近年来，机器人技术发展迅猛，先进的机械材料和动力控制得以应用(yòng)在很(hěn)多(duō)领域中。比如：医用(yòng)手术机器人，可(kě)以在手术台上进行非常精密的操作；肌肉模拟机器人，利用(yòng)液压和静電(diàn)原理(lǐ)，可(kě)以提起重量高达自身200倍以上的物(wù)體(tǐ)。机器人能(néng)够具备这样的能(néng)力，离不开科(kē)學(xué)家们对执行器的深入研究和实验。

前面我们已经讲过了机器人的控制器部分(fēn)，相当于人类的大脑。

机器人的“大脑”——控制器，你了解有(yǒu)多(duō)少？

今天就来说一说执行器。想象未来，如果让你开一家机器人服務(wù)公司，你会让机器人执行什么任務(wù)？

01什么是执行器

机器人作為(wèi)一个完整的自动化控制系统，其中一个重要的组成部分(fēn)是执行器。执行器接收控制器发来的信号，并对受控对象施加控制运行作用(yòng)，是执行实际动作的部件，相当于人类的四肢。

人类完成很(hěn)多(duō)事情都需要依靠四肢的配合，比如：用(yòng)手拿(ná)东西、用(yòng)双腿行走。对机器人来说也是这样，比如：机器人是通过机械爪抓取物(wù)體(tǐ)，依靠轮子进行移动等。

执行器的种类很(hěn)多(duō)，其分(fēn)类方法也很(hěn)多(duō)。按其采用(yòng)的能(néng)源形式，可(kě)分(fēn)為(wèi)電(diàn)动、液动和气动三大类，分(fēn)别提供電(diàn)能(néng)、液體(tǐ)的压力能(néng)和气压动力。

電(diàn)动执行器由驱动部分(fēn)和机械部分(fēn)组成。以移动机器人底盘為(wèi)例，它的驱动部分(fēn)為(wèi)電(diàn)机，作用(yòng)是提供动力；机械部分(fēn)是安装座、轮子和板材等，用(yòng)于提供物(wù)體(tǐ)支撑。

液动执行器推力最大，但比较笨重。比如：三峡的船阀用(yòng)的就是液动执行器。

气动执行器用(yòng)压缩空气作文(wén)能(néng)源，结构简单，动作平稳，被广泛应用(yòng)于化工、造纸、炼油等生产过程中。

02执行器工作原理(lǐ)

要让执行器工作，需要给它输入控制信号和动力。当执行器收到了控制器发来的控制信号，在有(yǒu)足够动力源的情况下，它就会把能(néng)源转化成其他(tā)形式的能(néng)量。

究其工作原理(lǐ)：

液动执行器，利用(yòng)液压泵把机械能(néng)转换成液體(tǐ)的压力能(néng)，再传给执行器的机械部分(fēn)。

优点：1）功率大，输出推力大；2） 结构简单，无需减速装置。

缺点：1）液體(tǐ)遇高温易燃烧、爆炸；2）液體(tǐ)泄漏风险。

气动执行器，利用(yòng)精准控制，把压缩空气的势能(néng)，转换為(wèi)机械能(néng)。

优点：1）环保；2）工作环境适应性好，安全可(kě)靠，防火防爆；3）价格低。

缺点：空气压缩性大，需要精准的控制。

電(diàn)动执行器，以電(diàn)能(néng)為(wèi)能(néng)源，通过電(diàn)机直接将電(diàn)能(néng)转换為(wèi)机械能(néng)。

优点：1）能(néng)源取用(yòng)方便；2）信号传递迅速；3）噪声低。

缺点：1）结构复杂；2）安全防爆性能(néng)差。

03执行器——電(diàn)机

電(diàn)机也叫電(diàn)动机，是执行器中利用(yòng)電(diàn)磁感应原理(lǐ)完成能(néng)量转换的常见设备。它包含定子（Stator）和转子（Rotor）两部分(fēn)。定子指電(diàn)机中固定的部分(fēn)，通電(diàn)后不运动；转子指通電(diàn)后运动的部分(fēn)。

電(diàn)机的种类繁多(duō)，形态各异。可(kě)以根据输入電(diàn)流是直流还是交流，分(fēn)為(wèi)直流電(diàn)机和交流電(diàn)机；也可(kě)以按照有(yǒu)无電(diàn)刷，分(fēn)為(wèi)有(yǒu)刷電(diàn)机和无刷電(diàn)机；还可(kě)以按照转子在外侧还是内测，分(fēn)為(wèi)外转子電(diàn)机和内转子電(diàn)机。

除了根据電(diàn)源分(fēn)类，電(diàn)机还能(néng)通过有(yǒu)无電(diàn)刷来作區(qū)分(fēn)。電(diàn)刷是電(diàn)机的重要组成元件，负责在旋转部件与静止部件之间传导電(diàn)流。

我们常用(yòng)的是直流有(yǒu)刷電(diàn)机，直流有(yǒu)刷電(diàn)机的工作原理(lǐ)是连通直流電(diàn)后，导線(xiàn)会在磁场中受力转动。同时，為(wèi)了保证转子的持续转动，如上图所示的两電(diàn)刷、两换向结构的電(diàn)机，每转动180°时電(diàn)刷与换向片之间就会短暂的断开。線(xiàn)圈失去磁性的转子会在惯性的作用(yòng)下持续转动，直到電(diàn)刷与另一片换向片接触通電(diàn)，并改变線(xiàn)圈内電(diàn)流的方向，使转子改变磁极。通过不停的换向，電(diàn)机的转子可(kě)以持续的旋转下去。

无刷電(diàn)机的定子是绕组線(xiàn)圈，转子是磁钢。由于没有(yǒu)了電(diàn)刷的存在，无刷電(diàn)机寿命大幅提升，转速更高，损耗更少。因為(wèi)成本较高，无刷電(diàn)机通常被用(yòng)在对控制和转速要求高的设备上，如航模、精密仪器仪表。S1机器人使用(yòng)的電(diàn)机就属于直流无刷電(diàn)机。

04执行器——舵机

在航模、机械臂中，常用(yòng)的执行器是舵机。舵机是電(diàn)机的一种应用(yòng)，一般由外壳、電(diàn)路板、直流電(diàn)机和减速器组成。

舵机内部集成了一个控制器，接收控制信号，驱动電(diàn)机带动减速齿轮组到达指定角度。它通常和机械结构组合在一起用(yòng)于控制角度变化，机器人的关节、轮子、航模的尾翼都会应用(yòng)到舵机。