机器人技术中的执行器是将能量转换为物理运动的组件,使机器人能够与环境互动。它们是机器人的“肌肉”,根据来自微控制器或软件等控制系统的信号执行运动。执行器的设计和功能差异很大,但都具有将电能、液压或气动能量转化为机械力的核心目的。例如,电机可以旋转机器人的轮子,而液压活塞可以抬起重型机器人手臂。如果没有执行器,机器人将无法执行需要运动的任务,从简单的旋转到复杂的操纵。
执行器通过利用特定的能量来源和机制来工作。电动执行器(如直流电机或伺服电机)使用电磁原理来产生运动。施加电压时,电流流过电机中的线圈,产生磁场,推动永磁体,从而引起旋转。伺服电机通过集成反馈传感器(如编码器)来实时调整位置或速度,从而提高精度。另一方面,液压执行器依靠加压流体来移动活塞或杆,为建筑设备等重型应用提供高力。气动执行器使用压缩空气进行快速、轻量级的运动,这在工厂自动化中很常见。每种类型都平衡了各种因素:电动执行器提供精确控制,液压执行器在动力方面表现出色,气动执行器则优先考虑速度和简单性。
开发人员根据所需的作用力、速度、精度和环境等因素选择执行器。例如,工厂中的机器人手臂可以使用伺服电机来执行精确的组装任务,而自主水下机器人可以使用液压执行器来承受高压。与控制系统的集成也至关重要——执行器通常需要驱动器(如电机控制器)来将低功率信号转换为运动所需的能量。现代机器人技术越来越多地结合多种执行器类型:人形机器人可以使用电机进行精细的手部运动,而使用液压装置提供腿部力量。了解这些组件有助于开发人员设计出在特定应用中平衡性能、成本和可靠性的系统。