淺談一體化智能嗅覺訓(xùn)練倉的設(shè)計(jì)與制作

黃和，隋亮，趙怡，劉慧穎，朱啟文

（沈陽醫(yī)學(xué)院，遼寧 沈陽 110034）

1 項(xiàng)目概況

新冠肺炎疫情以來，不法分子因人流、車流受阻，更多采用互聯(lián)網(wǎng)+物流的模式販毒，這給緝毒事業(yè)帶來了極大的難度，因此產(chǎn)生了新型緝毒動物——松鼠，松鼠的嗅覺訓(xùn)練是養(yǎng)成緝毒松鼠的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的緝毒犬訓(xùn)練裝置，并不適用于體積小，行動活潑的松鼠。本文結(jié)合緝毒犬的嗅覺訓(xùn)練裝置及其他嗅覺訓(xùn)練裝置，研制了一種適合松鼠現(xiàn)狀且減少人工的智能化裝置，很好地降低了訓(xùn)練成本，同時減輕訓(xùn)練人員負(fù)擔(dān)。提高效率，為新型緝毒動物的研究帶來寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2 裝置研制過程

現(xiàn)有的嗅覺訓(xùn)練裝置往往存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用維護(hù)成本高的缺陷，如申請公布號CN103202240A的發(fā)明專利申請公開的一種小鼠氣味訓(xùn)練探測中氣味干擾仿真裝置，該技術(shù)方案由三個轉(zhuǎn)盤，一個吸入式電磁鐵驅(qū)動的針頭刺入部件，一個四路時間繼電器組成。各轉(zhuǎn)盤中心固定在位于其中心的減速電機(jī)上，轉(zhuǎn)盤邊緣等距固定多個頂空樣品瓶，各瓶內(nèi)裝有少量不同的常見干擾氣味物品。該技術(shù)方案能快速消減小鼠對各種無關(guān)氣味的反應(yīng)。

3 一代裝置

一代裝置材料分別為亞克力板、膠帶、塑料箱。質(zhì)地較軟容易損壞，不能長久利用，且膠布、塑料會散發(fā)異味，不利于特殊氣味的揮發(fā)，使變量不唯一，另外，一代訓(xùn)練裝置耗費(fèi)較多人力，導(dǎo)致訓(xùn)練時間有限，存在記錄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、觀察范圍局限的問題。此外每次實(shí)驗(yàn)需要對每個裝置進(jìn)行徹底清洗，耗時、耗力（如圖1～3）。

圖1

4 裝置的改進(jìn)

一體化智能嗅覺訓(xùn)練倉的目的是提供一種松鼠嗅覺訓(xùn)練培養(yǎng)裝置，從根本上解決了上述問題，其具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用方便快捷、訓(xùn)練效率高、記憶鞏固牢靠、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)鼠的生存測試一體化。

圖2

圖3

5 技術(shù)方案

該松鼠嗅覺訓(xùn)練培養(yǎng)裝置，包括箱體、獎勵裝置、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其技術(shù)要點(diǎn)如下。

箱體由外層支撐骨架，并在骨架之間安裝具孔的透明板，并采用上下兩部分，兩部分之間通過爬梯相互連接，并且在上部的開口處設(shè)置由電機(jī)驅(qū)動的封板；其中上層空間進(jìn)一步設(shè)置成雙層鐵籠結(jié)構(gòu)，并通過爬梯相連通；鐵籠本體通過箱體骨架吊裝限位在上部結(jié)構(gòu)內(nèi)，鐵籠的上下外緣設(shè)置驅(qū)動圓環(huán)，驅(qū)動圓環(huán)上設(shè)有一個以上的驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動圓環(huán)與鐵籠邊緣之間設(shè)有支撐輪（如圖4、圖5）。

圖4

圖5

獎勵裝置包括2個以上的給食裝置、掛載在籠子內(nèi)側(cè)的水槽、洗滌液容器，給食裝置包括固定在上或下驅(qū)動圓環(huán)上的絲杠電機(jī)組件、位于上下驅(qū)動環(huán)之間的導(dǎo)向柱、限位在四剛上的驅(qū)動支架、設(shè)置在驅(qū)動支架上的氣味滾筒和清洗刷、設(shè)置在驅(qū)動圓環(huán)上與各清洗刷相對應(yīng)的清洗噴頭、與氣味滾筒配合的給食槽；給食槽位于驅(qū)動支架最上部，呈漏斗形結(jié)構(gòu)，漏斗底部的一側(cè)設(shè)置開口，開口上設(shè)置絞龍出料結(jié)構(gòu)（如圖6）。

圖6

控制系統(tǒng)包括控制主板、遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、位于支撐骨架上的觸控屏；控制主板安裝在籠子頂部；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括設(shè)置在控制主板上的存儲模塊和處理器（如圖7）。

圖7

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括掛載在鐵籠上的一個以上的攝像頭、位于氣味滾筒轉(zhuǎn)軸上的傳感器。

本發(fā)明的有益效果：整體方案上，本發(fā)明的的培養(yǎng)裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占地面積小，幾乎可實(shí)現(xiàn)無人管控下的松鼠自學(xué)習(xí)、氣味鞏固訓(xùn)練。使用方便快捷，只需在交互屏幕上設(shè)定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并定期投放餌料和水源，松鼠即可在較大的活動空間內(nèi)生存與自我學(xué)習(xí)訓(xùn)練，幾乎無需人工介入。訓(xùn)練效率高，通過在生物體內(nèi)使用RFID芯片，可投放多只松鼠同時訓(xùn)練，RFID芯片作為身份識別碼，分別記錄各動物的學(xué)習(xí)進(jìn)程，從而在單位時間內(nèi)盡可能多的完成訓(xùn)練。記憶鞏固牢靠，通過系統(tǒng)控制，可實(shí)現(xiàn)各氣味滾筒的隨機(jī)布置，排除了空間或干擾氣味的影響，進(jìn)一步提高了其對標(biāo)的氣味的識別能力。自動化程度高，采用可編程的控制主板，預(yù)制控制程序，或通過可視化圖形編程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際需要進(jìn)行更靈活的自定義編程，提高了適用范圍。

6 實(shí)驗(yàn)方法

使用時，預(yù)先在各氣味滾筒內(nèi)投放具有不同標(biāo)的氣味的物質(zhì)或空置，通過支撐骨架上的交互屏幕預(yù)先設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，例如設(shè)定以下條件：

（1）設(shè)定旋轉(zhuǎn)特定的其中一個標(biāo)的氣味滾筒才會觸發(fā)給食槽的絞龍電機(jī)，將其他氣味滾筒作為干擾氣味，觸碰時無任何動作。

（2）氣味滾筒旋轉(zhuǎn)N周時，才觸發(fā)給食槽底部的絞龍電機(jī)，用以鞏固氣味識別能力。

（3）設(shè)定當(dāng)標(biāo)的氣味滾筒被觸發(fā)N次后，隨機(jī)調(diào)整標(biāo)的氣味滾筒的位置，用以排除空間位置的影響。

（4）設(shè)定當(dāng)標(biāo)的氣味滾筒被觸發(fā)N次后，對其進(jìn)行清洗，避免原有氣味的干擾。

對于條件（3），氣味滾筒上的傳感器可用于記錄標(biāo)的氣味滾筒的觸發(fā)次數(shù)，通過預(yù)先編寫的程序，當(dāng)滿足設(shè)定條件后，驅(qū)動環(huán)上的驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動全部獎勵裝置繞籠子旋轉(zhuǎn)特定角度，然后通過絲杠電機(jī)組件定位給食槽和氣味滾筒的位置，如定位在上、中、下3個位置上，其中上、下位置分別對應(yīng)鐵籠的上層和下層，中部位置表示該氣味滾筒空置，不用于本次實(shí)驗(yàn)。

7 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的一體化智能嗅覺訓(xùn)練倉，通過撥動特殊氣味滾筒，掉落食物，從而建立松鼠對特殊氣味的條件反射，并且實(shí)現(xiàn)松鼠的生存測試一體化。從最初的一代簡易裝置獲取靈感，研制一體化智能嗅覺訓(xùn)練倉，在可靠、安全的前提下，智能、創(chuàng)新、精準(zhǔn)的完成松鼠的嗅覺訓(xùn)練，降低了人力、物力，為我國新型緝毒動物的嗅覺研究建立基礎(chǔ)和帶來寶貴經(jīng)驗(yàn)。