[发明专利]一种面向昆虫机器人的环路控制神经性实验系统

说明书

本发明公开了一种面向昆虫机器人的环路控制神经性实验系统。本发明包括刺激和采集背包、昆虫机器人神经信号刺激和采集平台以及昆虫机器人行为记录平台，适用于动物电刺激、神经信号采集和行为分析。对于时钟同步问题，采用IEEE1588设置主从时钟，根据同步消息中的时间戳和主从时钟之间的线路延迟，计算主从时钟的偏差，然后调整相应的时钟；对于数据异构问题，采用XML模型，提取数据属性，根据这些属性和特征对不同信号的数据分类，将来自不同设备的异构数据以统一格式集成到数据模型中。本发明可提高动物行为和神经信号的同步性和昆虫的实时控制能力，能够完成昆虫机器人的精确遥控遥测和环路控制以及神经信号和行为信号的数据采集。

技术领域

本发明属于脑机接口技术领域，具体为一种面向昆虫机器人的环路控制神经性实验系统。

背景技术

动物机器人是一种微混合智能机器人，它结合了动物的运动能力和微机电系统的控制能力。这些机器人可以解决一般环境中某些生物或人工智能系统都无法单独处理的复杂问题，具有很高的灵活性、准确性和效率，因此动物机器人在公共安全、临床应用和工程操作等领域均有广阔的应用前景。昆虫机器人体型相较动物机器人更小，飞行实验对背包的重量、体积和电池续航能力等需求更加苛刻。要实现昆虫机器人的精确控制，一方面需要对昆虫神经元进行精准刺激，另一方面需要获取昆虫的实时神经信号。

目前昆虫机器人研究处于起步阶段，供昆虫机器人实验的实验场景或平台尚待开发，实验平台需要把多个采集的电生理数据和动物行为数据进行同步，并将它们与可视化界面数据相结合，以支持昆虫机器人的神经性行为研究。目前已有的动物实验平台存在背包体积大、多设备数据之间不同步、数据未能异构集成和实时性差等问题；另外现有的昆虫背包都只具有单一的神经元刺激或神经信号采集功能，不支持多设备统一到一个平台中，难以实现对昆虫的环路控制。

为了实现昆虫机器人的精确环路控制以及神经信号和行为信号的数据采集，建立一个同步性好，实时性高，性能稳定，扩展性强，兼容性好的实验平台非常重要。

发明内容

为了克服上述背景技术所存在的不足, 本发明提供一种面向昆虫机器人的环路控制神经性实验系统。

本发明提出一种集刺激和采集于一体的小尺寸、轻重量背包方案，支持昆虫的飞行实验；该实验系统为昆虫神经性实验（如电刺激、神经信号采集、行为记录）提供实验场景；解决了实验平台中存在的时钟同步、数据异构的问题，从而可以较好的完成昆虫机器人的环路控制和神经信号和行为信号的数据记录等实验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了集刺激和采集于一体的背包方案，该背包包含柔性PCB板、神经刺激和采集芯片、微型天线、电池等，满足昆虫飞行实验的负载约束及续航需求.

在上述基础上搭建面向昆虫机器人实验平台，该平台包括上述背包、高速摄像机、射频无线基站、微型控制器、PC等部分，共同构成昆虫机器人环路控制实验系统。

针对实验平台中存在的两个关键性问题进行了解决，利用IEEE1588精密时间同步算法对平台中的主从设备进行时间同步，使得昆虫的行为和神经信号处于同一时间轴上；利用XML模型将来自不同设备的异构数据以统一的格式封装为标准化数据，用于后续的研究。

本发明的有益效果是：

本发明提出集刺激和采集于一体的昆虫背包方案，为昆虫的环路控制实验系统提供基础；

本发明搭建了面向昆虫机器人的环路控制神经性实验系统，为昆虫环路控制、昆虫神经信号采集和行为记录等神经性实验提供了实验场景。

本发明利用IEEE1588精密时间同步算法对平台中的主从设备进行时间同步，提高了昆虫行为数据和神经信号数据的同步性。