CN111296313A - 用于动物旋腕动作的训练装置 - Google Patents

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CN111296313A CN202010097550.5A CN202010097550A CN111296313A CN 111296313 A CN111296313 A CN 111296313A CN 202010097550 A CN202010097550 A CN 202010097550A CN 111296313 A CN111296313 A CN 111296313A
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王常勇
周瑾
柯昂
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Institute of Pharmacology and Toxicology of AMMS
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    • A01KANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K15/00Devices for taming animals, e.g. nose-rings or hobbles; Devices for overturning animals in general; Training or exercising equipment; Covering boxes
    • A01K15/02Training or exercising equipment, e.g. mazes or labyrinths for animals ; Electric shock devices ; Toys specially adapted for animals
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Abstract

本发明公开了一种用于动物旋腕动作的训练装置,包括:把手,其可转动的设置,所述把手用于供动物握持和转动;伺服电机,连接至所述把手,并用于为把手提供扭抗力;角度传感器,其用于检查所述把手的转角;电源,其用于为所述伺服电机提供电流以使所述伺服电机输出扭抗力;存储器,其预存有第一数据和第二数据,所述第一数据包括用于训练的转角‑扭抗力关系数据;所述第二数据包括所述伺服电机的电流‑扭抗力关系数据;控制器,其配置成:获取所述角度传感器所检测到的把手的转角,并基于所述转角‑扭抗力关系确定所述伺服电机所应输出的扭抗力,并基于所确定的扭抗力以及电流扭抗力关系而控制所述电源输出与该扭抗力对应的电流。

Description

用于动物旋腕动作的训练装置
技术领域
本发明涉及一种用于动物旋腕动作的训练装置。
背景技术
在研究动物施力过程与其肌肉信号以及其大脑皮层之间的关系时,需要利用训练装置为动物的施力过程提供抗力以便使动物施输出与该抗力相匹配的力,以便利用其它设备和方法获得对应于该力的肌肉和大脑信号。
现有技术中出现了一种训练装置,该训练装置用于供动物实现旋腕动作,该训练装置用于为动物在进行旋腕时提供扭抗力。具体地,该训练装置具有一个能够旋转的把手以及用于为把手提供扭抗力的扭簧,通过指示动物转动把手时,动物输出与扭簧所提供的扭抗力匹配的旋腕力,此时,可利用其它设备和方法来获得对应于该力的肌肉和大脑信号。
现有技术中的上述训练装置存在如下缺陷:
扭簧所提供的扭抗力与把手的转角之间的关系唯一,即,该训练装置所提供的转角-扭抗力之间关系不可改变,这导致对动物的旋腕动作的训练模式单一。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题,本发明的实施例提供了一种用于动物旋腕动作的训练装置。
为解决上述技术问题,本发明的实施例采用的技术方案是:
一种用于动物旋腕动作的训练装置,包括:
把手,其可转动的设置,所述把手用于供动物握持和转动;
伺服电机,连接至所述把手,并用于为把手提供扭抗力;
角度传感器,其用于检查所述把手的转角;
电源,其用于为所述伺服电机提供电流以使所述伺服电机输出扭抗力;
存储器,其预存有第一数据和第二数据,所述第一数据包括用于训练的转角-扭抗力关系数据;所述第二数据包括所述伺服电机的电流-扭抗力关系数据;
控制器,其配置成:
获取所述角度传感器所检测到的把手的转角,并基于所述转角-扭抗力关系确定所述伺服电机所应输出的扭抗力,并基于所确定的扭抗力以及电流扭抗力关系而控制所述电源输出与该扭抗力对应的电流。
优选地,所述用于动物旋腕动作的训练装置还包括:扭力传感器以及电流传感器;其中:
所述扭力传感器用于检测所述伺服电机输出的扭抗力;
所述电流传感器用于检测所述电源向所述电机输出的电流;
所述控制器分别与所述扭力传感器以及所述电流传感器电连接
所述控制器还配置成:
根据所述扭力传感器所检测到的扭抗力以及所述电流传感器所检测到的电流,建立所述伺服电机的电流-扭力关系,并将该电流-扭力关系存储于所述存储器中。
优选地,所述用于动物旋腕动作的训练装置还包括:联轴器;
所述伺服电机的输出轴连接至所述联轴器的第一端;所述扭力传感器连接于所述把手与所述联轴器的第二端之间。
优选地,所述角度传感器为筒状的编码器;其中:
所述编码器套设于所述联轴器与所述扭力传感器之间的连接轴外。
优选地,所述用于动物旋腕动作的训练装置还包括:
底座,其底部设置有用于支撑的地脚;
第一立板,其设置于所述底座上,所述伺服电机固定于所述第一立板的后侧;
第二立板,其设置于所述底座上并与所述第一立板平行相对,所述第二立板位于所述第一立板的前方;所述联轴器介于所述第一立板与所述第二立板之间,所述编码器固定在所述第二立板的后侧;
第三立板,其设置于所述底座上并与所述第二立板平行相对,所述第三立板位于所述第二立板的前方;所述扭力传感器介于所述第三立板与所述第二立板之间;所述把手位于所述第三立板的前侧。
优选地,所述底座上开设有沿三个立板排布方向延伸的安装槽;每个立板与底座之间均设置有直角板,借由紧固件穿设直角板和安装槽以使得立板能够进行位置调节。
与现有技术相比,本发明所提供的用于动物旋腕动作的训练装置为:
本发明提供的训练装置所输出的转角-扭抗力关系不受自身结构限制,可输出实验人员要求的各种转角-扭抗力关系。也就是,训练装置可按照试验人员的要求输出转角-扭抗力关系。
本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述,并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中,相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例,并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候,在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的,而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为本发明的实施例所提供的用于动物旋腕动作的训练装置的机械结构示意图。
图2为本发明的实施例所提供的用于动物旋腕动作的训练装置的控制流程图。
附图标记:
10-把手;20-伺服电机;30-电源;40-控制器;50-存储器;60-角度传感器;70-扭力传感器;80-电流传感器;91-联轴器;92-底座;93-地脚;94-第一立板;95-第二立板;96-第三立板;97-安装槽;98-直角板。
具体实施方式
除非另外定义,本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明,本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如图1和图2所示,本发明公开的实施例公开了一种用于动物旋腕动作的训练装置,包括:把手10、伺服电机20、角度传感器60、电流传感器80、扭力传感器70、联轴器91、电源30、存储器50、控制器40以及机械安装机构。
如图1所示,机械安装机构包括:底座92、第一立板94、第二立板95、第三立板96以及直角板98。底座92的下部设置有地脚93,第一立板94、第二立板95、第三立板96依次从后到前间隔排布,并且,在底座92上开设有安装槽97,该安装槽97沿三个立板的排布方向延伸。每个立板与底座92之间均设置直角板98,该直角板98的一个板借由紧固件与立板固定,另一个板借由紧固件和安装槽97固定在底座92上,这使得三个立板之间的距离能够调节。
伺服电机20固定在第一立板94的后侧,电源30、控制器40以及存储器50(未示出)与伺服电机20相临近的固定在底座92和或第一立板94上。该伺服电机20穿过第一立板94后连接至联轴器91,扭力传感器70设置在第二立板95与第三立板96之间,扭力传感器70与联轴器91之间借由连接轴连接,该连接轴穿设第二立板95;角度传感器60为筒状的编码器,该编码器套设在该连接轴外并固定在第二立板95上。
把手10位于第三立板96的前侧,把手10与扭力传感器70借由另一个连接轴连接,该连接轴穿过第三立板96。
根据上述可知,伺服电机20所输出的扭力(具体为扭抗力)能够传动给把手10。
电流传感器80集成在电源30的接头处,该电流传感器80为可向外界发生所检测到的电流值信号的电流表。
如图2所示,下面介绍一下,伺服电机20、电源30、角度传感器60、扭力传感器70、电流传感器80、控制器40以及存储器50之间的相互作用。
电源30通过向伺服电机20输送电流使得伺服电机20能够为把手10提供扭抗力。且该伺服电机20所具有的特性为:输入的电流越大,伺服电机20输出的扭抗力越大,即,对同一个伺服电机20而言,伺服电机20具有确定的电流-扭抗力关系;而对于不同类型和功率的电机,且电流-扭抗力关系可能不同。
根据上述可知,对于确定的伺服电机20而言,伺服电机20所输出的扭抗力的大小可以由电流值控制。
角度传感器60用于检查动物转动把手10的角度,并将所检测到的角度信息发送给控制器40。
存储器50内存储有两类数据,即,第一数据和第二数据。
第一数据是人为预先构建的转角-扭抗力关系数据,该转角-扭抗力关系数据是根据训练要求构建,例如,若实验人员想要在把手10从0度转动到60度过程中,动物做旋腕动作所输出的力的曲线为正弦曲线,这需要使存储器50中的转角-扭抗力关系构建为正弦函数关系。
第二数据是伺服电机20的电流-扭抗力关系数据。
控制器40的作用在于:
1、借由角度传感器60获得把手10实时的转动角度;借由扭力传感器70用于获得伺服电机20所输出的扭抗力;借由电流传感器80用于获得电源30向伺服电机20所输送的电流。
2、控制器40基于转角-扭抗力关系确定伺服电机20所应输出的扭抗力,并基于所确定的扭抗力以及电流扭抗力关系而控制电源30输出与该扭抗力对应的电流。
3、根据扭力传感器70所检测到的扭抗力以及电流传感器80所检测到的电流,建立伺服电机20的电流-扭力关系,并将该电流-扭力关系存储于存储器50中。
下面详细介绍一下上述训练装置的工作原理:
实验人员在存储器50中预存储体现训练目的转角-扭抗力关系数据,例如,若实验人员想要动物输出的力与把手10的转角成正弦关系,实验人员在存储器50中存储为函数关系为正弦的转角-扭抗力关系;并且,存储器50中还存储有与伺服电机20一致的电流-扭抗力关系数据。
在指示动物转动把手10后,控制器40借由角度传感器60实时获得把手10的转角,同时,根据所获得的转角以及转角-扭抗力关系而确定出伺服电机20需要输出的扭抗力,并根据电流-扭抗力关系而控制电源30,而使得电源30输出与能够使伺服电机20输出该对应扭抗力的电流,进而使得伺服电机20输出该扭抗力。
根据上述可知,本发明提供的训练装置所输出的转角-扭抗力关系不受自身结构限制,可输出实验人员要求的各种转角-扭抗力关系。也就是,训练装置可按照试验人员的要求输出转角-扭抗力关系。
另外,本发明所提供的训练装置还具备如下特点:
可以理解地,当伺服电机20被更换后,更换后的伺服电机20与更换前的伺服电机20的电流-扭力关系可能会发生变化,而存储器50内仅存储更换前的电流-扭力关系数据,若控制器40仍基于存储器50中的电流-扭力关系数据来控制电源30,这会造成所输出的转角-扭抗力关系与存储器50中预先存储的转角-扭抗力关系不一致。
本训练装置可采取如下措施:
控制器40借由扭力传感器70来获得更换后的伺服电机20所输出的扭抗力,并同时借由电流传感器80获得此时电源30为伺服电机20输送的电流,以重新建立伺服电机20的电流-扭力关系,并将该电流-扭力关系存储于存储器50中。如此,在后续使用中,控制器40基于该新建立的电流-扭力关系来控制电源30向伺服电机20输送的电流。
此外,尽管已经在本发明中描述了示例性实施例,其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如,各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释,并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例,其示例将被解释为非排他性的。因此,本说明书和示例旨在仅被认为是示例,真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如,上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外,在上述具体实施方式中,各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反,本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而,以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中,其中每个权利要求独立地作为单独的实施例,并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于动物旋腕动作的训练装置,其特征在于,包括:
把手,其可转动的设置,所述把手用于供动物握持和转动;
伺服电机,连接至所述把手,并用于为把手提供扭抗力;
角度传感器,其用于检查所述把手的转角;
电源,其用于为所述伺服电机提供电流以使所述伺服电机输出扭抗力;
存储器,其预存有第一数据和第二数据,所述第一数据包括用于训练的转角-扭抗力关系数据;所述第二数据包括所述伺服电机的电流-扭抗力关系数据;
控制器,其配置成:
获取所述角度传感器所检测到的把手的转角,并基于所述转角-扭抗力关系确定所述伺服电机所应输出的扭抗力,并基于所确定的扭抗力以及电流扭抗力关系而控制所述电源输出与该扭抗力对应的电流。
2.根据权利要求1所述的用于动物旋腕动作的训练装置,其特征在于,所述用于动物旋腕动作的训练装置还包括:扭力传感器以及电流传感器;其中:
所述扭力传感器用于检测所述伺服电机输出的扭抗力;
所述电流传感器用于检测所述电源向所述电机输出的电流;
所述控制器分别与所述扭力传感器以及所述电流传感器电连接
所述控制器还配置成:
根据所述扭力传感器所检测到的扭抗力以及所述电流传感器所检测到的电流,建立所述伺服电机的电流-扭力关系,并将该电流-扭力关系存储于所述存储器中。
3.根据权利要求2所述的用于动物旋腕动作的训练装置,其特征在于,所述用于动物旋腕动作的训练装置还包括:联轴器;
所述伺服电机的输出轴连接至所述联轴器的第一端;所述扭力传感器连接于所述把手与所述联轴器的第二端之间。
4.根据权利要求3所述的用于动物旋腕动作的训练装置,其特征在于,所述角度传感器为筒状的编码器;其中:
所述编码器套设于所述联轴器与所述扭力传感器之间的连接轴外。
5.根据权利要求4所述的用于动物旋腕动作的训练装置,其特征在于,所述用于动物旋腕动作的训练装置还包括:
底座,其底部设置有用于支撑的地脚;
第一立板,其设置于所述底座上,所述伺服电机固定于所述第一立板的后侧;
第二立板,其设置于所述底座上并与所述第一立板平行相对,所述第二立板位于所述第一立板的前方;所述联轴器介于所述第一立板与所述第二立板之间,所述编码器固定在所述第二立板的后侧;
第三立板,其设置于所述底座上并与所述第二立板平行相对,所述第三立板位于所述第二立板的前方;所述扭力传感器介于所述第三立板与所述第二立板之间;所述把手位于所述第三立板的前侧。
6.根据权利要求5所述的用于动物旋腕动作的训练装置,其特征在于,所述底座上开设有沿三个立板排布方向延伸的安装槽;每个立板与底座之间均设置有直角板,借由紧固件穿设直角板和安装槽以使得立板能够进行位置调节。
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