機(jī)器人項(xiàng)目中的兩個(gè)常見功能包括導(dǎo)航和避開障礙物的能力，以及與物體交互或操縱物體的能力。為了實(shí)現(xiàn)此功能，機(jī)器人開發(fā)人員依賴于執(zhí)行器，這些執(zhí)行器是將電子命令轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)世界運(yùn)動(dòng)的組件。

當(dāng)然，對(duì)于不同的應(yīng)用，有許多不同類型的執(zhí)行器硬件選項(xiàng)也就不足為奇了。在本文中，我們將回顧機(jī)器人中常用的不同類型的執(zhí)行器，討論選擇它們的一些基本考慮因素，并探討如何與它們交互。

執(zhí)行器的類型

機(jī)器人項(xiàng)目中使用的執(zhí)行器有五種一般類型：

直流電機(jī)：具有由各種水平的直流電壓驅(qū)動(dòng)的輸出軸的電機(jī)，主要用于移動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)（例如履帶）。直流電機(jī)的輸出軸通常安裝在小齒輪、正齒輪或其他類型的齒輪上，并且通常連接到設(shè)置電機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)方向的電子速度控制器。與其他執(zhí)行器一樣，直流電機(jī)具有各種尺寸和扭矩處理特性。

伺服：將直流電機(jī)、輸出軸和控制電路全部封裝到一個(gè)單元中的組件。舵機(jī)通常提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但可以旋轉(zhuǎn) 360 度的連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服變體除外。有愛好級(jí)和機(jī)器人級(jí)伺服器，我們將在本文后面討論。

步進(jìn)電機(jī)：直流電機(jī)和伺服電機(jī)的混合體。步進(jìn)機(jī)通常用于3D打印機(jī)和CNC機(jī)器，以實(shí)現(xiàn)高精度和可重復(fù)性，通常在較低扭矩輸出就足夠的情況下。

線性執(zhí)行器：類似于伺服，但提供線性運(yùn)動(dòng)，通常通過線性機(jī)構(gòu)，如蝸桿驅(qū)動(dòng)器。

螺線管：一種特定類型的線性執(zhí)行器，可以承擔(dān)二進(jìn)制位置（即開/關(guān)、開/關(guān)等）。螺線管通常用于閥門、閂鎖和鎖等應(yīng)用，或用于按鈕，通常由外部微控制器控制。

執(zhí)行器的方面和注意事項(xiàng)

機(jī)器人可以用于各種目的、功能和操作環(huán)境，因此在選擇執(zhí)行器時(shí)需要考慮很多方面，例如：

目的和預(yù)期功能

給定應(yīng)用所需的執(zhí)行器類型將取決于機(jī)器人的用途和預(yù)期功能。例如，直流電機(jī)可能會(huì)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合使用以允許移動(dòng)性，而伺服通常用于提供諸如機(jī)械臂中的鉸接。

物理要求和約束

一旦確定了執(zhí)行器的類型，開發(fā)人員應(yīng)該查看物理要求和約束。要尋找的第一個(gè)方面是執(zhí)行器本身的物理尺寸和重量，以查看它是否適合需要的地方，以及安裝它的執(zhí)行器和機(jī)構(gòu)的總重量是否合適。例如，將沉重的致動(dòng)器放在小而弱的機(jī)械臂上可能會(huì)導(dǎo)致手臂在自身重量下失效。

安裝空間和選件

同樣，開發(fā)人員必須確定機(jī)器人上或機(jī)器人中可用的安裝空間，以及執(zhí)行器本身提供的安裝選項(xiàng)。一些執(zhí)行器包括單獨(dú)的安裝硬件，允許您以不同的方向安裝設(shè)備，而其他執(zhí)行器則帶有集成安裝點(diǎn)，需要將它們安裝到特定位置和方向。開發(fā)人員可能還需要使執(zhí)行器適應(yīng)其控制的機(jī)制（例如，控制連桿）。例如，伺服可以包括連接到執(zhí)行器的輸出軸的不同類型的伺服喇叭，以提供用于安裝控制連桿的不同選項(xiàng)。

數(shù)字接口

另一個(gè)需要考慮的方面是執(zhí)行器和負(fù)責(zé)控制的微控制器上可用的數(shù)字接口。例如，舵機(jī)通常有三根線，包括接地、電源和控制信號(hào)。根據(jù)執(zhí)行器的功率要求，您可以直接從微控制器為其供電，而在其他情況下，可能需要從其他地方供電（例如，微控制器通常限制在5VDC左右）。功耗通常由執(zhí)行器提供的扭矩量及其在運(yùn)行時(shí)處理的負(fù)載量決定。因此，請(qǐng)務(wù)必收集有關(guān)執(zhí)行器功率要求的規(guī)格，因?yàn)檫@會(huì)影響機(jī)器人電池的使用壽命。

力量和力量

根據(jù)其預(yù)期用途，開發(fā)人員應(yīng)確保給定的執(zhí)行器足夠強(qiáng)大以完成工作。例如，必須選擇直流電機(jī)，使其為傳動(dòng)系統(tǒng)提供足夠的動(dòng)力，以在操作環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)器人的負(fù)載。如果環(huán)境難以導(dǎo)航（例如，導(dǎo)致傳動(dòng)系打滑的泥濘地形）和/或機(jī)器人的負(fù)載變得過重，則在選擇執(zhí)行器時(shí)需要預(yù)先考慮這些最壞情況。

通信協(xié)議

最后，還必須考慮通信協(xié)議。許多執(zhí)行器支持使用脈寬調(diào)制（PMW）的通信，而有些可能支持串行通信。

愛好與機(jī)器人級(jí)舵機(jī)

伺服有兩個(gè)一般等級(jí)：愛好級(jí)和機(jī)器人級(jí)。這種區(qū)別的存在主要是因?yàn)闊o線電控制（RC）愛好行業(yè)已經(jīng)有幾十年的時(shí)間開發(fā)小型的，面向消費(fèi)者/愛好的伺服系統(tǒng)（例如，用于RC汽車），而機(jī)器人行業(yè)仍然相對(duì)較新。

愛好級(jí)伺服器的成本相對(duì)較低，通常處理的有效載荷低于機(jī)器人級(jí)舵機(jī)。它們往往具有有限的旋轉(zhuǎn)范圍，并且通常僅支持通過PWM進(jìn)行的通信。

機(jī)器人級(jí)舵機(jī)比業(yè)余愛好級(jí)舵機(jī)具有許多優(yōu)勢(shì)。從物理上講，它們通常提供更大的扭矩，并包括多種安裝選項(xiàng)。從電子學(xué)的角度來看，它們通?？梢跃栈ㄦ溸B接，并且可以通過串行數(shù)據(jù)包通信（例如，通過UART）單獨(dú)尋址。此外，它們通常提供雙向通信，將遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送回微控制器，例如溫度讀數(shù)和負(fù)載監(jiān)控，并提供改變扭矩的能力。

在某些單元上尋找的另一個(gè)不錯(cuò)的選擇是復(fù)雜的微控制器，可以將任務(wù)和邏輯卸載到該微控制器，從而釋放主控制板以執(zhí)行更一般的任務(wù)。在某些情況下，更復(fù)雜的微控制器還支持固件升級(jí)。

掌控一切

有許多平臺(tái)可供您構(gòu)建機(jī)器人并控制執(zhí)行器。一個(gè)值得注意的平臺(tái)是高通機(jī)器人RB3平臺(tái)，以及相應(yīng)的高通機(jī)器人RB3開發(fā)套件，該套件基于高通??驍龍?移動(dòng)平臺(tái)，用于開發(fā)智能和節(jié)能機(jī)器人，例如我們的視覺和聽覺機(jī)械臂項(xiàng)目中展示的機(jī)器人。

開發(fā)人員可以使用電路板的擴(kuò)展連接器將此套件與其執(zhí)行器連接。例如，擴(kuò)展連接器的GPIO引腳可用于向執(zhí)行器發(fā)送 PWM 信號(hào)，而 UART 引腳可用于與支持串行數(shù)據(jù)包的執(zhí)行器進(jìn)行串行通信。此外，該板還支持許多其他連接類型（例如，SPI、I2C等）用于與其他系統(tǒng)接口。

如您所見，在為您的機(jī)器人項(xiàng)目選擇執(zhí)行器時(shí)，需要做出許多重要的決定。做出正確的選擇將創(chuàng)造一個(gè)長(zhǎng)壽和有用的機(jī)器人。

審核編輯：郭婷