鱼类行为与神经观察和研究装置制造方法
【专利摘要】本新型公开了一种鱼类行为与神经观察和研究装置。在养鱼箱的一侧安装侧面摄像机，另一侧设置安装支架。安装支架上安装顶面摄像机、刺激控制器、转动臂角度控制步进电机、转动臂、转动臂固定支架。在转动臂的支撑A臂和B臂上分别安装刺激水平移动控制装置，在水平移动装置上安装刺激高度控制步进电机，刺激高度控制步进电机上连接高度控制连接线，高度控制连接线连接刺激作用点，刺激作用点上安装刺激组合。刺激组合包括声音、光、电、药物刺激。计算机对摄像机和刺激控制器进行控制。对鱼类行为与神经更有广度和深度的认知在人类生命科学领域研究有重大作用。
【专利说明】鱼类行为与神经观察和研究装置
一、【技术领域】
[0001]本实用新型涉及动物生命科学领域，属动物行为研究范畴，具体是鱼类行为与神经观察和研究装置及其方法。
二、【背景技术】
[0002]鱼类在生命科学领域研究中广泛用于肿瘤、心血管疾病、眼科疾病、神经系统等各种生理、药理以及其他疾病以及治疗机理研究。鱼类行为的观察装置对于鱼类的研究至关重要，研究装置更趋于多样化。
[0003]中国专利201120049737.4《斑马鱼行为诱发装置》公布了一种斑马鱼的眼动反应和视动反应行为学数据分析系统。中国专利201210064120.9《海洋牧场鱼类声音行为控制器》公布了一种在海洋牧场对鱼类声音行为控制系统。中国专利201120237172.2《一种宠物鱼游泳行为的诱发装置》公布了一种宠物鱼游泳行为诱发装置。中国专利201210100988.X《一种适合研究小型鱼类趋光行为学的装置》公布了一种小型鱼类驱光行为学的研究装置。以上实用新型都只涉及了鱼类的某种单一行为的研究，研究的局限性较大，都没有记录鱼类的三维行为以及对环境的响应。
三、实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是对鱼类行为进行更有广度和深度的研究，特别是鱼类在三维空间的行为记录，提出对鱼类行为进行计算分析的方法，通过声音、光、电、药物对鱼类刺激时的行为反应、结合对鱼类行为计算分析结果，进行鱼类神经研究。
[0005]本实用新型的目的是这样达到的:在养鱼箱的一侧安装侧面摄像机，在养鱼箱的另一侧设置安装支架，安装支架为倒L型，上面为一平台，侧面有一支撑支架。在安装支架上面正对养鱼箱的顶面安装顶面摄像机，在安装支架上安装固定刺激控制器、转动臂角度控制步进电机、转动臂、转动臂固定支架；
[0006]在转动臂的左右两个转动臂支撑臂A臂和转动臂支撑臂B臂上安装左右对称的两个刺激水平移动控制装置，在水平移动装置上分别安装两个刺激高度控制步进电机，刺激高度控制步进电机上连接有高度控制连接线，高度控制连接线分别连接左右两个刺激作用点，左右两个刺激作用点上安装有左右两个刺激组合；
[0007]计算机通过侧面摄像机与计算机连线与侧面摄像机连接、通过顶面摄像机与计算机连线与顶面摄像机连接、通过刺激控制器与计算机连接线与刺激控制器连接。
[0008]在刺激控制器与刺激作用点之间设置有刺激控制连接。
[0009]刺激控制器由刺激控制单片机、通信接口电路、转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路，以及两组刺激控制电路组成。刺激控制单片机与通信接口电路双向连接，刺激控制单片机对转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路，以及两组刺激控制电路进行控制。两组刺激控制电路包括A组刺激控制和B组刺激控制，A组刺激控制由高度步进电机A控制电路、水平移动步进电机A控制电路、输药泵A控制电路、声音刺激A控制电路、光刺激A控制电路组成；B组刺激控制由高度步进电机B控制电路、水平移动步进电机B控制电路、输药泵B控制电路、声音刺激控制电路、光刺激B控制电路组成。
[0010]转动臂从上至下由转动臂齿轮盘、转动臂安装连接孔和转动臂支撑臂组成，转动臂齿轮盘、转动臂安装连接孔和转动臂支撑臂整体连接。转动臂安装连接孔处于转动臂支撑臂和转动臂齿轮盘的中央位置，下端连接转动臂支撑臂，上端连接转动臂齿轮盘。转动臂支撑臂分为左右对称的转动臂支撑臂A臂和转动臂支撑臂B臂。转动臂齿轮盘与安装在转动臂角度控制步进电机上的角度控制齿轮啮合，转动臂通过转动臂固定支架穿过转动臂安装连接孔安装到安装支架上。
[0011]转动臂固定支架为带外丝螺纹的筒形结构，在筒形结构的下方连接有转动臂支撑面，在筒形结构的中央部分开有顶面摄像机安装孔，转动臂固定支架穿过转动臂安装连接孔，将转动臂支撑在转动臂支撑面上，在筒形结构的上方外侧设有转动臂固定支架安装外丝螺纹，转动臂固定支架安装外丝螺纹与安装支架的转动臂固定支架安装内丝螺纹紧固连接固定在安装支架上。
[0012]刺激水平移动控制装置包括水平移动步进电机转轮、水平移动履带转轮、水平移动履带、水平移动步进电机、水平移动履带转轮支架。水平移动步进电机、水平移动履带转轮支架安装在转动臂支撑臂上，水平移动步进电机转轮固定在水平移动步进电机上，水平移动履带的两端安装在水平移动步进电机转轮和水平移动履带转轮上，并被水平移动步进电机转轮和水平移动履带转轮拉紧，水平移动履带随水平移动步进电机转轮的正向或反向转动而向左或向右移动。
[0013]刺激高度控制步进电机分别安装在左右两个刺激水平移动控制装置的水平移动履带上。刺激高度控制步进电机上端设置有高度控制转轮，高度控制连接线的一端连接在高度控制转轮上，另一端连接刺激作用点。
[0014]刺激控制连线为弹簧状弹性连接线，是多种连线的组合，包括声刺激连接线、光刺激连接数、电刺激连接线、输药泵的输药管连线。
[0015]刺激组合包括声音、光、电、药物刺激，在刺激作用点上安装声刺激的喇叭，光刺激的灯、刺激电极，输药管的出口。光刺激包括红光、蓝光、绿光刺激，所述光刺激A控制电路和光刺激B控制电路中分别设置有红色灯、蓝色灯和绿色灯；声、光刺激的输出做防水设计。
[0016]本实用新型的积极效果是:对鱼类行为进行了更有广度和深度的研究，特别是鱼类在三维空间的行为记录，提出对鱼类行为进行计算分析的方法，通过声音、光、电、药物对鱼类刺激时的行为反应、结合对鱼类行为计算分析结果，进行鱼类神经研究。研究结果在人类生命科学领域研究得到更加广泛、更加实际的应用。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本鱼类行为与神经观察和研究装置的结构示意图。
[0018]图2是安装支架结构示意图。
[0019]图3是转动臂结构示意图。
[0020]图4是转动臂固定支架结构示意图。
[0021]图5是刺激水平移动装置结构示意图。[0022]图6是刺激高度控制步进电机安装示意图。
[0023]图7是刺激控制器结构框图。
[0024]图8是刺激控制器中的单片机电路图。
[0025]图9是刺激控制器中的通信接口电路图。
[0026]图10是转动臂角度控制步进电机、高度控制步进电机、水平控制步进电机控制电路图。
[0027]图11是输药泵控制电路图，图中，MGl是输药泵。
[0028]图12是声音刺激控制电路图。
[0029]图13是光刺激控制电路图。
[0030]图14是电刺激控制电路图。
[0031 ]图中，I养鱼箱，2侧面摄像机，3侧面摄像机与计算机连接线，4计算机，5刺激控制器与计算机连接线，6刺激控制器，7转动臂角度控制步进电机，8安装支架，9转动臂，10转动臂固定支架，11顶面摄像机，12-1、12-2刺激高度控制步进电机，13-1、13-2刺激水平移动控制装置，14-1、14-2刺激控制连线，15-1、15-2高度控制连线，16-1,16-2刺激作用点，17顶面摄像机与计算机连线，27转动臂齿轮盘，28转动臂安装连接孔，29-1转动臂支撑A臂，29-2转动臂支撑B臂，30角度控制齿轮，31固定螺钉孔，32支撑支架，33转动臂固定支架安装内丝螺纹，34转动臂支撑面，35转动臂固定支架安装外丝螺纹，36顶面摄像机安装孔，37转动臂固定区域，38水平移动步进电机转轮，39水平移动履带转轮，40水平移动履带，41水平移动步进电机，42水平移动履带转轮支架，43高度控制转轮。
五、【具体实施方式】
[0032]参见附图1-2。
[0033]本鱼类行为与神经观察和研究装置包括养鱼箱、计算机。在养鱼箱的一侧安装侧面摄像机2，在养鱼箱的另一侧设置安装支架8，安装支架为倒L型，上面为一平台，侧面有一支撑支架32。在安装支架8上面直对养鱼箱的顶面安装顶面摄像机11，在安装支架8上安装固定刺激控制器6、转动臂角度控制步进电机7、转动臂、转动臂固定支架。
[0034]在转动臂上安装左右对称的两个刺激水平移动控制装置13-1、13_2，在水平移动装置上安装左右两个刺激高度控制步进电机12-1、12-2，刺激高度控制步进电机12-1、12-2上连接有高度控制连接线15-1、15-2，高度控制连接线15_1、15_2分别连接左右两个刺激作用点16-1、16-2。左右两个刺激作用点上安装有左右两个刺激组合，分别包括声音、光、电、药物刺激。
[0035]本实施例中，养鱼箱为透明立方体养鱼箱，可由玻璃、有机玻璃等透明材料制作，顶面敞开，其他面密封不透水。与侧面摄像机垂直且离侧面摄像机较近的一侧保持透明，其他三个侧面以及底面涂成白色。侧面摄像机是安装在养鱼箱的侧面的摄像机，拍摄水平方向对准养鱼箱的一侧。侧面摄像机与计算机连接线将侧面摄像机视频数据传送给计算机。顶面摄像机是安装在养鱼箱顶面的摄像机，拍摄方向对准养鱼箱的顶面。顶面摄像机与计算机连线将顶面摄像机数据传送给计算机。侧面摄像机和顶面摄像机选型:杭州海康威视数字技术股份有限公司生产的DS-2CD886MF-E型，计算机选择常规计算机。
[0036]刺激控制器与计算机连接线5用于刺激控制器与计算机的通信连接。刺激控制器6在计算机控制下，产生测试所需的声、光、电等刺激信号，或加入药物。刺激控制器安装在安装支架8的顶部。声刺激的喇叭，光刺激的红色灯、绿色灯和蓝色灯做防水处理。
[0037]参见附图3、4。转动臂角度控制步进电机用于控制转动臂的角度。转动臂用于安装刺激水平移动控制装置，并通过自身角度的改变而改变刺激水平移动控制装置的角度。转动臂固定支架用于将转动臂固定在安装支架上。
[0038]转动臂9从上至下由转动臂齿轮盘27、转动臂安装连接孔28和转动臂支撑臂组成，转动臂齿轮盘27、转动臂安装连接孔28和转动臂支撑臂整体连接，转动臂安装连接孔28处于转动臂支撑臂和转动臂齿轮盘的中央位置，下端连接转动臂支撑臂，上端连接转动臂齿轮盘。转动臂支撑臂分为左右对称的转动臂支撑臂A臂29-1和转动臂支撑臂B臂29-2。转动臂齿轮盘27与安装在转动臂角度控制步进电机7上的角度控制齿轮30啮合，转动臂(9)通过转动臂固定支架(10)穿过转动臂安装连接孔28安装到安装支架8上。
[0039]转动臂固定支架有一个转动臂支撑面34，与转动臂固定支架安装外丝螺纹35和转动臂固定区域37连接成为一个整体，中央部分开有顶面摄像机安装孔36保证顶面摄像机正对养鱼箱的顶面。转动臂固定支架穿过转动臂安装连接孔28，将转动臂支撑在转动臂支撑面上，转动臂固定支架安装外丝螺纹35与安装支架8上的转动臂固定支架安装内丝螺纹33紧固连接，将转动臂9固定在安装支架8上。转动臂角度控制步进电机通过安装在其上边的角度控制齿轮控制转动臂齿轮盘的转动。
[0040]参见图5、6。刺激水平移动控制装置包括水平移动步进电机转轮38、水平移动履带转轮39、水平移动履带40、水平移动步进电机41、水平移动履带转轮支架42。水平移动步进电机41、水平移动履带转轮支架42安装在转动臂支撑臂上，水平移动步进电机转轮38固定在水平移动步进电机41上，水平移动履带40的两端安装在水平移动步进电机转轮38和水平移动履带转轮39上，并被水平移动步进电机转轮38和水平移动履带转轮39拉紧，使得水平移动履带40随水平移动步进电机转轮38的正向或反向转动而向左或向右移动。刺激高度控制步进电机安装在水平移动履带40上，可以随水平移动履带控制而水平移动，并且通过转动控制刺激作用点的高度。刺激高度控制步进电机12上安装高度控制连接线15连接刺激作用点16。刺激水平移动控制装置13用于控制刺激高度控制步进电机12的水平位置。
[0041]刺激控制连线14-1、14_2弹性连接线用于连接刺激控制器与刺激作用点。使用弹性连接线可以在高度变化时，弹性连接线随刺激作用点的高度变化而伸缩。高度控制连接线15-1、15-2 —头绕接在刺激高度控制步进电机的转盘上，一头连接刺激作用点，刺激高度控制步进电机正向或反向转动通过高度控制连接线调节连接刺激作用点的高度。
[0042]刺激作用点是声音、光、电、药物刺激的具体安装位置。刺激作用点有两个，使用时可以成对使用，也可只用一个。通过转动臂角度控制步进电机调节转动臂的角度，通过刺激水平移动控制装置调节刺激高度控制步进电机的水平位置，通过刺激高度控制步进电机调节刺激作用点的高度可以将刺激作用点移动到养鱼箱的任意位置。
[0043]参见图7。刺激控制器6由刺激控制单片机、通信接口电路、转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路，两组刺激控制电路组成。刺激控制单片机与通信接口电路双向连接，刺激控制单片机对转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路，以及两组刺激控制电路进行控制。两组刺激控制电路包括A组刺激控制和B组刺激控制，A组刺激控制控制控制转动臂支撑臂A臂上的相关功能模块，由高度步进电机A控制电路、水平移动步进电机A控制电路、输药泵A控制电路、声音刺激A控制电路、光刺激A控制电路组成。B组刺激控制控制转动臂支撑臂B臂上的相关功能模块，由高度步进电机B控制电路、水平移动步进电机B控制电路、输药泵B控制电路、声音刺激B控制电路、光刺激B控制电路。
[0044]参见附图8-10。刺激控制单片机用于控制通信接口电路、转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路、高度步进电机控制电路、水平移动步进电机控制电路、输药泵控制电路、声音刺激控制电路、光刺激控制电路。通信接□电路用于刺激控制单片机与计算机之间的通信连接。转动臂角度步进电机控制电路在刺激控制单片机控制下控制控制转动臂角度步进电机，从而控制转动臂的角度。电刺激控制电路在刺激控制单片机控制下控制电刺激输出。高度步进电机控制电路在刺激控制单片机控制下控制高度步进电机，通过高度步进电机控制刺激作用点的高度。水平移动步进电机控制电路在刺激控制单片机控制下控制水平移动步进电机，通过水平移动步进电机控制刺激点离转动臂中心点的距离，结合转动臂的角度可以控制刺激作用点的平面位置。转动臂角度步进电机、水平移动步进电机、高度步进电机三个电机结合可以控制刺激点的空间位置。
[0045]刺激控制单片机电路中单片机选型为TI公司，MSP430F135。转动臂角度步进电机控制电路中步进电机驱动器Ml选用深圳市雷赛机电技术开发有限公司生产步进电机驱动器，型号:DM320C，:步进电机M2:选用深圳市雷赛机电技术开发有限公司生产步进电机，型号为35HS01。所有步进电机采用相同的步进电机控制电路，图中，各步进电机控制电路的P1-P8与分别单片机的通用输入输出接口连接。
[0046]图11是输药泵控制电路图，图中，MGl是输药泵。输药泵控制电路在刺激控制单片机控制下控制输药泵工作，通过对输药泵的控制，实现对药物刺激的控制。
[0047]图12中，声音刺激控制电路在刺激控制单片机控制下控制声音刺激信号。声音控制电路语音芯片UC8，为ISD2560型，台湾winbond电子公司生产，YU1-YU14接单片机输入输出引脚。
[0048]图13光刺激控制电路图中D1、D2、D3分别为红色灯、绿色灯、蓝色灯。光刺激A控制电路和光刺激B控制电路采用相同的控制电路，图中的节点RED、GREEN、BLUE对于光刺激A和光刺激B分别连接不冋的单片机输入引脚。光刺激控制电路在刺激控制单片机控制下控制红色、绿色、蓝色发光管的发光。
[0049]图14电刺激控制电路为闻压广生电路，该电路受到刺激控制单片机的控制。刺激控制单片机通过控制继电器控制高压产生电路的接通与切断电源，在C3两端产生高压电。C3两端产生高压电分别送到两个刺激作用点的电刺激电极上。
[0050]利用本鱼类行为与神经观察和研究装置进行研究，首先确定在一个或2个刺激点通过声音、光、电、药物组合中的一种或多种刺激后，鱼在养鱼箱中三维坐标位置，然后根据鱼的三维坐标，进行鱼类行为的三维计算、鱼类行为的计算分析，进而进行鱼类神经研究。
【权利要求】
1.一种鱼类行为与神经观察和研究装置，包括养鱼箱、计算机，其特征在于:在养鱼箱(O的一侧安装侧面摄像机(2)，在养鱼箱的另一侧设置安装支架(8)，安装支架为倒L型，上面为一平台，侧面有一支撑支架(32)，在安装支架(8)上面正对养鱼箱的顶面安装顶面摄像机(11)，在安装支架(8)上安装固定刺激控制器(6)、转动臂角度控制步进电机(7)、转动臂、转动臂固定支架； 在转动臂(9)的左右两个转动臂支撑臂A臂(29-1)和转动臂支撑臂B臂(29-2)上安装左右对称的两个刺激水平移动控制装置(13-1、13-2)，在水平移动装置上分别安装两个刺激高度控制步进电机(12-1、12-2)，刺激高度控制步进电机(12-1、12-2)上连接有高度控制连接线(15-1、15-2)，高度控制连接线(15-1、15-2)分别连接左右两个刺激作用点(16-1、16-2)，左右两个刺激作用点上安装有左右两个刺激组合； 计算机(4 )通过侧面摄像机与计算机连线(3 )与侧面摄像机(2 )连接、通过顶面摄像机与计算机连线(17)与顶面摄像机(11)连接、通过刺激控制器与计算机连接线(5 )与刺激控制器(6)连接； 在刺激控制器与刺激作用点(16-1、16-2)之间设置有刺激控制连线(14-1、14-2)。
2.如权利要求1所述的鱼类行为与神经观察和研究装置，其特征在于:所述刺激控制器(6)由刺激控制单片机、通信接口电路、转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路，以及两组刺激控制电路组成，刺激控制单片机与通信接口电路双向连接，刺激控制单片机对转动臂角度步进电机控制电路、电刺激控制电路，以及两组刺激控制电路进行控制；两组刺激控制电路包括A组刺激控制和B组刺激控制，A组刺激控制由高度步进电机A控制电路、水平移动步进电机A控制电路、输药泵A控制电路、声音刺激A控制电路、光刺激A控制电路组成组刺激控制由高度步进电机B控制电路、水平移动步进电机B控制电路、输药泵B控制电路、声音刺激B控制电路、光刺激B控制电路组成。
3.如权利要求1所述的鱼类`行为与神经观察和研究装置，其特征在于:所述转动臂(9)从上至下由转动臂齿轮盘(27)、转动臂安装连接孔(28)和转动臂支撑臂组成，转动臂齿轮盘(27)、转动臂安装连接孔(28)和转动臂支撑臂整体连接，转动臂安装连接孔(28)处于转动臂支撑臂和转动臂齿轮盘的中央位置，上端连接转动臂齿轮盘，下端连接转动臂支撑臂；转动臂支撑臂分为左右对称的转动臂支撑臂A臂(29-1)和转动臂支撑臂B臂(29-2);转动臂齿轮盘(27)与安装在转动臂角度控制步进电机(7)上的角度控制齿轮(30)啮合，转动臂(9)通过转动臂固定支架(10)穿过转动臂安装连接孔(28)安装到安装支架(8)上； 所述转动臂固定支架(10)为带外丝螺纹(35)的筒形结构，在筒形结构的下方连接有转动臂支撑面(34)，在筒形结构的中央部分开有顶面摄像机安装孔(36)，转动臂固定支架穿过转动臂安装连接孔(28)，将转动臂支撑在转动臂支撑面(34)上，在筒形结构的上方外侧设有转动臂固定支架安装外丝螺纹(35)，转动臂固定支架安装外丝螺纹(35)与安装支架(8的转动臂固定支架安装内丝螺纹(33)紧固连接固定在安装支架(8)上。
4.如权利要求1所述的鱼类行为与神经观察和研究装置，其特征在于:所述刺激水平移动控制装置包括水平移动步进电机转轮(38)、水平移动履带转轮(39)、水平移动履带(40),水平移动步进电机(41)、水平移动履带转轮支架(42);水平移动步进电机(41)、水平移动履带转轮支架(42)安装在转动臂支撑臂上，水平移动步进电机转轮(38)固定在水平移动步进电机(41)上，水平移动履带(40 )的两端安装在水平移动步进电机转轮(38 )和水平移动履带转轮(39 )上，并被水平移动步进电机转轮(38 )和水平移动履带转轮(39 )拉紧，水平移动履带(40)随水平移动步进电机转轮(38)的正向或反向转动而向左或向右移动；所述在水平移动装置上安装两个刺激高度控制步进电机(12-1、12-2)，是指刺激高度控制步进电机分别安装在左右两个刺激水平移动控制装置(13-1、13-2)的水平移动履带上；刺激高度控制步进电机上端设置有高度控制转轮(43)，高度控制连接线(15-1、15-2)的一端连接在高度控制转轮(43 )上，另一端连接刺激作用点(16 )。
5.如权利要求1所述的鱼类行为与神经观察和研究装置，其特征在于:所述刺激控制连线(14)为弹簧弹性连接线，是多种连线的组合，包括声刺激连接线、光刺激连接数、电刺激连接线、输药泵的输药管连线； 所述刺激组合包括声音、光、电、药物刺激，在刺激作用点上安装声刺激的喇机，光刺激的灯、刺激电极，输药管的出口；所述光刺激包括红光、蓝光、绿光刺激，所述光刺激A控制电路和光刺激B控制电路中分别设置有红色灯、蓝色灯和绿色灯；声、光刺激的输出做防水处理。`
【文档编号】G05D3/12GK203618574SQ201320854822
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】莫思特, 李文正, 王籼君, 杨谨瑞, 李碧雄 申请人:四川大学