專利名稱：用于非人靈長類動物行為學(xué)習(xí)的自動化訓(xùn)練裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種動物行為訓(xùn)練裝置及方法，尤其涉及用于非人靈長類動物行 為學(xué)習(xí)的訓(xùn)練裝置。
背景技術(shù)：
在一些生理、行為、認(rèn)知的科研實(shí)驗(yàn)中，通常需要動物完成規(guī)定的行為動作，如伸 抓、推拉、觸摸等。目前，有很多種訓(xùn)練動物行為的方法。常用的訓(xùn)練方法包括有強(qiáng)迫的、誘 導(dǎo)的、刺激的甚至是懲罰的。這些方法應(yīng)用某些強(qiáng)硬的或痛苦的刺激形式來訓(xùn)練動物，這種 訓(xùn)練方法在實(shí)際中不是很有效，且通常伴隨著對動物的心理與身體健康不同程度的損害。 在沒有很好控制的情況下，甚至可能使動物慌亂、激發(fā)動物的野性，造成訓(xùn)練的失敗。另外， 這些方法需要人工參與的程度比較大，不能形成自動化的長期穩(wěn)定的訓(xùn)練方法。如果需要 訓(xùn)練的動物較多，所花的人力物力將大大增加。另外一種動物行為訓(xùn)練方法是基于獎賞機(jī)制的，它在動物做對某一特定動作時給 予一定的獎賞。獎賞包括食物的、果汁的、水的甚至是電刺激虛擬的。其中基于食物的、果 汁的和電刺激虛擬的各有其缺點(diǎn)食物獎賞不能長時間進(jìn)行，且不容易建立自動化的訓(xùn)練 系統(tǒng)；果汁獎賞需要經(jīng)常更換果汁的種類，因?yàn)閯游锶菀讓δ骋环N果汁產(chǎn)生厭煩感，且經(jīng)常 給予果汁會對動物造成諸如糖尿病等的疾??；電刺激的獎勵利用對大腦獎賞區(qū)的電刺激來 讓動物獲得虛擬的獎賞，從而訓(xùn)練動物，這種訓(xùn)練方法具體機(jī)理目前尚不清楚，且容易使動 物產(chǎn)生成癮心理。而給水獎賞利用動物對水的生理需求，來輔助動物完成行為訓(xùn)練學(xué)習(xí)，既 不會產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，又有利于實(shí)現(xiàn)。因此，需要一套完整的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這種動物訓(xùn)練方法。該系統(tǒng)不會使動物承受痛 苦和恐懼等負(fù)面效應(yīng)，且能長期穩(wěn)定的自動化的訓(xùn)練動物。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供用于非人靈長類動物行為學(xué)習(xí)的自動化 訓(xùn)練裝置，可實(shí)現(xiàn)基于給水獎賞的訓(xùn)練非人靈長類的動物和其它動物的方法。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)手段是該用于非人靈長類動物行為學(xué) 習(xí)的自動化訓(xùn)練裝置主要包括動物座椅、給水控制系統(tǒng)、PC機(jī)、攝像機(jī)和微控制器；所述PC 機(jī)設(shè)有兩個顯示器，其中一個顯示器和所述攝像機(jī)分別位于動物座椅的前方；所述給水控 制系統(tǒng)包括儲水瓶、驅(qū)動控制電路和電磁閥，儲水瓶通過導(dǎo)管與電磁閥連接，電磁閥與驅(qū)動 控制電路電連接，驅(qū)動控制電路與微控制器電連接；所述動物座椅上固定有搖桿和水嘴，所 述搖桿的手柄上固定有壓力傳感器，所述壓力傳感器和搖桿的電位器分別與微控制器電連 接，水嘴通過導(dǎo)管與給水控制系統(tǒng)的電磁閥連接；所述PC機(jī)與攝像機(jī)和微控制器分別電連 接。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)該裝置操作簡單，訓(xùn)練效率高； (2)實(shí)現(xiàn)了無痛苦、無負(fù)面影響的簡易的動物行為訓(xùn)練方法；(3)能實(shí)現(xiàn)自動化式的訓(xùn)練，人力資源參與較少；(4)訓(xùn)練模式可以根據(jù)訓(xùn)練需要實(shí)時修改，以適應(yīng)不同的訓(xùn)練范式；(5)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，包括視頻都可以通過PC機(jī)記錄下來，供后續(xù)分析。

圖1為本實(shí)用新型訓(xùn)練裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型搖桿和壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型給水控制系統(tǒng)的驅(qū)動控制電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型微控制器的電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型微控制器與搖桿、壓力傳感器的電路連接原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的動物行為學(xué)習(xí)的訓(xùn)練裝置包括動物座椅1、給水控制 系統(tǒng)2、PC機(jī)3、攝像機(jī)4和微控制器5。動物座椅1可將動物的脖子固定到座椅的圓孔中，動物其他身體部分沒有固定， 處于自由活動狀態(tài)。動物座椅1可以采用有機(jī)玻璃材料制作。在動物座椅1的中間固定有 一搖桿11，搖桿11的電位器15與微控制器5電連接，該搖桿11用于提供給動物完成二維 平面內(nèi)某一行為動作。在動物座椅1上固定有水嘴12，水嘴12通過導(dǎo)管與給水控制系統(tǒng)的 電磁閥21連接。當(dāng)動物完成正確動作后，由電磁閥21控制儲水瓶22可由水嘴12對動物 給水進(jìn)行獎賞。如圖2所示，搖桿11為一二維搖桿，由手柄13、電位器15和底座16構(gòu)成，搖桿的 手柄13上固定有壓力傳感器14，兩個電位器15安裝在底座16上。搖桿11可在二維平面 上的一個圓環(huán)內(nèi)任意角度和位置搖動。搖桿11搖動時，由兩個電位器15記錄當(dāng)前搖桿11 所處位置的橫、縱坐標(biāo)。停止搖動時，搖桿11將復(fù)位到底座16的中心位置。貼附在手柄13 上的壓力傳感器14用于檢測動物是否有抓握桿的動作。給水控制系統(tǒng)2由一儲水瓶22、電磁閥21和驅(qū)動控制電路23組成。電磁閥21為 一兩位兩通常閉型電磁閥，包括進(jìn)水口、出水口和控制輸入端。儲水瓶22與電磁閥21的進(jìn) 水口通過塑料軟管連接，電磁閥21的出水口與水嘴12通過塑料軟管連接。電磁閥21受控 于驅(qū)動控制電路23，當(dāng)驅(qū)動控制電路23接收到高電平后，電磁閥21打開，儲水瓶22中的水 在重力作用下流入水嘴12，供動物飲用。如圖3所示，驅(qū)動控制電路23包括光耦U1、三極 管Ql及電阻Rl、R2、R3。由于微控制器5輸出的邏輯電平功率有限，不能直接驅(qū)動電磁閥 21，需要一個功率驅(qū)動電路去控制電磁閥21。這里使用光耦RGl 120，它采用光電隔離方式， 電磁閥21用單獨(dú)的浮地電源供電，實(shí)現(xiàn)了大功率電路部分與弱點(diǎn)電路部分的電氣隔離，避 免了它們之間的干擾。光耦Ul直接接受來自微控制器5的輸出，當(dāng)輸出一個高電平時，光 耦激發(fā)，三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使電磁閥21導(dǎo)通。如圖4所示為微控制器電路原理圖，其中微處理器可以由51單片機(jī)、DSP或其他處 理器實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型采用C8051F020系列的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。微處理器有兩個任務(wù)一是實(shí) 時采集搖桿11位置狀態(tài)并通過串口發(fā)送到PC機(jī)3 ；—是等待從PC機(jī)3發(fā)來的給水命令， 并再輸出相應(yīng)的電平到驅(qū)動控制電路23。通訊裝置采用串口轉(zhuǎn)USB芯片U2來實(shí)現(xiàn)，可以完 成微處理器與PC機(jī)3的雙向通訊，本實(shí)用新型采用CP2102芯片來實(shí)現(xiàn)。微處理器供電裝置由外部電池Jl和電源管理芯片U3構(gòu)成，本實(shí)用新型采用MAX883芯片，可提供從外部電 池到微處理器的3. 3V的穩(wěn)定供電。如圖5所示，搖桿11的兩個電位器15(R13、R14)和安裝在搖桿手柄13上的壓力 傳感器14(R15)相應(yīng)地分別與電阻R9、RIO、R12連接，輸出接口 INPUTl、INPUT2和INPUT3 分別與微處理器5的相應(yīng)端口連接，以將模擬信號傳輸?shù)轿⒖刂破?進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。本實(shí)用新型裝置的工作過程如下首先將動物固定在動物座椅1上，即將動物的 脖子固定到座椅的圓孔中，動物其他身體部分沒有固定，處于自由活動狀態(tài)。開始訓(xùn)練時， 在PC機(jī)上選擇訓(xùn)練模式并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。首先由置于動物座椅前的顯示器31給出提示界 面，動物根據(jù)此提示信號完成相應(yīng)的搖桿動作。在此過程中，微控制器5實(shí)時采集搖桿11的 狀態(tài)信號，并通過微控制器5的通 訊裝置發(fā)送到PC機(jī)3。PC機(jī)3在接收到搖桿狀態(tài)后判斷 當(dāng)前是否有搖桿動作，如果有搖桿動作且搖桿動作與屏幕提示的動作一致，PC機(jī)3向微控 制器5發(fā)出給水命令；如果沒有動作，或有動作但與提示不符合，PC機(jī)延時一段時間后進(jìn)入 下一次訓(xùn)練。微控制器5接收到給水命令后，向驅(qū)動控制23電路輸出一定時間的高電平， 從而使電磁閥21導(dǎo)通相同的時間，完成給水獎賞。同時PC機(jī)的文件記錄裝置把訓(xùn)練相關(guān) 數(shù)據(jù)記錄到指定文件中，完成一次訓(xùn)練。整個訓(xùn)練過程由攝像機(jī)4監(jiān)控，畫面實(shí)時顯示在顯 示器32上。攝像機(jī)4最好為紅外攝像頭，以便于動物能在黑暗的環(huán)境下訓(xùn)練。
權(quán)利要求一種用于非人靈長類動物行為學(xué)習(xí)的自動化訓(xùn)練裝置，其特征在于包括動物座椅(1)、給水控制系統(tǒng)(2)、PC機(jī)(3)、攝像機(jī)(4)和微控制器(5)；所述PC機(jī)(3)設(shè)有兩個顯示器，其中一個顯示器(31)和所述攝像機(jī)(4)分別位于動物座椅(1)的前方；所述給水控制系統(tǒng)(2)包括儲水瓶(22)、驅(qū)動控制電路(23)和電磁閥(21)，儲水瓶(22)通過導(dǎo)管與電磁閥(21)連接，電磁閥(21)與驅(qū)動控制電路(23)電連接，驅(qū)動控制電路(23)與微控制器(5)電連接；所述動物座椅上固定有搖桿(11)和水嘴(12)，所述搖桿的手柄(13)上固定有壓力傳感器(14)，所述壓力傳感器和搖桿的電位器(15)分別與微控制器(5)電連接，水嘴(12)通過導(dǎo)管與給水控制系統(tǒng)的電磁閥(21)連接；所述PC機(jī)與攝像機(jī)(4)和微控制器(5)分別電連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于非人靈長類動物行為學(xué)習(xí)的自動化訓(xùn)練裝置，其中，PC機(jī)設(shè)有兩個顯示器，其中一個顯示器和所述攝像機(jī)分別位于動物座椅的前方；給水控制系統(tǒng)包括儲水瓶、驅(qū)動控制電路和電磁閥，儲水瓶通過導(dǎo)管與電磁閥連接，電磁閥與驅(qū)動控制電路電連接，驅(qū)動控制電路與微控制器電連接；動物座椅上固定有搖桿和水嘴，搖桿的手柄上固定有壓力傳感器，壓力傳感器和搖桿的電位器分別與微控制器電連接，水嘴通過導(dǎo)管與給水控制系統(tǒng)的電磁閥連接；PC機(jī)與攝像機(jī)和微控制器分別電連接。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)一種無痛苦的自動化動物行為訓(xùn)練方法，通過攝像機(jī)實(shí)時顯示并監(jiān)控動物行為，大大提高訓(xùn)練速度并節(jié)省人力資源的消耗。
文檔編號A01K15/02GK201563477SQ200920201819

公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者代建華, 張巧生, 張韶岷, 朱凡, 李斌, 鄭筱祥, 郝耀耀, 陳衛(wèi)東 申請人:浙江大學(xué)