034]4、下载模块采用5pin、间距为1.27mm的排母以有效缩小电刺激器的体积。
【附图说明】
[0035]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0036]图1为本发明系统组成框图；
[0037]图2为电刺激器主控芯片结构图；
[0038]图3为电刺激器电源模块结构图；
[0039]图4为电刺激器稳压模块结构图；
[0040]图5为电刺激器数字电位器结构图；
[0041 ]图6为电刺激器输出模块结构图；
[0042]图7为电刺激器下载模块结构图；
[0043]图8为电刺激器指示灯模块结构图。
【具体实施方式】
[0044]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0045]本发明提供了一种用于小型动物运动控制的电刺激系统，如图1所示，其包括:
[0046]用于调节电刺激参数的上位机模块；
[0047]用于根据电刺激参数输出电刺激信号的多通道电刺激模块；
[0048]上位机模块通过USBdongle模块将刺激参数传输给多通道电刺激模块；
[0049]所述上位机模块与USB dongle模块通过串口通讯连接，所述USB dongle模块与多通道电刺激模块通过无线通讯连接，所述多通道电刺激模块的输出端与电极一端相连，电极另一端作用于目标动物的相应功能区。
[0050]作为优选方案，所述上位机模块包括如下任一种模块:
[0051 ]-串口检索及连接模块；
[0052]-蓝牙检索及连接模块；
[0053]-参数调节模块；
[0054]-参数确认模块；
[0055]-运行日志打印模块；
[0056]所述串口检索及连接模块用于查找所连接的USBdongle模块，所述蓝牙检索及连接模块用于和多通道电刺激模块进行连接，所述参数调节模块用于调节多通道电刺激模块的输出信号参数，所述参数确认模块用于发送最终的刺激脉冲，所述运行日志打印模块用于显示各个操作的状态。
[0057]作为优选方案，所述多通道电刺激模块包括主控芯片模块(如图2所示)、电源模块(如图3所示)、稳压模块(如图4所示)、数字电位器(如图5所示)、输出模块(如图6所示)、下载模块(如图7所示)及指示灯模块(如图8所示)，电源模块用于提供电源，稳压模块、下载模块及指示灯均独立地与主控芯片模块直接连接;数字电位器输入端与主控芯片模块连接，输出端与输出模块连接。
[0058]作为优选方案，所述输出模块的输出通道数量为四路。
[0059]作为优选方案，所述下载模块中采用5pin、间距为1.27mm的排母。
[0060]作为优选方案，所述多通道电刺激模块设置有贴片LED灯。
[0061 ]作为优选方案，所述无线通讯连接为蓝牙连接或红外连接。
[0062]作为优选方案，所述电刺激参数包括脉冲频率、脉冲幅值、脉冲宽度及脉冲持续时间。
[0063]第二方面，本发明还提供了一种如前述的用于小型动物运动控制的电刺激系统的使用方法，其包括如下步骤:
[0064]SI:将USB Dongle模块与上位机模块连接，并启动运行日志打印模块，显示连接结果;
[0065]S2:启动多通道电刺激模块，将多通道电刺激模块与USB Dongle模块进行无线连接，并启动运行日志打印模块，显示连接结果；
[0066]S3:在上位机模块中设定电刺激参数，并通过多通道电刺激模块进行电刺激输出；
[0067]S4:对电刺激效果与预期动作进行比较，若电刺激效果与预期动作不符，则重新调整电刺激参数，直至电刺激效果与预期动作相符为止，记录相应的电刺激参数。
[0068]更具体地，可通过如下优选的方式使用所述用于小型动物运动控制的电刺激系统:
[0069]1、将USB Dongle通过USB端口与计算机连接，在上位机界面的串口检索及连接模块中通过Com Port下拉菜单选择USB Dongle相对应的Com Port，点击Connect按钮进行连接，运行日志打印模块将会显示连接结果；
[0070]2、打开电刺激器开关，在上位机界面的蓝牙检索及连接模块中点击Scan按钮，当USB Dongle检索到电刺激器的蓝牙地址并将其显示于BlueToothAddr后点击Connect按钮使得USB Dongle与电刺激器通过蓝牙无线通讯协议建立连接，运行日志打印模块将会显示连接结果；
[0071]3、在上位机界面的参数调节模块中通过下拉菜单选择相应输出通道的刺激参数，包括脉冲频率、脉冲幅值、脉冲宽度及脉冲持续时间；
[0072]4、在上位机界面的参数确认模块中分别点击Confirm Frequency、Confirm PWM、Confirm Amplitude、Confirm Durat1n按钮将上一步中选择的四路输出通道的刺激参数进行确认，最终点击Stimulate按钮通过电刺激器将脉冲进行输出，运行日志打印模块将会显示脉冲输出结果；
[0073]若电刺激效果与预期动作不符，也可通过参数调节模块和参数确认模块即时调整刺激参数并进行重新输出直到符合刺激效果。
[0074]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，包括: 用于调节电刺激参数的上位机模块； 用于根据电刺激参数输出电刺激信号的多通道电刺激模块； 上位机模块通过USB dongle模块将刺激参数传输给多通道电刺激模块； 所述上位机模块与USB dongle模块通过串口通讯连接，所述USB dongle模块与多通道电刺激模块通过无线通讯连接，所述多通道电刺激模块的输出端与电极一端相连，电极另一端作用于目标动物的相应功能区。2.如权利要求1所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述上位机模块包括如下任一种模块: -串口检索及连接模块； -蓝牙检索及连接模块； -参数调节模块； -参数确认模块； -运行日志打印模块； 所述串口检索及连接模块用于查找所连接的USB dongle模块，所述蓝牙检索及连接模块用于和多通道电刺激模块进行连接，所述参数调节模块用于调节多通道电刺激模块的输出信号参数，所述参数确认模块用于发送最终的刺激脉冲，所述运行日志打印模块用于显示各个操作的状态。3.如权利要求1所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述多通道电刺激模块包括主控芯片模块、电源模块、稳压模块、数字电位器、输出模块、下载模块及指示灯模块，电源模块用于提供电源，稳压模块、下载模块及指示灯模块均独立地与主控芯片模块直接连接;数字电位器输入端与主控芯片模块连接，输出端与输出模块连接。4.如权利要求3所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述输出模块的输出通道数量为四路。5.如权利要求3所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述下载模块中采用5pin、间距为1.27mm的排母。6.如权利要求1、3或4所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述多通道电刺激模块设置有贴片LED灯。7.如权利要求1所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述无线通讯连接为蓝牙连接或红外连接。8.如权利要求1所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统，其特征在于，所述电刺激参数包括脉冲频率、脉冲幅值、脉冲宽度及脉冲持续时间。9.一种如权利要求1?8中任意一项所述的用于小型动物运动控制的电刺激系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤: SI:将USB Dongle模块与上位机模块连接，并启动运行日志打印模块，显示连接结果；S2:启动多通道电刺激模块，将多通道电刺激模块与USB Dongle模块进行无线连接，并启动运行日志打印模块，显示连接结果； S3:在上位机模块中设定电刺激参数，并通过多通道电刺激模块进行电刺激输出； S4:对电刺激效果与预期动作进行比较，若电刺激效果与预期动作不符，则重新调整电 刺激参数，直至电刺激效果与预期动作相符为止，记录相应的电刺激参数。
【文档编号】A61N1/36GK105879222SQ201610204212
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】张定国, 章若凡, 徐阳
【申请人】上海交通大学