機器人的避障功能原理：接觸式傳感器觸發(fā)的“神經(jīng)阻斷”電路

機器人在CPG的控制下已經(jīng)具備了下意識的活動能力，對路況有一定的適 應(yīng)性，但是還只能盲目前進。為了讓它變得聰明起來，就要賦予它一定的意識，讓 意識去干預(yù)CPG, 產(chǎn)生有一定目的的隨意動作。

為了簡化問題，我們以常見的避障功能為例，讓機器人可以對前方出現(xiàn)的物體 做出規(guī)避。在圖2-11所示的電路里，我設(shè)置了4個斷點——J1 、J2 、J3和J4 。在前面 的試驗中，它們是連通的，這樣才能形成一個完整的CPG網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在要在網(wǎng)絡(luò)中插 入一個由接觸式傳感器觸發(fā)的“神經(jīng)阻斷”電路，如圖2-15所示。

材 料 ：

>>74HC240,1 個

>> 47kΩ電阻 (R3、R4、R5、R6),4 個

>>10μF 電容 (C),2 個

>>1MΩ 電阻 (R1、R2 ),2 個

>>觸須傳感器(自制),2個

觸須傳感器在上一節(jié)制作機器螞蟻時已經(jīng)介紹過。為了外觀漂亮，這次制作靜片使用的材料是端子芯和黃銅管，把一根有彈性的金屬絲套在銅管里做開關(guān)的動 片，碰到物體后，金屬絲和銅管內(nèi)壁接觸，電路導(dǎo)通。這對自制觸須開關(guān)的細(xì)節(jié)如 圖2-16所示。為了降低制作難度，也可以用電阻引腳彎個圓圈做成靜片。

這個電路的原理很簡單，74HC240 構(gòu)成了兩個為一組的電子開關(guān)。注意這次 74HC240 的使能端——1腳和19腳不直接接地，而是連接到了觸須傳感器和RC 網(wǎng) 絡(luò)。當(dāng)機器人前方?jīng)]有物體時，幾個電子開關(guān)處于開路狀態(tài)， CPG 網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)于插 入了4個固定電阻 (R3 、R4 、R5 和R6), 因為它們的阻值比較低，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 影響可以忽略不計。

當(dāng)觸須碰到物體時，以左側(cè)觸須為例，74HC240 的19腳變成低電平，1Y1和 1Y2 激活，它們會使左前腿和左后腿構(gòu)成的主-從神經(jīng)元的相位發(fā)生變化，主從關(guān) 系顛倒，相當(dāng)于左前腿變成左后腿，左后腿拖著左前腿動作，機器人這一側(cè)身體的 活動會減弱并發(fā)生反向，機器人將做出向右拐彎的動作。當(dāng)然，實際情況并不這么 簡單，因為CPG 并沒有真正地斷開，只是插入了一個變量，Z先受到影響的是左側(cè) 身體，進而通過CPG 蔓延到機器人的整個肢體。

而當(dāng)左、右兩個觸須同時碰到物體時，情況就變得更有趣了，機器人會發(fā)生 “經(jīng)脈大逆轉(zhuǎn)”,頭變腳，腳變頭，倒退著行走。如果你覺得這樣的解釋不夠形 象，就想想金庸筆下西毒的下場吧!當(dāng)然這個狀態(tài)只是暫時的， RC 網(wǎng)絡(luò)放電完畢 后 ，CPG會用幾組肌肉信號把它再次刷新到正常狀態(tài)。

注：文中給出的RC網(wǎng)絡(luò)數(shù)值不是固定的，只是經(jīng)過實驗確定這個延時時長可 以讓機器人做出有效的規(guī)避動作。玩家可以根據(jù)實際情況自行調(diào)整。