[发明专利]用于测量昆虫对粗糙表面可爬附概率的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及昆虫对粗糙表面可爬附概率的测量装置及方法，属于生物活体与表面爬附性能测量领域。

背景技术

在自然界中，人们常常见到苍蝇、蚂蚁、蟋蟀等昆虫在光滑的表面快速爬行，甚至能倒吊在天花板上。这种奇特的自然现象引起了无数生物学家的兴趣，他们对此进行了深入的研究。研究发现，许多昆虫足上都有着形态各异的粘性足垫。这些足垫可迅速释放，并且通过足垫产生的爬附力控制行进和奔跑。其机制显示了惊人的结构多样性和卓越的性能。爬行过程中与接触面间的附着机制及摩擦特性是仿生学的重要分支，在昆虫爬附性能上的研究对机器人仿生足掌仿生材料的研制具有一定的指导意义。

爬附性能是昆虫运动行为的重要能力，例如专利申请号为201020155828.1的“一种昆虫行为检测系统”提供了一种通过摄像机来监控昆虫运动姿态和运动轨迹的装置，但是该实验装置的实验平台固定，不能转动，只能用于观察昆虫在水平面上的爬附行为；专利申请号为200910105865.3的“果蝇行为试验方法以及装置”通过LED灯显示不同色彩、图形以及运动图案来刺激果蝇，进而直接观察果蝇趋同性等运动行为的装置，但是不能用于研究不同粗糙度表面对昆虫爬附行为的性能问题。

爬附力作为爬附性能测量的重要方面，一直以来受到广泛的关注与研究，国内外也开发了许多用于测试昆虫与粗糙表面爬附力的测试装置。例如德国的Walter Federle等人在2003年杂志《The Journal of Experimental Biology》第206卷“Biomechanics of ant adhesive pads：frictional forces are rate-and temperature-dependent”一文中给出了用离心分离技术来测量蚂蚁的水平爬附力的测试装置。国内周群等人在同济大学学报2008年第36卷《蚂蚁附着力的测试及ANSYS分析》也给出了一种离心式基于高速图像反馈的爬附力测试平台，但是只能测试水平和垂直两个方向的爬附力。专利号为200810203235.5“一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法”提出了一种运用杠杆原理测量生物活体与物体间爬附力的测力装置和测试方法，但是该测试方法制样复杂、实验步骤繁琐。而且这三种测试装置只能测试特定角度下昆虫与粗糙表面的爬附力，测试范围较小。上述专利都与本发明的装置和方法不同，不能用于昆虫爬附力的测量。

发明内容

由于昆虫爪、足结构不同，握持机制不同，因此对不同的粗糙度表面的爬附力不同，不同站姿的爬行稳定性也不同。这将引起昆虫对不同空间位置和粗糙度表面的适应性或喜好不同。而目前合适、客观的表征手段欠缺。鉴于现有测量装置和测试方法的不足，本发明的目的是提供昆虫对粗糙表面可爬附概率的测量装置及方法，其测量原理是依据昆虫对爬附表面的适应性和能够爬附的站姿、最大忍受的摆动与振动干扰的能力进行测量的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于测量昆虫对粗糙表面可爬附概率的测试装置，其特征在于，包括透明箱、爬板、转位机构、振动机构、弹簧底座以及数码摄像装置，弹簧底座上连接振动机构，弹簧底座上设有透明箱和与透明箱连接的转位机构，透明箱内设有爬板。

优选地，所述的用于测量昆虫对粗糙表面可爬附概率的测试装置还包括控制与数据处理系统，所述的转位机构包括转位步进电机，所述的振动机构包括振动步进电机，所述的数码摄像装置包括摄像器，所述的控制与数据处理系统包括计算机，计算机连接驱动模块和数码图像模块，驱动模块连接转位步进电机和振动步进电机，数码图像模块连接摄像机。驱动模块用于控制转位步进电机和振动步进电机转动，数码图像模块用于采集和分析昆虫爬附状态和爬附位置，驱动模块所需要的控制信号通过计算机产生，控制信号包括：驱动脉冲、方向控制、全/半角控制，利用计算机上的对外输出数据线可方便的产生。

所述的透明箱包括箱体以及通过铰链连接在箱体前臂上的门，所述的门上设有把手。所述的箱体可由透明有机玻璃或透明高聚物塑料制成，其形状可以是三棱柱形或长方体形。

所述的爬板粘结在箱体的内底面。可以是相同表面粗糙度的爬板，亦可以具有不同表面粗糙度的爬板。所述的不同粗糙度爬板的拼接形式可以是如图5A所示的条带状爬板、如图5B所示为靶环式爬板和如图5C所示的方形框爬板；爬板中间粗糙，旁边或两侧相对光滑。

所述的转位机构还包括由转位步进电机驱动的转轴，所述的转轴与透明箱固接。转轴同转位步进电机同步转动。