機器人項目中的兩個常見功能包括導(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。為了實現(xiàn)此功能，機器人開發(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)實世界運動的組件。

當(dāng)然，對于不同的應(yīng)用，有許多不同類型的執(zhí)行器硬件選項也就不足為奇了。在本文中，我們將回顧機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

機器人項目中使用的執(zhí)行器有五種一般類型：

直流電機：具有由各種水平的直流電壓驅(qū)動的輸出軸的電機，主要用于移動傳動系統(tǒng)（例如履帶）。直流電機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，直流電機具有各種尺寸和扭矩處理特性。

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

步進電機：直流電機和伺服電機的混合體。步進機通常用于3D打印機和CNC機器，以實現(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，但提供線性運動，通常通過線性機構(gòu)，如蝸桿驅(qū)動器。

螺線管：一種特定類型的線性執(zhí)行器，可以承擔(dān)二進制位置（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

機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器人的用途和預(yù)期功能。例如，直流電機可能會與傳動系統(tǒng)結(jié)合使用以允許移動性，而伺服通常用于提供諸如機械臂中的鉸接。

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)行器和機構(gòu)的總重量是否合適。例如，將沉重的致動器放在小而弱的機械臂上可能會導(dǎo)致手臂在自身重量下失效。

安裝空間和選件

同樣，開發(fā)人員必須確定機器人上或機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。一些執(zhí)行器包括單獨的安裝硬件，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，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。

數(shù)字接口

另一個需要考慮的方面是執(zhí)行器和負責(zé)控制的微控制器上可用的數(shù)字接口。例如，舵機通常有三根線，包括接地、電源和控制信號。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行時處理的負載量決定。因此，請務(wù)必收集有關(guān)執(zhí)行器功率要求的規(guī)格，因為這會影響機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)行器足夠強大以完成工作。例如，必須選擇直流電機，使其為傳動系統(tǒng)提供足夠的動力，以在操作環(huán)境中移動機器人和機器人的負載。如果環(huán)境難以導(dǎo)航（例如，導(dǎo)致傳動系打滑的泥濘地形）和/或機器人的負載變得過重，則在選擇執(zhí)行器時需要預(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。

愛好與機器人級舵機

伺服有兩個一般等級：愛好級和機器人級。這種區(qū)別的存在主要是因為無線電控制（RC）愛好行業(yè)已經(jīng)有幾十年的時間開發(fā)小型的，面向消費者/愛好的伺服系統(tǒng)（例如，用于RC汽車），而機器人行業(yè)仍然相對較新。

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

機器人級舵機比業(yè)余愛好級舵機具有許多優(yōu)勢。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。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）單獨尋址。此外，它們通常提供雙向通信，將遙測數(shù)據(jù)發(fā)送回微控制器，例如溫度讀數(shù)和負載監(jiān)控，并提供改變扭矩的能力。

在某些單元上尋找的另一個不錯的選擇是復(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。

掌控一切

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

開發(fā)人員可以使用電路板的擴展連接器將此套件與其執(zhí)行器連接。例如，擴展連接器的GPIO引腳可用于向執(zhí)行器發(fā)送 PWM 信號，而 UART 引腳可用于與支持串行數(shù)據(jù)包的執(zhí)行器進行串行通信。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，在為您的機器人項目選擇執(zhí)行器時，需要做出許多重要的決定。做出正確的選擇將創(chuàng)造一個長壽和有用的機器人。

審核編輯：郭婷