一個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 一 個 4 足 機 器 人 ， 電 路 如 圖 2 - 1 1 所 示 。

熟悉BEAM機器人的愛好者一眼就會看出，這是一個精簡了的Scout Walker II 型機器人。電路由4個對偶神經(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 的 雙 向 驅(qū)動電路。4個神經(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器人的4個執(zhí) 行器(電機)。這個網(wǎng)絡(luò)的另一個功能是當(dāng)機器人腿部受到外界壓力時，可以通過 電機把信息反饋回來，實現(xiàn)自我調(diào)整。

機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動 作，步態(tài)像4足小動物一樣，左前腿→右后腿→右前腿→左后腿往復(fù)交替，這個機 制由電路的物理結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)機器人的 一 條腿被絆住時，驅(qū)動這條腿的電機會把這 個信息傳遞到它所在的神經(jīng)元，根據(jù)神經(jīng)元的特性，這個信息Z后會傳遞到整個 CPG, 機器人將根據(jù)路面狀況自動對步態(tài)進行調(diào)整。

這個神經(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。 如果R3的阻值過大或開路，機器人就會出現(xiàn)“偏癱”;如果R3的阻值過小，左、 右兩側(cè)機體就無法協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，機器人就好像喝醉了一樣。實際R3的阻值可以選取 1~10MΩ。

材料 ：

>>74HC240,8個

>> 2.2MQ 電阻(R4、R5、R6、R7),4 個

>>4.7MΩ 電阻(R1、R2),2 個

>>1MΩ電阻 (R3),1 個

>> 0.22μF電容 (C),8 個

>>洞洞板，1塊

>>導(dǎo)線，適量

>>20腳PDIP插座，4個

>>排插，一組

>> 3.7V鋰電池(配充電器),1個

>>紅色LED,4 個(可選)

>>綠色LED,4 個(可選)

>>470Ω電阻，4個(可選)

IC1~IC16 均為74HC240里面的緩沖器，需要注意的是，驅(qū)動電機需要較大的 電流，要把多個緩沖器疊加在一起才能工作。我采取的是每兩個74HC240疊加， 構(gòu)成一個神經(jīng)元和一個電機驅(qū)動電路的方法。電路中的阻、容值不是固定的， 需要根據(jù)機器人的實際動作進行調(diào)整， 一般來說，RC 越大，“肌肉”的動作 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。電機驅(qū)動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(紅、綠LED和470Ω電阻)的作用是搭建出一個簡單的電 機轉(zhuǎn)向指示電路。把兩個不同顏色的LED 正、反顛倒并聯(lián)在 一 起，再串聯(lián) 一 個電阻連接到電機的兩個電極上，電機向一個方向轉(zhuǎn)動時會點亮一個LED, 換向會點亮另 一個LED 。給每個電機都安裝上一個這樣的指示電路，可以非常方便地觀察CPG的 運行狀態(tài)。

制作所需的工具包括焊臺、放大鏡架子、偏口鉗、鑷子、平口鉗，Z好再準(zhǔn)備 一個75W的外熱烙鐵，降低機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 的電阻也是這個道理，體積小，方便走線，且價格低廉， 一些 常用阻值可以考慮一次購買1000只(網(wǎng)上價格在5元左右)。