一個(gè)Z 簡單的基于步態(tài)的中樞模式發(fā)生器 ， 用電路來模擬生物腰部脊椎區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ， 產(chǎn) 生 出 一 組 間 歇 性 的 肌 肉 信 號 ， 驅(qū) 動(dòng) 一 個(gè) 4 足 機(jī) 器 人 ， 電 路 如 圖 2 - 1 1 所 示 。

熟悉BEAM機(jī)器人的愛好者一眼就會(huì)看出，這是一個(gè)精簡了的Scout Walker II 型機(jī)器人。電路由4個(gè)對偶神經(jīng)元 (IC1-IC2 、IC3-IC4 、IC9-IC10 、IC11-IC12) 組 成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成， IC5 、IC6 、IC7 、IC8 、IC13 、IC14 、IC15 和IC16 是 電 機(jī) 的 雙 向 驅(qū)動(dòng)電路。4個(gè)神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生有 一 定節(jié)奏的肌肉信號控制著機(jī)器人的4個(gè)執(zhí) 行器(電機(jī))。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)功能是當(dāng)機(jī)器人腿部受到外界壓力時(shí)，可以通過 電機(jī)把信息反饋回來，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整。

機(jī)器人的四肢在沒有外界干擾的情況下(水平路面)做出的是本能的前進(jìn)動(dòng) 作，步態(tài)像4足小動(dòng)物一樣，左前腿→右后腿→右前腿→左后腿往復(fù)交替，這個(gè)機(jī) 制由電路的物理結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)機(jī)器人的 一 條腿被絆住時(shí)，驅(qū)動(dòng)這條腿的電機(jī)會(huì)把這 個(gè)信息傳遞到它所在的神經(jīng)元，根據(jù)神經(jīng)元的特性，這個(gè)信息Z后會(huì)傳遞到整個(gè) CPG, 機(jī)器人將根據(jù)路面狀況自動(dòng)對步態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中Z關(guān)鍵的元件是電阻R3, 從電路結(jié)構(gòu)上也可以看出這一點(diǎn)。 如果R3的阻值過大或開路，機(jī)器人就會(huì)出現(xiàn)“偏癱”;如果R3的阻值過小，左、 右兩側(cè)機(jī)體就無法協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器人就好像喝醉了一樣。實(shí)際R3的阻值可以選取 1~10MΩ。

材料 ：

>>74HC240,8個(gè)

>> 2.2MQ 電阻(R4、R5、R6、R7),4 個(gè)

>>4.7MΩ 電阻(R1、R2),2 個(gè)

>>1MΩ電阻 (R3),1 個(gè)

>> 0.22μF電容 (C),8 個(gè)

>>洞洞板，1塊

>>導(dǎo)線，適量

>>20腳PDIP插座，4個(gè)

>>排插，一組

>> 3.7V鋰電池(配充電器),1個(gè)

>>紅色LED,4 個(gè)(可選)

>>綠色LED,4 個(gè)(可選)

>>470Ω電阻，4個(gè)(可選)

IC1~IC16 均為74HC240里面的緩沖器，需要注意的是，驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要較大的 電流，要把多個(gè)緩沖器疊加在一起才能工作。我采取的是每兩個(gè)74HC240疊加， 構(gòu)成一個(gè)神經(jīng)元和一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方法。電路中的阻、容值不是固定的， 需要根據(jù)機(jī)器人的實(shí)際動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整， 一般來說，RC 越大，“肌肉”的動(dòng)作 越 慢。

像之前的制作一樣，要把74HC240 的1腳和19腳接地(低電平),激活全部緩 沖器。電機(jī)驅(qū)動(dòng)也可以采取其他方式，如74HC245 、H橋或分立電路。玩家可根據(jù) 手頭材料自行調(diào)整。

材料清單中Z后3項(xiàng)(紅、綠LED和470Ω電阻)的作用是搭建出一個(gè)簡單的電 機(jī)轉(zhuǎn)向指示電路。把兩個(gè)不同顏色的LED 正、反顛倒并聯(lián)在 一 起，再串聯(lián) 一 個(gè)電阻連接到電機(jī)的兩個(gè)電極上，電機(jī)向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)點(diǎn)亮一個(gè)LED, 換向會(huì)點(diǎn)亮另 一個(gè)LED 。給每個(gè)電機(jī)都安裝上一個(gè)這樣的指示電路，可以非常方便地觀察CPG的 運(yùn)行狀態(tài)。

制作所需的工具包括焊臺(tái)、放大鏡架子、偏口鉗、鑷子、平口鉗，Z好再準(zhǔn)備 一個(gè)75W的外熱烙鐵，降低機(jī)器人骨架的焊接難度。

制作CPG 所需的主要材料如圖2-12所示。對于有一定經(jīng)驗(yàn)的愛好者，建議盡量 選擇小型元件，這樣可以使焊接完成的電路模塊看起來更規(guī)矩。比如0.22μF電容 可以選擇0805封裝的貼片電容，參數(shù)一致性好，基本不用配對，可以直接焊接在芯 片引腳之間。1/16W 的電阻也是這個(gè)道理，體積小，方便走線，且價(jià)格低廉， 一些 常用阻值可以考慮一次購買1000只(網(wǎng)上價(jià)格在5元左右)。