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机器人执行器：简单解释驱动器

Nico Nuss 0
KI-generierte Symbolaufnahme einer Robotik-Präsentation mit einem kollaborativen Roboterarm und Greifer [图像内容由人工智能生成]

执行器将控制命令转换为物理效果：它们旋转、推动、提升、打开、关闭或改变力。在机器人技术中，它们是系统的“肌肉”。传感器报告正在发生的情况；执行器使计划的运动成为可能。哪种类型的驱动器有意义取决于任务、负载、精度、环境和能源供应，而不是完全获胜。

什么是执行器？

执行器是将电能、液压或气动能转换成机械运动或力的技术组件或系统。因此，它们构成了许多自动化系统的活跃元素。传感器从环境或机器状态收集信息，而执行器将控制命令转换为物理动作：例如打开阀门、转动电机或移动组件。

在自动化和控制技术中，执行器是数字控制和实际运动之间的接口。典型示例包括电动机、液压缸、气缸、电磁阀和压电执行器。没有它们，机器将无法执行有针对性的运动。这就是为什么它们在机器人、工业系统、汽车技术、医疗技术和建筑技术中不可或缺。

执行器在机器人系统中如何工作？

机器人在闭环中工作。控制器计算所需的运动，致动器产生必要的力或运动，传感器提供结果反馈。简单来说，链条是：

控制→电力电子或阀门→执行器→机械→传感器→控制

例如，机器人手臂上的电动机产生扭矩。变速箱可以根据任务调整扭矩和速度，而关节则将运动传递到下一个臂部分。然后，编码器、电流测量或力传感器帮助控制系统检查关节是否按计划移动。 The basic contribution to机器人技术中的本体感觉更详细地解释了此内部反馈。

执行器的主要类型

艺术 典型效果 常见应用领域 重要的目标冲突
电的 旋转或直线运动 机器人手臂、移动机器人、夹具 与功率、热量和齿轮设计相关的可控性和集成
液压 高线性力或旋转力 重型机械、移动工作设备、特种机器人 功率密度与线路、维护和可能的泄漏
气动 快速、轻松的线性运动 夹具、搬运、包装 稳健且简单的技术与有限的定位
压电式 非常小，调节快 光学、精密定位、微系统 高分辨率与小行程和特殊控制
柔软/屈服 变形或屈服力传递 软机器人、可穿戴设备、敏感物体 对复杂建模和控制的适应性

电动执行器

电动机在许多固定式和移动式机器人中很常见。您可以直接创建旋转运动；也可以使用主轴、皮带或齿轮由此产生线性运动。伺服驱动器结合了电机、电力电子设备和反馈，以受控方式移动到位置、速度或扭矩。这使得它们对于可重复的机器人任务很有吸引力。本文解释了机器人技术中电动驱动器和液压驱动器的不同之处电动与液压执行器一个。

液压执行器

液压系统使用加压流体为气缸或液压马达提供动力。在需要高力、坚固部件或重负载的情况下尤其重要。然而，整个系统除其他外还需要泵、管线、阀门和清洁维护策略。液压系统是否是正确的选择取决于应用而不仅仅是可用的功率。

气动执行器

气动装置使用压缩空气。当需要快速、稳健地执行简单运动时，气缸和夹具在许多工业环境中都很实用。空气是可压缩的；这会影响动态行为，并使高精度定位比某些电气解决方案要求更高。气动对于许多打开/关闭或搬运任务仍然有用。

压电和其他特殊执行器

压电促动器将电压转换成非常小的材料变形。他们的优势在于精细的动作和短的反应时间，而不是长的行进距离。还有形状记忆、磁性或静电致动器。它们的适用性在很大程度上取决于规模、所需的行程、力量、环境和控制。

执行器和传感器：有什么区别？

传感器测量；执行器工作。温度传感器提供测量值，阀门执行器可以改变流量。编码器报告机器人手臂的位置，电机移动它。两者在一个功能齐全的自动化系统中协同工作。因此，即使各个模块（例如带编码器的伺服系统）可以紧密连接驱动器和反馈，这些术语也不能互换。

尤其是与一个机器人中的机械手这种相互作用变得可见：执行器移动关节，传感器支持控制系统记录位置、速度，如有必要，还记录力。 如需从市场层面进行比较，机器人企业图谱汇总了制造商与技术平台的结构化信息。

选择时最重要的是什么？

选择并不是从最现代的驱动类型问题开始，而是从任务开始。主要标准是：

  • 运动类型：需要旋转或直线运动吗？行程和角度范围必须有多大？
  • 功率、扭矩和动力：什么负载是实际的，应该以多快的速度移动或保持它？
  • 精度与控制：该过程需要什么定位和重复精度，有哪些传感器可用？
  • 附近：灰尘、湿度、洁净室、温度和噪音限制都会影响设计。
  • 一体化：重量、安装空间、能源供应、电缆、安全和维护都是决策的一部分。

在机器人技术中，驱动是指产生运动和操纵的能力。介绍工程自由文本将这两项任务归类为机器人的相互关联的影响。机电一体化执行器的技术定义是机电一体化执行器基础知识页面一个有弹性的补充。

人形机器人和可穿戴设备中的执行器

人形机器人可穿戴机器人技术提出了特殊要求。腿部和手臂中的执行器通常不仅需要移动到某个位置，而且还要对接触、负载变化或意外运动做出灵活的反应。这可以通过机械、控制和合适的传感器来支持。大量的关节创造了运动选择，但增加了对驱动、能量供应和协调的要求。文章解释了与移动性的联系自由度 (DoF)。

当谈到可穿戴设备和软机器人时，重点通常不是最大刚性，而是安全、符合人体工程学的动力传输。因此，顺应机制和灵活的执行器是有趣的方法。然而，它们并不能取代整个系统的精心设计。

结论：执行器使机器人移动

执行器将控制命令转化为力和运动。电动、液压、气动、压电和柔性解决方案各自具有不同的优点和局限性。良好的机器人技术不是仅由执行器创建的，而是由机械、能源供应、传感器、控制和适合应用的安全考虑因素的相互作用创建的。

有关执行器的常见问题

简单解释一下什么是执行器？

执行器是将控制命令转换为物理效果（例如旋转、运动或力）的组件。

执行器和传感器有什么区别？

传感器记录测量值。执行器产生效果，例如运动或力。在控制回路中，传感器提供反馈，而执行器执行控制器的命令。

有哪些类型的执行器？

电动、液压、气动和压电致动器很常见。软机器人还使用兼容且灵活的驱动原理。

为什么电动执行器常见于机器人？

电动机可以轻松地与电力电子设备、传感器和数字控制相结合。它们是否合适仍然取决于负载、动力、环境和设计。

什么时候使用液压执行器？

除其他外，液压致动器用于高作用力和重负载。您需要一个合适的液压系统，其中包含泵、管线和阀门等组件。

执行器只是电机吗？

不会。电机是执行器的一种重要形式。气缸、阀门、压电元件和其他组件也可以将能量转化为可控的物理效应。

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