專利名稱：一種小動(dòng)物被動(dòng)直線被動(dòng)運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小動(dòng)物被動(dòng)直線被動(dòng)運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人在乘坐交通工具時(shí)都 是在做被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的人的相關(guān)大腦區(qū)域的空間認(rèn)知研究具有極其重要的意義。由于局限于倫理以及研究手段，以往的相關(guān)研究主要以量表為主，無(wú)法在神經(jīng)電生理層次做定量研究，極大地限制了相關(guān)研究的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小動(dòng)物被動(dòng)直線被動(dòng)運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，旨在提供一種在神經(jīng)電生理層次上對(duì)小動(dòng)物被動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量研究的系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，包括一用于固定裝載小動(dòng)物的小車式載具，其車體上搭載有NXT自動(dòng)控制器、前后兩端分別安裝有防觸碰傳感器；一長(zhǎng)方形的封閉式線性軌道，用于所述小車載具在其軌道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；主控計(jì)算機(jī)，用于接收所述NXT自動(dòng)控制器采集的小車式載具的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行顯示，并根據(jù)所述的實(shí)時(shí)信息通過(guò)所述NXT自動(dòng)控制器控制、調(diào)整所述小車式載具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；一神經(jīng)信號(hào)記錄儀，與所述的的小車式載具連接，用于采集小動(dòng)物神經(jīng)信號(hào)的變化信息；一攝像機(jī)，用于采集整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻數(shù)據(jù)信息并傳輸?shù)剿龅闹骺赜?jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、監(jiān)控及跟蹤。在所述的小車式載具上還設(shè)有防止小車式載具之運(yùn)動(dòng)被干擾的電極固定扣。所述的線性軌道由丙烯酸樹(shù)脂制作。所述的小車式載具的實(shí)時(shí)信息包括小車式載具的主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度信息。所述的防觸碰傳感器為安裝在小車式載具前端的超聲探頭及安裝在小車式載具后端的觸控探頭。所述的小車載具的車體底部設(shè)一被動(dòng)輪、底部?jī)蓚?cè)端分別設(shè)一主動(dòng)輪，兩側(cè)還各設(shè)有兩用于與線性軌道側(cè)面相接觸的防止小車跑偏的的準(zhǔn)直輪。所述的主控計(jì)算機(jī)與所述NXT自動(dòng)控制器通過(guò)藍(lán)牙方式進(jìn)行通訊。本發(fā)明可作為小動(dòng)物被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的研究平臺(tái)，其搭建簡(jiǎn)便、可靠性高、控制方便。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例提供的小車式載具的主視圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的小車式載具的俯視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的主控計(jì)算機(jī)的主控程序的控制流程圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的控制載具前向運(yùn)動(dòng)的子程序的控制流程圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的控制載具后向運(yùn)動(dòng)的子程序的控制流程圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的視頻監(jiān)控跟蹤程序的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參見(jiàn)圖1-3所示,一種小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng),包括ー用于固定裝載小動(dòng)物的小車式載具10，其車體上搭載有NXT自動(dòng)控制器7、前后兩端分別安裝有防觸碰傳感器；其中，前端防觸碰傳感器采用超聲測(cè)距方式防觸碰，后端防觸碰傳感器采用觸控方式防觸碰；該自動(dòng)控制器7采用樂(lè)高Lego牌、型號(hào)為NXT Mindstorm的自動(dòng)控制器；NXT自動(dòng)控制器存儲(chǔ)有控制載具前向運(yùn)動(dòng)與后向運(yùn)動(dòng)的子程序，編程方法采用標(biāo)準(zhǔn)的NXT自動(dòng)控制器自帶的編程環(huán)境；通過(guò)NXT自動(dòng)控制器自帶的程序開(kāi)發(fā)庫(kù)，可以對(duì)小車式載具進(jìn)行調(diào)控和獲取小車式載具的實(shí)時(shí)信息，包括小車式載具的主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度信息等；并根據(jù)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度信息，利用程序控制其前進(jìn)的能量和運(yùn)動(dòng)的方向；該小車式載具頂端開(kāi)ロ、軌道內(nèi)部涂黑，避免反光，底面平坦，利于小車式載具的移動(dòng)；小車式載具的寬度和線性軌道相互匹配；請(qǐng)參見(jiàn)圖1-2所示，所述的小車載具的車體底部設(shè)ー被動(dòng)輪5、底部?jī)蓚?cè)端分別設(shè)一主動(dòng)輪3、兩主動(dòng)輪并排連接，兩側(cè)還各設(shè)有兩用于與線性軌道側(cè)面相接觸的防止小車跑偏的準(zhǔn)直輪4 ;ー側(cè)端頭還設(shè)有線纜固定架2 ；所述的防觸碰傳感器為安裝在小車式載具前端的超聲探頭6及安裝在小車式載具后端的觸控探頭2，主要用于采集相關(guān)數(shù)據(jù)、判斷小車式載具與線性軌道的側(cè)壁的距離，并在超聲探頭探測(cè)的距離小于設(shè)定的閥值或觸控探頭觸發(fā)時(shí)，分別結(jié)束小車式載具的前行運(yùn)動(dòng)及后行運(yùn)動(dòng)，以防止小車式載具碰觸線性軌道；ー長(zhǎng)方形的封閉式線性軌道20，用于所述小車載具10在其軌道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；較優(yōu)的，所述的線性軌道由丙烯酸樹(shù)脂制作而成，其長(zhǎng)150cm、寬20cm、軌道深40cm。主控計(jì)算機(jī)50，由控制主機(jī)及顯示裝置組成，用于接收所述NXT自動(dòng)控制器采集的小車式載具的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行顯示，井根據(jù)所述的實(shí)時(shí)信息通過(guò)所述NXT自動(dòng)控制器控制、調(diào)整所述小車式載具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；所述的小車式載具的實(shí)時(shí)信息包括小車式載具的主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度信息；ー神經(jīng)信號(hào)記錄儀30，與所述的的小車式載具10通過(guò)線纜連接，用于采集固定裝載在小車式載具內(nèi)的小動(dòng)物神經(jīng)信號(hào)的變化信息；一攝像機(jī)40，用于采集整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻數(shù)據(jù)信息并傳輸?shù)剿龅闹骺赜?jì)算機(jī)50進(jìn)行顯示、監(jiān)控及跟蹤。所述的攝像機(jī)40通過(guò)有線方式與所述的主控計(jì)算機(jī)50進(jìn)行連接并通訊。進(jìn)ー步的，本發(fā)明還在所述的小車式載具10上還設(shè)有防止小車式載具之運(yùn)動(dòng)被干擾的電極固定扣。其中，所述的主控計(jì)算機(jī)50與搭載在小車式載具上的所述NXT自動(dòng)控制器7通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線方式進(jìn)行通訊。主控計(jì)算機(jī)的主程序可用LabVIEW軟件編程實(shí)時(shí)調(diào)用NXT自動(dòng)控制器的子程序。使用時(shí)，將小動(dòng)物固定在所述的載具上，將載具放置在線性軌道中，通過(guò)相應(yīng)的線纜連接好神經(jīng)記錄儀，并用所述的線纜固定架固定連接線纜以防止線纜脫落。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙方式調(diào)用相應(yīng)的NXT自動(dòng)控制器子程序(可采用LabVIEW軟件編程實(shí)現(xiàn))對(duì)所述的小車式載具進(jìn)行控制，使小車式載具能夠按照前向運(yùn)動(dòng)、停頓若干秒、后向運(yùn)動(dòng)、停頓若干秒的方式循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中停頓的時(shí)間、運(yùn)動(dòng)的速度、循環(huán)的次數(shù)均可調(diào)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程由所述的攝像機(jī)進(jìn)行攝像，并能夠?qū)崟r(shí)得到載具中小動(dòng)物的位置信息。本發(fā)明的控制程序流程請(qǐng)參見(jiàn)圖4-6所示，該程序包含兩部分，一是主控計(jì)算機(jī)的控制主程序(見(jiàn)圖4)，二是NXT自動(dòng)控制器內(nèi)置的控制子程序(圖5-6)。主控計(jì)算機(jī)的的控制主程序負(fù)責(zé)調(diào)度NXT自動(dòng)控制器內(nèi)置的控制子程序，后者負(fù)責(zé)判斷小車式載具的狀態(tài)，防止碰撞。開(kāi)始測(cè)試后，首先通過(guò)主控計(jì)算機(jī)的控制主程序啟動(dòng)NXT自動(dòng)控制器內(nèi)置的前向運(yùn)動(dòng)子程序，控制小車式載具前行運(yùn)動(dòng)，前行運(yùn)動(dòng)中通過(guò)超聲探頭判斷與前方軌道盡頭的距離；若判斷小車式載具的前行運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，則控制小車式載具停頓若干秒后啟動(dòng)后向運(yùn)動(dòng)子程序控制小車式載具后向運(yùn)動(dòng)，否則程序等待，直到前向運(yùn)動(dòng)結(jié)束；在后向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，若判斷后向運(yùn)動(dòng)結(jié)束，則停頓若干秒后判斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)是否結(jié)束，是則結(jié)束小車式載具的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，否則程序等待，直到后向運(yùn)動(dòng)結(jié)束。當(dāng)前向運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)設(shè)在小車式載具前端的超聲探頭探測(cè)到小車式載具距離線性軌道之側(cè)壁距離小于一定距離時(shí)，如20厘米，前向運(yùn)動(dòng)子程序自動(dòng)停止小車式載具，結(jié)束前行運(yùn)動(dòng)，否則繼續(xù)前行；在后向運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)設(shè)在小車式載具后端的觸控探頭觸發(fā)時(shí)，停止后向運(yùn)動(dòng)，否則繼續(xù)后向運(yùn)動(dòng)。上述過(guò)程中，主控計(jì)算機(jī)查詢子程序的狀態(tài)，調(diào)控整個(gè)過(guò)程。所述的主控計(jì)算機(jī)通過(guò)攝像機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行顯示、監(jiān)控及跟蹤，其監(jiān)控及跟蹤的控制流程見(jiàn)圖7所示，啟動(dòng)本發(fā)明系統(tǒng)后，由攝像機(jī)40采集一幀視頻圖像顯示在抓圖窗口，用戶通過(guò)ROI控件選取某個(gè)區(qū)域(一般是小動(dòng)物的輪廓或頭部的電極)作為學(xué)習(xí)模板。開(kāi)始監(jiān)控時(shí)，圖形識(shí)別模塊將視頻的每一幀與學(xué)習(xí)模板對(duì)照進(jìn)行匹配，并在主控計(jì)算機(jī)的視頻窗口里實(shí)時(shí)顯示匹配點(diǎn)位置。匹配點(diǎn)的坐標(biāo)作為附加數(shù)據(jù)寫入視頻文件中。為了在LabVIEW軟件環(huán)境中使用攝像頭，在主控計(jì)算機(jī)中安裝有Vision開(kāi)發(fā)模塊和NI-IMAQ for USB Cameras驅(qū)動(dòng)軟件。Vision開(kāi)發(fā)模塊是用于機(jī)器視覺(jué)的強(qiáng)大軟件庫(kù)。NI-IMAQ for USB Cameras驅(qū)動(dòng)軟件能使用戶直接配置DirectShow的成像設(shè)備,將圖像采集到LabVIEW軟件中。只要是支持DirectShow的設(shè)備，例如USB攝像頭、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、顯微鏡、掃描儀等都可以使用Vision開(kāi)發(fā)模塊。在Vision開(kāi)發(fā)模塊的幫助下，能夠?qū)崿F(xiàn)采集、濾波、模式識(shí)別、顏色分辨等功能。本發(fā)明選取廣角攝像頭，具有最高60fps的采集幀率，比一般的網(wǎng)絡(luò)USB攝像頭視角更廣。將攝像頭通過(guò)USB接口連接主控計(jì)算機(jī)，通過(guò)LabVIEW軟件+Vision開(kāi)發(fā)模塊進(jìn)行編程從而實(shí)現(xiàn)前述的視頻監(jiān)控與跟蹤。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求
1.一種小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，包括 一用于固定裝載小動(dòng)物的小車式載具，其車體上搭載有NXT自動(dòng)控制器、前后兩端分別安裝有防觸碰傳感器； 一長(zhǎng)方形的封閉式線性軌道，用于所述小車載具在其軌道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 主控計(jì)算機(jī)，用于接收所述NXT自動(dòng)控制器采集的小車式載具的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行顯示，并根據(jù)所述的實(shí)時(shí)信息通過(guò)所述NXT自動(dòng)控制器控制、調(diào)整所述小車式載具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；一神經(jīng)信號(hào)記錄儀，與所述的的小車式載具連接，用于采集小動(dòng)物神經(jīng)信號(hào)的變化信息； 一攝像機(jī)，用于采集整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻數(shù)據(jù)信息并傳輸?shù)剿龅闹骺赜?jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、監(jiān)控及跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，在所述的小車式載具上還設(shè)有防止小車式載具之運(yùn)動(dòng)被干擾的電極固定扣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的線性軌道由丙烯酸樹(shù)脂制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的小車式載具的實(shí)時(shí)信息包括小車式載具的主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的防觸碰傳感器為安裝在小車式載具前端的超聲探頭及安裝在小車式載具后端的觸控探頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的小車載具的車體底部設(shè)一被動(dòng)輪、底部?jī)蓚?cè)端分別設(shè)一主動(dòng)輪，兩側(cè)還各設(shè)有兩用于與線性軌道側(cè)面相接觸的防止小車跑偏的的準(zhǔn)直輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計(jì)算機(jī)與所述NXT自動(dòng)控制器通過(guò)藍(lán)牙方式進(jìn)行通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種小動(dòng)物被動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)研究系統(tǒng)，包括一用于固定裝載小動(dòng)物的小車式載具，其車體上搭載有NXT自動(dòng)控制器、前后兩端分別安裝有防觸碰傳感器；一長(zhǎng)方形的封閉式線性軌道，用于所述小車載具在其軌道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；主控計(jì)算機(jī)，用于接收所述NXT自動(dòng)控制器采集的小車式載具的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行顯示、監(jiān)控及跟蹤，并根據(jù)所述的實(shí)時(shí)信息通過(guò)所述NXT自動(dòng)控制器控制、調(diào)整所述小車式載具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；一神經(jīng)信號(hào)記錄儀，與所述的小車式載具連接，用于采集小動(dòng)物神經(jīng)信號(hào)的變化信息；一攝像機(jī)，用于采集整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻數(shù)據(jù)信息并傳輸?shù)剿龅闹骺赜?jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。本發(fā)明可作為小動(dòng)物被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的研究平臺(tái)，其搭建簡(jiǎn)便、可靠性高、控制方便。
文檔編號(hào)G05D1/02GK102621981SQ20121007916
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者方小雷, 洪波, 謝康寧, 閆一力, 高上凱 申請(qǐng)人:清華大學(xué)