用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其包括：用于調(diào)節(jié)刺激參數(shù)的上位機(jī)模塊；用于輸出電刺激信號的多通道電刺激模塊；用于將計算機(jī)與該電刺激模塊相連接的USB dongle模塊；該上位機(jī)模塊與USB dongle模塊通過串口通訊連接，該USB dongle模塊與多通道電刺激模塊通過無線通訊連接，該多通道電刺激模塊的輸出端與電極一端相連，電極另一端作用于目標(biāo)動物的相應(yīng)功能區(qū)。本發(fā)明具有如下的有益效果：輸出通道數(shù)量可根據(jù)使用者的實(shí)際需求決定且允許多通道同時輸出；輸出脈沖參數(shù)可根據(jù)使用者的實(shí)際需求決定且實(shí)時可調(diào)，通過上位機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)模塊實(shí)現(xiàn)；電源模塊選用鈕扣電池以使刺激器足夠輕巧，保證不會給目標(biāo)動物造成過大負(fù)擔(dān)。
【專利說明】
用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)及其使用方法，屬于神經(jīng)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電子動物(cyborg)指利用動物體的運(yùn)動機(jī)能，動力供應(yīng)體制，從動物運(yùn)動的感受傳入或神經(jīng)支配入手，實(shí)現(xiàn)對動物的運(yùn)動和某些行為的人為控制，涉及電子信息技術(shù)，微納技術(shù)，生物科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域。通過在目標(biāo)動物相應(yīng)感覺神經(jīng)區(qū)植入電極后進(jìn)行電刺激訓(xùn)練，其將能夠有效地接收并翻譯控制信號，最終完成預(yù)期的動作。生物機(jī)器人較普通機(jī)器人在能源供給，運(yùn)動靈活性，機(jī)動性和適應(yīng)性方面有明顯優(yōu)勢，可勝任移動機(jī)器人、生物傳感器等工作，完成諸多復(fù)雜環(huán)境下的艱巨任務(wù)。目前對生物機(jī)器人的控制一般通過遙控操作實(shí)現(xiàn)。
[0003]經(jīng)檢索并未發(fā)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)的相關(guān)專利。中國專利CN104324446A-“大鼠顱腦電刺激裝置及其電極固定座”解決了為大鼠植入電極易脫落及難以控制插入深度的問題且主要用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域偏頭痛的研究，這與實(shí)現(xiàn)生物機(jī)器人運(yùn)動控制的目標(biāo)并不一致。其他大量已公開的電刺激器發(fā)明專利都是針對于人體開發(fā)而非生物機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的空白，提供了一種適用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)。是一種參數(shù)實(shí)時可調(diào)的多通道小型電刺激器系統(tǒng)，可專門用于小型動物體腦部相應(yīng)感覺神經(jīng)區(qū)的刺激。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其包括:
[0007]用于調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)的上位機(jī)模塊；
[0008]用于根據(jù)電刺激參數(shù)輸出電刺激信號的多通道電刺激模塊；
[0009]上位機(jī)模塊通過USBdongle模塊將刺激參數(shù)傳輸給多通道電刺激模塊；
[0010]所述上位機(jī)模塊與USB dongle模塊通過串口通訊連接，所述USB dongle模塊與多通道電刺激模塊通過無線通訊連接，所述多通道電刺激模塊的輸出端與電極一端相連，電極另一端作用于目標(biāo)動物的相應(yīng)功能區(qū)。
[0011 ]作為優(yōu)選方案，所述上位機(jī)模塊包括如下任一種模塊:
[0012]-串口檢索及連接模塊；
[0013]-藍(lán)牙檢索及連接模塊；
[0014]-參數(shù)調(diào)節(jié)模塊；
[0015]-參數(shù)確認(rèn)模塊；
[0016]-運(yùn)行日志打印模塊；
[0017]所述串口檢索及連接模塊用于查找所連接的USBdongle模塊，所述藍(lán)牙檢索及連接模塊用于和多通道電刺激模塊進(jìn)行連接，所述參數(shù)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)多通道電刺激模塊的輸出信號參數(shù)，所述參數(shù)確認(rèn)模塊用于發(fā)送最終的刺激脈沖，所述運(yùn)行日志打印模塊用于顯示各個操作的狀態(tài)。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述多通道電刺激模塊包括主控芯片模塊、電源模塊、穩(wěn)壓模塊、數(shù)字電位器、輸出模塊、下載模塊及指示燈模塊，電源模塊用于提供電源，穩(wěn)壓模塊、下載模塊及指示燈模塊均獨(dú)立地與主控芯片模塊直接連接;數(shù)字電位器輸入端與主控芯片模塊連接，輸出端與輸出模塊連接。
[0019]作為優(yōu)選方案，所述輸出模塊的輸出通道數(shù)量為四路。
[°02°]作為優(yōu)選方案，所述下載模塊中采用5pin、間距為1.27mm的排母。
[0021]作為優(yōu)選方案，所述多通道電刺激模塊設(shè)置有貼片LED燈。
[0022]作為優(yōu)選方案，所述無線通訊連接為藍(lán)牙連接或紅外連接。
[0023]作為優(yōu)選方案，所述電刺激參數(shù)包括脈沖頻率、脈沖幅值、脈沖寬度及脈沖持續(xù)時間。
[0024]第二方面，本發(fā)明還提供了一種如前述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)的使用方法，其包括如下步驟:
[0025]SI:將USB Dongle模塊與上位機(jī)模塊連接，并啟動運(yùn)行日志打印模塊，顯示連接結(jié)果;
[0026]S2:啟動多通道電刺激模塊，將多通道電刺激模塊與USB Dongle模塊進(jìn)行無線連接，并啟動運(yùn)行日志打印模塊，顯示連接結(jié)果；
[0027]S3:在上位機(jī)模塊中設(shè)定電刺激參數(shù)，并通過多通道電刺激模塊進(jìn)行電刺激輸出；
[0028]S4:對電刺激效果與預(yù)期動作進(jìn)行比較，若電刺激效果與預(yù)期動作不符，則重新調(diào)整電刺激參數(shù)，直至電刺激效果與預(yù)期動作相符為止，記錄相應(yīng)的電刺激參數(shù)。
[0029]本發(fā)明的工作原理為:使用者通過上位機(jī)的串口檢索及連接模塊來讓計算機(jī)與USBDongle建立連接，通過藍(lán)牙檢索及連接模塊讓USB Dongle與電刺激器建立連接，通過參數(shù)調(diào)節(jié)與確認(rèn)模塊調(diào)節(jié)刺激參數(shù)。USB Dongle將在上位機(jī)界面中選擇的參數(shù)無線傳送給電刺激器，電刺激器接收到信號后以相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行脈沖輸出并且返回是否成功，同時輸出結(jié)果由上位機(jī)的運(yùn)行日志打印模塊打印顯示。最終實(shí)現(xiàn)輸出電壓的脈寬、頻率、幅值、持續(xù)時間可調(diào)，刺激信號通過電極傳導(dǎo)至目標(biāo)動物相應(yīng)感覺神經(jīng)區(qū)并最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0031]1、輸出通道數(shù)量可根據(jù)使用者的實(shí)際需求決定且允許多通道同時輸出；
[0032]2、輸出脈沖參數(shù)可根據(jù)使用者的實(shí)際需求決定且實(shí)時可調(diào)，通過上位機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)豐吳塊實(shí)現(xiàn)；
[0033]3、電源模塊選用鈕扣電池以使刺激器足夠輕巧，保證不會給目標(biāo)動物造成過大負(fù)擔(dān)；
[0034]4、下載模塊采用5pin、間距為1.27mm的排母以有效縮小電刺激器的體積。
【附圖說明】
[0035]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0036]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)組成框圖；
[0037]圖2為電刺激器主控芯片結(jié)構(gòu)圖；
[0038]圖3為電刺激器電源模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0039]圖4為電刺激器穩(wěn)壓模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖5為電刺激器數(shù)字電位器結(jié)構(gòu)圖；
[0041 ]圖6為電刺激器輸出模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖7為電刺激器下載模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0043]圖8為電刺激器指示燈模塊結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0045]本發(fā)明提供了一種用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，如圖1所示，其包括:
[0046]用于調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)的上位機(jī)模塊；
[0047]用于根據(jù)電刺激參數(shù)輸出電刺激信號的多通道電刺激模塊；
[0048]上位機(jī)模塊通過USBdongle模塊將刺激參數(shù)傳輸給多通道電刺激模塊；
[0049]所述上位機(jī)模塊與USB dongle模塊通過串口通訊連接，所述USB dongle模塊與多通道電刺激模塊通過無線通訊連接，所述多通道電刺激模塊的輸出端與電極一端相連，電極另一端作用于目標(biāo)動物的相應(yīng)功能區(qū)。
[0050]作為優(yōu)選方案，所述上位機(jī)模塊包括如下任一種模塊:
[0051 ]-串口檢索及連接模塊；
[0052]-藍(lán)牙檢索及連接模塊；
[0053]-參數(shù)調(diào)節(jié)模塊；
[0054]-參數(shù)確認(rèn)模塊；
[0055]-運(yùn)行日志打印模塊；
[0056]所述串口檢索及連接模塊用于查找所連接的USBdongle模塊，所述藍(lán)牙檢索及連接模塊用于和多通道電刺激模塊進(jìn)行連接，所述參數(shù)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)多通道電刺激模塊的輸出信號參數(shù)，所述參數(shù)確認(rèn)模塊用于發(fā)送最終的刺激脈沖，所述運(yùn)行日志打印模塊用于顯示各個操作的狀態(tài)。
[0057]作為優(yōu)選方案，所述多通道電刺激模塊包括主控芯片模塊(如圖2所示)、電源模塊(如圖3所示)、穩(wěn)壓模塊(如圖4所示)、數(shù)字電位器(如圖5所示)、輸出模塊(如圖6所示)、下載模塊(如圖7所示)及指示燈模塊(如圖8所示)，電源模塊用于提供電源，穩(wěn)壓模塊、下載模塊及指示燈均獨(dú)立地與主控芯片模塊直接連接;數(shù)字電位器輸入端與主控芯片模塊連接，輸出端與輸出模塊連接。
[0058]作為優(yōu)選方案，所述輸出模塊的輸出通道數(shù)量為四路。
[0059]作為優(yōu)選方案，所述下載模塊中采用5pin、間距為1.27mm的排母。
[0060]作為優(yōu)選方案，所述多通道電刺激模塊設(shè)置有貼片LED燈。
[0061 ]作為優(yōu)選方案，所述無線通訊連接為藍(lán)牙連接或紅外連接。
[0062]作為優(yōu)選方案，所述電刺激參數(shù)包括脈沖頻率、脈沖幅值、脈沖寬度及脈沖持續(xù)時間。
[0063]第二方面，本發(fā)明還提供了一種如前述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)的使用方法，其包括如下步驟:
[0064]SI:將USB Dongle模塊與上位機(jī)模塊連接，并啟動運(yùn)行日志打印模塊，顯示連接結(jié)果;
[0065]S2:啟動多通道電刺激模塊，將多通道電刺激模塊與USB Dongle模塊進(jìn)行無線連接，并啟動運(yùn)行日志打印模塊，顯示連接結(jié)果；
[0066]S3:在上位機(jī)模塊中設(shè)定電刺激參數(shù)，并通過多通道電刺激模塊進(jìn)行電刺激輸出；
[0067]S4:對電刺激效果與預(yù)期動作進(jìn)行比較，若電刺激效果與預(yù)期動作不符，則重新調(diào)整電刺激參數(shù)，直至電刺激效果與預(yù)期動作相符為止，記錄相應(yīng)的電刺激參數(shù)。
[0068]更具體地，可通過如下優(yōu)選的方式使用所述用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng):
[0069]1、將USB Dongle通過USB端口與計算機(jī)連接，在上位機(jī)界面的串口檢索及連接模塊中通過Com Port下拉菜單選擇USB Dongle相對應(yīng)的Com Port，點(diǎn)擊Connect按鈕進(jìn)行連接，運(yùn)行日志打印模塊將會顯示連接結(jié)果；
[0070]2、打開電刺激器開關(guān)，在上位機(jī)界面的藍(lán)牙檢索及連接模塊中點(diǎn)擊Scan按鈕，當(dāng)USB Dongle檢索到電刺激器的藍(lán)牙地址并將其顯示于BlueToothAddr后點(diǎn)擊Connect按鈕使得USB Dongle與電刺激器通過藍(lán)牙無線通訊協(xié)議建立連接，運(yùn)行日志打印模塊將會顯示連接結(jié)果；
[0071]3、在上位機(jī)界面的參數(shù)調(diào)節(jié)模塊中通過下拉菜單選擇相應(yīng)輸出通道的刺激參數(shù)，包括脈沖頻率、脈沖幅值、脈沖寬度及脈沖持續(xù)時間；
[0072]4、在上位機(jī)界面的參數(shù)確認(rèn)模塊中分別點(diǎn)擊Confirm Frequency、Confirm PWM、Confirm Amplitude、Confirm Durat1n按鈕將上一步中選擇的四路輸出通道的刺激參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，最終點(diǎn)擊Stimulate按鈕通過電刺激器將脈沖進(jìn)行輸出，運(yùn)行日志打印模塊將會顯示脈沖輸出結(jié)果；
[0073]若電刺激效果與預(yù)期動作不符，也可通過參數(shù)調(diào)節(jié)模塊和參數(shù)確認(rèn)模塊即時調(diào)整刺激參數(shù)并進(jìn)行重新輸出直到符合刺激效果。
[0074]以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，包括: 用于調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)的上位機(jī)模塊； 用于根據(jù)電刺激參數(shù)輸出電刺激信號的多通道電刺激模塊； 上位機(jī)模塊通過USB dongle模塊將刺激參數(shù)傳輸給多通道電刺激模塊； 所述上位機(jī)模塊與USB dongle模塊通過串口通訊連接，所述USB dongle模塊與多通道電刺激模塊通過無線通訊連接，所述多通道電刺激模塊的輸出端與電極一端相連，電極另一端作用于目標(biāo)動物的相應(yīng)功能區(qū)。2.如權(quán)利要求1所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)模塊包括如下任一種模塊: -串口檢索及連接模塊； -藍(lán)牙檢索及連接模塊； -參數(shù)調(diào)節(jié)模塊； -參數(shù)確認(rèn)模塊； -運(yùn)行日志打印模塊； 所述串口檢索及連接模塊用于查找所連接的USB dongle模塊，所述藍(lán)牙檢索及連接模塊用于和多通道電刺激模塊進(jìn)行連接，所述參數(shù)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)多通道電刺激模塊的輸出信號參數(shù)，所述參數(shù)確認(rèn)模塊用于發(fā)送最終的刺激脈沖，所述運(yùn)行日志打印模塊用于顯示各個操作的狀態(tài)。3.如權(quán)利要求1所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道電刺激模塊包括主控芯片模塊、電源模塊、穩(wěn)壓模塊、數(shù)字電位器、輸出模塊、下載模塊及指示燈模塊，電源模塊用于提供電源，穩(wěn)壓模塊、下載模塊及指示燈模塊均獨(dú)立地與主控芯片模塊直接連接;數(shù)字電位器輸入端與主控芯片模塊連接，輸出端與輸出模塊連接。4.如權(quán)利要求3所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊的輸出通道數(shù)量為四路。5.如權(quán)利要求3所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述下載模塊中采用5pin、間距為1.27mm的排母。6.如權(quán)利要求1、3或4所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道電刺激模塊設(shè)置有貼片LED燈。7.如權(quán)利要求1所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通訊連接為藍(lán)牙連接或紅外連接。8.如權(quán)利要求1所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激參數(shù)包括脈沖頻率、脈沖幅值、脈沖寬度及脈沖持續(xù)時間。9.一種如權(quán)利要求1?8中任意一項(xiàng)所述的用于小型動物運(yùn)動控制的電刺激系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括如下步驟: SI:將USB Dongle模塊與上位機(jī)模塊連接，并啟動運(yùn)行日志打印模塊，顯示連接結(jié)果；S2:啟動多通道電刺激模塊，將多通道電刺激模塊與USB Dongle模塊進(jìn)行無線連接，并啟動運(yùn)行日志打印模塊，顯示連接結(jié)果； S3:在上位機(jī)模塊中設(shè)定電刺激參數(shù)，并通過多通道電刺激模塊進(jìn)行電刺激輸出； S4:對電刺激效果與預(yù)期動作進(jìn)行比較，若電刺激效果與預(yù)期動作不符，則重新調(diào)整電 刺激參數(shù)，直至電刺激效果與預(yù)期動作相符為止，記錄相應(yīng)的電刺激參數(shù)。
【文檔編號】A61N1/36GK105879222SQ201610204212
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】張定國, 章若凡, 徐陽
【申請人】上海交通大學(xué)