動力學

驅動力

驅動力,是機器人的馬達和其它致動器為了讓機器運動而產生的那一份推力或扭轉之力。你彎起手臂時,是肌肉在出力;在機器人裡,馬達扮演著肌肉的角色,它們輸出的那份力氣,就是驅動力。如果關節是沿直線滑動的,這份力氣就是一推或一拉(即一個力);如果關節是轉動的,它就是一份扭轉之力(稱為力矩或扭矩)。工程師常把這兩種力氣合在一個統稱下,叫作廣義力,這樣一個詞就能涵蓋所有關節,無論它是滑動還是旋轉。

驅動力之所以重要,是因為物理世界裡沒有什麼是不花代價就能動的:每一次加速、每一次對抗重力、摩擦或沉重負載,都得靠某處提供的力來支付。控制系統在最底層的全部任務,就是決定每個關節在每一刻應該輸出多大的驅動力,好讓機器人走出你想要的路徑。要的太少,手臂就會下垂或跟不上;要的太多,它就會衝過頭、抖動,或讓零件受損。由於真實馬達能使出的力氣有限,可用的驅動力便成了一道硬上限,悄悄決定著一台機器人能有多快、多有勁。

一隻機械臂在半空中穩穩托著一個 2 公斤的箱子。即便什麼都沒動,每個關節馬達仍必須持續產生一份穩定的驅動力矩,僅僅是為了平衡重力的拉扯——一旦讓這份力降到零,箱子就會砸落下來。

保持靜止並非免費:哪怕只是頂住重力待在原地,也需要驅動力。

對於滑動關節,驅動出力是一個力;對於轉動關節,它是一個力矩。「廣義力」是同時涵蓋二者的統稱。

又稱
generalized forceactuator force/torque广义力