一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置

摘要

本发明提供的一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置，包括旋转盘，以及设置在其上的基座，在基座上设置相互交接的身体固定座和头部固定板，头部固定板与凸轮机构连接，模拟豚鼠的点头和仰头动作，同时通过旋转盘带动基座水平转动，将豚鼠的点头和仰头动作和豚鼠的水平转动耦合，诱发鼠类的前庭性错觉，其次，通过往复机构带动身体固定座沿鼠类的冠状面转动，在结合旋转盘，将豚鼠的沿头部的水平旋转和身体冠状面的转动进行耦合，实现诱发鼠类的前庭性错觉，对豚鼠前庭感受器进行线加速度和角加速度刺，诱发鼠类的前庭性错觉，对豚鼠在前庭性错觉下的生理参数进行研究对避免前庭性错觉和前庭性错觉下的处置方式对于维护飞行安全有重要意义。

说明书

技术领域

本发明专利属于生命科学实验装置，具体为一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置。

背景技术

在生命科学领域及军事医学领域，前庭性错觉是导致飞行事故的重要原因，避免前庭性错觉，以及对前庭性错觉的正确处置方式对于维护飞行安全起到至关重要的作用，针对前庭性错觉的生理心理机制研究是解决这一实际问题的基础，然而，由于缺乏前庭性错觉的动物研究模型，该领域研究依然属于空白，因此，研究设计能够诱发和评估实验动物前庭性错觉的装备尤为关键。

实验动物前庭性错觉模型研究设计的主要困难之处在于，作用于前庭感受器的线加速度刺激和角加速度刺激较难实现。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置，能够诱发实验动物的前庭性错觉，便于对前庭性错觉进行研究。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置，包括旋转底座、基座、头部固定板、身体固定座、凸轮机构、往复机构和传动装置；

所述基座设置在旋转底座上，身体固定座设置在基座的顶部，头部固定板的一端与身体固定座的一端铰接，凸轮机构设置在基座的一端，并与头部固定板连接，用于带动头部固定板上下往复转动，往复机构位于基座的另一端，并与身体固定座连接，用于带动身体固定座沿弧形槽的轴向旋转往复转动；

所述身体固定座的端部设置有能够沿其轴向伸缩的支撑板，当支撑板伸出至头部固定板的底部，头部固定板随身体固定座同步转动，所述传动装置设置在旋转盘上，并与凸轮机构或往复机构连接，使凸轮机构或往复机构动作。

优选的，所述凸轮机构包括凸轮、推杆和导向管；

所述凸轮设置基座的端部并与传动装置连接，导向管套设在推杆上，并与基座的端面连接，推杆的上端与头部固定板的底面连接，下端支撑在凸轮的表面。

优选的，所述推杆为伸缩杆，包括同轴套设的内杆和外杆，外杆上设置有锁紧装置，用于对推杆的长度锁至。

优选的，所述头部固定板的顶部设置有用于固定罩，固定罩的内壁上设置有气囊，气囊用于固定鼠类的头部。

优选的，所述头部固定板的底部设置有弹力绳，弹力绳倾斜连接头部固定板和身体固定座。

优选的，所述往复机构包括摆杆、转轮、扇形齿轮和半齿轮；

所述半齿轮同心固接在身体固定座远离头部固定板的一端，并位于基座的外部，摆杆的上端与扇形齿轮的圆心连接，摆杆上延其轴向设置有导向槽，扇形齿轮的中心与基座的端面转动连接，扇形齿轮并与半齿轮啮合，转轮位于基座的端部，转轮上设置有偏心轴，偏心轴位于摆杆的导向槽中，转轮与传动装置连接。

优选的，所述转轮上设置有调节装置，用于调节偏心轴的旋转半径。

优选的，所述传动装置包括花键轴和滑套；

所述花键轴与电机连接，滑套配装在花键轴上，并能沿其轴向滑动，滑套移动用于与凸轮的连接轴或转轮的连接轴啮合。

优选的，所述滑套的两端分别设置有第一传动齿和第二传动齿，凸轮的连接轴端部设置有第一齿轮，转轮的连接轴端部固接第二齿轮，第一传动齿和第二传动齿分别用于与第一齿轮和第二齿轮啮合。

优选的，所述旋转盘上设置有摇臂，摇臂的两端能够延其中部水平转动，摇臂的一端位于第一传动齿和第二传动齿之间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置，包括旋转盘，以及设置在其上的基座，在基座上设置身体固定座，身体固定座铰接头部固定板，头部固定板与凸轮机构连接，通过凸轮机构使头部固定板上下旋转，模拟豚鼠的点头和仰头动作，同时通过旋转盘带动基座水平转动，将豚鼠的点头和仰头动作和豚鼠的水平转动耦合，诱发鼠类的前庭性错觉，其次，当身体固定座转动时，通过支撑板对头部固定板限位，并通过往复机构带动身体固定座沿鼠类的冠状面转动，在结合旋转盘，将豚鼠的沿头部的水平旋转和沿身体冠状面的转动进行耦合，实现诱发鼠类的前庭性错觉，通过两种耦合动作，对豚鼠前庭感受器进行线加速度刺激和角加速度刺，诱发鼠类的前庭性错觉，进而采集该状态下豚鼠的生理参数，通过对该生理参数的研究，对避免前庭性错觉和正确处置方式对于维护飞行安全有重要意义。

附图说明

图1为本发明前庭性错觉诱发装置豚鼠头部端的结构示意图；

图2为本发明前庭性错觉诱发装置豚鼠身体端的结构示意图；

图3为本发明头部固定板下部的结构示意图；

图4为本发明定位板的伸出状态的结构示意图；

图5为本发明定位板的缩进状态的结构示意图；

图6为本发明基座的结构示意图；

图7为本发明传动装置的结构示意图；

图8为本发明传动装置的原理图；

图9为本发明滑套的结构示意图；

图10为本发明旋转底座的结构示意图；

图11为本发明推杆的结构示意图。

图中：1、底盘；2、旋转盘；3、头部固定板；4、束缚带；5、身体固定座；6、基座；7、凸轮；8、转轮；9、摆臂；10、扇形齿轮；11、固定件；12、齿条；13、半齿轮；14、导向管；15、气囊；16、固定罩；17、推杆；18、环槽；19、支撑板；20、花键轴；21、滑套；22、第一齿轮；23、第二齿轮；24、电机；25、摇臂；26、转轴；27、限位套；30、弹力绳；31、导向槽；32、滑槽；33、滚轮；34、旋转电机；35、外杆；36、内杆；37、锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图并以豚鼠为例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1-11，一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置，包括旋转底座、基座6、头部固定板3、身体固定座5、凸轮机构、往复机构和传动装置。

所述基座6设置在旋转底座上，基座6的顶部设置有弧形槽，身体固定座5配装在弧形槽中，头部固定板3的一端与身体固定座5的一端铰接，凸轮机构设置在基座的一端，并与头部固定板3连接，用于带动头部固定板3上下往复转动，往复机构位于基座的另一端，并与身体固定座5连接，用于带动身体固定座5沿弧形槽的轴向旋转往复转动。

身体固定座5的端部设置有能够沿其轴向伸缩的支撑板19，当支撑板19伸出至头部固定板3的底部，头部固定板3和身体固定座5同步转动。

传动装置位于基座的底部，并分别与凸轮机构和往复机构连接，使凸轮机构或往复机构动作。

上述头部固定板位于基座的外部，并与身体固定座5的端部铰接，凸轮机构包括凸轮7、推杆17和导向管14，凸轮连接有转轴，转轴穿过基座与传动装置连接，凸轮位于基座的端面，头部固定板的底面设置有导向槽31，导向槽沿弧形槽的轴向设置，导向管14套设在推杆上，并与基座的侧壁连接，推杆17的上端配装在导向槽中，下端支撑在凸轮的表面，当凸轮转动，推杆上下运动，推杆的上端带动头部固定板沿其铰接端上下转动，用于模拟豚鼠头部点头和仰头的动作。

所述推杆17的上端设置有球体，球体配装在导向槽中，凸轮转动使推杆上下运动并通过球体带动头部固定板同步运动。

推杆的底部设置有滚轮，凸轮的工作面设置有环槽，滚轮配装在环槽中，避免凸轮和推杆的摩擦，延长凸轮和推杆的使用寿命。

头部固定板的顶部设置有弧形的固定罩16，豚鼠的头部位于固定罩的下方，在固定罩的内壁上设置有气囊15，气囊上设置有充气口和排气口，通过给气囊充气，对豚鼠的头部进行挤压固定，使其紧贴在头部固定板上，实现与头部固定板的同步运动。

固定罩为弧形结构，固定罩安装在头部固定板上，形成一个两端开放的半圆形通道，一端用于豚鼠的头部的进入，另一端方便豚鼠呼吸，固定罩位于旋转盘的轴向中心，当豚鼠的头部位于固定罩中，则豚鼠的头部位于旋转盘的中心。

上述身体固定座5半圆柱结构，半圆柱的弧面配装在基座顶部的弧形槽中，豚鼠的身体固定在身体固定座5的顶面，在身体固定座5的顶面间隔设置有多个束缚带4，通过束缚带对豚鼠固定的身体进行固定，使其与身体固定座5同步转动，也就是沿半圆柱的中心轴往复转动。

基座的弧形槽中沿其轴向间隔设置有多个环槽18，环槽沿弧形槽的径向设置，身体固定座5的弧面上设置有环槽配合的限位环，环槽中设置有滚珠，当身体固定座5位于弧形槽中，限位环位于环槽18中，并且限位环的表面与滚珠接触，通过滚珠使身体固定座5在弧形槽中转动更加顺畅。

上述往复机构包括摆杆9、转轮8、扇形齿轮10和半齿轮13。

半齿轮13同心固接在身体固定座5远离头部固定板3的一端，并位于基座的外部，摆杆的端部与扇形齿轮10的圆心连接，摆杆上延其轴向设置有导向槽，扇形齿轮10的中心与基座的端面转动连接，扇形齿轮10并与半齿轮13啮合，转轮8嵌置在基座的端面上，转轮8上设置有偏心轴，偏心轴位于摆杆的导向槽中，转轮8与传动装置连接。

在转轮上设置有调节装置，用于调节偏心轴的旋转半径，控制身体固定板的转动角度。

调节装置为沿转轮径向设置有台阶槽，偏心轴设置在台阶槽中，其端部穿过台阶槽与螺母连接；另一种方式为转轮的端面设置有多个固定孔，并位于不同的半径，偏心轴与不同的固定孔通过螺纹连接，接口调节旋转半径。

工作时，传动装置带动转轮8转动，偏心轴带动摆杆往复摆动，进而使扇形齿轮带动半齿轮往复转动，进而使身体固定座5沿弧形槽的轴线往复旋转。

进一步，在半齿轮13和扇形齿轮10之间设置有齿条12，齿条的顶面和底面分别设置有用于半齿轮和扇形齿轮的啮合齿，扇形齿轮带动齿条水平运动，再通过齿条带动半齿轮转动，半齿轮与身体固定座固接，进而使身体固定座转动，在齿条的两端设置有固定件11，固定件固接在基座的侧壁上，齿条的两端位于固定件的孔，齿条并能沿孔滑动，通过齿条能够使半齿轮和扇形齿轮的采用不同参数的齿。

在身体固定座5的端部设置有支撑板19，身体固定座5上设置有安装支撑板的安装孔，并且支撑板能够沿安装孔伸出或缩回，当头部固定板上下转动时，支撑板19位于安装孔中，当身体固定座5转动时，支撑板伸出至头部固定板的底部，头部固定板的底面与支撑板19的表面紧贴，并使头部固定板的表面和身体固定座5的表面位于同一平面。

头部固定板3的底部设置有弹力绳30，弹力绳的一端与头部固定板3的底面端部连接，另一端与身体固定座5端面的下部连接，弹力绳30对头部固定板3施加拉力，使其紧贴在支撑板上，避免身体固定座5转动时头部固定板3发生晃动。

需要说明的是，在头部固定板上下转动时，支撑板缩回至安装孔中，此时弹力绳对头部固定板的拉力则施加在推杆上，推杆上移，头部固定板向上转动，弹力绳拉长，推杆下移，在弹力和重力的作用下头部固定板向下转动。

所述推杆为伸缩杆，包括相互套设的内杆36和外杆35，外杆的下端与凸轮连接，球体位于内杆的上端，外杆的上端的侧壁上设置有膨胀缝，外杆的上端设置有锁紧螺母37，锁紧螺母37通过锥螺纹与外杆连接，通过锁紧螺母37对内杆限位，控制推杆的总长度。

当身体固定座转动时，推杆缩短至最小长度，使球体与导向槽分离，也就是使凸轮机构与头部固定板分离，同时使支撑板伸出，在弹力的作用下，头部固定板紧贴在支撑板，使身体固定座和头部固定板形成整体同步转动。

所述基座的底部设置有用于安装传动装置的传动空间，传动装置包括电机24、花键轴20、滑套21、第一齿轮22和第二齿轮23。

所述第一齿轮22和第二齿轮23分别传动空间的两端，第一齿轮22通过连接轴与转轮8连接，第二齿轮23通过连接轴与凸轮7连接，电机设置在旋转盘上，电机24的输出端连接花键轴20，花键轴20与连接轴平行设置，滑套21通过花键孔配套在花键轴20上，滑套的截面我工字型，滑套21的两端分别设置有与第一齿轮22和第二齿轮23啮合的第一传动齿和第二传动齿。

当凸轮7转动时，也就是需要头部固定板上下旋转时，滑套移动使第二传动齿与第二齿轮23啮合，第一传动齿与第一齿轮22分离，此时，电机带动花键轴和滑套转动，滑套21通过第二传动齿带动第二齿轮23转动，第二齿轮23通过连接轴带动凸轮转动，进而通过推杆带动头部固定板动作。

当转轮8转动时，也就是需要身体固定座往复旋转时，滑套移动使第一传动齿与第一齿轮22啮合，第二传动齿与第二齿轮23分离，此时，电机带动花键轴和滑套转动，滑套21通过第一传动齿带动第一齿轮22转动，第一齿轮22通过连接轴带动转轮8转动，转轮8带动摆杆9摆动，进而扇形齿轮通过半齿轮13带动身体固定座往复转动。

旋转盘上设置有摇臂座和摇臂25，其顶部设置有销轴，销轴上设置有摇臂25，摇臂25的中部套设在销轴上，摇臂的一端延伸至第一传动齿和第二传动齿之间，操作摇臂的另一端即可推动滑套沿花键轴移动，进而控制滑套的位置，使滑套与第一齿轮22或第二齿轮23啮合，在传动轴上还设置有限位套27，两个限位套位于滑套的两侧，用于对滑套的滑动距离限位。

旋转底座包括底座和位于底盘1和设置在其顶部的旋转盘2，底座的中心设置有旋转电机34，旋转盘2的中心与旋转电机34的输出轴固定，使旋转盘转动，旋转盘的底面边缘设置有滚轮33。

下面对本发明提供的一种啮齿类实验动物的前庭性错觉诱发装置的工作原理进行详细的阐述。

诱发该鼠类前庭性错觉的两个动作，1、豚鼠的头部沿矢状面上下往复动作，也就是往复的点头和抬头；2、豚鼠头部沿冠状面往复转动动作，也就是使豚鼠沿身体的轴线做往复转动。下面对两个动作分别进行详细的说明。

1、豚鼠的头部沿矢状面上下往复动作

首先，将豚鼠的身体通过束缚带固定在身体固定座5上，其中一个束缚带位于豚鼠的脖颈位置，豚鼠的头部伸入至固定罩中，并位于旋转盘的中心，对气囊充气将豚鼠的头部固定在头部固定板上。

然后，调节推杆的长度，使推杆上端的球体位于导向槽中，下端的滚轮位于凸轮槽中，并使支撑杆缩回至身体固定座5的安装孔中，在弹力绳的作用下同步固定板压在支撑杆上。

再然后，启动电机，并通过摇臂驱动滑套移动，使滑套第二传动齿与第二齿轮23啮合，第一传动齿与第一齿轮22分离，电机带动花键轴和滑套转动，滑套21通过第二传动齿带动第二齿轮23转动，第二齿轮23通过连接轴带动凸轮转动，进而通过推杆带动头部固定板动作，头部固定板动作的动作角度为0-60°。

最后，紧接着启动旋转电机，使旋转盘转动，使豚鼠的身体沿头部水平旋转，同时通过推杆带动头部固定板沿铰接端转动，使豚鼠沿头部水平转动的同时进行上下抬头和低头，将两个动作进行耦合，诱发豚鼠的前庭性错觉。

2、豚鼠头部沿冠状面往复转动动作

首先，将支撑板伸出至头部固定板的底面，在弹力绳的拉力下，使头部固定板与支撑板形成整体。

然后，缩短推杆的长度，使推杆的上端与头部固定板分离。

再然后，启动电机，通过摇臂使滑套移动，使第一传动齿与第一齿轮22啮合，第二传动齿与第二齿轮23分离，此时，电机带动花键轴和滑套转动，滑套21通过第一传动齿带动第一齿轮22转动，第一齿轮22通过连接轴带动转轮8转动，转轮8带动摆杆9摆动，进而扇形齿轮通过半齿轮13带动身体固定座往复转动，进而使豚鼠沿身体的轴向往复转动，摆动角度为0-60°。

最后，紧接着启动旋转电机，使旋转盘转动，使豚鼠的身体沿头部水平旋转，同时通过转轮、摆臂、扇形齿轮和半齿轮带动身体固定板沿中心轴转动，使豚鼠沿头部水平转动的同时进行身体的往复转动，将两个动作进行耦合，诱发豚鼠的前庭性错觉。

在豚鼠的身体和头部连接生理采集器，即可对豚鼠在前庭性错觉状态的生理体征进行研究，该装置满足生命科学领域和军事医学领域研究者进行错觉模型的动物模型需求，可以有效填补飞行错觉的动物模型的空白，方便相关领域研究的顺利开展。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。