机器人的避障功能原理：接触式传感器触发的“神经阻断”电路

机器人在CPG的控制下已经具备了下意识的活动能力，对路况有一定的适 应性，但是还只能盲目前进。为了让它变得聪明起来，就要赋予它一定的意识，让 意识去干预CPG, 产生有一定目的的随意动作。

为了简化问题，我们以常见的避障功能为例，让机器人可以对前方出现的物体 做出规避。在图2-11所示的电路里，我设置了4个断点——J1 、J2 、J3和J4 。在前面 的试验中，它们是连通的，这样才能形成一个完整的CPG网络。现在要在网络中插 入一个由接触式传感器触发的“神经阻断”电路，如图2-15所示。

材 料 ：

>>74HC240,1 个

>> 47kΩ电阻 (R3、R4、R5、R6),4 个

>>10μF 电容 (C),2 个

>>1MΩ 电阻 (R1、R2 ),2 个

>>触须传感器(自制),2个

触须传感器在上一节制作机器蚂蚁时已经介绍过。为了外观漂亮，这次制作静片使用的材料是端子芯和黄铜管，把一根有弹性的金属丝套在铜管里做开关的动 片，碰到物体后，金属丝和铜管内壁接触，电路导通。这对自制触须开关的细节如 图2-16所示。为了降低制作难度，也可以用电阻引脚弯个圆圈做成静片。

这个电路的原理很简单，74HC240 构成了两个为一组的电子开关。注意这次 74HC240 的使能端——1脚和19脚不直接接地，而是连接到了触须传感器和RC 网 络。当机器人前方没有物体时，几个电子开关处于开路状态， CPG 网络中相当于插 入了4个固定电阻 (R3 、R4 、R5 和R6), 因为它们的阻值比较低，对神经网络的 影响可以忽略不计。

当触须碰到物体时，以左侧触须为例，74HC240 的19脚变成低电平，1Y1和 1Y2 激活，它们会使左前腿和左后腿构成的主-从神经元的相位发生变化，主从关 系颠倒，相当于左前腿变成左后腿，左后腿拖着左前腿动作，机器人这一侧身体的 活动会减弱并发生反向，机器人将做出向右拐弯的动作。当然，实际情况并不这么 简单，因为CPG 并没有真正地断开，只是插入了一个变量，Z先受到影响的是左侧 身体，进而通过CPG 蔓延到机器人的整个肢体。

而当左、右两个触须同时碰到物体时，情况就变得更有趣了，机器人会发生 “经脉大逆转”,头变脚，脚变头，倒退着行走。如果你觉得这样的解释不够形 象，就想想金庸笔下西毒的下场吧!当然这个状态只是暂时的， RC 网络放电完毕 后 ，CPG会用几组肌肉信号把它再次刷新到正常状态。

注：文中给出的RC网络数值不是固定的，只是经过实验确定这个延时时长可 以让机器人做出有效的规避动作。玩家可以根据实际情况自行调整。