一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，它包括跑步机、动态减重支持装置及控制系统，所述跑步机包括箱体和电动跑道，所述电动跑道安装在箱体的上端，所述箱体的内部设有调速电机，所述箱体的外侧设有通过调速电机带动传动的传动机构，所述传动机构用于带动电动跑道运动，所述箱体的两侧且上端设有安装板，所述动态减重支持装置用于提供实验鼠的支撑和位置调节，在实验鼠训练过程中，重心波动时，电机随着正转或反转，维持减重力的恒定。所述控制系统用于装置整体的系统控制。本发明专利技术的大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，可对具有后肢运动功能障碍的大鼠实施跑台训练和减重支持相结合的减重疗法，还能为脊髓损伤研究提供实验依据。

A running platform and its control system for dynamic weight reduction training of rats

【技术实现步骤摘要】
一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统
本专利技术涉及一种医学领域的动物实验设备，更确切地说是涉及一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统。
技术介绍
我国的老龄化问题越来越突出，心脑血管疾病和神经系统疾病的人数也急剧增加，其中由脊髓损伤、脑血管意外、脑外伤、脑卒中等中枢神经系统疾病引起的下肢运动功能障碍患者的人数在逐年上升。根据损伤位置的不同，病情也会有所差异，从完全无征兆到半身不遂、完全瘫痪都可能存在。目前临床治疗方法主要有肌电生物反馈与综合康复训练结合法、减重步态康复训练疗法和针灸联合康复训练法等。减重下被动康复训练是目前患者早期介入治疗的最有效的方法之一，源于1982年Rossignol等人用脊髓损伤的猫所进行的步行训练实验。目前应用于下肢康复训练的机器人是在减重步态训练基础上发展而来的智能训练系统，系统既可以模拟正常人的行走姿态，又可以承担一部分的人体重量，可用以对下肢有运动功能障碍的患者进行有效的康复训练。在训练治疗过程中，通过减重支持装置减少患者下肢(对于动物来说是后肢)的负重，并将负重、迈步、平衡这步行三要素有机结合起来，促进正常步态模式的建立，激发治疗信心。减重步态康复训练疗法的最终目的是帮助患者恢复肌体组织的运动机能，改善其运动功能。减重模式在临床中主要分四类：悬吊式减重模式、水池式减重模式、斜床减重模式和气囊式减重模式。因其良好的临床使用效果，引起了国内外学者的广泛关注。已有大量的文献报道减重疗法在恢复步行能力、纠正步态、改善平衡及减轻肌肉痉挛等方面有很大优势，不仅降低了治疗师的工作强度，而且提高了治疗安全性。迄今为止，减重步态训练疗法主要用于脊髓损伤患者和中风患者，也可用于骨折、关节疾病、截瘫等下肢运动功能障碍患者。尽管减重疗法在实验研究和临床应用领域有着不可低估的重要地位，但其确切作用机制至今仍未完全阐明，大大阻碍了该疗法广泛用于不完全脊髓损伤患者行走功能的临床康复治疗，因此需通过动物实验研究该疗法最基本的神经机制，并指导临床应用。为了开展动物实验研究，需开发相应的实验平台，对实验动物实施减重训练。大鼠基因与人类基因较相似，医学实验研究通常采用大鼠作为实验动物，因此本专利技术所研制的多功能动物跑台主要用于对大鼠不完全脊髓损伤后实施减重训练，促进其后肢运动功能恢复。国外研究人员开发了用于动物减重训练的实验装置。W.K.Timoszyk等人设计了第一代动物减重训练跑台。该跑台由跑步机、减重平衡装置和机械手组成。减重平衡装置通过移动平衡物来改变为动物提供的减重重量，机械手由通过夹子与大鼠后肢的趾骨连接，带动大鼠后肢运动。该跑台结构简单，机械结构的摩擦力较大无法实时给出精准的实验数据供研究人员参考，不适用于减重疗法的动物实验。国内的跑台，在大鼠运动过程中，重心会发生变化，导致减重的力不能恒定，影响康复效果。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，其结构紧凑，操作方便，弹簧会随着大鼠重心浮动，维持恒定的减重力，并能实时获得精准的数据。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，它包括：跑步机，所述跑步机包括箱体和电动跑道，所述电动跑道安装在箱体的上端，所述箱体的内部设有调速电机，所述箱体的外侧设有通过调速电机带动传动的传动机构，所述传动机构用于带动电动跑道运动，所述箱体的两侧且上端设有安装板；动态减重支持装置，所述动态减重支持装置包括连接支撑架及机械爪结构，所述连接支撑架包括分别固定在箱体两侧安装板上的支撑杆及设置在两个支撑杆上端将两个支撑杆连接在一起的横杆，所述横杆上固定安装有电机安装板且在电机安装板上安装有调高电机，所述两个支撑杆上套接有安装横杆和带有螺纹孔的调节横杆，所述调节横杆设置在安装横杆的上部，所述调高电机的输出轴端连接有穿过调节横杆上螺旋孔的丝杆，所述机械爪结构包括机械爪和安装块，所述安装块固定安装在安装横杆上，所述机械爪的后侧设有转向盘，所述转向盘上设有调节固定孔和调节槽，所述安装横杆上设有分别穿过调节固定孔和调节槽的连接件和调节件，所述调节横杆上设有与安装块连接的拉力传感器；控制系统，所述控制系统包括硬件和算法部分。所述硬件部分包括用于接收信号的A/D信号处理电路，所述A/D信号处理电路集成于STM32，所述STM32连接有用于驱动调速电机和调高电机的驱动电路，所述STM32上外接数据存储设备、显示设备、键盘输入设备及通过USB通讯连接的上位机。所述控制系统算法部分包括导纳控制与位置控制，用于大鼠运动过程中维持减重力恒定。作为改进，所述调高电机可随着大鼠重心的浮动进行正转或反转，从而带动减重弹簧上下移动，维持恒定的减重力。作为改进，所述电动跑道包括主动轴和从动轴，所述主动轴和从动轴的上端覆盖有跑步带，所述主动轴的两侧设有角度传感器，传动简单，能够通过角度传感器监测调速电机的转速，从而推算出跑步带的速度。作为改进，所述传动机构包括设置在调速电机输出轴端的主动带轮和设置在主动轴端部的从动带轮，所述主动带轮和从动带轮设置在同侧，所述主动带轮和从动带轮之间设有传送带，传动方式简单。作为改进，所述主动带轮和从动带轮为同步带轮，所述传送带为同步带，传动速度精确。作为改进，所述从动轴的数量不少于2个且可以位置调节，能够对跑步带调节松紧且支撑效果好，防止塌陷。作为改进，所述调节槽的调节角度为垂直地面0-90°，能够满足大鼠各种站立方式。作为改进，所述连接件为销轴、螺栓或螺柱，所述机械爪能够绕连接件转动，连接方便。作为改进，所述调节件为螺栓或螺纹柱型结构，链接方便，易获取。作为改进，所述箱体的一端面上开设有开关门，打扫卫生方便。采用以上结构后，本专利技术具有如下优点：本专利技术的大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，可对具有后肢运动功能障碍的大鼠实施跑台训练和减重支持相结合的减重疗法，还能为脊髓损伤研究提供实验依据。该系统结构紧凑，能够进行数据的存储和显示，可以通过调速电机调节跑步机的速度，适应不同的实验需求控制方便，通过外界连接的上位机进行输入控制，智能化程度高，准确度高，减重弹簧随着大鼠重心浮动，维持恒定的减重力。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。图2是本专利技术实施例的正面结构示意图。图3是本专利技术实施例的侧面结构示意图。图4是本专利技术实施例的动态减重支持装置结构示意图。图5是本专利技术实施例的箱体内部结构示意图。图6是本专利技术实施例的跑步机结构示意图。图7是本专利技术实施例的电动跑道示意图。图8是本专利技术实施例的控制系统示意图。图9是本专利技术实施例的核心控制框图。如图所示：1、跑步机，2、动态减重支持装置，3、箱体，4、电动跑道，5、调速电机，6、传动机构，7、安装板，8、连接支撑架，9、机械爪结构，10、支撑杆，11、横杆，12、电机安装板，13、调高电机，14、安装横杆，15、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，其特征在于，它包括：/n跑步机，所述跑步机包括箱体和电动跑道，所述电动跑道安装在箱体的上端，所述箱体的内部设有调速电机，所述箱体的外侧设有通过调速电机带动传动的传动机构，所述传动机构用于带动电动跑道运动，所述箱体的两侧且上端设有安装板；/n动态减重支持装置，所述动态减重支持装置包括连接支撑架及机械爪结构，所述连接支撑架包括分别固定在箱体两侧安装板上的支撑杆及设置在两个支撑杆上端将两个支撑杆连接在一起的横杆，所述横杆上固定安装有电机安装板且在电机安装板上安装有调高电机，所述两个支撑杆上套接有安装横杆和带有螺纹孔的调节横杆，所述调节横杆设置在安装横杆的上部，所述调高电机的输出轴端连接有穿过调节横杆上螺旋孔的丝杆，所述机械爪结构包括机械爪和安装块，所述安装块固定安装在安装横杆上，所述机械爪的后侧设有转向盘，所述转向盘上设有调节固定孔和调节槽，所述安装横杆上设有分别穿过调节固定孔和调节槽的连接件和调节件，所述调节横杆上设有与安装块连接的拉力传感器；/n控制系统，所述控制系统包括STM32及用于接收信号的A/D信号处理电路，所述A/D信号处理电路集成于STM32，所述STM32连接有用于驱动调速电机和调高电机的驱动电路，所述STM32上外接数据存储设备、显示设备、键盘输入设备及通过USB通讯连接的上位机。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大鼠动态减重训练跑台及其控制系统，其特征在于，它包括：
跑步机，所述跑步机包括箱体和电动跑道，所述电动跑道安装在箱体的上端，所述箱体的内部设有调速电机，所述箱体的外侧设有通过调速电机带动传动的传动机构，所述传动机构用于带动电动跑道运动，所述箱体的两侧且上端设有安装板；
动态减重支持装置，所述动态减重支持装置包括连接支撑架及机械爪结构，所述连接支撑架包括分别固定在箱体两侧安装板上的支撑杆及设置在两个支撑杆上端将两个支撑杆连接在一起的横杆，所述横杆上固定安装有电机安装板且在电机安装板上安装有调高电机，所述两个支撑杆上套接有安装横杆和带有螺纹孔的调节横杆，所述调节横杆设置在安装横杆的上部，所述调高电机的输出轴端连接有穿过调节横杆上螺旋孔的丝杆，所述机械爪结构包括机械爪和安装块，所述安装块固定安装在安装横杆上，所述机械爪的后侧设有转向盘，所述转向盘上设有调节固定孔和调节槽，所述安装横杆上设有分别穿过调节固定孔和调节槽的连接件和调节件，所述调节横杆上设有与安装块连接的拉力传感器；
控制系统，所述控制系统包括STM32及用于接收信号的A/D信号处理电路，所述A/D信号处理电路集成于STM32，所述STM32连接有用于驱动调速电机和调高电机的驱动电路，所述STM32上外接数据存储设备、显示设备、键盘输入设备及通过USB通讯连接的上位机。


2.根据权利要求1所述的一种大鼠动态减重...

【专利技术属性】
技术研发人员：李肖，王艺澜，涂细凯，马玄，李建，谭家浩，秦榕，蒯波，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42