一种模拟低重力的动物悬吊装置与控制方法与流程

本发明属于航天领域，具体涉及一种模拟低重力的动物悬吊装置与控制方法。

背景技术：

1、随着人类科学技术的不断提高发展，世界各国高度重视登月技术的战略地位，大力推进相关的战略部署。未来在航天领域的竞争是世界各国科技的主战场之一，因此对航天技术的需求是愈来愈高。航天员在月球上执行任务时，由于月球上的重力是地球上的1/6，其受力状态和动力学特性明显不同于在地球重力环境下，这将会导致航天员在月球中身体机能发生变化和局部肌肉萎缩，从而严重影响航天员的在轨飞行时间和工作效率。为了解决上述问题，需要研制一种在地面使用的能够模拟太空中低重力环境的装置来研究因在低重力环境中受损的身体对这种局部重力的反应是迫在眉睫的。

2、目前在地面模拟太空低重力环境的研究成果较多，大多都是在模拟太空飞行期间将动物直接暴露在微重力环境下，建立一种模拟失重性啮齿类动物生理效应尾吊模型，使啮齿类动物的后肢处在失重情况下，从而导致肌肉萎缩。1979年，morey利用尾部悬吊建立了大鼠失重模型，提供了与头低位体液移位相关的后肢完全卸载。虽然这个模型非常有价值，而且提供了大量信息，但它只允许针对完全卸载(即0g)的研究，不适合研究月球和火星上的低重力环境。mortreux等人利用创新的部分负重(partial weight-bearing,pwb)模型来模拟火星上的短期任务，以评估连续施加两种不同程度的重力降低所引起的后肢肌肉的生理损伤，但是这种装置的缺点在于在将实验动物转移至实验装置过程中，由于受到人为因素或外界因素的影响，导致测量1/6重力值的大小产生很大的误差，因此现有技术存在无法准确的模拟真实低重力环境的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术无法准确模拟真实低重力环境的问题。

2、本发明的目的是采取下述技术方案来实现的：

3、一种模拟低重力的动物悬吊装置，所述装置包括：箱体容器、设置于所述箱体容器顶部的悬吊调节组件、与所述悬吊调节组件连接用于固定实验动物的吊具、用于支撑和测量实验动物体重的可称重底板、固定于所述箱体容器侧壁的饲喂组件、以及用于测量和控制的测控模块；

4、所述箱体容器具有可以闭合/开启的门；

5、所述测控模块与所述悬吊调节组件、可称重底板分别电连接。

6、优选的，所述箱体容器采用硬质透明材料制作。

7、优选的，所述悬吊调节组件包括：与所述箱体容器固定步进电机、与所述步进电机传动连接且竖直布置的步进器、与所述步进器的动端连接的悬吊横杆；所述吊具与所述悬吊横杆连接。

8、优选的，所述吊具包括纵梁、与所述纵梁两端连接具有多个吊点的调节索具、与所述纵梁一端连接的前肢固定部、与所述纵梁另一端连接的后肢固定部、以及与所述调节索具连接的吊索；所述吊索与所述悬吊调节组件连接。

9、优选的，所述可称重底板包括压力传感器。

10、优选的，所述饲喂组件包括固定于所述箱体容器的食盒和水瓶。

11、优选的，所述测控模块包括单片机模块、数据显示控制模块、数据存储模块、步进驱动控制器、以及电源模块；

12、所述单片机模块与所述数据显示控制模块、数据存储模块、步进驱动控制器连接；

13、所述电源模块与所述单片机模块、数据显示控制模块、数据存储模块、步进驱动控制器连接。

14、基于同一发明构思，本发明还提供了一种模拟低重力的动物悬吊装置的控制方法，采用如上文所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，所述方法包括如下步骤：

15、测控模块通过悬吊调节组件和可称重底板确定实验动物悬吊的最低点和最高点，最低点是可称重底板的压力f等于实验动物重力g时的位置，最高点是实验动物对可称重底板的压力值f等于预设重力g/n时的位置；

16、测控模块监控可称重底板的压力变化△1＝f-g/n，n>1，△1为可称重底板的压力变化值，n为地球重力与所模拟低重力的比值；

17、测控模块检测到△1大于设定阈值时，通过悬吊调节组件调整动物的悬吊高度直至△1小于设定阈值。

18、优选的，所述n＝6。

19、优选的，所述通过悬吊调节组件调整动物的悬吊高度直至△1小于设定阈值包括：通过△1大于0或小于0来确定悬吊调节组件的调整方向。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、本发明公开一种模拟低重力的动物悬吊装置，所述装置包括：箱体容器、设置于所述箱体容器顶部的悬吊调节组件、与所述悬吊调节组件连接用于固定实验动物的吊具、用于支撑和测量实验动物体重的可称重底板、固定于所述箱体容器侧壁的饲喂组件、以及用于测量和控制的测控模块；所述箱体容器具有可以闭合/开启的门；所述测控模块与所述悬吊调节组件、可称重底板分别电连接。结合软硬件技术以自动测量实验动物的压力值和调整悬吊高度完成模拟太空中的低/微重力环境。本发明通过所述箱体容器提供实验空间；通过所述悬吊调节组件实现对动物悬吊高度调节；通过所述吊具实现固定实验动物和改变悬吊角度；通过所述可称重底板实现对实验动物体重或支撑力的实时测量；通过所述饲喂组件为实验动物提供实物和饮用水；通过所述测控模块实现对实验动物悬吊高度及对所述可称重底板压力的自动采集和控制。

22、本发明还公开了一种模拟低重力的动物悬吊装置的控制方法，所述方法包括如下步骤：测控模块通过悬吊调节组件和可称重底板确定实验动物悬吊的最低点和最高点，最低点是可称重底板的压力f等于实验动物重力g时的位置，最高点是实验动物对可称重底板的压力值f等于预设重力g/n时的位置；测控模块监控可称重底板的压力变化△1＝f-g/n，n>1；测控模块监测到△1大于设定阈值时，通过悬吊调节组件调整动物的悬吊高度直至△1小于设定阈值。本发明通过上述方法实现了对实验动物悬吊高度及对所述可称重底板压力的动态计算和调整；实现精确模拟低重力环境，解决了现有技术无法准确模拟真实低重力环境的问题，为今后建立啮齿类动物低/微重力生理效应模型提供了良好的方法。

技术特征：

1.一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述装置包括：箱体容器、设置于所述箱体容器顶部的悬吊调节组件、与所述悬吊调节组件连接用于固定实验动物的吊具、用于支撑和测量实验动物体重的可称重底板、固定于所述箱体容器侧壁的饲喂组件、以及用于测量和控制的测控模块；

2.如权利要求1所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述箱体容器采用硬质透明材料制作。

3.如权利要求1所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述悬吊调节组件包括：与所述箱体容器固定步进电机、与所述步进电机传动连接且竖直布置的步进器、与所述步进器的动端连接的悬吊横杆；所述吊具与所述悬吊横杆连接。

4.如权利要求1所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述吊具包括纵梁、与所述纵梁两端连接具有多个吊点的调节索具、与所述纵梁一端连接的前肢固定部、与所述纵梁另一端连接的后肢固定部、以及与所述调节索具连接的吊索；所述吊索与所述悬吊调节组件连接。

5.如权利要求1所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述可称重底板包括压力传感器。

6.如权利要求1所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述饲喂组件包括固定于所述箱体容器的食盒和水瓶。

7.如权利要求1所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，其特征在于，所述测控模块包括单片机模块、数据显示控制模块、数据存储模块、步进驱动控制器、以及电源模块；

8.一种模拟低重力的动物悬吊装置的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的一种模拟低重力的动物悬吊装置，所述方法包括如下步骤：

9.如权利要求8所述一种模拟低重力的动物悬吊装置的控制方法，其特征在于，所述n＝6。

10.如权利要求8所述一种模拟低重力的动物悬吊装置的控制方法，其特征在于，所述通过悬吊调节组件调整动物的悬吊高度直至△1小于设定阈值包括：通过△1大于0或小于0来确定悬吊调节组件的调整方向。

技术总结本发明公开一种模拟低重力的动物悬吊装置，所述装置包括：箱体容器、设置于所述箱体容器顶部的悬吊调节组件、与所述悬吊调节组件连接用于固定实验动物的吊具、用于支撑和测量实验动物体重的可称重底板、固定于所述箱体容器侧壁的饲喂组件、以及用于测量和控制的测控模块；所述箱体容器具有可以闭合/开启的门；所述测控模块与所述悬吊调节组件、可称重底板分别电连接。结合软硬件技术以自动测量实验动物的压力值和调整悬吊高度完成模拟太空中的低/微重力环境。本发明能实现对实验动物悬吊高度及对所述可称重底板压力的动态计算和调整；实现精确模拟不同程度低重力环境，解决了现有技术无法准确模拟真实低重力环境的问题。技术研发人员：阚广捍,曲丽娜,韩璇,詹勇华,杜戈涛,李志利,王成飞,戴小倩,李莹辉受保护的技术使用者：中国航天员科研训练中心技术研发日：技术公布日：2024/5/6